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1、 分类号： R687.3+2 密级：公开 术中三维 CT 导航辅助下微创经椎间孔腰椎 椎体间融合术的可行性研究 The Clinical feasibility of minimally invasive transforaminal lumbar interbody fusion with Intraoperative Computed Tomography-Guided Navigation System 作 者 姓 名 ： 齐 鹏 学 科 专业 ： 外 科 学 骨 科 导 师 . 崔 赓 副 教 授 答辩委员会主席： 论文答辩日期 . 二一六年四月二十九日 院校地址： 邮政编码： 解放军
2、医学院 研究生学位论文原创性声明 秉承我院 “忠诚、敬业、和谐、创新 ”的学风，本人声明：所呈交的论文是 我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特 别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写 过的研究成果，也不含为获得我院或其他教育机构的学位及证书而使用过的材料， 对本文的研究作出贡献的个人或集体，均已在文中做了明确的说明并表示谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人保证毕业离院后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位为解放军医 学院或解放军总医院。学院有权保留并向国家有关部门或机构送交论文原 件、复 印件和
3、电子版本，可以采用影印、缩印、扫描或其它手段保存论文以供被查阅和 借阅。学院可以公布学位论文的全部或部分内容 （ 保密内容除外）。 解放军医学院 研究生学位论文版权使用授权书 解放军医学院硕士学位论文 目 录 英文缩写词表 . 1 中文摘要 . 2 英文摘要 . 4 mfs . 6 正文术中三维 CT 导航辅助下微创经椎间孔腰椎椎体间融合术的可行性研究 资料和方法 . 8 關 . 14 舰 . 18 结论 . 22 参考文献 . 22 t 献纖 . 27 攻读学位期间发表文章情况 . 39 麵 . 40 解放军医学院硕士学位论文 英文缩写词表 缩写词 英文全称 中文全称 iCT intraop
4、erative computed tomography 术中 CT TLIF transforaminal lumbar interbody fusion 经椎间孔腰椎椎体间融 合术 MIS-TLIF minimally invasive transforaminal lumbar interbody fusion minimally invasive 微创经椎间孔腰椎椎体 间融合术 transforaminal lumbar 术中三维 CT 导航辅助 iCT-MIS-TLIF interbody fusion with 下微创经椎间孔腰椎椎 intraoperative computed 体
5、间融合术 tomography COTLIF conventional open transforaminal lumbar interbody fusion 传统开放经椎间孔腰椎 椎体间融合术 LDH lumbar disc herniation 腰椎间盘突出 ODI Oswestry Disability Index Oswestry 功能障碍指数 VAS Visual Analogue Scores 视觉模拟评分法 ISO-C Isocentric C-arm 等中心 C 型臂 ACDF anterior cervical discectomy and fusion 颈椎前路椎间盘切除融
6、 合术 BFRS biplane fluoroscopy-guided robot system 双平面 X线机器人导航 系统 解放军医学院硕士学位论文 作 者：齐鹏 学科专业：外科学（骨科 ） 导 师：崔赓 术中三维 CT导航辅助下微创经椎间孔腰椎椎体间融合术的可行 性研究 中文摘要 【目的】通过对比术中三维 CT 导航辅助下微创经椎间孔腰椎椎体间融合术 (minimally invasive transforaminal lumbar interbody fusion with Intraoperative Computed Tomography(iCT-MIS-TLIF)、单纯微创经椎间
