混合現(xiàn)實技術(shù)與X射線透視引導(dǎo)椎間孔鏡治療腰椎間盤突出癥的比較研究*

陳重罡，朱希田，陳榮生，張曉波，王長昇△

(1.福建醫(yī)科大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，福州 350004；2.福建醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院脊柱外科，福州 350005)

經(jīng)皮椎間孔鏡腰椎間盤切除術(shù)(percutaneous transforaminal endoscopic discectomy，PTED)是近年來國內(nèi)外微創(chuàng)治療腰椎間盤突出癥(lumbar intervertebral disc herniation，LDH)的熱門技術(shù)，較傳統(tǒng)后路開放性手術(shù)，具有創(chuàng)傷小、見效快、術(shù)后并發(fā)癥少等優(yōu)點。目前，PTED已在臨床上得到廣泛的推廣及應(yīng)用。但是如何選定準(zhǔn)確的穿刺點、合適的穿刺角度和深度，從而安全、快速地建立工作通道仍是該技術(shù)的難點。良好的定位穿刺和滿意的通道建立是決定術(shù)中鏡下操作順利與否及術(shù)后臨床療效的關(guān)鍵因素[1-2]。本研究創(chuàng)新性地將混合現(xiàn)實(mixed reality，MR)技術(shù)應(yīng)用于PTED中，為術(shù)中定位、穿刺及建立工作通道進行可視化導(dǎo)航，并將MR技術(shù)導(dǎo)航與傳統(tǒng)C臂X射線透視引導(dǎo)輔助下PTED進行比較分析，探討MR技術(shù)導(dǎo)航PTED治療LDH的臨床療效，現(xiàn)報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本研究共納入2018年6月至2020年9月福建醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院脊柱外科收治的單間隙LDH患者39例，胡有谷水平位分區(qū)均為2區(qū)，矢狀位未見明顯脫垂，均只累及單側(cè)神經(jīng)根。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)年齡20～50歲；(2)嚴重的單側(cè)下肢放射性麻木、疼痛，有痛性跛行；(3)腰椎影像學(xué)顯示單間隙椎間盤突出，累及一側(cè)神經(jīng)根，與癥狀體征相符；(4)規(guī)范保守治療3個月以上，病情無改善。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)多節(jié)段病變；(2)責(zé)任間隙雙側(cè)神經(jīng)根受累，表現(xiàn)為雙下肢根性癥狀；(3)伴有馬尾綜合征、廣泛性腰椎管狹窄癥、明顯的腰椎不穩(wěn)等其他腰椎病變；(4)病變間隙既往有手術(shù)、外傷史。根據(jù)輔助設(shè)備不同分為兩組：MR技術(shù)導(dǎo)航PTED組(導(dǎo)航組)18例，其中L4.510例，L5S18例；X射線透視引導(dǎo)PTED組(透視組)21例，其中L4.511例，L5S110例。兩組患者一般資料(性別、年齡及病程)比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，見表1。本研究經(jīng)倫理委員會審核批準(zhǔn)[閩醫(yī)大附一倫理醫(yī)研(2018)146號]。

表1 兩組患者一般資料比較

1.2 方法

導(dǎo)航組手術(shù)方法：術(shù)前通過放射影像科的醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)(PACS)獲取患者的磁共振成像(MRI)及CT三維影像數(shù)據(jù)(DICOM格式文件)，導(dǎo)入到Mimics軟件(Materialise公司，mimics 21.0版本)進行三維建模，生成STL格式文件后導(dǎo)入MR平臺生成MR應(yīng)用程序(APP)，將三維重建模型載入全息影像眼鏡中，個體化定制經(jīng)椎間孔入路的精準(zhǔn)靶向手術(shù)路徑。患者取俯臥位，標(biāo)定骨性標(biāo)志點(與術(shù)前影像檢查時為同一標(biāo)志點)，在骨性標(biāo)志點上粘貼單一可溯源的二維碼，術(shù)者佩戴MR眼鏡(微軟hololens2，開發(fā)者版本)，通過全息眼鏡圖像識別技術(shù)，掃描二維碼作為空間定位坐標(biāo)，將MR圖像的即時空間定位點與骨性標(biāo)志點配點吻合固定，經(jīng)微調(diào)使MR圖像與實體腰椎完全融合重疊；MR技術(shù)導(dǎo)航下，進針點逐層浸潤麻醉，根據(jù)術(shù)前設(shè)計的穿刺路線(MR眼鏡中呈現(xiàn)的圖像路線)使用18G穿刺針經(jīng)患側(cè)椎間孔進行穿刺，C型臂X射線機透視觀察穿刺針位置滿意后，放置導(dǎo)絲，做一7～8 mm切口，逐級置入導(dǎo)桿、環(huán)鋸，行椎間孔成形，安放工作通道，術(shù)中透視觀察通道位置滿意，連接內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，鏡下摘除髓核組織。透視組手術(shù)方法：取俯臥體位，局部麻醉，應(yīng)用椎間孔鏡TESSYS技術(shù)行PTED，C臂X射線透視描記標(biāo)志線并確定進針點，透視引導(dǎo)下經(jīng)患側(cè)椎間孔應(yīng)用18G穿刺針進行穿刺，導(dǎo)絲引導(dǎo)下各級導(dǎo)棒逐級進行軟組織擴張，環(huán)鋸椎間孔成形，最后置入工作通道并經(jīng)透視證實位置滿意，連接內(nèi)窺鏡系統(tǒng)并進行椎間盤切除術(shù)。

