数字3D辅助下经椎板入路单侧双通道脊柱内镜治疗高度游离型腰椎间盘突出症

Abstract

目的

探讨在数字3D辅助下单侧双通道脊柱内镜（unilateral biportal endoscopy，UBE）经椎板入路治疗高度游离型腰椎间盘突出症（lumbar disc herniation，LDH）的疗效。

方法

回顾分析2022年1月—2023年12月符合选择标准的59例因高度游离型LDH行UBE治疗的患者临床资料。其中25例采用数字3D辅助下经椎板入路（观察组），34例采用椎板间入路（对照组）。两组患者性别、年龄、病程、手术节段及术前疼痛视觉模拟评分（VAS）和Oswestry功能障碍指数（ODI）等基线资料比较差异均无统计学意义（P>0.05）。记录并比较两组患者手术时间、术中出血量、外侧关节面保留率；术前及术后3、6个月采用VAS评分和ODI评估患者疼痛及功能改善情况，末次随访时采用改良MacNab标准评估临床疗效。

结果

对照组1例患者出现硬膜撕裂，其余患者无神经损伤、感染、硬膜撕裂等相关并发症发生。两组手术时间和术中出血量比较差异均无统计学意义（P>0.05）。两组患者均获随访，随访时间6～13个月，平均8.3个月。观察组外侧关节面保留率高于对照组（P<0.05）。观察组3例、对照组2例患者发生小腿肌间静脉血栓形成，给予利伐沙班抗凝治疗，同时延迟患者下地活动时间后治愈；随访期间未出现复发及二次手术者。两组患者术后3、6个月VAS评分和ODI分别较术前明显改善，差异均有统计学意义（P<0.05）；术后各时间点两组间比较差异均无统计学意义（P>0.05）。末次随访时采用改良MacNab标准评价临床疗效，两组评估等级及优良率比较差异均无统计学意义（P>0.05）。

结论

UBE下经椎板入路治疗高度游离型LDH手术入路安全有效，有利于保护关节突关节，维持脊柱稳定性，减少软组织损伤；数字3D技术辅助能够精准进行术前规划。

腰椎间盘突出症（lumbar disc herniation，LDH）是一种常见的脊柱退行性疾病，是由于椎间盘退变以及多种因素作用下，椎管内硬膜囊或神经根受压，进而出现一系列症状的疾病^[1-3]。高度游离型LDH是其中一种特殊类型，通常患者症状较重，保守治疗常无法缓解症状，需手术治疗^[4]。因其游离的椎间盘组织远离椎间隙，给手术治疗带来一定困难。传统开放手术能够对椎管进行彻底探查，完整摘除游离髓核，但存在手术创伤大、对肌肉及骨性结构破坏大、术后恢复慢等问题^[5]；尤其是对于高度游离型LDH，所破坏的腰椎结构更加广泛，术后出现腰椎不稳、神经粘连等并发症风险较高。随着脊柱微创手术的发展，各种脊柱内镜技术，如椎间盘镜、椎间孔镜、单侧双通道脊柱内镜（unilateral biportal endoscopy，UBE）等^[6-9]逐渐发展。单通道脊柱内镜存在诸多劣势，限制了其应用及发展^[10-11]。而UBE具有视野清晰、能够兼容现有器械、操作灵活、学习曲线平缓、手术创伤较小、避免了术中髓核残留、有利于患者快速康复等优势^[12-13]。

LDH手术通常作椎板间入路，但高度游离型LDH患者其髓核组织多远离椎间隙，位于椎板平面，为寻找游离的髓核组织，无法避免地需要切除更多骨性结构，对腰椎稳定性可能造成不良影响^[14]。在椎板上通过形成骨性隧道的方式（即经椎板入路）进行手术的思路由来已久，但受限于当时技术，无法解决软组织损伤较大等问题^[15]。随着UBE技术的逐渐发展，该手术入路重新进入视野。但要做到完整摘除游离髓核并对椎管内进行彻底探查，常规CT和MRI可能无法满足术前规划，数字3D技术的出现则弥补了此不足。因此，在治疗高度游离型LDH时，是否可经椎板入路在数字3D辅助下行UBE值得深入研究。

现回顾分析2022年1月—2023年12月滨州医学院附属医院因高度游离型LDH行UBE治疗的患者临床资料，比较数字3D辅助下经椎板入路和传统椎板间入路的疗效差异。报告如下。

