三維可視化虛擬手術系統聯合椎間孔定位穿刺器在經皮內鏡下經椎間孔減壓手術治療腰椎管狹窄癥中的應用

鞏陳 吳建明 張文志 胡偉 劉向陽

1亳州市人民醫院脊柱外科（安徽亳州 236800）；2中國科學技術大學附屬第一醫院脊柱外科（合肥 230036）

經皮內窺鏡腰椎間盤切除術（percutaneous endoscopic lumbar discectomy，PELD）被認為是治療退行性腰椎疾病微創手術方法之一。由于椎間孔鏡系統及配套設備飛速發展，椎間孔鏡治療腰椎退變性疾病的適用證也得到了擴大，從單純腰椎間盤突出癥到不同類型的腰椎管狹窄癥（lumbar spinal stenosis，LSS）[1-4]，并且獲得滿意效果。LSS分為椎間孔狹窄、側隱窩狹窄和中央型狹窄三種類型，其中側隱窩型最常見，本文研究椎間孔鏡治療側隱窩型和椎間孔型LSS療效。經皮內鏡下經椎間孔減壓（percutaneous endoscopic transforaminal decompression，PETD）術治療LSS僅用一個8 mm小切口到達病變處并完成神經根減壓，精確是此手術成功的關鍵。因為每個患者解剖結構不完全相同，理想軌跡也是不同的。如果穿刺軌跡選擇不當，可能會損傷神經根、內臟器官或重要血管，還會增加椎間孔成型和突出椎間盤摘除難度。一般情況下，主刀醫生根據患者的體型、解剖結構和術中透視來大致判斷，這樣不夠精確，且沒有統一標準。對于初學者來說經驗不足，為了獲得理想穿刺軌跡，往往需要多次穿刺，反復透視，不僅延長了手術時間，而且增加了穿刺風險和輻射暴露。另外PETD學習曲線長，原因是多方面的，其中通道建立也是主要原因之一[5-7]，對于初學者來說手術時間長，擔心通道建立不理想及出現穿刺相關并發癥是一個巨大挑戰，使該技術普及受到了一定限制。

為了提高穿刺成功率，減少通道建立時間，減少透視次數，近幾年有文獻報道采用3D打印導航套管技術、機器人導航技術、混合現實技術等[8-11]應用于PETD中，這些技術一定程度上提高了通道建立效果，但由于對技術和經濟要求較高，很難普及。三維可視化虛擬手術系統目前主要用于肝膽外科、胸外科和泌尿外科，罕見用于脊柱外科，目前鮮有文獻報道將三維可視化虛擬手術系統聯合椎間孔定位穿刺器應用于PETD中，首次將此種技術用于PETD中治療LSS患者。創新之處在于：（1）患者俯臥位CT檢查，目的是減少因體位改變而產生誤差；（2）利用三維可視化虛擬手術系統術前模擬建立理想穿刺通道，采用體表標記精確定位，將模擬穿刺參數準確地應用到術中；（3）利用自制椎間孔定位穿刺器引導下進行椎間孔穿刺。

本研究采用三維可視化虛擬手術系統術前確定理想穿刺通道，測量出相關穿刺參數，在自制椎間孔定位穿刺器引導下進行穿刺，并與傳統穿刺方法進行對比研究，評價三維可視化虛擬手術系統聯合椎間孔定位穿刺器通道建立的時效性、準確性和安全性，以及這種新的通道建立方法治療LSS手術效果。

1 資料與方法

1.1 一般資料納入自2021年1-12月期間在亳州市人民醫院脊柱外科接受PETD手術患者64例臨床資料進行分析，其中男27例，女37例，年齡（57.1±6.45）歲（范圍50～77歲）。64例患者的影像學結果與臨床癥狀、體征相吻合，臨床表現包括神經源性間歇性跛行，下肢放射痛伴神經損害表現（神經支配區感覺障礙、肌力降低）。癥狀持續時間從2～132個月。本研究通過亳州市人民醫院倫理委員會審批，審批號：（BY）2020-0018。所有手術都有知情同意簽字。

