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本文原载于《中华骨科杂志》2016年第1期
经皮内镜下进行微创腰椎间盘切除术常采用后外侧入路，主要步骤包括术中目标节段定位、椎间孔穿刺建立工作通道及髓核摘除[1]。椎间孔穿刺是整个手术过程的首个步骤，也是最关键的环节。在"C"型臂X线机引导下行椎间孔穿刺，需要术者拥有丰富的开放手术经验，熟悉腰椎相关解剖结构，否则X线曝光次数会大大增多，使患者及术者暴露在大剂量的辐射下[2,3,4]；而且如若穿刺位置不准确，有损伤血管、神经、腹部脏器等危险，因此该技术的学习曲线十分陡峭[5]。
超声容积导航技术的原理为在超声查找病变过程中，使用电磁场跟踪系统，与先前采集的CT或MRI的病变三维数据进行图像融合，协助医生在实时超声图像中更快、更准确地找到病变部位。目前，超声实时图像融合技术发展迅速，并且在人体的多个解剖部位均取得预期的成果。该技术融合多种模式图像，优势在于能在同一屏幕实时显示各个图像，提高诊断的准确性，并主要应用于影像引导下的介入手术，同时实时图像融合技术与电磁探针追踪技术结合，使原本不易在声像图中显像或因解剖结构复杂而导致超声无法显像的区域显像清晰，提高了介入治疗的安全性及精确度，如被气体覆盖的区域、隐藏于骨组织下的区域或仅能在CT、MRI或PET下显示的病灶等。另外，该技术可将放射性核素显像（PET或SPECT）、CT或MRI等与超声（包括超声造影）等多种模式的影像资料进行配准和融合，能早期发现并通过病理活组织检查表征病变性质，从而推动多种疾病治疗方法的改进。但目前实时超声容积导航技术在脊柱外科应用相对较少，为此我们进行此项研究，以评估超声容积导航技术在脊柱外科应用的可行性。
本研究通过回顾性分析超声容积导航及"C"型臂X线机导航两种方式治疗的腰椎间盘出症患者的病历资料，对比其穿刺时间、X线辐射量、穿刺准确率以及疗效，目的在于：①探讨超声容积导航技术在微创脊柱外科应用的必要性；②评估超声容积导航技术应用于椎间孔穿刺的安全性及可行性；③分析超声容积导航技术应用中图像配准及融合精准度的影响因素及应对策略。
一、纳入及排除标准
纳入标准：①病变节段为L4-5或L5S1单节段间盘突出；②主要症状为腰痛伴有下肢放射痛；③腰椎CT或MRI证实为单纯腰椎间盘突出症；④经正规保守治疗无效。
排除标准：①既往相应节段手术史，致脊柱结构缺损或不连续；②多节段间盘突出症；③腰椎滑脱≥25％者；④明显的腰椎管狭窄患者；⑤安装有心脏起搏器患者（干扰超声的电磁跟踪系统）。
二、一般资料
根据纳入及排除标准，选取自2011年6月至2013年6月期间60例在我院采用腰椎经皮后外侧入路内镜下微创手术治疗腰椎间盘突出症患者，男37例，女23例；年龄17~64岁，平均32.9岁；L4, 5 47例，L5S1 13例。
按抽签方式将60例患者分为超声容积导航组（29例）和"C"型臂X线机透视组（31例）。超声容积导航组男17例，女12例，术中患者在超声容积导航下进行椎间孔穿刺，"C"型臂X线机透视确认穿刺位置。"C"型臂X线机透视组男20例，女11例，在"C"型臂X线机透视下进行椎间孔穿刺。
本研究获本院伦理委员会批准，所有患者均同意并签署知情同意书。
三、术前准备
（一）穿刺靶点的确定
摄腰椎正位、侧位X线片，观察椎间孔形态和大小、髂嵴高度以及脊柱形态，以确定穿刺进针点，即Kambin安全三角内边长为5 mm的立方体，冠状面上该立方体下缘与下位椎体椎弓根上缘平齐，内侧缘为上位椎体下关节突外侧缘；矢状面上该立方体下缘与下位椎体椎弓根上缘平齐，前缘为下位椎体后缘（图1）。
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（二）超声容积导航融合图像资料的获取
以患者双侧髂嵴最高点连线（约L4, 5水平）与后正中线交点为圆心，在半径5 cm范围内分别随机选择4个点，在行CT扫描前使用第二军医大学附属长海医院院影像科提供的定位专用的敷贴（敷贴中心有一纽扣状金属标记物，可在CT图像中清晰显示）贴于患者皮肤表面标记。应用320排螺旋CT扫描仪（Toshiba Aquilion ONETM，东芝医疗系统有限公司，中国）术前行腰椎CT扫描及三维重建，扫描范围为L1上缘至S1下缘；扫描参数为层厚0.5 mm，层间距0；探测器准直为64 mm×0.5 mm，转速0.5 s／圈，管电压120 kV，电流500 mA，矩阵512×512。行腰椎CT三维重建后需再次确认标记物位置没有移动，且画痕清晰可辨。获得的三维CT扫描数据以DICOM格式存储在光盘内，为超声容积导航的图像融合步骤提供精确配准及定位资料。
