实时三维CT导航引导脊柱内镜下腰椎椎间融合术的临床研究

杨阳，董健文，刘仲宇，陈瑞强，陈子豪，翟正佳，齐佳坤，戎利民

中山大学附属第三医院脊柱外科（广州  510630）

通信作者：董健文

关键词：实时导航；三维CT；脊柱内镜手术；经椎间孔入路；腰椎椎间融合术

引用本文： 杨阳, 董健文, 刘仲宇, 等. 实时三维CT导航引导脊柱内镜下腰椎椎间融合术的临床研究. 中国修复重建外科杂志, 2022, 36(6): 665-671. doi: 10.7507/1002-1892.202202092

摘要

目的     

探讨实时三维CT导航引导脊柱内镜下腰椎椎间融合术的疗效，总结手术技术要点及存在问题。

方法     

2020年4月—2021年10月，27例腰椎疾病患者接受实时三维CT导航引导脊柱内镜下腰椎椎间融合术。男18例，女9例；年龄48～84岁，平均63.2岁。疾病类型：单纯腰椎管狭窄症6例，单纯腰椎失稳症1例，腰椎管狭窄合并腰椎失稳症9例，退行性腰椎滑脱症3例，峡部裂性腰椎滑脱症6例，复发性腰椎间盘突出症2例。患者均存在下肢神经症状，其中单侧15例、双侧12例。病程1～300个月，中位数24个月。术中经椎间孔入路8例、经关节突入路18例、联合入路1例；共32个节段融合，其中单节段融合23例、双节段融合3例、三节段融合1例；L2、3 1例、L3、4 4例、L4、5 20例及L5、S1 7例。记录手术时间、术中估计失血量（intraoperative estimated blood loss，IEBL）及围术期并发症；术后1周CT测量手术节段椎间隙高度改善情况，评价经皮椎弓根螺钉及Cage 植入的准确性；评估术前及术后1周、末次随访时腰腿部疼痛视觉模拟评分（VAS）、日本骨科学会（JOA）评分、Oswestry功能障碍指数（ODI），末次随访时采用改良MacNab标准评价患者对手术疗效的满意度。

结果     

手术时间255～805 min，平均424.9 min；IEBL为150～290 mL，平均219.3 mL。患者均获随访，随访时间4～22个月，平均12.4个月。术后1周及末次随访时，患者腰痛VAS评分、腿痛VAS评分、ODI均较术前下降， JOA评分升高，差异有统计学意义（P<0.05）；末次随访时与术后1周比较差异无统计学意义（P>0.05）。末次随访时，根据改良MacNab标准，患者对疗效满意度达优26例、中1例，优良率96.3%。1例术中L5神经根束支部分损伤，对症治疗3个月后部分恢复。术中共植入118枚经皮椎弓根螺钉（其中116枚经导航引导下植入）、 33枚Cage（均经导航引导下植入），术后1周复查CT 评判导航引导下植钉准确率99.1%、Cage植入准确率97.0%，手术节段椎间隙高度较术前提升（P<0.05）。1例患者随访期间Cage出现轻度下沉，但所有患者内固定物未见明显松动。

结论     

实时三维CT 导航引导脊柱内镜下腰椎椎间融合术安全可靠、初步应用疗效满意，存在的技术难点问题有待工具设备进一步研发与优化加以解决。

正文

在微创脊柱外科手术中，实时三维CT导航技术具有提供清晰解剖影像、降低医患辐射剂量、提高手术准确度、减少医源性损伤等优势[1-5]，目前已用于微创经椎间孔入路腰椎椎间融合术（mini-mally invasive transforaminal lumbar interbody fusion，MIS-TLIF）[6-9]及脊柱内镜下髓核摘除术[10-13]。脊柱内镜下腰椎椎间融合术（以下简称镜下融合术）有效整合了传统微创融合与内镜手术优势，但术中需多次X线透视获得二维图像以指导操作，理论上存在增加操作步骤、增大辐射剂量、图像提示性欠佳等不足[14-16]。为解决上述问题，我们在镜下融合术中全程应用实时三维CT导航技术，初步探讨该技术用于治疗腰椎疾病的安全性及有效性，以期为临床提供更安全、精准、智能可视化的脊柱微  创融合技术。报告如下。