7、孔腰椎椎体间融合术 (minimally invasive transforaminal lumbar interbody fUsion(MIS-TLIF)与传统开放 经椎间孔腰椎椎体间融合术 (conventional open transforaminal lumbar interbody fiisi n(COTLIF)治疗单节段腰椎退行性疾病的临床效果差异，探讨术中三維 CT 导航辅助下微创经推间孔腰推椎体间融合术的可行性。 【方法】 2009 年 4 月至 2011 年 9 月 45 例单节段腰椎间盘突出患者，根据患者 自己的治疗意愿及术前资料的综合分析， 11 例患者采用术中三維 C
8、T 导航下微创 经椎间孔腰椎椎体间融合术 (iCT-MIS-TLIF)进行治疗， 15 例患者采用单纯微创经 椎间孔腰椎椎体间融合术(MIS-TLIF)进行治疗， 19 例患者采用传统开放经椎间 孔腰椎椎体间融合术 (COTLIF)进行治疗。比较三组患者在手术时 间、木中出也 量、术后引流量、术后平均住院日和术后下地时间的差异，统计术前、术后 3 天、 1.5 月、 3 月、 6 月、 12 月、 24 月 Oswestry Disability Index(ODI), Visual Analogue scores (VAS)和 X 线评价治疗效果。同时，考虑到术中三维CT 导航对手术时 间的
9、影响，单独记录了术中三维 CT 导航扫描、注册等所需时间。 【结果】米后患者均获得了随访，三组患者术前一般资料、 VAS 和 ODI 评分无 统计学差异。术后 45 例患者均未出现手术相关并发症。 iCT-MIS-TLIF 组手术时 2 解放军医学院硕士学位论文 间显著高于 MIS-TLIF 组和 COTLIF 组 (P0.05)， 且均明显低于 COTLIF 组 (P0.05)。患者的术前统计数据见表 1。 表 1 三组患者术前资料 iCT-MIS-TLIF 组 MIS-TLIF 组 COTLIF 组 P 8 解放军医学院硕士学位论文 病例数 11 15 19 年龄（岁） 52. 2126
10、51. 4 土 9. 6 50. 510. 8 P0 05 性别（男 /女） 8/3 10/5 13/6 P0. 05 术前腰痛 VAS 4. 8 士 1. 9 4. 52. 3 4.62. 1 P0.05 术前腿痛 VAS 5. 02_9 5. 3 土 3. 2 4. 92. 6 P0. 05 术前 0DI 51.76.8 49. 76. 1 53. 3 + 5. 5 P0. 05 1.2 术中 CT 导航系统 采用一台 82cm 大孔径滑动式 40-层 CT 扫描机 (Somatom Sensation Open Sliding Gantry;Siemens Medical Solutio
11、ns, Forchheim, Germany),将红夕卜 线导航系统 0(15； 1 11;8 找 111113)与术中（； 1相连。并将 (1扫描所获得 的影像学数据计算后重建为三维图形并传送到相应的导航软件内，而且在术中可 以根据手术情况随时进行 CT扫描并更新导航信息。 图 2.可透射线手术台及多层 CT 和相应的滑动门 1.3手术方法 1.3.1 iCT-MIS-TUF 组手术方法 患者全麻后俯卧于可透过 X 线的手术台上，安装参考架于髂后上棘后进行 CT 扫描。CT 图像扫描结果输入图像导航工作站，自动注册前，麻醉呼吸机可以 9 解放军医学院硕士学位论文 暂停 10-20 秒以减少呼
12、吸运动对导航精确度的影响 17,18。在 CT 扫描期间，术 者、助手及麻醉师可以在防护区直接观察到患者的情况，扫描过程中所有医务工 作者均不暴露于射线下。自动注册后，通过体表骨性标志和参考架进行双重的精 度检查并进一步确认导航图像的准确性。术中如果出现导航的精准度不够或术者 怀疑导航精准度不够，有必要再次进行 CT 扫描及注册，直至导航足够精确为止。 虽然出现这样情况的可能性很小，但仍旧需要慎重对待。本研究中仅 1 例患者因 参考架松动需要额外的 CT 扫描和注册。确定责任间隙的上下椎弓根入口点，先 于健侧做切口，切口扩大至 1.5cm， 使用克氏针置入上下椎弓根，通过克氏针进 行椎弓根的钻
13、孔和攻丝，留置备用。以上所有的步骤皆在使用导航下完成。在导 航 引导下于病变侧上下椎弓根处置入两根克氏针，沿两针连线切一长约 3cm 的 切口，然后使用 X-Tube 逐级扩大，在 X-Tube 通道内进行椎板、关节突以及椎 间隙的处理，减压充分后，将适当大小装入自体骨的 cage 置入椎间隙，敲击至 适当位置，置入螺钉与钛棒，然后于对侧采用经皮置钉技术置入螺钉与钛棒，通 过再次iCT 扫描判定螺钉和 cage 置入的准确性以及减压是否充分，所有的螺钉 都经过 3 名高年资脊柱外科医师评定，以破壁 2mm 以内为标准 14,20进行评价， 全部合格后行加压固定，放置引流管，关闭伤口。 图 3.