1.2 納入及排除標準納入標準：（1）年齡≥50歲，正規保守治療6周無效；（2）單節段、單側癥狀，臨床體征與術前MRI、CT檢查相符合（側隱窩＜3 mm）；（3）典型的神經根癥狀或者神經源性跛行；（4）致壓物為突出椎間盤、骨刺、增生黃韌帶及關節突等；（5）無嚴重基礎疾病，能耐受經皮椎間孔鏡手術。

排除標準：（1）嚴重脊柱畸形，既往有腰椎該節段手術史，近期有脊柱活動性感染；（2）存在二度及以上腰椎滑脫或腰椎不穩；（3）中央型腰椎管狹窄；（4）腰5/骶1節段伴髂脊位置過高和腰5橫突肥大影響通道建立；（5）椎間盤向近端或遠端重度脫出者；（6）隨訪資料不完整；（7）不能正常進行語言交流。

1.3 分組根據通道建立方式不同將64例患者分成2組，可視化組：采用三維可視化虛擬手術系統術前確定理想穿刺通道，測量出相關穿刺參數，在自制椎間孔定位穿刺器引導下進行穿刺，通道建立后采用TESSYS技術完成神經根減壓。常規組：采用傳統徒手方法進行通道建立，然后進行與可視化組同樣手術方式手術。

可視化組32例，女18例，男14例，年齡（56.8±6.09）歲，體質量指數（23.55± 1.64）kg/m2，手術節段L4-521例，L5/S1 11例；平均隨訪時間（9.78±2.14）個月。

常規組32例，男13例，女19例，年齡（57.5±6.77）歲，體質量指數（23.92 ± 1.74）kg/m2，手術節段 L4-5 22例，L5/S1 10例；平均隨訪時間（9.21±2.58）個月。

兩組患者性別、年齡、體質量指數、手術節段、平均隨訪時間比較，差異均無統計學意義（P＞ 0.05）。

1.4 術前規劃及手術設備患者術前要完成影像學檢查，包括腰椎正側位片、動力位片、腰椎CT三維重建、腰椎MRI。其中可視化組CT檢查時采用俯臥位（與術中相同體位），并做好體表標記。腰椎可視化重建采用人體三維可視化虛擬手術系統（中國）。術中使用Joinmax椎間孔鏡和射頻系統（德國）。

教師問：如果我們沿斜面拉著毛刷前進，情況會如何？學生重新做實驗，如圖2B所示，學生一定會為自己的猜測與實驗結論一致而高興。

筆者研制的椎間孔定位穿刺器介紹：組成（圖 1A、B）包括 1-固定架、2-連接桿、3-量角器、4-刻度針5-導向器和6、7、8三個關節。此穿刺器起到固定角度和方向作用，不影響術中透視。除固定架外其它結構均消毒后使用，6、7、8三個關節部位可進行360°旋轉，并且可以進行上下滑動調節高度。導向器進針一側設計為“米”字型，出針一側是圓形（圖1C），穿刺針可以進行“米”字型8個不同方位調整方向，方面術中微調穿刺位置。