1临床资料

1.1患者选择标准

纳入标准：① 累及1～3 个责任节段的腰椎管狭窄症、预计椎管减压后继发医源性节段不稳；② 腰椎失稳，术前腰椎过伸过屈位X线片显示责任节段椎间角度变化超过10° 或椎间相对移位超过3 mm；③ 退行性或峡部裂性腰椎滑脱症且Meyerding 分度≤Ⅱ度；④ 复发性腰椎间盘突出症，不接受再次单纯髓核摘除术而选择椎间融合者；⑤ 经至少4周规范保守治疗无效或症状反复发作、严重影响日常活动者。排除标准：① 腰椎感染性或肿瘤性疾病；② 既往手术造成骨性解剖结构不清、硬膜囊瘢痕粘连严重；③ 无法耐受全身麻醉。2020 年4月—2021年10月，共27 例患者符合选择 标准纳入研究。

1.2一般资料

本组男18例，女9 例；年龄48～84 岁，平均63.2岁。疾病类型：单纯腰椎管狭窄症6 例，单纯腰椎失稳症1例，腰椎管狭窄合并腰椎失稳症9例，退行性腰椎滑脱症3 例（MeyerdingⅠ度2例、Ⅱ度1 例），峡部裂性腰椎滑脱症6例（MeyerdingⅠ度3例、Ⅱ度3 例），复发性腰椎间盘突出症2例。病程1～300个月，中位数24个月。患者均存在下肢神经症状，其中单侧15 例、双侧12 例；合并足下垂2例、胸髓动静脉畸形术后1例。共32个节段融合，其中单节段融合23例、双节段融合3例、三节段融合1 例；L2、3 1例，L3、4  4例，L4、5 20 例，L5、S1 7 例。

1.3手术方法

所有手术均由同一术者完成。经椎间孔入路8例、经关节突入路18 例、联合入路1例；其中双节段融合3例中经椎间孔入路1 例、经关节突入路2例，三节段融合1例L3、4与L5、S1节段经关节突入路、L4、5节段经椎间孔入路。15个节段行单侧入路单侧椎管减压、17个节段行单侧入路双侧椎管减压（unilateral laminotomy with bilateral spinal canal decompression，ULBD）。2例L4、5节段融合者合并L5、S1节段硬膜外脂肪增多症，同时接受大通道内镜下ULBD；1 例L2、3 节段融合者合并L5、S1 节段椎间盘突出，同时行经椎板间入路脊柱全内镜下髓核摘除术；1例L4、5 节段融合者合并L3 椎体骨质疏松性压缩骨折，同时行椎体成形术。

手术操作以L4、5 节段为例：① 体位与导航引导置入经皮椎弓根螺钉导丝：患者全身麻醉后俯卧于碳纤维手术床上，常规消毒铺巾。内镜通道计划建立在下肢神经症状侧，双侧神经症状者选取症状或影像学狭窄严重侧；将导航参考架尽可能靠外固定于其对侧髂骨后嵴，以免影响后续植钉操作。利用O形臂手术图像系统（美敦力公司，美国）先行标准正侧位X线透视、随后行三维CT扫描，数据传输成功后导航注册相关手术工具。采用Pak穿刺针在StealthStation 导航系统（美敦力公司，美国）引导下依次穿刺L4、L5 双侧椎弓根，成功后置入导丝。根据椎间隙狭窄与滑脱程度，可先植入一侧或双侧经皮椎弓根螺钉并适度撑开椎间隙，以增加椎间孔扩大成形安全性，也便于处理椎间隙。