1. 临床资料

1.1. 一般资料

患者纳入标准：① 存在单侧下肢放射痛、麻木等神经受压症状，伴或不伴腰痛；② CT及MRI检查提示存在游离髓核；③ 参照Ahn等^[16]的标准诊断为单节段高度游离型LDH（椎间盘游离程度达极高级别或高级别标准），且症状体征与影像学表现符合；④ 严格保守治疗无效或症状进行性加重有神经损害者。

排除标准：① 合并腰椎不稳、腰椎滑脱症、脊柱侧弯；② 既往腰椎手术病史；③ 存在马尾综合征；④ 合并腰椎肿瘤、感染等其他疾病；⑤ 全身状态较差不能耐受麻醉和手术。

2022年1月—2023年12月共59例患者符合选择标准纳入研究，其中25例采用数字3D辅助下经椎板入路（观察组），34例采用椎板间入路（对照组）。两组患者性别、年龄、病程、手术节段及术前疼痛视觉模拟评分（VAS）和Oswestry功能障碍指数（ODI）等基线资料比较差异均无统计学意义（P>0.05）。见表1。

表 1.

Comparison of baseline data between the two groups

两组患者基线资料比较

基线资料 Baseline data	观察组（n=25） Observation group (n=25)	对照组（n=34） Control group (n=34)	统计量 Statistical value	P值 P value
年龄 ［M（Q1，Q3），岁］	50.96（43.00，58.00）	51.50（43.25，58.75）	Z=−0.196	0.326
性别（男/女，例）	10/15	14/20	χ2=0.070	0.853
病程 ［M（Q1，Q3），月］	26.52（26.00，27.00）	27.44（26.25，29.00）	Z=−0.059	0.779
手术节段（L3、4/L4、5/L5、S1，例）	1/17/7	2/21/11	χ2=0.994	0.720
术前VAS评分（x±s，分）	7.1±1.0	7.0±1.1	t=0.283	0.774
术前ODI（x±s，%）	59.4±3.3	60.2±3.3	t=−0.850	0.399

1.2. 手术方法

1.2.1. 观察组

建立数字3D模型：采用64排螺旋CT（Siemens公司，德国）对L₁～S₁节段进行常规扫描，层厚0.625 mm，文件以DICOM格式保存。使用Mimics21.0软件，基于各组织CT密度不同进行腰椎数字3D建模。① 将DICOM文件导入软件，以骨密度为基准建立整个脊柱的蒙版，再将其进行切割，保留手术节段的骨性结构蒙版；② 由于椎间盘及髓核组织的密度与周围组织接近，在轴位上进行蒙版编辑，最后合为一体，生成椎间盘及髓核的蒙版；③ 将骨与椎间盘及髓核组织的蒙版进行加权，计算生成最终腰椎数字3D模型。

设计手术通道：使用 Mimics21.0软件对腰椎数字3D模型进一步处理，建立模拟手术通道。① 插入样条线薄型结构，于椎间盘3D模型上定位线段起点，即脱出髓核中心；② 为保证手术定位和操作的便利性，将样条线于矢状位垂直于椎体后缘方向作延长线，体表投影为终点；③ 将样条线直径调整为8 mm，于轴位对插入的样条线进行调整，对于起点、终点及倾斜角度进行最后修正，尽可能减小椎板上骨性隧道，测量倾斜角度，获得手术穿刺定位所需的外倾角；④ 生成腰椎+通道的3D模型，观察通道与骨性结构的直接关系。

建立手术模型：基于手术通道模型，进一步建立手术相关模型。① 以通道起点至髓核中心为基准，采用多层编辑绘制生成理论上的手术操作以及处理范围对应的蒙版；② 采用蒙版布尔操作，在原有3D模型基础上减除手术操作区域蒙版，生成术后3D模型，观察在椎板上骨性隧道的理想位置及大小，用于术中参考。见图1。

图 1.

Digital 3D technique was used for preoperative planning

数字3D技术进行术前规划

a. 建立整个脊柱蒙版后切割并编辑生成骨性结构（蓝色）、椎间盘及髓核蒙版（黄色）；b～d. 3D模型侧面观、俯视观和冠状位观；e. 在3D模型上以脱出髓核中心作为定位起点；f. 在矢状位垂直于椎体后缘作延长线，髓核中心至体表为起始点；g～i. 于轴位对插入的样条线进行调整，得到经椎板入路合适的外倾角；j. 确定通道位置后生成3D模拟视图；k. 测量外倾角度；l、m. 分别在矢状位和轴位采用编辑绘制手术蒙版，仔细修正调整；n. 采用蒙版布尔操作，在原有模型基础上减除手术蒙版，生成并建立术后3D模型；o. 观察骨性隧道的位置及大小