圖1 自制椎間孔定位穿刺器Fig.1 Self made intervertebral foramen positioning puncture device

1.5 手術方法

1.5.1 可視化組手術方法

1.5.1.1 術前準備為了減少因體位改變而產生誤差，術前腰椎CT檢查與手術時同樣體位（圖2A），且所用俯臥位墊是相同的，這樣獲得CT數據更加準確。做CT之前在患者腰背部體表進行金屬定位標記，然后利用CT數據進行三維可視化重建，可以將體表標記物完全重建出來。在患者身上用標記筆標出金屬物的皮膚位置，以備術中參考。所用CT是我院影像中心64排雙螺旋CT，層厚設定為1 mm，掃描時要包括患者背部全部皮膚，獲取腰椎CT平掃二維數據（Dicom3.0格式）。將腰椎CT平掃數據導入三維可視化醫學診斷圖像處理系統中，重建出腰椎三維可視化模型，重建內容包括神經、硬脊膜、皮膚、體表標記物、肌肉、椎間盤、骨組織等（圖2B），不同組織采用不同顏色標記，易于辨認。建1條直徑7.5 mm的虛擬管道及虛擬穿刺針，進行術前模擬通道建立，調整虛擬管道及穿刺針達到理想位置（圖2B）。360°旋轉圖像觀察管道與出口神經根、上關節突和椎間盤位置關系。以皮膚表面標記物為參考位置，可測量出術中皮膚進針點位置，即虛擬穿刺針與皮膚交點（圖2B綠色圓內）。測量出虛擬穿刺針與矢狀面角度即術中穿刺外展角度（圖2C）。根據模擬穿刺針在體表投影和皮膚表面標記物位置，可以計算出術中穿刺方向。術前在患者皮膚表面標記出進針點位置、穿刺外展角度和穿刺方向（圖2D），以備術中直接穿刺所用。

1.5.1.2 手術步驟（1）患者取俯臥位，與CT檢查時同一個俯臥位墊，術區消毒鋪巾貼膜。（2）麻藥為利多卡因注射液15 mL混合25 mL生理鹽水。5 mL麻藥行局部皮膚麻醉，安裝好自制椎間孔定位穿刺器，根據術前規劃調節好穿刺角度，18G穿刺針從“米”字型導向器中心沿著術前規劃的穿刺參數緩慢行椎間孔穿刺（圖2E），穿刺針需要平行于刻度針，透視確定進針位置，較理想穿刺位置是在前后位投影中，穿刺目標位于下位椎體上終板線與椎弓根內緣連線的交叉點，在側位投影中，穿刺目標位于下位椎體后緣線與下位椎體上終板線的交叉點[12]。若位置不佳，利用“米”字型導向器微調，再次透視，位置滿意后，注射麻藥10 mL，務必回抽無腦脊液和明顯出血方可注射麻藥，注意詢問患者下肢感覺。置換導絲后撤掉椎間孔定位穿刺器。18G穿刺針沿著導絲方向穿刺，注意稍微向背側穿刺下位椎體上關節突，可感到骨性阻擋，這是上關節突，注射麻藥10 mL行上關節突麻醉。最后行腰背筋膜麻醉。（3）通道建立后，按照標準的TESSYS技術[13]進行神經根減壓。需去除壓迫神經的突出髓核、黃韌帶和骨組織。最后皮膚縫合1針，敷料覆蓋傷口，手術結束。

1.5.2 常規組手術方法常規組穿刺路徑的設計及通道建立依靠術者經驗、患者體型、術前腰椎CT和MRI檢查和術中透視，椎間隙及穿刺角度確定采用自制可透視角度測量器（圖2F，專利號：ZL 2021 30855068.9）。通道建立完成后，其余與可視化組相同。兩組手術通道建立由1名年輕醫生完成，減壓過程由1名掌握PETD的醫師完成。手術過程嚴格按照標準經椎間孔內窺鏡脊柱系統的操作規范進行。

1.6 術后處理術后當天可以戴腰圍下床行走，腰圍腰佩戴6周，4周內以臥床為主，3個月內避免體力勞動，術后常規復查腰椎CT三維重建、MRI、腰椎動力位片。

1.7 評價指標（1）影像學評價，包括X線片、CT三維重建和MRI。（2）疼痛視覺模擬評分（visual analogue scale，VAS）。（3）Oswestry功能障礙指數（Oswestry disability index，ODI）；（4）其他評價指標，包括住院天數、穿刺次數、穿刺時間、透視次數及并發癥發生情況。

1.8 統計學方法應用SPSS 21.0（IBM公司，美國）統計軟件包進行統計分析。符合正態分布的計量資料（包括年齡、住院天數、穿刺時間、穿刺次數、透視次數、手術時間、ODI、VAS）采用表示，組間比較采用兩獨立樣本t檢驗。計數資料（性別、手術節段）采用例（%）表示，組間比較采用χ2檢驗。檢驗水準α=0.05。

