3D-Slicer聯合sina軟件輔助椎弓根置釘在椎管內腫瘤手術中的應用

宋旭東 劉 毅 羅 波 王瀟婭

椎管內腫瘤手術的兩大基本原則是完整地切除腫瘤和保持脊柱的穩定性[1]。椎弓根螺釘固定是椎管內腫瘤切除術后保持脊柱穩定性的常用方法[2]。由于椎弓根形態特殊，椎體旁血管及神經豐富，因此，椎弓根穿刺及置釘過程中定位困難、風險較高。目前，精準定位和定向是椎管內腫瘤手術的熱點和難點[3]。本文對比3D-Slicer聯合sina軟件輔助置釘與徒手置釘內固定的準確性與安全性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 納入標準：①首次行椎管內腫瘤切除+椎弓根內固定術治療；②術后病理證實為椎管內腫瘤；③臨床和病理資料完整；④術后至少隨訪1年；⑤年齡＜75歲。排除標準：①腫瘤灶廣泛轉移；②腫瘤復發；③合并嚴重肝腎等重要器官功能障礙。

回顧性分析2018年1月至2021年1月手術治療的46例椎管內腫瘤的臨床資料。3D-Slicer聯合sina軟件輔助定位置釘26例（觀察組），其中男17例，女9例；年齡（52.35 ±12.04 ）歲；椎管內硬脊膜外腫瘤7例，硬脊膜內髓外腫瘤16例，脊髓髓內腫瘤3例；頸椎4例，胸椎15例，腰椎7例。傳統徒手定位置釘20例（對照組），其中男9例，女11例；年齡（48.60 ±12.94 ）歲；椎管內硬脊膜外腫瘤4例，硬脊膜內髓外腫瘤14例，脊髓髓內腫瘤2例；頸椎6例，胸椎10例，腰椎4例。兩組一般資料無統計學差異（P＞0.05 ）。本文經病人或家屬簽署知情同意書、經醫院醫學倫理委員會批準。

1.2 影像學檢查 術前行X線、CT及MRI平掃和增強等檢查；術中由C臂確定置釘位置；術后和隨訪時行X線、CT及MRI平掃和增強檢查，觀察置釘的位置及腫瘤有無復發。

1.3 軟件應用 運行3D-Slicer軟件（3D Slicer 4.11 .2 ，Harvard University），以DICOM格式將CT掃描數據導入3D-Slicer軟件，先運行Editor，按順序點擊PaintEffect、ThresholdEffect、SaveIslandEffect、Make-ModelEffect等模塊重建一個需要置釘的節段的脊柱模型；再運行Ruler測量椎弓根的寬度；然后，運行CurveMaker通過Fiducial放置兩個點，測量其置釘虛擬長度，模擬置釘通道；通過調節透明度，同時顯示脊柱和模擬的置釘通道；最后將影像保存后上傳至手機供手術時使用（圖1）。

1.4 手術方法 全麻后，取俯臥位，行神經電生理監測。常規采用后正中入路充分剝離軟組織暴露兩側椎板。

1.4 .1 觀察組 應用手機Sina軟件圖片透視重疊到術區真實位置，沿術前規劃的虛擬置釘通道用克氏針建立真實置釘通道。切除椎板，充分顯露并切除腫瘤，仔細止血。根據虛擬脊柱模型的測量數據選擇合適的長度和直徑的螺釘，沿克氏針建立的通道置入螺釘，行C臂透射掃描，評估螺釘置入的準確性并予及時調整。

1.4 .2 對照組 在切除椎板、充分顯露并切除腫瘤后，根據解剖標志和術者的經驗置入螺釘后，行C臂透射掃描并及時調整，評估螺釘置入的準確性。

1.5 置釘準確性的評估 按照Gertzbein-Robbins的方法[4]評估置釘的準確性。該方法根據置釘情況分為5級：A級，螺釘未穿破骨皮質；B級，螺釘穿破骨皮質≤2 mm；C級，螺釘穿破骨皮質＞2 mm；D級，螺釘穿破骨皮質＞4 mm；E級，螺釘穿破骨皮質＞6 mm。A、B級為臨床可接受的置釘位置，C～E級為置釘位置不佳的螺釘。評價螺釘是否穿出皮質分別從橫截面、矢狀面、冠狀面等三個維度進行判斷。

1.6 觀察指標①記錄術中射線量、單釘置入時間、術中出血量；術后術區引流量及術后住院時間。②收集置釘數目、術中調整螺釘數目、在調整置釘前根據螺釘偏離及穿透情況對置入釘行Gertzbein-Robbins分級并記錄；記錄置釘相關血管神經損傷、隨訪術后1年內釘棒相關的并發癥。

1.7 統計學處理 采用SPSS 25.0 軟件分析；計量資料采用±s表示，采用t檢驗；計數資料采用χ2檢驗；P＜0.05 認為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組圍手術期結果比較 觀察組術中射線量、單釘置入時間、術中出血量、術后術區引流量、術后住院時間均明顯低于對照組（P＜0.05 ，表1）。

