探讨三维可视化技术辅助设计手术治疗胸椎黄韧带骨化症的临床应用价值。
回顾性分析2013年11月—2016年12月郑州市骨科医院脊柱一科采用椎板切除治疗的44例胸椎黄韧带骨化症的临床资料。其中，男25例、女19例，年龄40～76岁。术前均采用Mimics软件对胸椎CT扫描的DICOM数据进行三维重建，在胸椎椎板和骨化黄韧带的三维可视化模型上观察骨化灶的立体结构以及与椎弓根、关节突、椎板的位置关系，计算数字模拟骨化灶体积；按照"分区椎板切除"的方式在三维可视化数字模型上进行骨化黄韧带的模拟切除；按照术前模拟切除步骤，实施手术操作。观察手术时间、术中出血量及并发症发生情况。术后12个月采用日本骨科协会(JOA)评分评估神经功能，根据术前和术后JOA评分计算JOA改良率，评估手术疗效。
三维重建模型44个，重建骨化灶103个，骨化灶体积为(1 831±443)mm3。44例患者均顺利完成手术，手术时间65～180(96.7±19.6)min；术中出血量230～1 350(432±83.5)mL。患者术后无脊髓神经损害症状加重者，术后神经症状均逐步好转。44例患者均获随访，随访时间13～46(25±10.3)个月。随访期间无迟发性感染、神经症状加重、内固定失败等并发症发生。术后12个月JOA评分(8.8±1.8)分，明显高于术前的(5.3±2.0)分，差异有统计学意义(t＝11.566, P<0.01)；JOA评分改善率为64.2%±21.7%，疗效评价优13例、良21例、可10例，优良率77.3%(34/44)。
应用三维可视化技术进行术前评估，能够立体、全面了解骨化黄韧带的形态，通过模拟手术，设计手术切除范围，可以提高手术精准度、安全性和有效性，为胸椎黄韧带骨化症的诊疗提供了一种新的术前影像学辅助方法。
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胸椎管狭窄症是由退变性、先天性、内分泌性或全身性因素导致胸椎管容积减小、胸段脊髓或神经根受压，从而引起一系列症候群的脊柱疾病。胸椎黄韧带骨化症是其最常见原因。有症状的黄韧带骨化症保守治疗通常无效，手术是唯一有效的治疗方式[1]。但该手术风险大、神经损伤发生率高，一直是脊柱外科手术的难点[2,3,4]。术前对骨化韧带的范围、大小、形态有三维立体的认识，对制定手术方案、提高手术操作安全性具有重要意义。目前常用的影像学评估为X线、CT和MRI，均是二维图像，仅仅能够反映特定平面的韧带骨化和脊髓受压情况。而骨化灶是一个形状、大小各异的空间立体结构，只有三维水平上的观察和测量才更能够建立全面清楚的认识。近年来，三维可视化技术在肝胆外科得到了迅猛的发展，使临床医生能够多角度全方位地了解肝脏肿瘤与周围胆管、血管的关系[5]。而三维可视化技术在骨科，尤其脊柱外科，少有报道。因此，我们对44例胸椎黄韧带骨化症患者采用Mimics软件进行三维可视化评估，模拟手术切除，现就其临床效果进行分析，旨在探讨三维可视化技术在胸椎黄韧带骨化症手术治疗中的应用价值。
纳入标准：(1)出现神经功能障碍的胸椎黄韧带骨化症患者；(2)采取椎板切除手术治疗。排除标准：(1)合并颈椎疾病患者；(2)合并其他胸椎疾病患者，如胸椎后纵韧带骨化症等；(3)伴有严重心、脑等内科疾病，不能耐受手术者。
2013年11月—2016年12月郑州市骨科医院脊柱一科收治胸椎黄韧带骨化症患者92例，纳入其中符合要求的44例患者的临床资料进行回顾性研究。其中，男25例，女19例；年龄40～76(54.2± 8.3)岁；病程1～123个月，平均14.3个月。44例患者均有不同程度的双下肢无力、行走不稳、腱反射亢进、锥体束征阳性，其中36例伴有踩棉花感、26例伴有胸腹部束带感、5例伴有排尿无力。术前JOA评分1～9(5.1±1.9)分。
患者术前均行胸椎X线、64排螺旋CT和MRI检查：44例患者共累计103个节段，其中病变累及上胸段(T1～T4)8个节段，中胸段(T5～T8)23个节段，下胸段(T9～L1)72个节段；病变累及单节段14例，双节段9例，三节段15例，多节段6例。对于怀疑存在神经内科疾病的患者行电生理检查，进行明确诊断。
本研究符合《赫尔辛基宣言》的要求，患者均签署知情同意书。