2 結果

2.1 一般結果可視化組住院天數和手術時間與常規組相比，差異無統計學意義（P＞0.05）；可視化組穿刺時間與常規組相比，差異有統計學意義（t=3.154，P＜0.005）；可視化組穿刺次數與常規組相比，差異有統計學意義（t=8.590，P＜0.001）；可視化組透視次數與常規組相比，差異有統計學意義（t=2.49，P＜0.05）。見表1。

表1 兩組患者一般結果對比Tab.1 Comparison of general results of two groups of patients ±s

表1 兩組患者一般結果對比Tab.1 Comparison of general results of two groups of patients ±s

組別可視化組常規組t值P值住院天數（d）5.25±1.03 4.46±1.43 0.016 0.893穿刺時間（min）11.93±3.49 17.84±5.38 3.154 0.003穿刺次數（次）4.03±1.82 6.53±2.76 8.590＜0.001透視次數（次）8.50±3.27 14.28±5.26 2.490＜0.001手術時間（min）97.18±8.83 104.53±9.46 0.002 0.958

2.2 VAS評分可視化組和常規組術后1 d、6個月和術前比較差異均有統計學意義（P＜0.05），2組間對應時間（術前、1 d和術后6個月）分別比較差異均無統計學意義（P＞0.05）。見表2。

表2 兩組患者VAS評分對比Tab.2 Comparison of VAS scores between the two groups ±s，分

表2 兩組患者VAS評分對比Tab.2 Comparison of VAS scores between the two groups ±s，分

組別可視化組常規組t值P值術前7.84±0.83 7.71±0.87 0.566 0.538術后1 d 2.96±1.28 2.43±1.57 0.151 0.753術后6個月1.12±0.73 1.15±0.71 0.865 0.382

2.3 ODI評分可視化組和常規組術后1 d、6個月和術前比較差異均有統計學意義（P＜0.05），2組間對應時間（術后1 d、6個月和術前）分別比較差異均無統計學意義（P＞0.05）。見表3。

表3 兩組患者ODI評分對比Tab.3 Comparison of ODI scores between the two groups ±s，%

表3 兩組患者ODI評分對比Tab.3 Comparison of ODI scores between the two groups ±s，%

組別可視化組常規組t值P值術前67.26±6.67 66.03±6.60 0.469 0.586術后1 d 22.31±7.02 21.14±5.96 0.484 0.572術后6個月11.63±2.03 13.18±3.47 0.037 0.871

2.4 總體療效64例患者均順利完成手術，無嚴重并發癥發生，無神經根及馬尾神經損傷，無大血管損傷，無內臟損傷，無傷口感染，無腰椎不穩。隨訪時間6～15個月。末次隨訪時總體療效滿意。

2.5 不良反應及預后隨訪可視化組有1例術后1周出現手術側腿部疼痛，VAS評分7分，MRI提示側隱窩處形成囊腫，予以保守治療3周后癥狀消失。常規組有1例術中出現硬膜囊撕裂，予以保守治療無不適。常規組有1例術后出現同側臀部疼痛較術前加重，VAS評分8分，復查MRI未見異常，予以保守治療2周后臀部疼痛明顯緩解，VAS評分3分。常規組有1例術后15個月復發，予以融合固定手術后癥狀消失。

2.6 典型病例患者，男，51歲，主訴左下肢間歇性跛行6年加重3月。診斷：腰4/5椎管狹窄癥，術前行三維可視化重建腰椎，在自制椎間孔定位穿刺器引導下建立通道，然后行PETD手術，手術順利，術后左下肢疼痛恢復滿意（圖3）。

圖3 L4-5椎管狹窄癥手術前后影像學圖片Fig.3 Imaging pictures of L4-5spinal stenosis before and after operation

