3D-Slicer聯(lián)合sina軟件輔助椎弓根置釘在椎管內(nèi)腫瘤手術(shù)中的應(yīng)用

宋旭東 劉 毅 羅 波 王瀟婭

椎管內(nèi)腫瘤手術(shù)的兩大基本原則是完整地切除腫瘤和保持脊柱的穩(wěn)定性[1]。椎弓根螺釘固定是椎管內(nèi)腫瘤切除術(shù)后保持脊柱穩(wěn)定性的常用方法[2]。由于椎弓根形態(tài)特殊，椎體旁血管及神經(jīng)豐富，因此，椎弓根穿刺及置釘過程中定位困難、風(fēng)險(xiǎn)較高。目前，精準(zhǔn)定位和定向是椎管內(nèi)腫瘤手術(shù)的熱點(diǎn)和難點(diǎn)[3]。本文對(duì)比3D-Slicer聯(lián)合sina軟件輔助置釘與徒手置釘內(nèi)固定的準(zhǔn)確性與安全性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 納入標(biāo)準(zhǔn)：①首次行椎管內(nèi)腫瘤切除+椎弓根內(nèi)固定術(shù)治療；②術(shù)后病理證實(shí)為椎管內(nèi)腫瘤；③臨床和病理資料完整；④術(shù)后至少隨訪1年；⑤年齡＜75歲。排除標(biāo)準(zhǔn)：①腫瘤灶廣泛轉(zhuǎn)移；②腫瘤復(fù)發(fā)；③合并嚴(yán)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(shù)治療的46例椎管內(nèi)腫瘤的臨床資料。3D-Slicer聯(lián)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(nèi)硬脊膜外腫瘤7例，硬脊膜內(nèi)髓外腫瘤16例，脊髓髓內(nèi)腫瘤3例；頸椎4例，胸椎15例，腰椎7例。傳統(tǒng)徒手定位置釘20例（對(duì)照組），其中男9例，女11例；年齡（48.60 ±12.94 ）歲；椎管內(nèi)硬脊膜外腫瘤4例，硬脊膜內(nèi)髓外腫瘤14例，脊髓髓內(nèi)腫瘤2例；頸椎6例，胸椎10例，腰椎4例。兩組一般資料無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05 ）。本文經(jīng)病人或家屬簽署知情同意書、經(jīng)醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

1.2 影像學(xué)檢查 術(shù)前行X線、CT及MRI平掃和增強(qiáng)等檢查；術(shù)中由C臂確定置釘位置；術(shù)后和隨訪時(shí)行X線、CT及MRI平掃和增強(qiáng)檢查，觀察置釘?shù)奈恢眉澳[瘤有無復(fù)發(fā)。

1.3 軟件應(yīng)用 運(yùn)行3D-Slicer軟件（3D Slicer 4.11 .2 ，Harvard University），以DICOM格式將CT掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D-Slicer軟件，先運(yùn)行Editor，按順序點(diǎn)擊PaintEffect、ThresholdEffect、SaveIslandEffect、Make-ModelEffect等模塊重建一個(gè)需要置釘?shù)墓?jié)段的脊柱模型；再運(yùn)行Ruler測(cè)量椎弓根的寬度；然后，運(yùn)行CurveMaker通過Fiducial放置兩個(gè)點(diǎn)，測(cè)量其置釘虛擬長(zhǎng)度，模擬置釘通道；通過調(diào)節(jié)透明度，同時(shí)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(jī)供手術(shù)時(shí)使用（圖1）。

1.4 手術(shù)方法 全麻后，取俯臥位，行神經(jīng)電生理監(jiān)測(cè)。常規(guī)采用后正中入路充分剝離軟組織暴露兩側(cè)椎板。

1.4 .1 觀察組 應(yīng)用手機(jī)Sina軟件圖片透視重疊到術(shù)區(qū)真實(shí)位置，沿術(shù)前規(guī)劃的虛擬置釘通道用克氏針建立真實(shí)置釘通道。切除椎板，充分顯露并切除腫瘤，仔細(xì)止血。根據(jù)虛擬脊柱模型的測(cè)量數(shù)據(jù)選擇合適的長(zhǎng)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(píng)估螺釘置入的準(zhǔn)確性并予及時(shí)調(diào)整。