将44例患者的CT原始数据以DICOM格式导入Mimics16.0版本软件(Materialise公司，比利时)。采用Mimics软件进行椎板和骨化黄韧带的重建：(1)使用Thresholding工具对图像中的骨性结构进行阈值分割，设定CT分割值为570～2 200 HV；(2)使用Region growing工具进行区域增长，生成新蒙版；(3)使用Edit Masks工具中的3D磁性套索生成椎板、椎管和骨化黄韧带的蒙版；(4)使用Calculate 3D工具进行蒙版的三维重建；(5)使用Morphology operations工具进行微小缺损的修补，并光滑骨化黄韧带表面；(6)将在Properties中直接读取骨化黄韧带的容积数值。由2名经过培训的骨科主治医师分别采用上述方法进行三维重建，最终测量结果取平均值。
根据三维可视化图像，可清晰观察到骨化黄韧带在椎管内的立体分布。通过三维图像明确黄韧带骨化物头端和尾端，找到没有骨化灶的"空白区域"，该区域为正常的脊髓结构。观察"空白区域"与毗邻结构的位置关系，明确骨化黄韧带头端和尾端的切除范围；观察骨化黄韧带和椎管的关系，明确其两侧的切除范围。按照"分区椎板切除"的方式[6]在三维可视化数字模型上进行骨化黄韧带的模拟切除：首先切除上下椎弓根层面的椎板，显露骨化黄韧带的上缘和下缘；然后沿着骨化灶的外侧边界开槽，完全游离骨化灶、漂浮；最后切除关节间隙平面的椎板和骨化灶。见图1。
患者气管插管全身麻醉，取俯卧位。术前X线透视定位，背部正中切口，逐层切开皮肤各层，两侧显露至横突，确认病变节段后植入椎弓根螺钉并安装钛棒固定。按照术前模拟切除步骤，使用高速磨钻或超声骨刀切除头、尾端"空白区域"椎板，显露骨化灶的上缘和下缘，以及正常硬膜囊的外缘。应用神经剥离子探查骨化灶的外侧边界及底部，骨化结节的外侧边界为超声骨刀开槽的边界，骨化灶的底部深度为开槽的深度。将骨化灶完全游离、漂浮，神经剥离子小心分离硬膜和骨化灶的粘连，然后去除骨化灶。若合并硬膜骨化，应用尖刀切除骨化硬脊膜，保留蛛网膜。生理盐水彻底冲洗，放置引流管，严密缝合切口。
所有患者术后常规预防性应用抗生素。术后第1天在床上进行双下肢主、被动功能锻炼，术后2～5 d视患者下肢情况佩戴支具下床活动，同时按医师指导进行康复训练。术后3个月去掉支具，术后1年可负重等正常活动。术后3、6、12个月复查，1年之后每年随访1次：复查X线或CT检查，必要时进行MR检查，观察临床症状、神经功能改善情况和术后并发症情况。
在胸椎三维可视化模型上观察骨化灶的立体结构以及与椎弓根、关节突、椎板的位置关系，计算数字模拟骨化灶体积；所有患者观察手术时间、术中出血量及并发症发生情况。术后12个月采用JOA评分评估神经功能，根据术前和术后JOA评分计算JOA改良率。依据JOA改良率评估手术疗效：优，JOA评分改良率≥75%；良，JOA评分改良率≥50%～<75%；可，JOA评分改良率≥25%～<50%；差，JOA评分改良率<25%。
应用SPSS 19.00统计学软件对数据进行分析。服从正态分布的计量数据以
±s表示，手术前后JOA评分采用配对t检验。以P<0.05为差异有统计学意义。
44例患者共三维重建模型44个，重建骨化灶103个。通过三维可视化模型，可以清楚地观察到：骨化灶呈现"小山"或"山丘"样外观，从椎板黄韧带空白区域至椎间盘水平逐渐增厚，上关节突内侧缘的骨化灶往往最厚，中央椎管处的骨化灶相对偏薄，单侧或双侧骨化灶沿上关节突内侧缘向椎管中央生长、同时向头尾端生长，骨化灶头端多终止在上位椎体椎弓根下缘，骨化灶尾端多终止在下位椎体椎弓根下1/3处。测量骨化灶体积1 212～2 434(1 831±443)mm3。见图2。
本组44例患者均顺利按照术前模拟情况完成手术。手术时间65～180(96.7±19.6)min；术中出血量230～1 350(432±83.5)mL。14例因术中硬膜骨化出现脑脊液漏，均未修补硬脊膜，严密缝合切口后6～8 d拔除引流管，未出现切口不愈合。1例患者术后第5天出现切口感染，给予手术清创后完全愈合。1例患者出现硬膜外血肿形成压迫脊髓，术后6 h出现胸段脊髓不完全麻痹，双下肢肌力下降，脐平面以下感觉减退，急诊行血肿清除术，术后24 h患者神经功能恢复。患者术后即刻无脊髓神经损害症状加重者，术后神经症状均逐步好转。44例患者均获随访，随访时间13～46(25±10.3)个月。随访期间无迟发性感染、神经症状加重、内固定失败等并发症发生。末次随访时JOA评分(8.8±1.8)分，高于术前的(5.3±2.0)分，差异有统计学意义(t＝11.566，P<0.01)；JOA评分改良率为11%～100%(64.2%±21.7%)，其中疗效优13例、良21例、可10例，优良率为77.3%(34/44)。