② 经椎间孔入路：采用导航一级套管于体表模拟入路侧椎间孔穿刺路径，穿刺点一般为后正中线旁开6～8 cm，作一长约1.5 cm切口，导航引导导航一级套管穿刺至L5上关节突近基底部前外侧面，穿刺轨迹在冠状面与矢状面、尤其是矢状面尽可能与L4、5椎间隙平行。逐级软组织扩张，导航引导及术中神经诱发电位监测下使用直径10 mm环锯行椎间孔扩大成形，成功后将直径11.2 mm LUSTA大通道脊柱内镜（工作内径7.1 mm；SPINENDOS公司，德国）工作鞘管置入椎管内并抵达椎间盘后外侧表面，导航确认其位置良好。置入LUSTA大通道脊柱内镜，初步镜下减压后于硬膜囊稍外处向外切开纤维环，依次采用镜下铰刀、骨铲、刮匙、Kerrison 钳处理椎间盘与上、下终板，导航实时确认椎间隙处理部位、深度与范围（通常需越过中线到达对侧前纵韧带深面，终板处理范围在轴位图像上呈扇形）。神经诱发电位监测下更换为矩形融合工作通道（上海三友医疗器械股份有限公司），并将其嵌插于椎间隙内约1 cm，经植骨漏斗将自体减压骨块、同种异体骨（山西奥瑞生物材料有限公司）及重组人BMP（杭州九源基因工程有限公司）植入椎间隙前部，导航实时确认通道、植骨漏斗位置及植骨情况。导航引导经矩形融合工作通道斜行植入1枚合适高度、长度23 mm、填充植骨材料的聚醚醚酮Cage（上海三友医疗器械股份有限公司）。再次置入LUSTA大通道脊柱内镜，检查Cage位置及其周围植骨情况，内镜下进一步减压与显露行走神经根。对于峡部裂性腰椎滑脱症患者，需充分减压出口神经根。置入引流管后缝合手术切口。

③ 经关节突入路：手术操作与传统MIS-TLIF相似。于后正中线旁开2～3 cm、尽可能利用经皮椎弓根螺钉切口，导航引导导航一级套管穿刺至L4 下关节突，穿刺轨迹在冠状面、矢状面尽可能与L4 、5 节段椎间隙平行。逐级扩张软组织后置入LUSTA大通道脊柱内镜工作鞘管以完成工作通道建立，导航确认其位置。镜下骨刀行L4下关节突截骨以暴露L5 上关节突关节面，切除部分椎板后显露黄韧带近端止点。对于术前存在双侧下肢神经症状者，可先倾斜工作通道行ULBD，根据需要充分减压对侧行走神经根或出口神经根，导航可实时确认减压部位。进一步咬除同侧L5 上关节突，根据需要对同侧行走神经根或出口神经根进行充分减压以显露硬膜囊外侧空间。更换矩形融合工作通道、椎间盘切除、终板处理、植骨与Cage植入操作同经椎间孔入路。如Kambin 三角空间过小、无法安全更换矩形融合工作通道，则需经同侧另一经皮椎弓根螺钉切口置入观察内镜，监视下经减压切口软组织隧道完成椎间融合操作。

④ 导航引导植入经皮椎弓根螺钉，经皮穿入合适长度连接棒，改用C臂X线机透视确认其位置，适当椎间加压后锁紧螺帽固定钉棒系统，生理盐水冲洗术野后依次缝合各手术切口。对于双节段及三节段患者，在完成1个节段Cage植入后，需根据具体情况决定是否再次行三维CT扫描，以避  免导航纵向漂移误差。

1.4术后处理

术后给予口服、肌肉注射或静脉滴注非甾体类消炎镇痛药物，静脉滴注甲基强的松龙（160 mg/d） 3 d 消除神经根水肿，预防术区感染，双下肢气压治疗等处理。术后24 h拔除引流管，鼓励患者术后  1～3 d佩戴腰部支具下床活动。

