陳博來， 李永津，林涌鵬，屈錫亮，王羽豐，杜炎鑫

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Mimics虛擬手術(shù)規(guī)劃在經(jīng)椎間孔入路經(jīng)皮內(nèi)窺鏡下椎間盤切除術(shù)治療L5/S1椎間盤突出癥中的應(yīng)用

陳博來， 李永津，林涌鵬，屈錫亮，王羽豐，杜炎鑫

J Spinal Surg, 2015,13(6)：333-336

經(jīng)椎間孔入路經(jīng)皮內(nèi)窺鏡下椎間盤切除術(shù)(percutaneous endoscopic transforaminal discectomy，PETD)是目前備受關(guān)注的脊柱外科微創(chuàng)技術(shù)，其臨床療效確切，具有創(chuàng)傷小、出血少、康復(fù)快等優(yōu)點，但學(xué)習(xí)曲線陡峭[1]。對于初學(xué)者，成功地穿刺置管是PETD較難跨越的第一道關(guān)。特別是L5/S1椎間盤突出癥，存在髂骨阻擋、L5橫突肥大、椎間孔較小等因素，大大增加了穿刺置管的難度。因此，如何精確置管十分值得研究。本課題組提出應(yīng)用Mimics軟件(Materialise公司，比利時)在術(shù)前進(jìn)行虛擬手術(shù)規(guī)劃，設(shè)計精確的個性化穿刺置管路線，以期提高L5/S1節(jié)段PETD穿刺置管成功率，降低醫(yī)源性輻射率,縮短手術(shù)時間及降低PETD學(xué)習(xí)曲線。

1資料與方法

1.1一般資料

2013年8月～2015年4月，共有72例患者納入本研究，隨機(jī)分為試驗組和對照組，每組36例。最終獲得隨訪71例，其中試驗組36例，對照組35例。試驗組男26例，女10例；年齡21～77歲，平均41.6歲。對照組男23例，女12例；年齡15～74歲，平均43.3歲。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡18～60歲；②經(jīng)臨床及影像學(xué)確診的L5/S1單節(jié)段腰椎椎間盤突出癥，通過正規(guī)非手術(shù)治療≥6周無效者；③同意PETD手術(shù)治療；④同意加入研究并簽署知情同意書。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①非L5/S1節(jié)段腰椎椎間盤突出癥或多節(jié)段腰椎椎間盤突出癥；②椎間盤突出鈣化；③特殊類型的椎間盤突出，如重度游離型，椎間盤術(shù)后硬膜囊、神經(jīng)根粘連；④患者有其他疾病(如精神疾病、妊娠等)不適合PETD治療或無法完成量表填寫者。

1.2手術(shù)方法

試驗組術(shù)前均使用SOMATOM Sensation Cardiac螺旋CT(西門子有限公司，中國)進(jìn)行腰椎掃描，層厚設(shè)定為1 mm，采用仰臥位，頭部墊以軟枕，腰骶部盡量緊貼檢查床。利用Mimics 16.0軟件導(dǎo)入患者腰椎CT數(shù)據(jù)(dicom格式),重建腰椎CT三維模型(見圖1a～d)，圖片質(zhì)量選擇最高。虛擬手術(shù)規(guī)劃，仔細(xì)觀察患者的腰椎MRI，判斷椎間盤突出類型，明確穿刺靶點位置。在MedCAD模塊新建1條直徑7.5 mm的虛擬管道，按照靶向穿刺技術(shù)要求[2]進(jìn)行模擬置管，注意利用正交的3個解剖層面來觀察管道的路徑是否有骨性阻擋(見圖1e～g)。利用圖形分割模塊，把腰椎模型在L5/S1椎間隙位置(即髓核突出的靶點位置)進(jìn)行分割，觀察管道開口是否符合要求，并作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整(見圖1h,i)。利用解剖模塊測量穿刺角度，正位角為管道與椎間隙的夾角，側(cè)位角為管道與L5椎體后緣的夾角(見圖1j,k)。Mimics術(shù)前模擬置管均要求主刀醫(yī)生參與。

a～d：用Mimics 16.0軟件行腰椎CT三維重建e～g：術(shù)前虛擬置入直徑7.5 mm的工作管道，從冠狀位、水平位及矢狀位觀察是否有骨性阻擋h,i：在三維模型中分割L5/S1椎間隙，觀察管道開口方向j,k：測量穿刺角度,正位角為管道與椎間隙的夾角；側(cè)位角為管道與L5椎體后緣的夾角

a-d：Mimics16.0 lumbar 3D CT reconstructione-g：Before operation 7.5 mm diameter duct is placed by virtual，and bone block is observed from coronal, sagittal and transverse planeh,i：L5/S1intervertebral space is segmented in 3D model, and duct opening direction is observedj,k：Measuring puncture point, entopic angle is between duct and intervertebral, and lateral angle is between duct and L5vertebral body posterior marginal

