數(shù)字技術(shù)應(yīng)用于腰椎結(jié)核

數(shù)字技術(shù)在腰椎結(jié)核精準(zhǔn)手術(shù)治療中的應(yīng)用

青島市胸科醫(yī)院外科周偉東目錄1、腰椎結(jié)核概述2、術(shù)式及微創(chuàng)化研究現(xiàn)狀3、精準(zhǔn)手術(shù)現(xiàn)狀4、數(shù)字化設(shè)計(jì)與3D打印5、擬解決的問題腰椎結(jié)核概況腰椎結(jié)核在脊柱結(jié)核中的發(fā)病率最高。主要破壞腰椎椎體前柱及中柱，改變腰椎生理曲線，形成后凸畸形，造成腰椎負(fù)重生物力學(xué)改變腰大肌膿腫形成。病變組織突入椎管，壓迫馬尾及神經(jīng)根，引發(fā)相應(yīng)癥狀。術(shù)式前方入路手術(shù)在直視下行腰椎結(jié)核病灶清除、膿腫引流、椎間植骨，內(nèi)固定恢復(fù)椎體高度并重建腰椎穩(wěn)定性，手術(shù)創(chuàng)傷較大，術(shù)中易損傷血管及神經(jīng)。行椎間植骨融合時(shí)易導(dǎo)致植骨塊吸收或脫落，可能加重后凸畸形，多個(gè)椎體受累或后凸畸形嚴(yán)重時(shí)前方入路手術(shù)內(nèi)固定不牢固，易造成內(nèi)固定松動(dòng)、斷裂，只能行短節(jié)段固定，導(dǎo)致后凸畸形矯正不佳等。內(nèi)固定與病灶接觸。后方入路手術(shù)部分或全部切除一側(cè)或兩側(cè)的棘突、椎板、橫突、關(guān)節(jié)突，暴露硬膜囊，然后從椎弓根進(jìn)入病椎前方行病灶清除，在同一入路行畸形矯正、椎間植骨、椎弓根內(nèi)固定，優(yōu)點(diǎn)是可在同一切口操作，可行有效的腰椎椎管減壓，解除病灶所致神經(jīng)根壓迫，手術(shù)切口及創(chuàng)傷小，可避免腹膜破裂及腹腔臟器損傷等。對(duì)腰椎行三維固定，有效恢復(fù)腰椎三柱結(jié)構(gòu)及應(yīng)力穩(wěn)定，且內(nèi)固定材料不與病灶直接接觸。缺點(diǎn)：破壞了腰椎后方的全部或部分健康結(jié)構(gòu)，造成椎管開放及硬膜暴露，增加了腰椎的不穩(wěn)定性。若病椎間的植骨融合失敗，則導(dǎo)致病椎的三柱的穩(wěn)定性均被破壞，會(huì)產(chǎn)生斷釘斷棒的危險(xiǎn)。后方入路手術(shù)病灶暴露不充分，手術(shù)操作視野小，不能有效地清除病灶，且術(shù)中對(duì)后背軟組織的廣泛剝離會(huì)造成后背部分組織損傷及去神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)作用，增加術(shù)后腰痛的發(fā)生率。行椎間融合時(shí)，神經(jīng)根及硬膜會(huì)影響鈦網(wǎng)及植骨塊的安置。前后聯(lián)合入路手術(shù)前后聯(lián)合入路手術(shù)即通過前路行病灶清除及病椎間植骨融合，后路行腰椎畸形矯正及椎弓根螺釘內(nèi)固定。優(yōu)點(diǎn)：有效維持脊柱穩(wěn)定性基礎(chǔ)上能徹底清除腰椎結(jié)核病灶、椎管減壓及畸形矯正，避免了前方入路植骨內(nèi)固定產(chǎn)生的內(nèi)固定松動(dòng)、斷裂、矯形丟失等。缺點(diǎn)：兩個(gè)手術(shù)切口，且術(shù)中需變換體位、再次消毒，延長(zhǎng)了手術(shù)時(shí)間，增加了手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)及術(shù)后感染率。適應(yīng)證:下腰椎結(jié)核造成椎體破壞嚴(yán)重，椎體破壞造成脊柱不穩(wěn)，多個(gè)椎體受累伴發(fā)神經(jīng)功能障礙者，腰椎前、中、后三柱均受累且椎體破壞嚴(yán)重導(dǎo)致畸形需矯正者，腰骶段結(jié)核患者。CT引導(dǎo)下經(jīng)皮病灶內(nèi)置管術(shù)適應(yīng)證包括:椎體破壞輕，腰椎生理曲度未改變，病變以膿腫為主，單個(gè)腰椎結(jié)核合并輕微神經(jīng)壓迫癥狀，開放手術(shù)后復(fù)發(fā)者，腰椎后凸畸形不嚴(yán)重或基礎(chǔ)疾病較重?zé)o法耐受開放性手術(shù)的老年患者。缺點(diǎn)存在病灶內(nèi)結(jié)核桿菌清除不徹底、造成腰椎病變進(jìn)行性發(fā)展、加重腰椎后凸畸形、引發(fā)遲發(fā)性癱瘓、不能有效行病椎間植骨支撐、恢復(fù)病椎高度、導(dǎo)致引流管堵塞及病灶播散等并發(fā)癥腹腔鏡輔助下聯(lián)合側(cè)前方小切口腹膜后入路

