胡亞威 張昊 羅新樂 周建華 陳少初 龔銘 張望 郭增峰 鄧岳

腰椎間盤突出癥是引起腰腿痛最常見原因之一,常需外科手術干預。目前手術方式主要有傳統開發(fā)手術和微創(chuàng)手術2 種。經皮內鏡椎間孔下椎間盤切除術(percutaneous endoscopic lumbar discectomy,PELD)可減少對正常穩(wěn)定脊柱結構的不必要損傷,已被證明是一種安全有效的方法［1］。然而,缺乏解剖學標志、陡峭的學習曲線和輻射暴露是主要的問題,有時也是醫(yī)源性損傷的原因。然而,與開放手術相比,PELD 經狹小的椎間孔進入椎管或經Kambin 三角進入椎間盤內,操作常常受限且風險增加,尤其依賴于工作管道置入的準確性,否則,可能導致嚴重的并發(fā)癥,如神經和血管損傷［2,3］,另外學習曲線陡峭、輻射暴露也是影響該技術發(fā)展的主要原因［4,5］。增強現實(augmented Reality,AR)是在虛擬現實(virtual reality,VR)基礎上發(fā)展起來的一項新型多媒體技術,它集合了計算機圖形學、數字圖像處理、人機交互、計算機視覺等技術,將計算機生成的模擬圖像融合到真實世界場景［6］。AR 技術在醫(yī)學手術中也越來越體現出其獨特的價值,在AR 環(huán)境下,醫(yī)生能模擬手術操作過程,明確術中的難點及風險點,有助于醫(yī)生更好的設計手術方案。目前,已逐步應用于神經外科、創(chuàng)傷外科、整形外科等領域,進行手術的規(guī)劃和模擬［7-9］。針對AR 技術應用到經皮腰椎椎間孔鏡手術個體化術前規(guī)劃的研究在國內外報道較少。本研究通過AR 技術實行個體化術前規(guī)劃,探討了AR 技術在皮腰椎椎間孔鏡手術中的應用。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2019 年12 月～2020 年12 月本院收治的80 例需行椎間孔鏡手術的腰椎間盤突出癥患者,采用隨機數字表法分為觀察組與對照組,各40 例。納入標準：椎間盤突出較大、鈣化明顯、髂棘較高等較復雜、風險較高腰椎間盤突出癥椎間孔鏡手術患者。排除標準：伴有腰椎滑脫、腰椎不穩(wěn)、椎間盤源性腰痛、腰椎管狹窄等疾患或患有無心臟、神經、肝腎功能障礙等嚴重的系統性疾患不適宜手術者不予入選。所有擬手術患者均簽署手術知情同意書及知情同意書。兩組的性別、年齡、體質量指數、術前VAS 評分比較差異無統計學意義(P＞0.05),具有可比性。見表1。

表1 兩組患者一般資料比較(n,)

表1 兩組患者一般資料比較(n,)

注：兩組比較,P＞0.05

1.2 方法

1.2.1 術前準備 觀察組術前使用AR 技術生成個體化術前規(guī)劃報告。模型重建：將患者腰椎CT、磁共振(MRI)等影像學資料導入AR 醫(yī)學影像平臺進行CT 及MRI 的3D 結合模型重建。全方面反映出突出髓核大小、位置、周圍骨性組織及軟組織、血管、神經走向。定位：根據椎間盤突出位置,選擇合適靶點進行定位。轉針：調整進針方向,選擇最佳穿刺入路。測量：測量距離中線距離、上緣面距離、入陣深度、C 臂及傾斜角度等相關參數并進行模擬置管。然后在進行模擬C 臂機透視、佩戴AR 設備,進行AR 模擬手術操作,明確術中難點,規(guī)避風險,生成個體化術前規(guī)劃報告。隨后進行現實手術。對照組術前閱片制定手術計劃。