2.2 兩組置釘準確性比較 觀察組共置入116枚螺釘（頸椎22枚，胸椎64枚，腰骶椎30枚），其中A級97枚，B級13枚，C級6枚；19枚（16.38 %）螺釘穿破皮質骨，不良置釘6枚（5.17 %），術中調整置釘21枚（18.10 %）。對照組共置入90枚螺釘（頸椎28枚，胸椎44枚，腰骶椎18枚），其中A級62枚，B級16枚，C級11枚，D級1枚；28枚（31.11 %）螺釘穿破皮質骨，不良置釘12枚（13.33 %），術中調整置釘34枚（37.78 %）。觀察組置釘穿破皮質骨發生率、不良置釘率、術中調整置釘率均明顯低于對照組（P＜0.05 ）。

表1 兩組圍手術期結果比較

2.3 兩組置釘安全性比較 兩組均無血管神經損傷，術后1年內對照組發生釘棒相關并發癥1例。兩組術后血管神經損傷、術后1年內釘棒相關并發癥發生率均無統計學差異（P＞0.05 ）。

3 討論

椎管內腫瘤切除術會造成醫源性脊柱穩定性破壞，術后可能出現脊柱畸形、脊髓受壓、神經功能障礙等并發癥[5]。椎弓根螺釘內固定技術被廣泛應用于脊柱脊髓術后的脊柱內固定，但椎弓根的結構復雜、多變，傳統的徒手置釘具有較長的學習曲線及準確性欠理想的缺點[6]。

隨著導航技術的進步，導航輔助下人工置釘及機器人輔助導航下置釘顯著提高了置釘的準確性[7]，但存在價格昂貴、手術時間長、匹配注冊操作復雜等缺點，還存在術前規劃錯誤以及軟組織過多或傾斜的骨面導致的置釘軌跡移位等情況[8]。近年來，隨著數字化導航技術的進步，也有基于3D打印個體化導板輔助椎弓根螺釘置入的探索，這種個體化的定位與實物導板結合的方法，顯著地提高了置釘的準確率，降低了術中導航漂移的風險[9]，但打印模型導向器對影像資料要求較高、制作過程比較復雜、模型制作時間長、費用高等，這些因素限制其臨床推廣及應用[10]。目前，臨床上常用徒手置釘后使用C臂透視輔助校準，不僅要求術者較高的技術操作和手術經驗，而且反復的術中X射線透視，會產生較大的輻射，對醫生和病人均有傷害。

圖1 置釘相關數據測量及通道模擬

3D-slicer軟件是一款免費的開源圖像分析處理平臺，操作相對簡單，而且支持功能擴展和改進，臨床上已被廣泛應用于高血壓性腦出血穿刺引流等手術[11]。打開該軟件后，以DICOM格式導入病人CT及MRI數據，根據需要重建脊柱脊髓相關模型。一方面通過建立多模態虛擬模型能直觀、全面顯示手術時解剖結構，有助于評估手術難度和風險，熟悉手術。另一方面能通過該軟件對術前虛擬模型測量，而選擇合適直徑的螺釘、選擇并模擬置入螺釘的進針位點、深度及角度，還將重建好的虛擬模型保存成為圖片上傳至手機；手術時通過手機上的Sina軟件透視重疊到術區真實位置，據術前規劃選擇合適螺釘，在最佳進針位點、調整好深度及角度置入螺釘，從而提高置釘的準確性。該方法不需要購置額外設備，只需短周期的3D-Slicer建模學習，就可以將虛擬現實與增強現實簡單結合起來，更精確、安全進行輔助手術操作。

影響該方法的應用效果的因素：①掃描時的體位與手術體位會出現偏差，導致Sina融合不能很好地重疊，推薦融合時圖像標記點盡可能選擇在同一椎體，同時術中充分地剝離脊柱附件周圍軟組織，有助于減少這種偏差；②因為Sina導入的圖像是二維圖片，如果不能全面地與真實的情況融合時，建議同時保存術中可能出現的多尺寸、多角度圖片，盡量與手術時脊柱匹配；③因手持姿勢會導致圖像透視融合較差，推薦使用偏長、可以任意彎曲的手機固定架固定手機，同時還可讓助手在臺下輔助完成；④確定置釘方向時，建議選擇三個以上的解剖恒定點與圖像完全重合，來確定方向，比如棘突、雙側的上下關節突；⑤手術切除椎板后，融合時骨性結構標志則會丟失，在充分剝離軟組織暴露兩側椎板后，先用克氏針建立置釘通道，再打開椎板切除腫瘤，然后置釘，這樣既不丟失解剖標志以更好融合定位，又不遮擋腫瘤切除時的手術視野。

總之，與徒手定位置釘相比，3D-Slicer聯合sina軟件輔助椎弓根置釘，明顯提高置釘的準確性，并具減少手術相關的副損傷，縮短住院時間。