計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)先天性脊柱側(cè)凸的個(gè)性化手術(shù)

摘要：目的探討運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)建立先天性脊柱側(cè)凸個(gè)性化診療的新方法。方法運(yùn)用CAD軟件對(duì)10例患者進(jìn)行三維重建、測(cè)量，仿真模擬手術(shù)，根據(jù)術(shù)前測(cè)量評(píng)估及模擬手術(shù)指導(dǎo)手術(shù)治療。結(jié)果10例先天性脊柱側(cè)凸患者術(shù)前冠狀面Cobb's角平均54.5°，矢狀面Cobb's角平均31.9°。術(shù)前均進(jìn)行三維數(shù)字化設(shè)計(jì)手術(shù)方案；術(shù)中椎弓根螺釘置入準(zhǔn)確；手術(shù)時(shí)間平均3.1 h，平均失血量563.6 mL；術(shù)后畸形矯正均非常滿意，術(shù)后冠狀面Cobb's角平均11.0°（矯正率79.82%，P<0.05），矢狀面Cobb's角平均13.2°（矯正率58.62%，P<0.05），隨訪時(shí)間8~57個(gè)月，平均27.6個(gè)月。結(jié)論運(yùn)用這種新的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)術(shù)前進(jìn)行精確三維數(shù)字化設(shè)計(jì)，可以提高先天性脊柱側(cè)凸手術(shù)的安全性和精確性。

關(guān)鍵詞：三維數(shù)字化設(shè)計(jì)；先天性脊柱側(cè)凸；個(gè)性化手術(shù)半椎體是最常見(jiàn)的先天性脊柱畸形，其臨床表現(xiàn)復(fù)雜多樣，既往通過(guò)CT、X線片等二維圖像資料評(píng)估半椎體部位、結(jié)構(gòu)、畸形程度和設(shè)計(jì)手術(shù)方案[1]，常規(guī)手術(shù)方法存在缺陷，容易發(fā)生椎體畸形判斷不準(zhǔn)確、切除范圍不精確、內(nèi)固定置入耗時(shí)長(zhǎng)、置釘錯(cuò)誤、矯形效果欠佳等問(wèn)題[2]?，F(xiàn)在計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)如導(dǎo)航技術(shù)[3]、虛擬現(xiàn)實(shí)、三維數(shù)字化和無(wú)紙化設(shè)計(jì)的新時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨[4]，近10年來(lái)我們采用醫(yī)學(xué)影像成像技術(shù)、圖像處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)等相結(jié)合而建立了我們自己獨(dú)特的計(jì)算機(jī)輔助骨科手術(shù)新方法[5-6]。

1資料與方法

1.1一般資料 2007年1月以來(lái)收治10例半椎體先天性脊柱側(cè)彎患者，男6例，女4例，年齡在12~33歲，平均年齡20.3歲，冠狀面Cobb's角平均54.5°，矢狀面Cobb's角平均31.9°，4例為側(cè)凸畸形，6例為側(cè)后凸畸形，均伴有明顯的椎體旋轉(zhuǎn)畸形。

1.2方法 患者首先行全脊柱CT掃描、三維重建，而后采用計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行半椎體切除、矯形手術(shù)的三維數(shù)字化與無(wú)紙化設(shè)計(jì)，包括：計(jì)算機(jī)仿真模擬半椎體切除矯形手術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量椎弓根釘直徑及長(zhǎng)度等。

1.2.1全脊柱CT掃描、三維重建 將CT掃描獲得的二維圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics軟件，重建脊柱三維解剖模型。將CT掃描獲得的二維圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics軟件，采用閾值分割、區(qū)域增加等建立各個(gè)椎體的三維數(shù)字化模型。

1.2.2計(jì)算機(jī)仿真模擬半椎體切除、矯形、內(nèi)固定過(guò)程 將各椎體三維解剖模型輸入CAD軟件，在計(jì)算機(jī)上仿真模擬半椎體切除、矯形、椎弓根釘置入和內(nèi)固定棒置入等操作，驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可行性和進(jìn)一步完善手術(shù)方案。

1.2.3測(cè)量椎弓根釘部位、直徑及長(zhǎng)度 計(jì)算機(jī)輔助分析、測(cè)量各椎體三維模型的外形輪廓、解剖參數(shù)，確定每一個(gè)椎弓根螺釘?shù)娜朦c(diǎn)、方向，測(cè)量每一個(gè)椎弓根螺釘?shù)闹睆胶烷L(zhǎng)度。