1.3 觀察指標(biāo)

1.3.1穿刺針位置滿意度

依據(jù)術(shù)中透視情況進行評定，優(yōu)：正位透視下穿刺針尖位于2區(qū)，側(cè)位透視下針尖位于上下兩相鄰椎體后緣連線上；良：正位透視下穿刺針尖位于患側(cè)上下椎弓根中點連線與棘突連線之間，2區(qū)外的區(qū)域，側(cè)位透視同前；可：正位透視下穿刺針尖在3區(qū)內(nèi)，位于上下椎弓根中點連線外的區(qū)域，側(cè)位透視同前或稍向腹側(cè)偏移；差：穿刺針尖位于優(yōu)良可區(qū)域外。優(yōu)良率=(穿刺針位置滿意度優(yōu)+穿刺針位置滿意度良)/患者總例數(shù)×100%。

1.3.2療效評價指標(biāo)

(1)比較分析兩組患者的穿刺次數(shù)、穿刺時間、透視次數(shù)、術(shù)中穿刺疼痛視覺模擬評分法(VAS)評分、手術(shù)切口長度、術(shù)中出血量、手術(shù)時間、術(shù)后下地及術(shù)后住院時間等圍手術(shù)期指標(biāo)；(2)觀察手術(shù)并發(fā)癥；(3)術(shù)前及術(shù)后1 d、術(shù)后3、12個月采用VAS對兩組患者的腰、腿痛進行評估，利用Oswestry功能障礙指數(shù)(ODI)及腰椎日本骨科協(xié)會(JOA)腰椎功能評分(JOA評分)對患者腰椎功能改善情況進行評價，定期復(fù)查腰椎X射線、CT及MRI評估腰椎術(shù)后穩(wěn)定性及椎間盤復(fù)發(fā)情況，綜合評定手術(shù)療效。

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理

2 結(jié) 果

2.1 圍手術(shù)期情況

所有手術(shù)均順利完成，導(dǎo)航組在MR眼鏡中呈現(xiàn)的術(shù)前規(guī)劃路線導(dǎo)航下，穿刺順利。所有患者均無中轉(zhuǎn)開放手術(shù)，術(shù)后即刻腰腿痛得到明顯改善，無大出血、椎間隙感染、神經(jīng)根損傷和硬脊膜撕裂等術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生。兩組患者術(shù)后早期即可佩戴腰圍下地活動，術(shù)后6周基本恢復(fù)正常工作和學(xué)習(xí)。穿刺滿意度：導(dǎo)航組優(yōu)15例，良2例，可1例，優(yōu)良率94.44%(17/18)；透視組優(yōu)16例，良3例，可2例，優(yōu)良率90.48%(19/21)。與透視組比較，導(dǎo)航組術(shù)中穿刺及透視次數(shù)減少，患者術(shù)中穿刺疼痛VAS評分減小，穿刺及手術(shù)時間縮短，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；兩組手術(shù)切口長度、術(shù)中出血量、術(shù)后下地及術(shù)后住院時間比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，見表2。