圖1Mimics虛擬手術(shù)規(guī)劃

fig.1Mimics virtual surgery design

對照組依靠術(shù)者經(jīng)驗，術(shù)前根據(jù)正側(cè)位X線片進(jìn)行穿刺路徑的設(shè)計，記錄正位角和側(cè)位角。

2組手術(shù)均由同一名熟練掌握PETD的副主任醫(yī)師主刀。手術(shù)過程嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)椎間孔內(nèi)窺鏡脊柱系統(tǒng)(transforaminal endoscopic spine system， TESSYS)的操作規(guī)范進(jìn)行，通過C形臂X線機(jī)透視引導(dǎo)，按照術(shù)前設(shè)計的角度進(jìn)行穿刺置管。置管完成后常規(guī)鏡下操作，完成突出椎間盤摘除和神經(jīng)根壓迫解除。

1.3觀察指標(biāo)

記錄2組術(shù)中通道建立時間、鏡下操作時間、透視次數(shù)以及有無穿刺相關(guān)并發(fā)癥發(fā)生。術(shù)前、術(shù)后1 d及術(shù)后6個月時采用疼痛視覺模擬量表(visual analogue scale, VAS)評分[3]、日本骨科學(xué)會(Japanese Orthopaedic Association，JOA)下腰痛評分[4]評價療效及神經(jīng)功能恢復(fù)情況。

1.4統(tǒng)計學(xué)處理

2結(jié)果

試驗組的通道建立時間、鏡下操作時間和術(shù)中X線透視次數(shù)均較對照組明顯減少，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)，詳見表1。

試驗組、對照組術(shù)后VAS和JOA評分均較術(shù)前明顯改善，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。2組間術(shù)前、術(shù)后各時間點VAS及JOA評分比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，詳見表2。2組患者未發(fā)生神經(jīng)損傷、硬膜囊撕裂、血腫及椎間隙感染等并發(fā)癥。

3討論

PETD是一種先進(jìn)的脊柱微創(chuàng)手術(shù)，但學(xué)習(xí)曲線陡峭[5]。PETD治療L5/S1腰椎椎間盤突出的手術(shù)難點在于髂嵴以及L5橫突等骨性阻擋容易導(dǎo)致穿刺置管失敗[6]。髂腰韌帶附著在L5橫突和髂骨上，L5橫突較厚而大，因此L5/S1橫突間隙較狹窄；另一方面，L5橫突的發(fā)出點位于椎體偏下方，且L5/S1關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)偏靠外，L5橫突常見一側(cè)或雙側(cè)增大，與髂骨形成假關(guān)節(jié)，這些特殊解剖學(xué)特點使經(jīng)椎間孔入路的PETD穿刺置管十分困難。同時由于這些骨性結(jié)構(gòu)的阻擋，工作管道在手術(shù)過程中難以移動，即使置管成功，若管道無法正對突出的髓核，則術(shù)中極有可能出現(xiàn)髓核殘留或找不到突出的髓核的情況，最終導(dǎo)致手術(shù)失敗。因此，術(shù)前設(shè)計好穿刺置管路徑十分重要。盡管有學(xué)者采用了髂骨鉆孔穿刺法[7]和改良側(cè)臥位增大L5/S1椎間孔法，術(shù)中CT導(dǎo)航也已被用于脊柱微創(chuàng)手術(shù)[8]，但術(shù)前設(shè)計好精確而合理的穿刺路徑仍是成功建立工作通道的前提[9]。

表1　2組術(shù)中通道建立時間、鏡下操作時間和透視次數(shù)