1.3統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)軟件( SPSS公司，美國(guó)) 對(duì)計(jì)量資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。對(duì)手術(shù)前后畸形度數(shù)的測(cè)量結(jié)果采用配對(duì)t檢驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。

2結(jié)果

10例先天性脊柱側(cè)凸患者術(shù)前冠狀面Cobb's角平均54.5°，矢狀面Cobb's角平均31.9°。術(shù)前均進(jìn)行三維數(shù)字化設(shè)計(jì)手術(shù)方案；術(shù)中椎弓根螺釘置入準(zhǔn)確；手術(shù)時(shí)間平均3.1 h，平均失血量563.6 mL；有1例患者在術(shù)后9個(gè)月出現(xiàn)螺釘松動(dòng)，胸背部疼痛，其余無(wú)失血性休克及其他臟器損傷、脊髓神經(jīng)損傷、腸系膜上動(dòng)脈綜合征、胸膜破裂發(fā)生?；颊呔@隨訪，隨訪時(shí)間8~57個(gè)月，平均27.6個(gè)月?；颊哂谛g(shù)后4 w佩戴腰圍下地行走。術(shù)后1 w復(fù)查X線片證實(shí)術(shù)后畸形矯正均非常滿意，矢狀面與冠狀面矯形均良好，椎弓根螺釘位置好。術(shù)后冠狀面Cobb's角平均11.0°（矯正率79.82%，P<0.05），矢狀面Cobb's角平均13.2°（矯正率58.62%，P<0.05），隨訪時(shí)間8~57個(gè)月，平均27.6個(gè)月，末次隨訪冠狀面Cobb's角平均10.6°，矢狀面Cobb's角平均14.7°，末次隨訪結(jié)果與術(shù)后1 w相比無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P>0.05），見(jiàn)表1。截骨融合率為94.12%。

3典型病例

黃XX，男，16歲，因發(fā)現(xiàn)脊柱畸形3年余就診。體查：脊柱\"S\"形，腰段脊柱左側(cè)凸畸形，后枕部中點(diǎn)與臀中溝不在同一垂直線上，骨盆稍傾斜。X線拍片檢查：脊柱側(cè)彎畸形，L1半椎體畸形，見(jiàn)圖A、B。Marks分型為半分節(jié)半椎體。

3.1 CT掃描獲取數(shù)據(jù)、三維重建及計(jì)算機(jī)輔助分析 行脊柱CT掃描，三維重建建立脊柱解剖模型。計(jì)算機(jī)輔助分析L1左側(cè)半椎體，L1與T12椎體分節(jié)不全，局部左側(cè)凸畸形，見(jiàn)圖C。同時(shí)相應(yīng)階段存在后凸畸形，三維測(cè)量冠狀面Cobb's角43.5051°，矢狀面Cobb's角為25.4567°，見(jiàn)圖D、E。

3.2計(jì)算機(jī)輔助三維測(cè)量椎弓根釘直徑及長(zhǎng)度 按計(jì)劃切除L1半椎體，其上下分別于T11、T12、L2、L3固定兩枚椎弓根螺釘，根據(jù)椎體及椎弓根的形狀結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)輔助確定椎弓根螺釘?shù)闹睆胶烷L(zhǎng)度。T11椎體椎體參數(shù)：椎體向左旋轉(zhuǎn)，椎弓根螺釘?shù)篱L(zhǎng)度，左：Φ6.0 mm×39.9 mm，右：Φ6.0 mm×40.9 mm，見(jiàn)圖F。T12椎體參數(shù)：椎體前方向左旋轉(zhuǎn)；椎弓根螺釘?shù)篱L(zhǎng)度，左：Φ7.0 mm×41.7 mm，右：Φ5.5 mm×41.7 mm；L2椎弓根螺釘?shù)篱L(zhǎng)度，左：Φ6.5 mm×45 mm，右Φ6.5 mm×47.8 mm；L3椎弓根螺釘?shù)篱L(zhǎng)度Φ7.0 mm×53.6 mm，右Φ7.0 mm×53.1 mm。