3 討論

本研究特色包括以下方面：（1）將人體三維可視化虛擬模型應用于PETD治療LSS患者，術前進行虛擬通道規劃，設計精確的個性化穿刺置管路線，通過三維可視化重建腰椎、穿刺通道和體表標記物，可以清晰看到皮膚，關節突，椎體，神經根等結構，可以360°旋轉觀察模擬通道與神經、關節突等的位置關系?？梢噪[藏不重要的組織結構。三維可視化系統從三維立體的角度進行定位測量，理論上比CT和MRI更加準確。（2）保證術前模擬與真實手術具有基本相同的體位和腹下墊枕的高度，術中使用的腹下墊枕與CT掃描時是相同型號。這樣可以減少因體位改變而產生的誤差。（3）采用體表標記定位方法將術前規劃的穿刺參數準確地轉換到患者身上，做CT之前在體表進行金屬定位標記，做CT時可將金屬掃描下來，然后利用CT數據進行三維可視化重建，將標記物重建出來。然后在患者皮膚上標出標記物的位置以備術中使用。（4）根據三維可視化圖像，找到最佳穿刺通道及進針點，測量出進針的角度和方向，根據皮膚表面標記物位置，術前在患者皮膚表面標記出進針點、進針角度和進針方向，以備術中穿刺使用。（5）在自制椎間孔定位穿刺器引導下，沿著術前設計好的進針點、進針角度和進針方向進行穿刺。導向器進針一面設計成“米”字型，出針一面設計成單孔，可以進行“米”字型8個方向調整穿刺角度和方向。通過本研究驗證，自制椎間孔定位穿刺器方面使用，且準確性高，可以滿足此手術要求。

對于PELD而言，準確、安全的穿刺置管至關重要，是手術成功的關鍵所在，可以達到事半功倍的效果，通道建立不佳，可能會導致手術失敗。傳統定位和穿刺方法主要依賴于手術醫生的技術、臨床經驗、對局部腰椎解剖的掌握和空間想象力。對于經驗和空間想象力不豐富的醫生，為了到達滿意椎間孔穿刺目標，往往需要反復透視和穿刺，這樣會增加椎旁軟組織、血管和神經根損傷機率，也會增加患者和手術醫護人員的放射線照射，相關研究[14-16]表明長期X射線輻射可能與免疫功能障礙、氧化應激誘發、皮膚紅斑、白內障和惡性腫瘤有關。也會增加手術時間和延長學習曲線。手術時間延長會增加患者頸部疼痛發生率，甚至出現癲癇發作[17-18]，這時候患者往往無法忍受繼續手術，醫生被迫終止手術導致神經減壓不徹底，癥狀恢復不滿意。因此，有必要尋找一種新的技術，以減少初學者定位差異和學習曲線，提高穿刺成功率，減少輻射暴露和手術時間。隨著醫學發展，一些新的設備應用于脊柱微創手術，極大地提高了椎間孔準確、安全的穿刺置管。減少輻射暴露和手術時間，使學習曲線變得平坦。本研究采用三維可視化虛擬模型應用于PETD治療LSS患者，根據患者三維可視化圖像找到最佳穿刺通道及進針點，術前在患者皮膚表面標記出進針點、進針角度和進針方向，術中直接穿刺無需再次透視確定節段及方向，并在自制椎間孔定位穿刺器引導下穿刺。與傳統方法相比，這種技術可以提高穿刺成功率，減少穿刺次數、時間和透視次數。本設備簡單花費低，技術容易掌握，準確性較高，有一定臨床應用價值。QIN等[19]采用隨機對照尸體研究，將3D打印導航套管聯合C臂導航系統用于PELD穿刺和定位，可以實時導航反饋，與傳統方法相比，這種技術可以減少學習曲線，提高首次穿刺成功率，減少手術穿刺時間和放射照射。其研究在尸體上進行的，與真人穿刺定位存在一定誤差，另外計算機導航系統與穿刺定位使用C臂導航成本高，許多醫院沒有這種設備。SHI等[20]設計出反向椎間孔視圖軟件，應用此軟件術前在電腦中可以模擬穿刺和椎間孔成型，可以找到最佳皮膚進針點和通道位置，通過與傳統穿刺方法對比，結果顯示出可以減少穿刺通道建立時間、手術時間和術中透視次數，而不影響臨床效果。此軟件與本研究使用的三維可視化虛擬手術系統作用基本相似，但是他們沒有應用椎間孔定位穿刺器，這樣很難保證將術前規劃參數準確應用到術中。而且他們術前數據是仰臥位測量的，術中俯臥位時誤差較大。LIU等[21]將混合現實技術應用于PETD中，并與傳統穿刺技術對比研究87例患者，結果表明混合現實技術可以明顯減少通道建立時間和輻射暴露時間，但是當手術時間超過半小時，術者會有眼睛疲勞不適感，另外這種技術處于早期階段，技術不太成熟，可以使用軟件比較少。ZHOU等[22]聯合虛擬現實技術和同心圓穿刺導航裝置在尸體上研究，結果顯示出其可以減少椎間孔穿刺頻率、通道建立時間和輻射劑量。