14、 (iCT-MIS-TLIF 组）切口前术中 CT 扫描显示腰椎轮廓，参考架连接到髂后 解放军医学院硕士学位论文 图 4.在 iCT 导航下，确认椎弓根入口后使用空心椎弓根开路锥定位，然后放置克 氏针，参考架连接到左侧髂后上棘 11 解放军医学院硕士学位论文 图 5.在 iCT 图像引导下确定病变间隙 12 解放军民学院硕士学位论文 图 6.关闭伤口前不同平面确认椎弓根钉和 cage 的位置， A:轴位像上显示神经根 减压充分， cage 位置良好； B:轴位像上显示椎弓根钉置入位置精确； C:矢状位 像上显示椎间融合器位置精确。 1.3.2 MIS-TLIF 组手术方法 患者全麻后取俯卧位，
15、于后正中线旁开 3.0-4.0cm， 以病变间隙为中点纵长 约 4cm处插入 2 枚克氏针，经 C 臂透视后确认相应手术节段，保证克氏针在术 中透视正位像上位于椎弓根皮质范围内，侧位像上位于椎体椎弓根的延长线上， 确认后切幵患侧皮肤及浅层软组织，将通道处逐级进行扩张，最后将 X-tube 工 作套管置入，撑开钳纵向撑开后辨认相关组织结构，对局部残留软组织进行清理， 直到显露出椎板外缘和上下关节突。尖锥幵路后透视下确认椎弓根位置，钉道攻 丝后用骨蜡进行封堵。然后于通道下切除部分椎板、关节突内侧缘及黄初带，显 露椎间盘然后切开纤维环，使用绞刀逐级进行间隙椎间盘组织的清理，并彻底刮 除椎间盘及软骨终
16、板 ，充分冲洗椎间隙，植入切除的局部自体骨骨粒及 1 枚合适 高度的 cage,检查神经根受压情况，止血充分后，再于对侧采用经皮置钉技术置 入螺钉，双侧钛棒加压固定， C 型臂透视确认内固定位置良好，探查无活动性出 血，撤出工作套管，置引流管后逐层缝合切口。 1.3.3 COTILF 组手术方法 患者全麻后俯卧于手术台上，根据髂棘与手术节段的相邻关系，于腰部后正 中画一长约 6-8cm 的垂线。此线仅作参考，不影响手术过程。取后正中切口，依 次切开皮肤、皮下组织及腰背筋膜，沿棘突两侧剥离椎旁肌肉，直到上下关节突 关节外侧，透视 定位后于节段两侧共置入 4 枚椎弓根螺钉，健侧适当撑开后上钛 棒以
17、临时固定。切除患侧间隙下关节突、部分椎板、上关节突内侧缘和黄韧带以 求彻底减压，清除患侧椎间盘和上下软骨终板。将自体骨修剪成粒植入椎间隙内， 选择合适椎间融合器植骨后放入椎间隙内，双侧上钛棒并加压固定，安装横连， 透视见内固定位置良好后放置引流管并关闭伤口。 13 1.4 术前、术后处理 解放军医学院硕十学位论文 三组术前准备均一致，根据手术需要，术后均常规预防性应用抗生素预防感 染，服用同等剂量非尚体药物减少术后疼痛，引流均采用闭式被动引流，当术后 24h 内引流量0.05), 且均明显低于 COTLIF 组 (P0.05)。三组 VAS 评分和 ODI 评分的随访结果与术 前相比均有显著改
18、善，且 iCT-MIS-TLIF 和MIS-TLIF组术后 3天腰痛 VAS评分、 术后 1.5月 ODI评分显著低于 COTLIF组 (P0.05)，iCT-MIS-TLIF 组术后 6 周腰 痛 VAS 评分显著低于 COTLIF 组 (P0.05)， 其余时间点三组之间评分无统计学差 异， iCT-MIS-TLIF 组和 MIS-TLIF 组之间术后各时间点 VAS 评分和 ODI评分均 无统计学差异。由于术中三维 CT 导航所致的手术暂停时间平均为 5.8 分钟。 iCT-MIS-TLIF 组中 1 例患者由于右侧 S1 椎弓根先天异常导致椎弓根螺钉不能置 入，我们采用了 1 枚骶骨翼