3.4仿真模擬手術(shù) 計(jì)算機(jī)模擬L1半椎體切除、椎弓根釘棒系統(tǒng)內(nèi)固定過(guò)程：①L3椎體前后左右對(duì)齊，模擬置入Φ7.0 mm×50 mm椎弓根螺釘。②L2椎體對(duì)齊，模擬置入Φ6.5 mm×45 mm椎弓根螺釘。③L1半椎體切除。④T12椎體對(duì)齊，T12椎弓根螺釘模擬置入：左：Φ7.0 mm×40 mm，右：Φ5.5 mm×40 mm。⑤矯正后凸畸形，見(jiàn)圖G。⑥T11椎體對(duì)齊，模擬置入Φ6.0 mm×40 mm椎弓根螺釘。⑦內(nèi)固定棒模擬內(nèi)固定，見(jiàn)圖H，I。

3.5手術(shù)過(guò)程 麻醉成功后，患者取俯臥位，常規(guī)術(shù)野消毒、鋪巾。取腰部T10-L3棘凸連線切口總長(zhǎng)約15 cm，逐層顯露T10-L3雙側(cè)的椎板、小關(guān)節(jié)凸和橫凸。T11、T12、L2、L3上關(guān)節(jié)凸處開(kāi)路、鉆孔；按計(jì)算機(jī)輔助確定的參數(shù)選擇相適應(yīng)的椎弓根釘擰入，見(jiàn)圖J。根據(jù)術(shù)前計(jì)算機(jī)模擬切除過(guò)程進(jìn)行L1半椎體楔形切除，截除骨塊形狀呈左寬右窄，后寬前窄。按照術(shù)前計(jì)算機(jī)模擬矯形復(fù)位進(jìn)行矯正畸形。

3.6術(shù)后情況 患者術(shù)中出血量約800 mL，自體血回輸200 mL，術(shù)后第2d引流量400 mL，第3 d引流量20 mL，予以拔除引流管。術(shù)后復(fù)查X片：腰椎生理曲度恢復(fù)正常，冠狀面Cobb's角6°，矢狀面Cobb's角19°，T11、T12、L2、L3椎弓根螺釘位置好，見(jiàn)圖K、圖L，2013年5月來(lái)我院復(fù)查X片，冠狀面及矢狀面Cobb's角基本一致，無(wú)并發(fā)癥出現(xiàn)。

4討論

張永剛[7]等報(bào)告采用蛋殼樣掏空半椎體內(nèi)松質(zhì)骨、保留纖維軟骨后采用凸側(cè)釘棒系統(tǒng)壓縮的方法矯正畸形，劉祖德[8]等報(bào)告采用半椎體截骨+釘棒系統(tǒng)凸側(cè)壓縮的方法矯正畸形，以上兩種方法部分克服了半椎體切除術(shù)式的不足；但仍存在截骨部位和截骨角度術(shù)中評(píng)經(jīng)驗(yàn)決定，缺少精確性，因?yàn)樵谌S空間上評(píng)借感覺(jué)進(jìn)行外寬內(nèi)窄、前窄后寬的截骨很難合符實(shí)際需要。肖聯(lián)平 等[9]報(bào)道在紙樣上模擬截骨，觀察矯形效果，最終確定截骨部位和截骨角度，測(cè)出各截骨節(jié)段在棘凸和椎體后緣水平的截骨寬度，指導(dǎo)術(shù)中截骨量有一定指導(dǎo)意義；但是這種方法只是在二維圖像上設(shè)計(jì)手術(shù)，對(duì)復(fù)雜的半椎體畸形矯正同樣不精確。

在計(jì)算機(jī)上模擬半椎體截骨、內(nèi)固定手術(shù)等過(guò)程具有以下優(yōu)點(diǎn)：①通過(guò)仿真模擬手術(shù)了解術(shù)中可能遇到的問(wèn)題，事先考慮補(bǔ)救方法和預(yù)防措施；②通過(guò)手術(shù)模擬比較各方案的優(yōu)劣，找出較好的手術(shù)方案，并不斷完善；③術(shù)前手術(shù)組人員在計(jì)算機(jī)上反復(fù)預(yù)演、交流，能夠加深對(duì)手術(shù)方案的熟練掌握、提高術(shù)中默契配合能力；④術(shù)前給患者及其家屬進(jìn)行模擬展示，可以直觀顯示手術(shù)過(guò)程、三維顯示手術(shù)效果，加深患者對(duì)手術(shù)過(guò)程的了解，提高康復(fù)信心。

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編輯/肖慧