注：*與對照組相比，P<0.01

Note：* Compared with Control group,P<0.01

表2　2組手術(shù)前后各時間點VAS和JOA評分

注：*與術(shù)前比較，P<0.01

Note：* Compared with pre-operation,P<0.01

Mimics軟件模擬PETD穿刺置管路徑，有助于術(shù)前設(shè)計好合理的穿刺置管路徑，盡量避開骨性遮擋。手術(shù)前利用Mimics軟件重建正交的3個解剖層面觀察管道路徑的骨性阻擋情況，可對穿刺置管過程中可能碰到的困難有充分認(rèn)識。本研究證實了術(shù)前采用Mimics虛擬手術(shù)規(guī)劃有助于減少穿刺置管時間和術(shù)中透視次數(shù)，減少輻射損傷，有效提高穿刺置管的成功率。理想的Mimics虛擬手術(shù)規(guī)劃，首先需獲得高質(zhì)量模型的重建，如本研究采用64排螺旋CT，掃描層厚≤1 mm，所獲得的清晰圖像能保證重建模型的精確性；其次，使用Mimics重建三維模型時閾值的選擇亦相當(dāng)重要，過高或過低同樣會影響重建圖像質(zhì)量，需要根據(jù)具體調(diào)節(jié)情況選擇合適的閾值。

選擇合適的穿刺靶點也是穿刺置管方案設(shè)計的關(guān)鍵。為了盡可能徹底減壓，應(yīng)把工作管道的開口方向?qū)?zhǔn)突出髓核，這有利于鏡下順利摘除突出的椎間盤組織。穿刺靶點即突出髓核的體部，術(shù)前仔細(xì)閱讀患者的腰椎MRI，利用區(qū)域定位分析椎間盤突出的位置，可清楚了解突出的椎間盤與神經(jīng)根的關(guān)系。利用Mimics軟件將重建模型在L5/S1椎間隙分割，通過反復(fù)觀察，調(diào)整管道的最佳方向。如果髓核向靠近椎間孔突出，管道末端應(yīng)靠近關(guān)節(jié)突；若突出髓核為中央型，則管道末端應(yīng)靠近棘突連線；若髓核向尾端突出，管道末端應(yīng)盡可能正對S1椎體后上緣。利用Mimics軟件重建模型，還可以在手術(shù)前充分了解置管后管道末端與突出髓核的立體空間關(guān)系，在鏡下操作時可以更加輕松地取出突出髓核，完成神經(jīng)根的減壓。本研究證實了術(shù)前采用Mimics虛擬手術(shù)規(guī)劃可明顯縮短鏡下操作的時間。

總之，采用Mimics虛擬手術(shù)規(guī)劃可在PETD治療L5/S1腰椎椎間盤突出前設(shè)計出精確而合理的穿刺置管路徑，可有效提高術(shù)中置管成功率，并減少手術(shù)時間和術(shù)中透視次數(shù)，降低PETD治療L5/S1椎間盤突出的學(xué)習(xí)曲線。本研究的不足之處在于采用仰臥位腰椎CT掃描，而PETD采用俯臥位并適當(dāng)調(diào)整腰橋，所以術(shù)前設(shè)計的穿刺角度存在一定的誤差，若術(shù)前CT掃描時采取與術(shù)中相同的體位可最大程度減少這種誤差。

參 考 文 獻(xiàn)

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(本文編輯于倩)

·臨床研究·

【摘要】目的評價Mimics虛擬手術(shù)規(guī)劃在經(jīng)椎間孔入路經(jīng)皮內(nèi)窺鏡下椎間盤切除術(shù)(percutaneous endoscopic transforaminal discectomy，PETD)治療L5/S1椎間盤突出癥中的應(yīng)用價值。方法2013年8月～2015年4月，根據(jù)納入與排除標(biāo)準(zhǔn)將符合研究條件的72例病例納入研究，隨機(jī)分為試驗組和對照組，每組36例。試驗組采用Mimics軟件重建腰椎三維模型，術(shù)前在計算機(jī)上模擬L5/S1PETD穿刺置管，尋找最佳穿刺路徑；對照組采用經(jīng)驗式穿刺方法。比較2組術(shù)中通道建立時間、鏡下操作時間、X線透視次數(shù)。采用日本骨科學(xué)會(Japanese Orthopaedic Association，JOA)評分、疼痛視覺模擬量表(visual analogue scale, VAS)評分評價臨床療效，觀察手術(shù)并發(fā)癥。結(jié)果試驗組的通道建立時間、鏡下操作時間和術(shù)中X線透視次數(shù)均較對照組明顯減少，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。2組術(shù)后1 d和術(shù)后6個月的VAS和JOA評分均較術(shù)前明顯改善，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。 2組之間手術(shù)前后各時間點VAS和JOA評分比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。2組患者均未發(fā)生神經(jīng)損傷、硬膜囊撕裂、血腫及椎間隙感染等并發(fā)癥。結(jié)論Mimics虛擬手術(shù)規(guī)劃有助于提高PETD的穿刺置管成功率，有效縮短穿刺置管時間及鏡下操作時間，減少術(shù)中透視次數(shù)。