黄韧带连接相邻椎板，头端位于上位椎板腹侧，尾端位于下位椎板背侧，两侧至椎间孔，形成椎间孔的后上边界，并向背侧行走与关节囊相连接[7]。黄韧带骨化症的骨化多由关节囊处的黄韧带开始，逐渐向椎管中央的黄韧带进展。黄韧带骨化的基本病理变化是软骨内成骨的过程，胶原蛋白增生、胶原纤维变形、最终演变为成熟的骨质。黄韧带骨化症通常呈进展性，保守治疗常无效[8]。手术是治疗黄韧带骨化症唯一有效的方式。黄韧带骨化症手术治疗有"揭盖式"整块椎板切除[9]，"八边法"椎板切除[10]，"分区椎板切除"[6]，内镜下或通道下微创椎管减压[3,11,12,13]等多个术式；具体手术方案主要取决于骨化物的大小、位置和脊髓受压的程度。以CT、MRI为主的传统检查方法对手术的指导很大程度上依赖于术者阅片的经验，以及将二维图片三维化的能力。这往往需要大量经验的积累和较长的学习曲线，且胸椎黄韧带骨化症手术容错率低，术中的错误判断和误伤操作会带来神经不可逆损伤[14,15]。Lee等[16]对胸椎后纵韧带症的三维测量后指出，骨化灶体积、椎管容积侵占率这些立体参数更能够评估患者的神经功能状态，比二维横截面积测量敏感。在本研究中，术前通过对胸椎黄韧带骨化症的三维可视化技术显示骨化灶的具体形态，可立体直观地观察骨化灶的新大小、位置，多角度、可透视、全方位的分析骨化灶的毗邻，清晰地观察骨化灶与椎弓根、上关节突、下关节突、椎板的位置关系，能够使手术医师明确切除范围和制定合理的手术方案，明确不同部位、不同区域采取的减压策略和减压风险。
三维重建技术的另一个优势在于术前模拟手术[17,18]。术前通过模拟超声骨刀或磨钻的切割线、切割区域和切割顺序，结合与关节突、椎板外缘的位置关系，明确术中操作时的参考距离，做到精准切除。一般情况下主刀医生根据临床经验和二维图像对椎板切除的范围作出粗略估计，难免存在误差和较高的手术风险。尤其在主刀医生经验尚不丰富时，如何确定最优的手术范围，是一个非常棘手的问题。三维可视化技术可在术前详细了解骨化灶，并在三维数字模型上模拟手术预切除区域，寻找手术操作安全区域，制定有效的切除范围，优化手术操作，不仅保证切除范围足够脊髓减压，而且可以直观地观察到保留的骨性结构，最大限度地保证了术后脊柱稳定性。本组44例患者按照术前模拟情况均顺利完成手术，术后神经症状均逐步好转，无迟发性感染、神经症状加重、内固定失败等并发症发生，JOA评分改善优良率为77.3%(34/44)。较既往文献报道的改善优良率(52.4%～60.0%)显著提高[19]。
术前三维模拟手术在微创手术方面也有重要意义。手术目的是切除骨化黄韧带，而传统手术方式切除骨性结构较多，软组织创伤亦较大。微创精准椎板减压在黄韧带骨化症越来越受到重视，而精准减压的前提是对骨化灶的精准判断和精准定位，进而明确切除范围。An等[20]报道，对局部麻醉脊柱内镜下手术治疗单节段胸椎黄韧带骨化症患者术后行CT扫描发现，部分患者骨化灶未完全切除。其原因正是仅供过二维图像观察不能全面评估骨化灶的范围。而通过术前三维可视化可以准确地了解骨化灶的大小和毗邻位置，通过术前模拟手术，选择合适的内镜位置，在最小的创伤下切除骨化黄韧带，实现既安全又充分的切除。采用三维数字模型结合通道或内镜技术进行黄韧带骨化症的精准减压，是三维可视化技术的一个重要应用领域。
本研究存在一定的局限性。首先，由于黄韧带骨化灶的CT值和皮质骨较为接近，在进行逐层分割选取的过程中存在一定误差。这种误差是不可避免的，通过对骨化黄韧带的发生机制深入了解，多个操作者进行独立重建，可以尽可能减少误差。其次，整个重建过程较为繁琐漫长，熟练操作的医生往往需要30 min以上，存在时间成本，今后若能够针对韧带骨化疾病进行软件优化，设置便捷的重建方式和步骤，将会大大缩减时间。
总之，三维可视化技术辅助手术，能够立体、全面了解骨化黄韧带的情况，通过模拟手术切割范围可以提高手术精准度、安全性和有效性，提供了一种新的影像学方法，对于胸椎黄韧带骨化症的诊疗具有一定价值。
利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突