a. After the entire spine mask was established, the bony structure (blue), intervertebral disc and nucleus pulposus (yellow) mask would be cut and edited; b-d. Lateral, vertical, and coronal views of the 3D model; e. The protrusion of the nucleus pulposus center was used as the starting point for localization on the 3D model; f. An extension line was made perpendicular to the posterior edge of the vertebral body in the sagittal plane, and the center of the nucleus pulposus to the body surface was the starting point; g-i. The inserted splines were adjusted in the axial position to obtain the appropriate inclination angle through the translaminar approach; j. A 3D simulated view was generated after determining the channel position; k. The inclination angle was measured; l, m. The surgical mask was drawn in the sagittal and axial planes, respectively, and carefully corrected and adjusted; n. The mask Boolean operation was used to subtract the surgical mask on the basis of the original model, and generated and established the postoperative 3D model; o. The location and size of the bony tunnel were observed

手术操作：① 根据模型外倾角度，结合术中透视，于体表标记穿刺位点的大体位置。② 以穿刺针上下1.5 cm左右取1.2 cm横切口，切至深筋膜，逐级套管扩张软组织，头端通道置入内镜套管，尾端切口处置入半套管，透视见两者尖端交汇于穿刺点处。③ 置入GJ型关节内窥镜（浙江天松医疗器械股份有限公司），清理术野软组织，显露骨性结构及操作标记点；以标记点为中心，结合模型计算的骨性隧道大小，磨除部分椎板，尽量保留黄韧带（钻头直径可作为参考）；逐步显露硬膜、神经根、椎间盘及脱出的髓核组织等；彻底摘除游离髓核，以射频刀头消融盘内残余髓核、皱缩纤维环；止血，退出镜头，留置引流管，缝合切口。见图2。

图 2.

The operation process of the observation group

观察组手术过程

a、b. 术中正侧位X线片定位髓核来源椎间隙； c、d. 术中镜下建立骨性隧道（蓝箭头示椎板下部，黄箭头示黄韧带组织，红箭头示椎板上部）；e. 术中镜下摘除游离髓核组织；f. 镜下对硬膜囊（蓝箭头）腹侧及神经根（黄箭头）进行探查；g. 镜下对椎间隙（绿箭头）进行探查（蓝箭头示硬膜囊）；h. 取出的游离髓核组织

a, b. Intraoperative anteroposterior and lateral X-ray films were used to locate the intervertebral space from which nucleus pulposus originated; c, d. Establishing the bony tunnel under the microscope during operation (the blue arrow showed the lower part of the lamina, the yellow arrow showed the ligamentum flavum tissue, and the red arrow showed the upper part of the lamina); e. The free nucleus pulposus tissue was removed under microscope during operation; f. The ventral side of the dural sac (blue arrow) and the nerve root (yellow arrow) were explored under the microscope; g. Microscopic exploration of the intervertebral space (green arrow) (blue arrow showed the dural sac); h. The removed free nucleus pulposus tissue

1.2.2. 对照组

参考CT及MRI确定髓核游离范围，同观察组方法清理软组织显露骨性结构。于关节突内侧沿上位椎板下缘或下位椎板上缘切除部分椎板至黄韧带边缘，分离切除黄韧带，并继续切除椎板等组织，逐步显露硬膜、神经根、椎间盘及脱出的髓核组织等，其余手术流程同观察组。

1.3. 术后处理及疗效评价指标

术后使用激素、甘露醇等药物治疗；引流管于术后第2天拔除，拔除引流管后佩戴腰围下床活动；术后1个月内避免剧烈运动及弯腰负重，进行适度的腰背肌功能锻炼。定期复查腰椎正侧位X线片、CT及MRI。

记录并比较两组患者手术时间、术中出血量、外侧关节面保留率^[17]；术前及术后3、6个月采用VAS评分和ODI评估患者疼痛及功能改善情况，末次随访时采用改良MacNab标准^[18]评估临床疗效。

1.4. 统计学方法

采用SPSS26.0统计软件进行分析。计量资料经Shapiro-Wilk正态性检验，若符合正态分布，数据以均数±标准差表示，组间比较采用独立样本t检验，组间多时间点比较采用重复测量方差分析，若不满足球形检验，采用Greenhouse-Geisser法进行校正，同一组别不同时间点比较采用Bonferroni法，同一时间点不同组别间比较采用多因素方差分析；若不符合正态分布，以M（Q₁，Q₃）表示，组间比较采用Wilcoxon秩和检验。计数资料组间比较采用列联表卡方检验；等级资料组间比较采用Wilcoxon秩和检验；检验水准取双侧α=0.05。