治療腰椎結(jié)核（另一種微創(chuàng)探討）小切口研究Quadrant通道下微創(chuàng)治療小結(jié)1腰椎結(jié)核手術(shù)微創(chuàng)化成為趨勢(shì)如何進(jìn)行準(zhǔn)確定位做到術(shù)中直達(dá)病變？精準(zhǔn)手術(shù)計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)(computeraidedsurgery，orcomputerassistedsurgery，CAs)，也稱為計(jì)算機(jī)導(dǎo)航手術(shù)、影像導(dǎo)航手術(shù)(image—guidedsurgery，IGs)三部分：攝像設(shè)備、定位系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)工作站。攝像系統(tǒng)有CT、MRI、C型臂X線機(jī)(以下簡(jiǎn)稱C臂)和最新的3D—C臂(3DRx)，用以獲得脊柱的解剖圖像。定位系統(tǒng)有光學(xué)、超聲、電磁等多種類型，最常用的是光學(xué)定位系統(tǒng)，通過在脊柱和手術(shù)器械上貼附發(fā)光二極管(1ightingemitteddiode，LED)，攝像機(jī)捕捉LED發(fā)射的紅外線，并將其發(fā)送給計(jì)算機(jī)工作站。計(jì)算機(jī)工作站處理攝像系統(tǒng)和定位系統(tǒng)發(fā)回的數(shù)據(jù)，最終在屏幕上顯示脊柱圖像及器械的相應(yīng)位置。計(jì)算機(jī)導(dǎo)航手術(shù)系統(tǒng)定位裝置研究椎弓根螺釘植入傳統(tǒng)方法存在一定誤差畸形矯正問題在上端椎的椎體上緣劃一橫線，同樣在下端椎椎體的下緣劃一橫線。對(duì)此兩橫線各做一垂直線。該二垂直線的交角就是Cobb角。3D技術(shù)更立體、更形象3D打印骨骼模型小結(jié)2精準(zhǔn)已成為醫(yī)療熱詞，尤其在骨科領(lǐng)域。3D技術(shù)能否用于脊柱結(jié)核？3D的實(shí)現(xiàn)離不開Mimics軟件（Materialise‘sinteractivemedicalimagecontrolsystem)，是Materialise公司發(fā)明的一種醫(yī)學(xué)影像控制系統(tǒng)?？蛇x模塊有快速成型（RP）切片模塊、MedCAD模塊、仿真模塊、STL+模塊等。功能有：1圖像導(dǎo)入。2圖像分割。3圖像可視化：進(jìn)行三維視圖的平移，縮放和旋轉(zhuǎn)，裁切。4圖像配準(zhǔn)。5圖像測(cè)量：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)量、輪廓線和灰度值測(cè)量、密度測(cè)量。實(shí)現(xiàn)三維重建以Mimics軟件直接讀取腰椎薄層CT掃描Dicom格式斷層圖像，輸入并組織圖像。設(shè)定閾值，按照Mimics設(shè)定的Bone(CT)Scale，即226-1448Hu進(jìn)行設(shè)定；進(jìn)行區(qū)域增長(zhǎng)，相鄰椎骨進(jìn)行圖像分割，對(duì)每張斷層圖像經(jīng)選擇性編輯及除噪處理，去除冗余數(shù)據(jù)，重建三維模型(Calculate3D)即可得到腰椎的初步三維模型。