表2 兩組患者圍手術(shù)期指標(biāo)比較

2.2 隨訪結(jié)果

所有患者術(shù)后均獲隨訪，隨訪時間12～18個月，平均(14.5±1.2)個月。兩組患者術(shù)后1 d、術(shù)后3、12個月的腰、腿痛VAS評分、ODI均較術(shù)前降低，腰椎JOA評分均較術(shù)前升高，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。兩組間術(shù)后各時間點的腰、腿痛VAS評分、ODI和腰椎JOA評分比較均無明顯差異(P>0.05)，見表3。術(shù)后1 d檢查腰椎MRI和CT：突出的腰椎間盤組織完整切除，神經(jīng)壓迫解除，椎管容積恢復(fù)正常；隨訪3、12個月影像學(xué)復(fù)查未見椎間盤突出癥復(fù)發(fā)。

表3 兩組患者ODI、VAS及JOA評分比較

續(xù)表3 兩組患者ODI、VAS及JOA評分比較

2.3 導(dǎo)航組典型病例

患者女，34歲，術(shù)前腰椎MRI顯示L5/S1腰椎間盤突出，伴左側(cè)神經(jīng)根受壓(圖1A、B)；術(shù)后復(fù)查腰椎MRI顯示L5/S1突出髓核已摘除，左側(cè)神經(jīng)根無受壓(圖1C、D)。

A、B：術(shù)前腰椎MRI；C、D：術(shù)后復(fù)查腰椎MRI；E、F：術(shù)者佩戴全息影像眼鏡操作。

3 討 論

近年來，隨著人工智能基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用技術(shù)不斷進步，與虛擬現(xiàn)實(virtual reality，VR)和增強現(xiàn)實(augmented reality，AR)技術(shù)密切相關(guān)的研究已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各醫(yī)療領(lǐng)域[3]。MR技術(shù)是一種全新數(shù)字全息影像技術(shù)，它通過現(xiàn)實場景來呈現(xiàn)虛擬場景信息，將現(xiàn)實世界與虛擬世界重疊融合，從而產(chǎn)生新的可視化的環(huán)境，在醫(yī)學(xué)范疇中是AR、VR技術(shù)使用的發(fā)展和延伸。目前，隨著數(shù)字醫(yī)學(xué)和微創(chuàng)技術(shù)的飛速發(fā)展，MR技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于經(jīng)皮腎鏡手術(shù)[4]、胸腔鏡手術(shù)[5]、髖關(guān)節(jié)手術(shù)[6]、頸椎手術(shù)[7]、病理分析及遠程會診等領(lǐng)域，在PELD中也有了初步探索[8]。MR技術(shù)在手術(shù)中應(yīng)用的關(guān)鍵是將術(shù)中的真實組織和術(shù)前圖像數(shù)據(jù)進行相互匹配與融合，實現(xiàn)實時三維視覺定位和手術(shù)導(dǎo)航[9-10]。

PTED是目前微創(chuàng)治療LDH的經(jīng)典術(shù)式，被廣大的臨床醫(yī)師認可。傳統(tǒng)的LDH后路開放性手術(shù)創(chuàng)傷較大[11]，需要不同程度剝離椎旁肌，咬除椎板、關(guān)節(jié)突等骨性組織，破壞腰椎后方結(jié)構(gòu)，容易發(fā)生腰椎不穩(wěn)或其他并發(fā)癥，術(shù)后恢復(fù)時間長，部分患者甚至存在長期慢性腰痛。相比傳統(tǒng)后路開放手術(shù)，PTED是在局部麻醉下操作，具有保留正常椎旁組織結(jié)構(gòu)、術(shù)后疼痛輕、并發(fā)癥少及恢復(fù)快等優(yōu)點，對脊柱的生理曲度和穩(wěn)定性均無明顯影響[12-13]。

安全準(zhǔn)確的定位穿刺并快速建立滿意的工作通道是經(jīng)椎間孔入路脊柱內(nèi)窺鏡手術(shù)的核心步驟。目前臨床上多采用術(shù)中C型或O型臂X射線機透視引導(dǎo)下進行操作，這對術(shù)者的三維立體定位、空間感覺和手術(shù)經(jīng)驗均提出較高的要求。如何快速、精準(zhǔn)地經(jīng)椎間孔進行定位穿刺并建立良好的工作通道是當(dāng)前PTED亟待解決的重點和難點。近年來，國內(nèi)外學(xué)者提出了一些穿刺定位的新方法及輔助設(shè)備，如手術(shù)機器人[14]、椎間孔鏡穿刺輔助定位器[15]、超聲容積影像系統(tǒng)[16]、X射線及MRI組合式影像系統(tǒng)等，但存在需要額外采購昂貴的相關(guān)輔助設(shè)備、多科室輔助人員共同參與、操作繁瑣、輻射量大、輔助設(shè)備攜帶不方便等問題，因此臨床上無法廣泛地推廣應(yīng)用。基于上述原因，本研究將MR技術(shù)導(dǎo)航應(yīng)用于PTED中，同時比較MR技術(shù)導(dǎo)航與傳統(tǒng)X射線透視引導(dǎo)PTED治療LDH的臨床療效，探討該技術(shù)治療LDH的安全性、精確性及微創(chuàng)性。