1.2.2 手術方法 患者俯臥位,C 臂機透視,選擇后正中線、患側髂嵴投影線,在髂嵴上選擇合適進針點位置,0.5%利多卡因局部麻醉,經皮穿刺后使用導針進行定位,腰椎X 片正位顯示導針針尖位于L4、L5上下椎弓根連線中點,側位提示導針針尖位于椎體后院,C 臂機透視定位準確后,取出針心,注入造影劑行椎間盤造影,在穿刺針處皮膚切一個約8 mm 切口,置入導絲及導引桿、逐級擴張管道,使用擴鉆孔行椎間孔成形,置入工作套管,放置內窺鏡。在鏡下用髓核鉗將染色突出的髓核組織取出,射頻電極封堵破損纖維環(huán)、止血。退出工作套管及內窺鏡,皮內縫合傷口,敷料包扎手術切口,手術結束。

1.3 觀察指標及判定標準 比較兩組手術透視次數、穿刺定位時間、手術時間、VAS 評分及住院時間。①手 術時間：從穿刺定位到縫皮結束的時間。②VAS 評分：分別于術前和術后24、48、72 h 評估患者VAS 評分,0 分為完全無痛,1～3 分為有輕微疼痛能忍受,4～6 分為疼痛影響睡眠需要干預,≥7 分為強烈疼痛,10 分為劇烈疼痛無法忍受［10,11］。③住院時間：為避免術前因各種原因導致手術延遲而造成統計學誤差,選取手術日期至出院日期天數為住院時間。

1.4 統計學方法 采用SPSS21.0統計學軟件對數據進行處理。計量資料以均數±標準差()表示,采用t 檢驗；計數資料以率(%)表示,采用χ2檢驗。P＜0.05 表示差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組手術透視次數、穿刺定位時間、手術時間比較 觀察組患者手術透視次數(13.89±3.07)次,少于對照組的(20.87±4.22)次,穿刺定位時間(18.54± 5.32)min、手術時間(77.02±13.01)min,短于對照組的(29.01±6.15)min、(88.91±14.93)min,差異均有統計學意義(P＜0.05)。見表2。

表2 兩組手術透視次數、穿刺定位時間、手術時間比較()

表2 兩組手術透視次數、穿刺定位時間、手術時間比較()

注：與對照組比較,aP＜0.05

2.2 兩組VAS 評分及住院時間比較 術后24、48、72 h,兩組患者的VAS 評分均低于術前,且觀察組患者的VAS 評分均低于對照組,差異具有統計學意義(P＜0.05)；觀察組患者的住院時間(5.09±1.02)d 短于對照組的(6.13±0.99)d,差異具有統計學意義(P＜0.05)。見表3。

表3 兩組VAS 評分及住院時間比較()

表3 兩組VAS 評分及住院時間比較()

注：與本組術前比較,aP＜0.05；與對照組比較,bP＜0.05

3 討論

腰椎間盤突出癥是引起腰腿痛的常見原因,發(fā)病率可高達40%［12］。椎間盤突出較大、癥狀嚴重、影響正常生活工作的患者往往需要手術治療。傳統開放式手術,需采用5～6 cm 的較大切口,剝離椎旁肌肉,切除部分椎板和關節(jié)突關節(jié)的骨質,雖然能達到解除神經根壓迫,緩解疼痛的目的,但創(chuàng)傷較大、出血多、恢復時間慢,同時有可能帶來脊柱穩(wěn)定性的破壞等問題［13,14］。隨著科技的發(fā)展和設備的進步,手術越來越微創(chuàng)化、精細化。其中經皮椎間孔鏡技術因其局麻下操作、切口小、出血少、不破壞脊柱穩(wěn)定性、療效確切、恢復快等一系列優(yōu)點得到越來越廣泛的應用［15,16］。其中有代表性的就是楊內窺鏡脊柱手術(YESS)或經口內窺鏡脊柱系統(TESSYS)技術［17,18］。

這兩種手術技術的操作難點與關鍵步驟就在于如何精準的定位,手術初學者往往因為操作不熟練、空間想象力不夠等因素無法準確達到目標位置,使輻射曝光增加、手術操作難度增加,并容易產生神經根損傷、硬膜囊撕裂、血腫、感染等并發(fā)癥,無法到達滿意的治療效果［19-21］。