19、螺钉替代并于导航下置入。三组的术后 CT 图像均显 示所有螺钉和 cage位置良好，神经根减压充分。因 CT 扫描与导航所致 iCT-MIS-TLIF 组术中手术暂停时间平均为 5.8 分钟，其中每次 CT 扫描平均时间 为 9.0 秒，术中 CT 导航自动注册平均时间为45.5 秒。术后长期随访 X 线显示三 组在融合率方面无统计学差异，且均获得稳定的融合（表2-7)。 15 解放军医学院硕士学位论文 C D 图 7.例患者术前被诊断为先天性骶椎发育异常，使用 1 枚骶骨翼螺钉代替 S1 椎弓根螺钉在导航下置入， A:腰椎术后 X 光片显示所有螺钉与椎间融合器位置 准确； B:轴位像上显示
20、L5 椎弓根钉置入精确； C:轴位像上显示 S1 双侧螺钉 均置入精确； D:轴位三维 CT重建图像显示 L5、 S1 螺钉均置入精确。 16 解放军医学院硕七学位论文 17 解放军医学院硕士学位论文 3 讨论 虽然目前传统的经后路椎弓根螺钉固定腰椎椎间融合术可以较为充分的满 足手术治疗腰椎退行性疾病的需求，并且可以提供手术节段全方位的稳定性 24,25。但是随着患者对术后效果要求的逐步提高以及医务工作者对于减少医源 性肌肉和软组织损伤重视度的提高 4，导致人们幵始重新审视传统的手术方式。 由于传统开放的 TLIF 手术需要较大范围的剥离椎旁肌肉和软组织并向外侧极度 牵拉以便手术减压操作，导致
21、患者术中及术后出血较多，而且术后残留顽固性腰 背疼痛的可能性也相对较大 4，使得其临床疗效逐渐不能满足医务工作者及患 者的需求，随着扩张通道管系统 （ X-tube)的应用及MIS-TLIF 手术术式的发明， 越来越多的人开始关注这一微创术式，并对其疗效及相关并发症展幵了研究 23， 一系列的研究结果表明， MIS-TLIF 在手术创伤较小，术后恢复较快的基础上， 可以获得和传统 TLIF 手术相当的远期疗效 21， 22。 然而随着腰椎融合术中微创术式应用的越发普遍 26,27，其缺点也逐渐的显 露了出来，其对医务人员的放射性暴露和陡峨的学习曲线 8使其推广受到了一 定的限制，特别是由于缺少
22、明显的解剖结构显露，其定位相对于传统开放手术而 言较为困难，而且一旦术中发生入路相关并发症，由于操作空间较为狭小，导致 术者 处理起来相对困难 28，随着影像技术的进一步发展，导航系统的应用降低 了对这一术式的使用限制，结合导航系统的辅助不仅可以有效减少医务人员放射 线暴露剂量，同时也可以提高螺钉置入的准确率 12-14,16,20，而且与传统开放 手术置钉以及单纯微创通路下置钉相比，导航的应用不仅减少了因螺钉错置所带 18 解放军医学院硕士学位论文 来的手术相关并发症，而且并没有增加手术时间或者是改变手术操作步骤 9,17,18,29-32。 如今，已经有几种技术成熟的导航系统应用于脊柱手术
23、。透视下导航 （ 2D X 线导航系统）是一种简单有效的辅助椎弓根钉置入系统，其价格低廉且易于操作 33,34，然而作为一种基于二维图像的操作系统，它不能提供对于准确置入椎弓 根螺钉帮助较大的轴位图像，而且由于图像质量较差造成导航精确性降低从而不 能提供准确的螺钉置入位置 9,35,36。3D 透视下导航 （ ISO-C 型臂导航系统 ） 是 种优良的、具备自动校正功能的实时导航系统，它可以提供轴位、冠状位和矢 状位图像，经过软件的模拟构造出类似 CT 扫描图像的脊柱解剖结构用以导航下 的辅助 9， 16,20,37，所以这是当前较为主流且理想的脊柱微创手术图像导航系统。 但是这种导航系统在多
24、层扫描中却显露出相应的不足 16,20，而且由于数据获取 时间过长 ，一 般需要 6-25 分钟左右 16,20,37，其图像的质量也有待商榷 16,20， 往往需要术后 CT 检查以作为最终螺钉置入效果的评估 16,20,39-41。此外，即 使是 3D 的透视导航也不可能呈现出软组织图像（如腰间盘的突出 ） 。最后， 3D 透视导航每次扫描周期平均为 2 分钟，且由于肺部通气会引起膈肌的运动，理论 上会造成对图像质量的影响，并可能导致导航的偏移 17， 18。 Tian 等人发现透 视下导航的精确度要低于 CT 辅助下的导航系统 19,42，所以研究认为降低山于 肺部通气引起的膈肌运动对导