1.4 .2 對(duì)照組 在切除椎板、充分顯露并切除腫瘤后，根據(jù)解剖標(biāo)志和術(shù)者的經(jīng)驗(yàn)置入螺釘后，行C臂透射掃描并及時(shí)調(diào)整，評(píng)估螺釘置入的準(zhǔn)確性。

1.5 置釘準(zhǔn)確性的評(píng)估 按照Gertzbein-Robbins的方法[4]評(píng)估置釘?shù)臏?zhǔn)確性。該方法根據(jù)置釘情況分為5級(jí)：A級(jí)，螺釘未穿破骨皮質(zhì)；B級(jí)，螺釘穿破骨皮質(zhì)≤2 mm；C級(jí)，螺釘穿破骨皮質(zhì)＞2 mm；D級(jí)，螺釘穿破骨皮質(zhì)＞4 mm；E級(jí)，螺釘穿破骨皮質(zhì)＞6 mm。A、B級(jí)為臨床可接受的置釘位置，C～E級(jí)為置釘位置不佳的螺釘。評(píng)價(jià)螺釘是否穿出皮質(zhì)分別從橫截面、矢狀面、冠狀面等三個(gè)維度進(jìn)行判斷。

1.6 觀察指標(biāo)①記錄術(shù)中射線量、單釘置入時(shí)間、術(shù)中出血量；術(shù)后術(shù)區(qū)引流量及術(shù)后住院時(shí)間。②收集置釘數(shù)目、術(shù)中調(diào)整螺釘數(shù)目、在調(diào)整置釘前根據(jù)螺釘偏離及穿透情況對(duì)置入釘行Gertzbein-Robbins分級(jí)并記錄；記錄置釘相關(guān)血管神經(jīng)損傷、隨訪術(shù)后1年內(nèi)釘棒相關(guān)的并發(fā)癥。

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS 25.0 軟件分析；計(jì)量資料采用±s表示，采用t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料采用χ2檢驗(yàn)；P＜0.05 認(rèn)為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組圍手術(shù)期結(jié)果比較 觀察組術(shù)中射線量、單釘置入時(shí)間、術(shù)中出血量、術(shù)后術(shù)區(qū)引流量、術(shù)后住院時(shí)間均明顯低于對(duì)照組（P＜0.05 ，表1）。

2.2 兩組置釘準(zhǔn)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(jí)97枚，B級(jí)13枚，C級(jí)6枚；19枚（16.38 %）螺釘穿破皮質(zhì)骨，不良置釘6枚（5.17 %），術(shù)中調(diào)整置釘21枚（18.10 %）。對(duì)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(jí)62枚，B級(jí)16枚，C級(jí)11枚，D級(jí)1枚；28枚（31.11 %）螺釘穿破皮質(zhì)骨，不良置釘12枚（13.33 %），術(shù)中調(diào)整置釘34枚（37.78 %）。觀察組置釘穿破皮質(zhì)骨發(fā)生率、不良置釘率、術(shù)中調(diào)整置釘率均明顯低于對(duì)照組（P＜0.05 ）。

表1 兩組圍手術(shù)期結(jié)果比較

2.3 兩組置釘安全性比較 兩組均無血管神經(jīng)損傷，術(shù)后1年內(nèi)對(duì)照組發(fā)生釘棒相關(guān)并發(fā)癥1例。兩組術(shù)后血管神經(jīng)損傷、術(shù)后1年內(nèi)釘棒相關(guān)并發(fā)癥發(fā)生率均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05 ）。

3 討論

椎管內(nèi)腫瘤切除術(shù)會(huì)造成醫(yī)源性脊柱穩(wěn)定性破壞，術(shù)后可能出現(xiàn)脊柱畸形、脊髓受壓、神經(jīng)功能障礙等并發(fā)癥[5]。椎弓根螺釘內(nèi)固定技術(shù)被廣泛應(yīng)用于脊柱脊髓術(shù)后的脊柱內(nèi)固定，但椎弓根的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、多變，傳統(tǒng)的徒手置釘具有較長(zhǎng)的學(xué)習(xí)曲線及準(zhǔn)確性欠理想的缺點(diǎn)[6]。