為此,國內外眾多學者對如何提高穿刺精準度進行了研究。曾月東等［22］設計制作了椎間孔鏡穿刺輔助定位器,運用輔助定位器以能提高穿刺成功率,減少術者及患者攝片定位次數,目前臨床應用時間較短,穿刺病例數量有限。Abdullah 等［23］報道了三維X 線機在手術中的應用,其主要不足在于輻射暴露量及手術費用增加等問題,很難進行普遍推廣。范國鑫等［24］發(fā)明了同心圓椎間孔鏡定位器,并對其小樣本實驗進行了回顧性研究,該定位器科研減少35.56%的透視次數,但對于L5/S1高髂嵴或者橫突肥大的病例,較難一次達到理想位置。同時,以上技術均著重于穿刺點的研究,在術中進行臨時操作,無法在術前對手術中可能遇到的風險及難度做出預判,制定出個體化的手術方案。

國內與醫(yī)療領域結合的相關研究工作雖然較國外起步晚,但也已取得了一定成果。虛擬現實及AR 技術通過整合CT、MRI、數字減影血管造影(DSA)等檢查結果,重建3D 模型,有助于外科醫(yī)生進行教學模擬、術前計劃及術中導航,從而提高手術安全性,降低術后并發(fā)癥,為精細的個體化手術開辟了新的天地?；谔摂M現實及AR 技術的多模態(tài)功能神經導航計劃平臺,已經逐步在神經外科術前規(guī)劃、教學中的展開應用［25,26］。

本實驗采用的AR 技術平臺,能夠兼容DICOM 格式圖片,而且可以將CR 與MRI 圖像三維重建后進行融合,重建后的MRI 可以反映突出的髓核及其周圍軟組織的情況,另外一方面CT 圖像則可以較清晰的反映髓核周圍骨性結構的情況,在處理關節(jié)突增生或鈣化方面對術者有較大的幫助。圖像重建后,醫(yī)生佩戴AR眼鏡,可以在眼前出現一個三維立體的模型,并且該模型可以在冠狀面、矢狀面、橫斷面均可以360°旋轉,幫助醫(yī)生在三維立體層面全方位理解髓核突出具體形態(tài)及周圍解剖結構。

本次實驗中,觀察組通過AR 技術平臺,規(guī)劃好穿刺進針點及穿刺角度、深度等各種參數,制定個性化的手術方案,并在虛擬的“真實場景”中不斷的模擬手術,了解手術的難點和關鍵點。在實際手術過程中,通過事先的預演,可以更準確的達到靶點,減少透視次數,避免重復操作,降低了醫(yī)源性的損傷。觀察組患者手術透視次數(13.89±3.07)次、穿刺定位時間(18.54± 5.32)min、手術時間(77.02±13.01)min 均少于對照組的(20.87±4.22)次、(29.01±6.15)min、(88.91±14.93)min,差異具有統計學意義(P＜0.05)。說明通過AR 技術平臺術前規(guī)劃和模擬手術,能夠有效的減少X 線的曝光次數,減少患者和醫(yī)務人員的輻射損傷。術后24、48、72 h,兩組患者的VAS 評分均低于術前,且觀察組患者的VAS 評分均低于對照組,差異具有統計學意義(P＜0.05)；觀察組患者的住院時間(5.09±1.02)d 短于對照組的(6.13±0.99)d,差異具有統計學意義(P＜0.05)。說明術前采用AR 技術平臺術前規(guī)劃和模擬手術,能提供更好的手術效果,縮短住院時間,提高患者滿意度。

綜上所述,AR 技術通過靶點定位、選擇進針方向、角度,測量置管深度,進行術前模擬手術操作,明確術中難點及風險,制定個體化術前規(guī)劃,能夠提供精確的術前規(guī)劃并進行術前模擬操作,可顯著提高PELD 的穿刺精度,減少透視和定位時間,提高手術定位精度、減少并發(fā)癥的發(fā)生、降低醫(yī)療風險,提高手術安全性,減少患者與醫(yī)生的X 線暴露、縮短住院時間,在臨床工作中有較大的應用價值。