1.5疗效评价指标

记录本组患者手术时间、术中估计失血量（intraoperative estimated blood loss，IEBL）及围术期并发症情况。IEBL包括纱布、负压吸引器及生理盐水灌流液回收桶中的失血收集量，以及术者估算剩余的失血量，一般为30～50 mL。

术后1 周复查腰椎CT以评估Cage位置，以其位于椎间隙作为准确植入标准，并计算植入准确率；根据Rao等[17]提出的分级标准评估植钉准确性：完全位于椎弓根皮质内为0级，螺钉切割椎弓根皮质但<2 mm为1 级，螺钉切割椎弓根皮质2～4 mm为2 级，螺钉切割椎弓根皮质>4 mm为3级，计算植钉准确率：（0级植钉数+1 级植钉数）/植钉总数×100%。测量术前及术后1周手术节段椎间隙高度（椎间隙前缘高度与后缘高度的均值）。

术前及术后1 周、末次随访时评估患者腰腿部疼痛视觉模拟评分（VAS）、日本骨科学会（JOA）评分、Oswestry功能障碍指数（ODI）；末次随访时采用改良MacNab标准评价患者对手术疗效满意度，  分为优、良、中、差4 个等级。

1.6统计学方法

采用SPSS23.0统计软件进行分析。计量资料先行正态性检验，符合正态分布的数据以均数±标准差表示，两时间点间比较采用配对t 检验；不符合正态分布的数据以M（Q1，Q3）表示，多时间点间比较先行Friedman检验明确其整体统计学差异，再经Bonferroni校正后采用Wilcoxon 符号秩和检验判断任意两时间点间差异性。检验水准  α=0.05。

2结果

2.1临床疗效评价

本组手术时间255～805 min，平均424.9 min；IEBL为150～290 mL，平均219.3 mL。不同手术入路、融合节段及减压方式患者的手术时间及IEBL详见表1。术后患者均获随访，随访时间4～22个月，平均12.4 个月。术后1周及末次随访时，患者腰痛VAS 评分、腿痛VAS评分、ODI均较术前下降，JOA评分升高，差异有统计学意义（P<0.05）；术后1 周与末次随访时比较，差异无统计学意义（P>0.05）。见表2。末次随访时，根据改良MacNab 标准评价，患者对手术疗效满意度达优26 例、中1例，优良率96.3%。1 例L5、S1 峡部裂性腰椎滑脱症经关节突入路手术患者，术中减压与处理椎间隙时造成L5 神经根束支部分损伤，术后出现小腿外侧麻木、????趾背伸肌力减弱（3级），对症治疗3个月后部分恢复。

2.2影像学评价

本组共植入118枚经皮椎弓根螺钉。其中， 1例患者植入连接棒后X线透视发现2枚经皮椎弓根螺钉部分位于椎弓根与椎体外，分析原因为关节突增生硬化严重导致穿刺时出现导航漂移，遂改为C臂X线机透视下重新植钉。其余116 枚经皮椎弓根螺钉在实时三维CT导航引导下成功植入，术后1周复查CT评判植钉准确性：0 级106枚、 1级9 枚、2 级1枚，植钉准确率99.1%。术后手术节段椎间隙高度为（1.10±0.19）cm，较术前（0.84± 0.24）cm增加，差异有统计学意义（t=–9.412， P<0.001）。

本组在实时三维CT导航引导下共植入33枚Cage，其中32 枚Cage位于手术节段椎间隙内， Cage植入准确率97.0%。1 例84 岁L4、5 退行性腰椎滑脱症患者经关节突入路植入Cage时，导航参考架松动导致导航图像失真，X线透视显示Cage突破前纵韧带，试图取出时其完全滑入腹膜后间隙，遂重新植入1枚Cage；术后随访8个月，期间患者无任何不适，已完全恢复日常活动。1例患者随访期间Cage出现轻度下沉，但无任何不适。所有患  者内固定物在随访期间未见明显松动（图1）。