2. 结果

所有患者手术均顺利完成，对照组1例患者出现硬膜撕裂，经保守治疗后治愈，未出现后遗症；其余患者无神经损伤、感染、硬膜撕裂等相关并发症发生。两组手术时间和术中出血量比较差异均无统计学意义（P>0.05）。两组患者均获随访，随访时间6～13个月，平均8.3个月。观察组外侧关节面保留率高于对照组，差异有统计学意义（P<0.05）。观察组3例、对照组2例患者发生小腿肌间静脉血栓形成，给予利伐沙班抗凝治疗，同时延迟患者下地活动时间后治愈；随访期间未出现复发及二次手术者。两组患者术后3、6个月VAS评分和ODI分别较术前明显改善，差异均有统计学意义（P<0.05）；术后各时间点两组间比较差异均无统计学意义（P>0.05）。末次随访时采用改良MacNab标准评价临床疗效，两组评估等级及优良率比较差异均无统计学意义（P>0.05）。见表2及图3、4。

表 2.

Comparison of outcome indicators between the two groups

两组患者结局指标比较

结局指标 Outcome indicator	观察组（n=25） Observation group (n=25)	对照组（n=34） Control group (n=34)	效应值（95%CI） Effect value (95%CI)	P值 P value
手术时间（x±s，min）	70.0±19.4	68.5±19.3	MD=1.47（–8.74，11.68）	0.774
术中出血量（x±s，mL）	68.4±14.7	69.3±13.2	MD=–0.43（–8.16，6.43）	0.813
外侧关节面保留率（x±s，%）	97.6±2.2	81.6±7.4	MD=16.02（12.97，19.06）	<0.001
改良MacNab评估等级（优/良/可，例）	18/5/2	22/8/4	－	0.812
改良MacNab评估优良率 ［例（%）］	23（92.0）	30（88.2）	OR=0.81（0.71，0.91）	0.821

图 3.

Change trends of VAS score and ODI in the two groups

两组患者VAS评分和ODI变化趋势

a. VAS评分；b. ODI

a. VAS score; b. ODI

图 4.

A 30-year-old male patient with highly isolated LDH at L_{3, 4} level in the observation group

观察组患者，男，30岁，L_3、4高度游离型LDH

a、b. 术前MRI、CT（箭头示游离髓核组织）；c～e. 术后3个月MRI、CT及三维重建示游离髓核组织已彻底取出，神经压迫消失（箭头示椎板骨性隧道）；f. 术后6个月CT示无游离髓核组织（箭头示椎板骨性隧道）

a, b. Preoperative MRI and CT (arrow indicated free nucleus pulposus tissue); c-e. MRI, CT and three-dimensional reconstruction at 3 months after operation showed that the free nucleus pulposus tissue was completely removed and the nerve compression disappeared (arrow indicated the bony tunnel of the lamina); f. CT at 6 months after operation showed no free nucleus pulposus tissue (arrow indicated bony tunnel of lamina)

3. 讨论

LDH的手术治疗方法绝大多数以单侧椎板开窗椎间盘切除术作为标准术式，即通过椎板间入路摘除突出的髓核组织；近年来，随着微创技术的发展，椎间盘镜、经皮单通道内镜、UBE等被广泛应用，但本质上仍以标准术式为基础^[9，19]。然而在处理高度游离型LDH时，此术式存在明显局限性。微创技术的优势是通过最大限度地减少脊柱组织损伤来维持脊柱稳定性，经椎板间入路摘除游离髓核时，会导致椎板、关节突关节等结构广泛破坏，影响腰椎稳定性^[15]。虽然经椎间孔入路可应用于大多数LDH的治疗，但在治疗高度游离型LDH时仍面临挑战^[20-21]。近年来，经椎板入路技术得到显著发展，Dezawa等^[22]最早提出在椎板上钻孔摘除游离髓核组织的方法，而Lin等^[23]进一步论证了经椎板入路的可行性。国内亦有学者采用经皮单通道内镜经椎板入路摘除高度游离的髓核组织^[24]，术后效果良好；本研究结果与之相似，观察组患者术后VAS评分及ODI均得到明显改善，末次随访时改良MacNab标准优良率也令人满意。说明经椎板入路下UBE治疗高度游离型LDH可行且疗效确切。