模擬植釘設(shè)計(jì)虛擬釘?shù)兰爸沃⒎指羁蓜冸x骨面：使用Mimics中的“MedCAD”功能，新建“Cylinder”，模擬進(jìn)釘通道的釘?shù)罈U，在透明視圖下，選中CADObjects，調(diào)整釘?shù)罈U半徑為2mm，可以任意角度旋轉(zhuǎn)或擴(kuò)大釘?shù)罈U直徑，觀察有無穿透釘?shù)乐車琴|(zhì)，反復(fù)調(diào)整為預(yù)定的理想位置。以Measurements中測(cè)量工具可確定釘?shù)罈U進(jìn)釘點(diǎn)至理想深度的距離以及進(jìn)釘軸線，得到合適長(zhǎng)度、直徑的螺釘數(shù)據(jù)。Mimics操作演示立體印象數(shù)字模型重建并根據(jù)數(shù)字模型完成3D打印實(shí)體模型模擬手術(shù)入路并計(jì)算通道使用長(zhǎng)度模擬植釘模擬手術(shù)切除范圍模擬矯形恢復(fù)腰椎勝利曲度計(jì)算植骨長(zhǎng)度和大小，模擬植骨3D打印1：1實(shí)體模型再次進(jìn)行模擬手術(shù)演示討論能否通過CT增強(qiáng)得到血管的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行重建？可行性探討對(duì)于無昂貴手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備的醫(yī)院而言，C型臂透視輔助置釘意味著反復(fù)的術(shù)中X射線透視，產(chǎn)生較大的輻射對(duì)醫(yī)生和患者均有傷害，而且X射線成像質(zhì)量不穩(wěn)定，也會(huì)影響置釘?shù)臏?zhǔn)確性。結(jié)合當(dāng)前的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和3D打印技術(shù)，利用Mimics軟件設(shè)計(jì)，完全可以3D打印出病變導(dǎo)航模塊實(shí)體。目前，已有3D打印研究用于脊柱外傷的報(bào)道，對(duì)于脊柱結(jié)核的數(shù)字技術(shù)及3D打印技術(shù)無相關(guān)報(bào)道。技術(shù)路線CT掃描：對(duì)患者腰椎進(jìn)行連續(xù)薄層CT掃描（層厚0.75--1mm）。采集Dicom格式圖像輸出保存。三維重建：以Mimics0軟件直接讀取腰椎薄層CT掃描Dicom格式斷層圖像，輸入并組織圖像。設(shè)定閾值(Thresholding)，按照Mimics設(shè)定的Bone(CT)Scale，即226-1448Hu進(jìn)行設(shè)定；進(jìn)行區(qū)域增長(zhǎng)，相鄰椎骨進(jìn)行圖像分割，對(duì)每張斷層圖像經(jīng)選擇性編輯及除噪處理，去除冗余數(shù)據(jù)，重建即可得到腰椎的初步三維模型，直觀了解病變情況（血管分布、骨質(zhì)破壞情況），可隨時(shí)對(duì)Mask進(jìn)行三維重建以了解進(jìn)程并定位，不同部位可三維編輯予以單獨(dú)分離并指定任意顏色。設(shè)計(jì)虛擬釘?shù)兰爸沃⒎指羁蓜冸x骨面，模擬進(jìn)釘通道的釘?shù)罈U，可以任意角度旋轉(zhuǎn)或擴(kuò)大釘?shù)罈U直徑，觀察有無穿透釘?shù)乐車琴|(zhì)，反復(fù)調(diào)整為預(yù)定的理想位置。軟件中測(cè)量工具可確定釘?shù)罈U進(jìn)釘點(diǎn)至理想深度的距離以及進(jìn)釘軸線，得到合適長(zhǎng)度、直徑的螺釘數(shù)據(jù)。前路在網(wǎng)格狀體表定位器輔助下行腰椎CT三維重建找到待操作椎體與皮膚的最適路徑并在體表進(jìn)行標(biāo)記。年度計(jì)劃內(nèi)容

2016年4月開始進(jìn)行課題設(shè)計(jì)、開題討論，腹壁切口定位裝置的制作及微創(chuàng)輔助器械的定型，3D技術(shù)的學(xué)習(xí)與參觀。2016年5月開始將新收住的腰椎結(jié)核病人的CT資料輸入mimics軟件，進(jìn)行相關(guān)分析，制作3D模型。與前期手術(shù)病人進(jìn)行對(duì)照分析，至2017年6月完成