PETD治療LSS筆者個人體會：（1）對于L5/S1節段高髂脊、L5橫突肥大的患者，通過術前三維可視化模擬置管，可以指導避開骨性阻擋和確定能否置管成功。（2）下位椎體上關節突尖部去除可以同時減壓側隱窩及椎間孔[23]，再去除背側部分黃韌帶和腹側突出椎間盤，可以達到出口根和行走根同時減壓目的，不會影響腰椎穩定性[24]。（3）在椎弓根水平側隱窩狹窄減壓比較困難，筆者的經驗是靶點穿刺，在三維可視化圖像上將模擬穿刺針放到貼近椎弓根上緣處，同時穿刺針放到上關節突中部或中下部，術中按照術前設計進行穿刺，穿刺方向稍偏遠端，這樣更有利于徹底減壓，往往需要去除上關節突腹側較多骨質，必要時需要去除部分下位椎弓根內緣和上緣以便更好提供視野。術后CT顯示關節突的關節面并沒有破壞，只是去除上關節突腹側骨質，對節段穩定性沒有明顯影響。CHEN等[25]對25例患者隨訪29個月手術節段動力位片上角度變化為3.2°。（4）鏡下解剖結構辨認是非常重要的，尤其是關節突成型位置對手術快速、順利進行起著關鍵作用，筆者通常根據橫突作為解剖標志，橫突與上關節突連接處形成一個拐角，且橫突一般不會增生，容易辨認，這里沒有神經通過，比較安全。也可以根據關節突尖部辨認，這里靠近出口根，注意不要損傷。

本研究結果表明可視化組穿刺次數明顯少于常規組，可視化組穿刺時間明顯少于常規組，可視化組透視次數明顯少于常規組?？梢暬M一次穿刺成功有3例，常規組有2例。常規組有4例出現首次穿刺偏離椎間孔較遠，可視化組出現這種情況，有3例患者穿刺時出現一過性腿痛，調整穿刺方向后沒有再次發生，考慮穿刺針穿刺到神經，而可視化組沒有發生這種情況。與傳統徒手穿刺相比，采用三維可視化虛擬手術系統聯合自制椎間孔定位穿刺器可以明顯減少穿刺次數、透視次數和穿刺時間，穿刺準確性更高、更加安全。兩組在神經減壓效果、住院時間和手術時間方面沒有差別。本研究有1例患者出現復發需要手術治療，發生率是1.5%，低于文獻報道2%～10%[26]，考慮與本文納入病例較少和隨訪時間短有關系。

本研究的不足之處是單中心研究，回顧性分析，樣本量較少，隨訪時間較短，將來準備進行多中心、前瞻性、大量本、長時間隨訪研究。另外單純采用CT數據進行三維可視化重建對于神經位置誤差較大，如果結合CT和MRI數據進行三維可視化重建可以更加準確顯示神經位置。

總之，本文通過對比研究顯示三維可視化虛擬手術系統聯合自制椎間孔定位穿刺器在經皮內鏡下經椎間孔減壓手術治療LSS中可以明顯減少穿刺次數、透視次數和穿刺時間，穿刺準確性高、安全，手術效果滿意，這種方法是可行的。