隨著導(dǎo)航技術(shù)的進(jìn)步，導(dǎo)航輔助下人工置釘及機(jī)器人輔助導(dǎo)航下置釘顯著提高了置釘?shù)臏?zhǔn)確性[7]，但存在價(jià)格昂貴、手術(shù)時(shí)間長(zhǎng)、匹配注冊(cè)操作復(fù)雜等缺點(diǎn)，還存在術(shù)前規(guī)劃錯(cuò)誤以及軟組織過多或傾斜的骨面導(dǎo)致的置釘軌跡移位等情況[8]。近年來，隨著數(shù)字化導(dǎo)航技術(shù)的進(jìn)步，也有基于3D打印個(gè)體化導(dǎo)板輔助椎弓根螺釘置入的探索，這種個(gè)體化的定位與實(shí)物導(dǎo)板結(jié)合的方法，顯著地提高了置釘?shù)臏?zhǔn)確率，降低了術(shù)中導(dǎo)航漂移的風(fēng)險(xiǎn)[9]，但打印模型導(dǎo)向器對(duì)影像資料要求較高、制作過程比較復(fù)雜、模型制作時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用高等，這些因素限制其臨床推廣及應(yīng)用[10]。目前，臨床上常用徒手置釘后使用C臂透視輔助校準(zhǔn)，不僅要求術(shù)者較高的技術(shù)操作和手術(shù)經(jīng)驗(yàn)，而且反復(fù)的術(shù)中X射線透視，會(huì)產(chǎn)生較大的輻射，對(duì)醫(yī)生和病人均有傷害。

圖1 置釘相關(guān)數(shù)據(jù)測(cè)量及通道模擬

3D-slicer軟件是一款免費(fèi)的開源圖像分析處理平臺(tái)，操作相對(duì)簡(jiǎn)單，而且支持功能擴(kuò)展和改進(jìn)，臨床上已被廣泛應(yīng)用于高血壓性腦出血穿刺引流等手術(shù)[11]。打開該軟件后，以DICOM格式導(dǎo)入病人CT及MRI數(shù)據(jù)，根據(jù)需要重建脊柱脊髓相關(guān)模型。一方面通過建立多模態(tài)虛擬模型能直觀、全面顯示手術(shù)時(shí)解剖結(jié)構(gòu)，有助于評(píng)估手術(shù)難度和風(fēng)險(xiǎn)，熟悉手術(shù)。另一方面能通過該軟件對(duì)術(shù)前虛擬模型測(cè)量，而選擇合適直徑的螺釘、選擇并模擬置入螺釘?shù)倪M(jìn)針位點(diǎn)、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(jī)；手術(shù)時(shí)通過手機(jī)上的Sina軟件透視重疊到術(shù)區(qū)真實(shí)位置，據(jù)術(shù)前規(guī)劃選擇合適螺釘，在最佳進(jìn)針位點(diǎn)、調(diào)整好深度及角度置入螺釘，從而提高置釘?shù)臏?zhǔn)確性。該方法不需要購置額外設(shè)備，只需短周期的3D-Slicer建模學(xué)習(xí)，就可以將虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)簡(jiǎn)單結(jié)合起來，更精確、安全進(jìn)行輔助手術(shù)操作。

影響該方法的應(yīng)用效果的因素：①掃描時(shí)的體位與手術(shù)體位會(huì)出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致Sina融合不能很好地重疊，推薦融合時(shí)圖像標(biāo)記點(diǎn)盡可能選擇在同一椎體，同時(shí)術(shù)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?yàn)镾ina導(dǎo)入的圖像是二維圖片，如果不能全面地與真實(shí)的情況融合時(shí)，建議同時(shí)保存術(shù)中可能出現(xiàn)的多尺寸、多角度圖片，盡量與手術(shù)時(shí)脊柱匹配；③因手持姿勢(shì)會(huì)導(dǎo)致圖像透視融合較差，推薦使用偏長(zhǎng)、可以任意彎曲的手機(jī)固定架固定手機(jī)，同時(shí)還可讓助手在臺(tái)下輔助完成；④確定置釘方向時(shí)，建議選擇三個(gè)以上的解剖恒定點(diǎn)與圖像完全重合，來確定方向，比如棘突、雙側(cè)的上下關(guān)節(jié)突；⑤手術(shù)切除椎板后，融合時(shí)骨性結(jié)構(gòu)標(biāo)志則會(huì)丟失，在充分剝離軟組織暴露兩側(cè)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(biāo)志以更好融合定位，又不遮擋腫瘤切除時(shí)的手術(shù)視野。

總之，與徒手定位置釘相比，3D-Slicer聯(lián)合sina軟件輔助椎弓根置釘，明顯提高置釘?shù)臏?zhǔn)確性，并具減少手術(shù)相關(guān)的副損傷，縮短住院時(shí)間。