【關(guān)鍵詞】腰椎； 椎間盤移位； 內(nèi)窺鏡檢查； 計算機(jī)輔助設(shè)計； 外科手術(shù)，微創(chuàng)性

Application of Mimics virtual surgery design in percutaneous endoscopic transforaminal discectomy for L5/S1disc herniationCHENBo-lai*,LIYong-jin,LINYong-peng,QUXi-liang,WANGYu-feng,DUYan-xin.*DepartmentofOrthopaedics,GuangdongProvinceTraditionalChineseMedicalHospital,Guangzhou510120,Guangdong,China

【Abstract】ObjectiveTo evaluate the value of Mimics virtual surgery design in percutaneous endoscopic transforaminal discectomy(PETD) for L5/S1disc herniation. MethodsFrom August 2010 to April 2015, 72 cases were chosen in the study according to inclusion and exclusion criteria, and they were randomly divided into experimental and control groups. There were 36 cases in the experimental group and 36 cases in the control group. The experimental group adopted Mimics software to rebuild 3D lumbar spinal model.Transforaminal puncture was simulated by the computer to find the optimal direction, and then the cases underwent PETD. The control group adopted a conventional puncture method. The clinical data (approach establishment time, endoscopic operation time, X-ray perspective times, clinical effect and surgical complications) of the 2 groups were observed. The visual analogue scale(VAS) scores and the Japanese Orthopaedic Association(JOA) scores were used to evaluate the effect. ResultsApproach establishment time was (29.47±4.21) min in experimental group and (35.09±4.35) min in control group; the difference between 2 groups was statistically significant (P<0.01). Endoscopic operation time was (47.67±6.98) min in experimental group and (53.83±6.23) min in control group; the difference between 2 groups was statistically significant (P<0.01). X-ray perspective times was 23.69±4.82 in experimental group and 32.89±5.09 in control group； the difference between 2 groups was statistically significant (P<0.05). The VAS scores were 6.64±0.89 at pre-operation, 1.72±0.61 at postoperative 1 d and 0.75±0.55 at postoperative 6 months in experimental group. The VAS scores were 6.34±0.84 at pre-operation, 1.60±0.61 at postoperative 1 d and 0.80±0.68 at postoperative 6 months in control group. Compared with the pre-operation, the difference was statistically significant in both groups (P<0.05). The JOA scores were 16.31±2.56 at pre-operation, 20.71±2.50 at postoperative 1 d and 25.86±2.11 at postoperative 6 months in experimental group. The JOA scores were 15.83±2.75 at pre-operation, 19.97±2.27 at postoperative 1 d and 25.46±2.19 at postoperative 6 months in control group. Compared with the pre-operation, the difference was statistically significant in both groups(P<0.05). There was no significant difference in VAS and JOA scores between the 2 groups at each time point(P>0.05). No complications such as neurological damage, hematoma and infection occurred in the 2 groups. ConclusionMimics virtual surgery design can improve the successful rate of puncture, and also can reduce the endoscopic operation time and the X-ray perspective times.

【Key words】Lumbar vertebrae； Intervertebral disc displacement； Endoscopy； Computer-aided design； Surgical procedures, minimally invasive

收稿日期：(2015-10-15)

【DOI】10.3969/j.issn.1672-2957.2015.06.004

【中圖分類號】R 683.2

【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】1672-2957(2015)06-0333-04

通信作者：李永津lyj2106@126.com

作者簡介：作者單位：510120廣東，廣東省中醫(yī)院骨科(陳博來，李永津，林涌鵬，王羽豐，杜炎鑫)；東莞市中醫(yī)院骨科(屈錫亮)