在本研究中，兩組患者術(shù)后腰腿痛癥狀都得到明顯改善，未見明顯術(shù)中及術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生，術(shù)后1 d、術(shù)后3、12個月腰腿痛VAS評分、ODI均低于術(shù)前，腰椎JOA評分均高于術(shù)前，兩組術(shù)后各時間點上述指標(biāo)無明顯差異，隨訪復(fù)查未見手術(shù)節(jié)段椎間盤突出復(fù)發(fā)。結(jié)果表明：MR技術(shù)導(dǎo)航輔助PTED治療LDH安全、有效，與傳統(tǒng)X射線透視輔助下PTED療效相當(dāng)。

本研究中導(dǎo)航組遵循MR眼鏡中呈現(xiàn)的三維可視化手術(shù)路線進行導(dǎo)航穿刺，直達靶點，穿刺針位置采用術(shù)中X射線透視進行評估，結(jié)果顯示：導(dǎo)航組穿刺優(yōu)良率為94.44%，透視組為90.48%，兩組穿刺優(yōu)良率均達到90%以上，表明MR技術(shù)導(dǎo)航下經(jīng)椎間孔定位穿刺準(zhǔn)確、有效。此外，與透視組比較，導(dǎo)航組穿刺及透視次數(shù)減少、穿刺及手術(shù)時間縮短、患者術(shù)中穿刺疼痛VAS評分更低(P<0.05)，表明MR技術(shù)導(dǎo)航PTED不僅具備精準(zhǔn)性、有效性，而且較傳統(tǒng)X射線透視引導(dǎo)下手術(shù)在安全性、微創(chuàng)性方面更具優(yōu)勢。分析原因：X射線透視引導(dǎo)下穿刺定位，術(shù)者往往依靠手術(shù)經(jīng)驗而不是精確的穿刺點、穿刺角度及深度等客觀指標(biāo)，術(shù)中常常反復(fù)多次調(diào)整穿刺針的角度和深度，因此需要頻繁的術(shù)中透視進行引導(dǎo)，無形中增加了患者的疼痛不適及輻射暴露，延長了手術(shù)時間。相比之下，MR技術(shù)導(dǎo)航PTED，術(shù)前通過收集患者的影像數(shù)據(jù)進行三維建模，可個體化設(shè)計精準(zhǔn)的靶向手術(shù)路線；術(shù)中佩戴MR眼鏡，通過全息眼鏡圖像識別技術(shù)，實現(xiàn)三維模型圖像與實體腰椎配對吻合，根據(jù)規(guī)劃好的可視化穿刺路線進行導(dǎo)航操作，可以安全規(guī)避神經(jīng)、血管等重要組織，提高手術(shù)安全，實現(xiàn)精準(zhǔn)操作，節(jié)省手術(shù)時間。此外，MR導(dǎo)航術(shù)中可以隨時使用X射線透視進行術(shù)中穿刺操作安全性的驗證，進一步提升了手術(shù)安全性。

綜上所述，MR技術(shù)導(dǎo)航與傳統(tǒng)X射線透視引導(dǎo)下PTED治療LDH均能取得滿意的臨床療效，且MR技術(shù)導(dǎo)航下經(jīng)椎間孔定位穿刺準(zhǔn)確、有效，手術(shù)具有更高的安全性和微創(chuàng)性，可以獲得更高的手術(shù)效率和患者滿意度。此外，MR技術(shù)還可進行術(shù)前教學(xué)、手術(shù)規(guī)劃及培訓(xùn)，在一定程度上縮短了經(jīng)皮椎間孔鏡技術(shù)的學(xué)習(xí)曲線，降低了初學(xué)者的學(xué)習(xí)難度，具有廣闊的發(fā)展空間。