Mimics虛擬手術規劃在經椎間孔入路經皮內窺鏡下椎間盤切除術治療L5/S1椎間盤突出癥中的應用

陳博來， 李永津，林涌鵬，屈錫亮，王羽豐，杜炎鑫

?

Mimics虛擬手術規劃在經椎間孔入路經皮內窺鏡下椎間盤切除術治療L5/S1椎間盤突出癥中的應用

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

經椎間孔入路經皮內窺鏡下椎間盤切除術(percutaneous endoscopic transforaminal discectomy，PETD)是目前備受關注的脊柱外科微創技術，其臨床療效確切，具有創傷小、出血少、康復快等優點，但學習曲線陡峭[1]。對于初學者，成功地穿刺置管是PETD較難跨越的第一道關。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。本課題組提出應用Mimics軟件(Materialise公司，比利時)在術前進行虛擬手術規劃，設計精確的個性化穿刺置管路線，以期提高L5/S1節段PETD穿刺置管成功率，降低醫源性輻射率,縮短手術時間及降低PETD學習曲線。

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。

納入標準：①年齡18～60歲；②經臨床及影像學確診的L5/S1單節段腰椎椎間盤突出癥，通過正規非手術治療≥6周無效者；③同意PETD手術治療；④同意加入研究并簽署知情同意書。

排除標準：①非L5/S1節段腰椎椎間盤突出癥或多節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，椎間盤術后硬膜囊、神經根粘連；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手術方法

試驗組術前均使用SOMATOM Sensation Cardiac螺旋CT(西門子有限公司，中國)進行腰椎掃描，層厚設定為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軟件導入患者腰椎CT數據(dicom格式),重建腰椎CT三維模型(見圖1a～d)，圖片質量選擇最高。虛擬手術規劃，仔細觀察患者的腰椎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，按照靶向穿刺技術要求[2]進行模擬置管，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)進行分割，觀察管道開口是否符合要求，并作適當的調整(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，側位角為管道與L5椎體后緣的夾角(見圖1j,k)。Mimics術前模擬置管均要求主刀醫生參與。

a～d：用Mimics 16.0軟件行腰椎CT三維重建e～g：術前虛擬置入直徑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虛擬手術規劃

fig.1Mimics virtual surgery design

對照組依靠術者經驗，術前根據正側位X線片進行穿刺路徑的設計，記錄正位角和側位角。

2組手術均由同一名熟練掌握PETD的副主任醫師主刀。手術過程嚴格按照標準經椎間孔內窺鏡脊柱系統(transforaminal endoscopic spine system， TESSYS)的操作規范進行，通過C形臂X線機透視引導，按照術前設計的角度進行穿刺置管。置管完成后常規鏡下操作，完成突出椎間盤摘除和神經根壓迫解除。

1.3觀察指標

記錄2組術中通道建立時間、鏡下操作時間、透視次數以及有無穿刺相關并發癥發生。術前、術后1 d及術后6個月時采用疼痛視覺模擬量表(visual analogue scale, VAS)評分[3]、日本骨科學會(Japanese Orthopaedic Association，JOA)下腰痛評分[4]評價療效及神經功能恢復情況。

1.4統計學處理

2結果

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

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

3討論

PETD是一種先進的脊柱微創手術，但學習曲線陡峭[5]。PETD治療L5/S1腰椎椎間盤突出的手術難點在于髂嵴以及L5橫突等骨性阻擋容易導致穿刺置管失敗[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橫突的發出點位于椎體偏下方，且L5/S1關節突關節偏靠外，L5橫突常見一側或雙側增大，與髂骨形成假關節，這些特殊解剖學特點使經椎間孔入路的PETD穿刺置管十分困難。同時由于這些骨性結構的阻擋，工作管道在手術過程中難以移動，即使置管成功，若管道無法正對突出的髓核，則術中極有可能出現髓核殘留或找不到突出的髓核的情況，最終導致手術失敗。因此，術前設計好穿刺置管路徑十分重要。盡管有學者采用了髂骨鉆孔穿刺法[7]和改良側臥位增大L5/S1椎間孔法，術中CT導航也已被用于脊柱微創手術[8]，但術前設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組術中通道建立時間、鏡下操作時間和透視次數