经椎板入路通过在椎板上形成骨性隧道后切除少部分黄韧带组织即可显露神经结构，最大程度减少了对腰椎骨性结构尤其是关节突关节的损伤，对于维持腰椎稳定性以及减少术后腰背部疼痛的发生具有积极意义^[25]。关节突关节损伤会增加腰椎相应节段的压应力，增大腰椎活动度，加速腰椎退变，进而导致腰椎不稳，影响术后疼痛及功能改善情况^[26]。关节突关节由关节突及关节囊共同组成，目前关节囊的损伤难以量化，外侧关节面保留率作为反映关节突关节完整性的重要指标，常用来评估关节突关节的损伤程度^[27]。本研究结果示，观察组外侧关节面保留率达97.6%±2.2%，显著优于对照组的81.6%±7.4%，说明经椎板入路能够更好地保护关节突关节。同时这种术式保留了椎板间黄韧带完整性，有助于维持椎管解剖结构，减少术后粘连的发生。对于因复发而进行二次手术的患者，此入路更能降低二次手术神经损伤风险^[28]。

随着脊柱微创技术的发展，UBE技术因兼具传统开放手术和微创手术的优点，在对神经组织进行精细操作时更加灵活、安全^[29-30]。面对情况复杂的LDH，UBE技术展现出显著优势，能够最大程度减少手术创伤，加快患者康复^[27，31-32]。高度游离型LDH作为LDH的一种特殊类型，通过UBE技术经椎板入路既能取出游离髓核组织，对椎间隙进行探查，避免残留髓核组织对神经进行压迫，又能减少椎板、关节突关节等骨性组织和黄韧带、肌肉等软组织损伤，对维持腰椎稳定性、减少术后瘢痕粘连、改善患者症状、加速患者康复具有重要积极的意义。

严谨术前规划和熟练手术操作是经椎板入路手术成功关键。CT作为术前常规检查用于指导手术必不可少，而数字3D技术进一步提高了手术精度，目前在许多脊柱复杂手术中都有应用^[33-34]。有研究采用3D打印技术辅助脊柱内镜手术治疗高度游离型LDH，有效减少了术中穿刺次数及手术时间，降低了神经组织发生损伤的概率^[35]。但3D打印技术在面对高度游离的髓核组织时，仍需要CT及MRI的二维影像相互配合才能确定相互之间的关系，而且在评估关节突关节损伤时效果不佳。且其制作的模型为一次性消耗品，容错率低加重了经济负担。本研究的数字3D技术使用的是常规CT数据，通过加入模块、设置参数等方法能够明确髓核的空间定位以及与其他组织的关系，在椎板上形成合适大小的骨性隧道，直达游离髓核处，并且能够无限次模拟手术入路^[36]。通过使用数字3D技术，可以精确规划骨性隧道位置及大小，既避免了过大损伤脊柱结构，又可确保足够的操作空间。同时，UBE的独特优势使其治疗高度游离型LDH能够游刃有余^[37]。但需要指出的是，经椎板入路手术对术者技术要求较高，尤其是对于高度游离型LDH，初学者将大大延长手术时间；在制备骨性隧道时，术者需严格按照术前规划进行，过大的骨性隧道不利于保护解剖结构，过小则无法进行充分探查，甚至造成髓核残留。

综上述，数字3D技术辅助经椎板入路UBE治疗高度游离型LDH疗效确切，并能最大限度保护腰椎稳定性。但本研究随访时间较短，样本量偏小，同时手术时间受限于术中出血及止血、术中透视定位次数及等待时间等客观因素影响，存在一定偏差，该技术的远期效果仍需大样本多中心前瞻性研究进一步明确。

利益冲突　在课题研究和文章撰写过程中不存在利益冲突；基金项目经费支持没有影响文章观点和对研究数据客观结果的统计分析及其报道

伦理声明　研究方案经滨州医学院附属医院科研伦理委员会审查批准［【2023】伦审字（KT-135）号］

作者贡献声明　苏炜良：科研设计、文章撰写；王大巍、耿晓鹏：手术实施、评估及论文审校；刘栋、胡鹏、窦永峰：研究设计及论文审校；陆素妮、邢建强：数据收集整理、统计学分析

Funding Statement

山东省医药卫生科技发展计划项目（2017WS752）；山东省中医药科技发展计划项目（2019-0498）；山东省高校科技计划（J14LL51）；滨州医学院附属医院科研计划项目（BY2022KJ01）

Medical and Health Science and Technology Development Program of Shandong Province (2017WS752); Project of Shandong Traditional Chinese Medicine Science and Technology Development Program (2019-0498); Science and Technology Program of Higher Education in Shandong Province (J14LL51); Research Program of Affiliated Hospital of Binzhou Medical University (BY2022KJ01)