25、航的影响是提高导航准确度的方法 之一 17,18。术 前 CT 辅助导航系统不仅可以提供较高质量的导航图像，而且可以显著的提高椎 弓根螺钉置入的准确度 19,32,35,42，然而一些研究的结论对于应用术前 CT 辅 助导航系统可能造成的负面结果表示担忧 9,14,19,31,35，其中包括： 1)注册是 一个耗时且有赖于经验的操作，并可能因此增加脊柱导航偏差的风险； 2)注册 过程需要充分暴露棘突和两个横突，这样不仅会增加术后相关并发症，而且会使 CT 辅助图像导航系统与脊柱微创技术的核心观念互为冲突； 3)对置入螺钉的最 终评估还需做额外的术后 CT; 4)增加了病人繁多的术前准备步骤、术
26、前准备时 间与花费； 5)椎间结构的相对解剖位置关系在病人清醒状态做术前 CT检查时 与在病人在术中麻醉状态时的差异理论上会增加脊柱导航不准确性的风险； 6) 较长的学习曲线。 MRI 导航系统中的术中实时 MRI 导航系统在近年来已经应用 于脊柱手术中 43,48, MRI 导航系统很少出现导航的偏移，尤其适合应用于软组 19 解放军医学院硕士学位论文 织相关疾病的手术处理 43,48，但是它对于骨组织的成像却不如 CT， 而且由于 核磁伪影的影响其并不适合对脊柱内固定物置入手术的导航，另外 MRI 的扫描 时间过长，通常需要 30 分钟左右。 术中 CT (iCT)导航系统对比上述导航系统
27、由于其影像特点与技术特征具有 较多的优点而且可以尽可能的减少上述导航系统设备上的缺陷所导致的相关风 险 13,14。 首先，较为先进的图像设备使得 iCT 可以达到 0.4mm 到 0.6mm 的空间分辨 率，超过了现今大部分的 MRI 及全部的 X 线导航系统 13。通过 iCT 的辅助我 们可以得到较为精确的实时引导从而达到较高的置钉准确率，而且 CT 图像不会 被器械的材质所影响12-14,17,18。 1匕 611 11(1等人通过丨 (： 1导航得到了 35 名患 者 161 枚椎弓根钉置入0%失误率的研究结论 11。在本研究中， 11 名患者准确 的置入 43 枚椎弓根螺钉和 1
28、枚骶骨翼螺钉且所有螺钉均未返修也同样证明了 iCT 导航系统在脊柱微创手术中具有较高的精确性。 其次， iCT 的图像数据获取时间很短，并且单次 iCT 扫描范围足够大，可以 获取整个脊柱的图像数据 13,17， 18。 iCT 扫描全部腰椎的平均扫描时间为 9 秒， 术中因扫描需暂停的时间平均为 5.8 分钟（铺单，扫描，重新开始手术 ） 。在本 研究中，使用 iCT扫描时 11 例患者全部暂停麻醉呼吸机 10-20 秒以减少膈肌运 动引起的误差 17， 18,42，且在本研究组内病人中并没有由于 10-20 秒麻醉呼吸机 暂停所导致的血氧饱和度下降或者任何的相关并发症。 另外， iCT 导
29、航系统不需要依赖术者的经验，也不需要显露额外的脊柱结构 用以注册 13,14，在本研究中， iCT 导航系统的自动图像注册时间平均仅为 45.5 秒， iCT 的自动注册与术前 CT 导航系统相比，在术者的依赖程度、是否开放显 露额外脊柱结构、经验性的注册过程等这些可以引起螺钉置入不准确相关风险的 因素方面均较优，同时还可以降低医源性的肌肉损伤程度，减少 “学习曲线 ” 和 手术时间 12,14，因而是一种较为理想的适用于脊柱微创手术的图像导航系统。 全部的 11 例患者在每次 iCT 扫描后都得到了成功的自动注册，而且 iCT 导航系 统操作较为简单方便，在本研究的手术操作过程中其经皮椎弓根