注：*與對照組相比，P<0.01

Note：* Compared with Control group,P<0.01

表2　2組手術前后各時間點VAS和JOA評分

注：*與術前比較，P<0.01

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

Mimics軟件模擬PETD穿刺置管路徑，有助于術前設計好合理的穿刺置管路徑，盡量避開骨性遮擋。手術前利用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識。本研究證實了術前采用Mimics虛擬手術規劃有助于減少穿刺置管時間和術中透視次數，減少輻射損傷，有效提高穿刺置管的成功率。理想的Mimics虛擬手術規劃，首先需獲得高質量模型的重建，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重要，過高或過低同樣會影響重建圖像質量，需要根據具體調節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計的關鍵。為了盡可能徹底減壓，應把工作管道的開口方向對準突出髓核，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，術前仔細閱讀患者的腰椎MRI，利用區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根的關系。利用Mimics軟件將重建模型在L5/S1椎間隙分割，通過反復觀察，調整管道的最佳方向。如果髓核向靠近椎間孔突出，管道末端應靠近關節突；若突出髓核為中央型，則管道末端應靠近棘突連線；若髓核向尾端突出，管道末端應盡可能正對S1椎體后上緣。利用Mimics軟件重建模型，還可以在手術前充分了解置管后管道末端與突出髓核的立體空間關系，在鏡下操作時可以更加輕松地取出突出髓核，完成神經根的減壓。本研究證實了術前采用Mimics虛擬手術規劃可明顯縮短鏡下操作的時間。

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

參 考 文 獻

[1] Wang H, Zhou Y, Li C, et al. Risk factors for failure of single-level percutaneous endoscopic lumbar discectomy[J].J Neurosurg Spine, 2015, 23(3)：320-325.

[2] 鄭文杰, 周躍, 李長青. 經皮椎間孔鏡技術治療腰椎間盤突出癥的策略和方法[J]. 中國骨與關節雜志, 2013, 2(4)：228-231.

[3] Huskisson EC. Measurement of pain[J]. Lancet, 1974, 2(7889)：1127-1131.

[4] Fukui M, Chiba K, Kawakami M, et al. Japanese Orthopaedic Association Back Pain Evaluation Questionnaire. Part 2. Verification of its reliability ：The Subcommittee on Low Back Pain and Cervical Myelopathy Evaluation of the Clinical Outcome Committee of the Japanese Orthopaedic Association[J]. J Orthop Sci, 2007, 12(6)：526-532.

[5] Chaichankul C, Poopitaya S, Tassanawipas W. The effect of learning curve on the results of percutaneous transforaminal endoscopic lumbar discectomy[J]. J Med Assoc Thai, 2012, 95(Suppl 10)：S206-212.

[6] 史凡祺, 張為, 馮碩, 等.經皮椎間孔鏡TESSYS技術治療中央型腰椎間盤突出癥 [J].脊柱外科雜志, 2014, 13(8)：621-625.

[7] 吳曉東, 葉曉健, 王新偉, 等.腰椎椎間孔鏡手術治療伴神經根管狹窄的腰椎間盤突出癥[J].脊柱外科雜志, 2015,13(2)：75-77.

[8] Park P. Three-dimensional computed tomography-based spinal navigation in minimally invasive lateral lumbar interbody fusion：feasibility, technique, and initial results[J]. Neurosurgery, 2015, 11 (Suppl 2)：259-267.

[9] Jhala A, Mistry M. Endoscopic lumbar discectomy：Experience of first 100 cases[J]. Indian J Orthop, 2010, 44(2)：184-190.

(本文編輯于倩)

·臨床研究·

【摘要】目的評價Mimics虛擬手術規劃在經椎間孔入路經皮內窺鏡下椎間盤切除術(percutaneous endoscopic transforaminal discectomy，PETD)治療L5/S1椎間盤突出癥中的應用價值。方法2013年8月～2015年4月，根據納入與排除標準將符合研究條件的72例病例納入研究，隨機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，術前在計算機上模擬L5/S1PETD穿刺置管，尋找最佳穿刺路徑；對照組采用經驗式穿刺方法。比較2組術中通道建立時間、鏡下操作時間、X線透視次數。采用日本骨科學會(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，觀察手術并發癥。結果試驗組的通道建立時間、鏡下操作時間和術中X線透視次數均較對照組明顯減少，差異有統計學意義(P<0.01)。2組術后1 d和術后6個月的VAS和JOA評分均較術前明顯改善，差異有統計學意義(P<0.01)。 2組之間手術前后各時間點VAS和JOA評分比較，差異均無統計學意義(P>0.05)。2組患者均未發生神經損傷、硬膜囊撕裂、血腫及椎間隙感染等并發癥。結論Mimics虛擬手術規劃有助于提高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，減少術中透視次數。

【關鍵詞】腰椎； 椎間盤移位； 內窺鏡檢查； 計算機輔助設計； 外科手術，微創性

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

【文獻標識碼】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，廣東省中醫院骨科(陳博來，李永津，林涌鵬，王羽豐，杜炎鑫)；東莞市中醫院骨科(屈錫亮)