图 1     患者，女，51岁，L4退行性腰椎滑脱症（MeyerdingⅠ度）     

a～e. 术前过伸过屈位X线片、CT矢状位、MRI 矢状位与轴位示L4椎体退行性滑脱、L4、5椎管狭窄；f. 术中导航确定穿刺针体表定位与穿刺轨迹；g. 术中导航引导直径10 mm环钻行椎间孔扩大成形；h. 内镜下见终板处理充分；i. 术中导航引导经L5经皮椎弓根螺钉切口建立观察内镜通道；j. 经矩形工作通道行椎间植骨，导航实时确认通道与植骨情况；k. 导航引导与观察内镜监视下紧贴硬膜囊外侧缘植入Cage；l. 内镜下观察Cage位置良好、行走神经根减压充分；m～p. 术后1周正侧位X线片及CT矢状位与轴位示滑脱大部分复位、内固定物位置良好、L5上终板轻度损伤、椎管减压充分；q、r. 术后1 年侧位X线片及CT矢状位示内固定物无松动、Cage轻度下沉、椎间实现部分骨性融合

3讨论

3.1实时三维CT导航在MIS-TLIF及脊柱内镜手术中的应用与意义

骨科手术，尤其是微创脊柱外科手术，术者及患者均不可避免要接受术中X线透视所产生的辐射[18]，而实时三维CT导航能够有效减少辐射剂量[3-5]。研究表明，在MIS-TLIF术中导航引导植钉所产生的辐射剂量较传统X线透视明显减少[1-2, 4-9]，且手术操作相对简便，有望降低术野污染风险。此外，三维CT导航能够实时精确地提供解剖结构、器械位置、内植物深度及方向等关键信息，从而克服了微创手术包括脊柱内镜手术视野局限的不足 [10-13]。因此，实时三维CT导航能在传统MIS-TLIF以及脊柱内镜手术中提供三维影像，具有提升操作准确度、减少术中失血量、降低并发症发生  率、缩短手术时间及住院时间等优势[6-13]。

3.2实时三维CT导航应用于镜下融合术的可行性与意义

自Osman团队[19]首次报道单孔同轴内镜下融合术已近10 年，随着技术、器械与设备的不断成熟与改进，该技术已由最初的遭受质疑[20]，发展至目前安全性与有效性已被认可[14-16, 21-24]。经关节突入路镜下融合术的手术适应证及术中操作与传统MIS-TLIF相似，但由于内镜视野的局限性，其术中X线透视需求并不低于传统MIS-TLIF；经椎间孔入路镜下融合术则由于椎间孔扩大成形的需要，其透视次数理论上要有所增加。鉴于实时三维CT导航既往在MIS-TLIF与脊柱内镜下单纯髓核摘除与椎管减压手术中的成功应用，其具备应用于镜下融合术的可行性。本研究27 例患者根据临床症状与影像学特点选择上述两种不同手术入路，实时三维CT导航应用覆盖了手术节段定位、植钉、内镜工作通道建立、镜下减压指引、融合通道更换、植骨与Cage植入等全程操作，仅置入连接棒后改为C臂X线机透视，明显减少了术中辐射剂量，术后影像学检查也证实了植钉与Cage植入位置的准确性，术后即刻与随访疗效满意。

通过工具注册匹配，在直径10 mm环锯导航引导下，于上关节突基底部平行于椎间隙一次性椎间孔扩大成形安全、高效，无出口神经根损伤发生。通过实时导航图像指引，术者可直接或间接判断操作部位、方向、纵深与范围，这对于骨性结构增生严重、局部解剖变异（退行性侧凸、峡部裂性滑脱）患者，以及ULBD操作尤为重要，保证了操作的安全性与精确性。通过其在双节段甚至三节段镜下融合术中的应用，术者体会到实时三维  CT导航的便利性优势。