30、螺钉置入时的图 像引导也非常精确。 20 解放军医学院硕士学位论文 最后，一次 iCT 扫描理论上可以替代一次额外的术前 扫描和术后 CT 扫描， 因此减少了术前的准备时间 12-14,17,18。 iCT 导航系统还可以在术中监测椎间 盘、肿瘤和脊柱骨性结构的切除情况，监测祌经根的减压并检查体内植入物的位 置（螺钉，椎间融合器，移植骨） 11， 13。理论上可以避免因植入物错位、祌经 不完全受压等所造成的再次手术，在本研究中的 11 例患者内没有出现因植入物 错位、神经不完全受压而进行的再次手术。 虽然 iCT 对于患者的放射线暴露问题颇受争议，但研究证明患者的有效暴露 剂量是可以接受的 3
31、2。在本研究中， iCT-MIS-TLIF 组患者 的平均 CT 扫描次数 是 3.1 次，根据姜廷华等 49及我们的研究结果（尚未发表）表明，患者扫描 3.1 次 CT 的放射线暴露剂量约为 43.5mGy， 相比于 MIS-TLIF 组患者平均放射线暴 露剂量 7.3mGy， COTLIF组患者平均放射线暴露剂量 3.8mGy， 具有统计学差异 (P0.05)，但 iCT-MIS-TLIF 组完全避免了 MIS-TLIF 中医务人员的放射线暴 露问题，而且由于省略了术前的 CT 扫描和术后确定螺钉置入准确性的 CT 扫描， 其实际患者放射线暴露剂量并没有数据上所显示的那样突出。 iCT-M
32、IS-TLIF 组 所有患者术后腰腿痛均得到不同程度缓解，且远期 X 线融合率评价与另外两组 并无统计学差异。故可以认为在 iCT 系统导航辅助下 MIS-TLIF可以获得神经根 减压的良好效果，同时达到传统开放手术的 H 标。本研究还发现对于解剖结构复 杂的患者，术中三维 CT 导航的辅助可以明显发挥其实时性和精确性的特点，有利 于术者提高置钉的准确度进而保证了手术的安全性，降低了因置钉失误所造成的 返修和相关并发症发生的可能性，同时，即使手术视野中解剖结构显示不清楚， 也可以通过导航系统进行确认从而相应的减少了切 口深部肌肉和软组织的剥离， 这样就避免了微创手术切口所造成的口小底大 “火山
33、口 ”样结构 28，有助于减 少术后相关并发症的发生。 作为一项回顾性研究，本研究中还存在着一些局限性。酋先，由于患者病情 及个体的差异性，不能严格的对纳入病例进行手术方案的随机分组。其次 ， iCT 导航系统的花费并未列入观察范围内，忽略了社会成本对于患者术后满意度的影 响。同时，样本量的不足可能会造成结果出现偏倚，因此还需要严格设计的前瞻 性随机对照研究及更大量的样本来获得更为可靠的结论。 21 解放军医学院硕士学位论文 4 结论 总之，术中三维 CT 导航系统为 MIS-TLIF 提供了一种更为可靠的辅助手段。 本研究初步表明了 iCT 导航系统的应用在腰椎微创手术中是可行的且相对成熟
34、的，其远期疗效与单纯 MIS-TLIF 手术和传统开放 TLIF 手术基本相当，而且在 解剖结构复杂的患者中，术中三维 CT 导航的辅助显示出其实时性与精确性的特 点，在无需过多剥离软组织的基础上，有利于螺钉的安全置入。 参考文献 1 Madan SS, Boeree NR. Comparison of instrumented anterior interbody fusion with instrumented circumferential lumbar fusionJ. Eur Spine J. 2003;12:567-75. 2 Kim JS, Kim DH， Lee SH, et
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