3.3实时三维CT导航应用于镜下融合术的问题与展望

目前，在镜下融合术的一些关键步骤中，尚无完全与导航相匹配的工具，诸如椎间孔扩大成形所用的环锯、处理终板的各种工具以及Cage把持器，它们的使用均有赖于术中注册学习，以及术者对实时三维CT导航图像的正确判读。工具倒装设计有助于镜下可视化操作，有望增加手术安全性与效率。对于关节突骨赘增生、硬化严重者，本研究中有2枚经皮椎弓根螺钉在穿刺时出现较明显偏差，但导航实时反馈的图像显示良好，这可能源于操作时反复用力调整穿刺方向，采用动力穿刺可减少这类误差。椎间隙处理完毕后由于其高度与夹角的变化，植入Cage时易出现一定程度导航纵向漂移，在此过程中还需注意导航参考架有无松动，在监测Cage深度的同时还需注意勿损伤终板，否则可能会产生严重后果，正如本研究中有1枚Cage滑入腹膜后间隙。术中如怀疑导航显示与实际情况不符，则需及时采用X线透视确认；此外，采用机器人导航有望减少上述问题的发生[11, 24-25]。对于内镜通道与融合通道，尚无法获得其直接导航图像，我们在术中采用的方法是根据鞘管尖端位置图像来间接判断通道位置及方向，终板处理、植骨深度与范围的判断亦类似。

本研究手术时间较长，这与学习曲线、病例难度、技术组合等多种因素有关。具体而言，术者尚处于学习曲线的早期，手术团队对实时三维CT导航技术的熟悉程度及团队成员之间的配合熟练度有待于进一步提升；本组患者多存在双侧根性症状、椎管狭窄严重，需ULBD，且存在MeyerdingⅡ 度峡部裂性腰椎滑脱症患者，需减压双侧出口神经根，故镜下减压时间偏长；不同于目前更多同行在X线透视下采用常规工具快速处理终板，本研究中术者追求全程镜下处理终板，且希望尽可能地扩大处理范围，故终板处理时间偏长；借鉴单侧双通道理念，部分患者在神经减压与终板处理完成后建立观察孔，内镜监视下更换融合通道、植入Cage以避免挤压神经根，客观上也增加了手术时间。相信随着术者对学习曲线的克服、手术工具尤其是融合通道的改进以及操作经验的不断总结，实时三维CT导航引导镜下融合术的手术时间将逐步缩短，有望成为腰椎微创融合的常规术式之一。

综上述，实时三维CT导航引导镜下融合术具有医源性损伤小、术后康复迅速、降低操作繁复性、减少辐射剂量、增加操作精准度等优势，初步应用显示技术安全可靠、早期临床效果满意。但本研究病例数较少、随访时间较短，且未设置对照病例，仍需在严格设计临床试验方案基础上开展更大样本量、更长随访时间的病例对照研究，以充分验证其远期疗效。

通信作者

董健文，副主任医师，医学博士，硕士研究生导师，中山大学附属第三医院脊柱外科主任。从事脊柱外科工作30余年，致力于各种脊柱微创技术开展。担任SICOT中国部微创外科学会常委、中国医师协会骨科医师分会脊柱微创学组委员、中国康复医学会脊柱脊髓专委会微创学组委员、中国医促会骨科分会脊柱内镜学组委员、广东省医学会骨科学分会脊柱学组副组长、广东省医师协会骨科分会脊柱内镜专业组组长、广东省康复医学会脊柱脊髓分会副主委。

第一作者

杨阳，副主任医师，医学博士，硕士研究生导师。从事脊柱外科医疗、教学、科研工作十余年，擅长脊柱退行性疾病、外伤性疾病、感染性疾病、肿瘤性疾病等的诊断和微创手术治疗，致力于微创脊柱外科的临床研究。担任广东省医学会脊柱外科学分会青年委员会委员、广东省基层医药学会精准医学专业委员会委员、《中华创伤杂志》青年学术委员会委员、《中国组织工程研究》青年审稿人，发表多篇代表性学术论著。