（三）椎间盘突出部位及程度
行腰椎MR检查观察椎间盘突出部位和程度，确定工作通道的置入位置与方向。如患者脱出髓核组织较多且向下流注，为使工作通道精确到达目标部位从而达到顺利摘除突出髓核的目的，穿刺时应注意加大头倾角20°~45°（图1）。
四、手术方法
患者俯卧于Jackson脊柱手术床上，在拟行穿刺位置采用体积分数为1％的利多卡因局部逐层浸润麻醉，均使用脊柱内镜系统（SP081430.030，SPINENDO公司，德国）进行手术。
（一）超声容积导航组
1．图像融合
超声容积导航采用Logiq E9超声仪（GE公司，美国），C1-5-D凸阵探头（凸阵探头可紧密贴合皮肤），频率4 MHz。连接电磁追踪器，使其与超声探头距离< 80 cm，试验全过程保持追踪器位置不变。将DICOM格式的三维CT数据导入GE Logiq E9超声仪，以三点法进行影像配准。同屏显示CT图像和超声图像，在患者体表4个标记点中任取3点，依次分别对3点的CT图像及超声图像进行精确寻找并锁定，完成外标记点的配准后再进行内标记点的配准，在矢状位CT图上寻找L5椎体棘突顶点并锁定，后在超声图像中实时寻找相应点并锁定，测量配准误差。如误差>5 mm，则再选择其他椎体的棘突顶点作为另一个内标记点进行修正。通过内、外标记点的双重配准，将图像配准的误差缩至5 mm以内，完成图像融合（图2）。
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2．超声容积导航引导下椎间孔穿刺
图像融合后，需确保电磁追踪器及患者的相对位置不变。消毒铺单，以腹腔镜消毒隔离套包裹探头，实时引导穿刺。右屏矢状位CT图像上锁定病变节段椎间孔最下缘为进针点，左屏超声图像中同步实时显示该点，准确寻找并锁定（图3）。旋转探头至横切位，调整至靶点区方框尽可能小或为"十"字时确定为进针点。应用超声仪导航实时引导穿刺针在病变节段行平面内穿刺（图4）。
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3．术中影像学验证
待穿刺完成后，使用"C"型臂X线机（Brivo OEC 850型，GE公司，美国）确认穿刺针位置（图5）。术中"C"型臂X线机透视扫描参数：管电压80 kV，管电流2.3 mA，每次曝光时间为0.1 s（确保每次透视辐射量相同）。
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（二）"C"型臂X线机透视组
"C"型臂X线机透视组31例患者在"C"型臂X线机透视下，按Ruetten等[1]方法进行手术：患者俯卧于Jackson透视床上，"C"型臂X线机透视确认手术节段，逐层浸润麻醉，定位穿刺至进针点后逐级置入工作套管，环锯辅助下行椎间孔成形术，随后置入内镜，髓核钳将突出髓核组织取出，转动工作套管及内镜，探查神经根及硬膜囊减压彻底时，行纤维环成形术，最后撤出内镜及工作套管。
本研究所有手术操作均由同一名脊柱外科医生（本文第一作者）及超声科医生（本文第五作者）完成。记录完成超声校准时间、椎间孔穿刺总时间、"C"型臂X线机透视次数以及并发症情况。
五、观察指标及疗效评价标准
术后3个月、1年至门诊复查，由受过专门培训的研究员进行随访。
采用视觉模拟评分（visual analogue scale，VAS ）[6]评估患者术前、术后疼痛程度。该评分满分为10分，其中0分为无痛，1~3分为能忍受的轻微疼痛，4~6分为疼痛影响睡眠，7~10分为难以忍受的剧痛。
采用Oswestry功能障碍指数（Oswestry disability index，ODI）[7]评价腰椎功能。ODI指数：分为5个级别，轻度功能障碍（0~20%）、中度功能障碍（21%~ 40%）、重度功能障碍（41%~60%）、拄拐或跛行（61%~80%）及不能下床活动（81%~100%）。
六、统计学方法
采用SPSS 17.0统计软件（SPSS公司，美国）进行统计学分析。计量资料采用（![]()
±s）表示，超声容积导航组和"C"型臂X线机透视组患者穿刺所用总时间、穿刺过程中"C"型臂X线机透视次数、手术前、后3个月和术后1年的VAS评分、ODI指数的比较均采用独立样本t检验。检验水准α值取双侧0.05。
一、手术结果
60例患者均顺利完成手术，无一例改为开放手术。超声容积导航组与"C"型臂X线机透视组穿刺准确率均为100%（60/60），穿刺针最终均能到达目标位置，即到达Kambin安全三角内边长为5 mm的立方体内。
超声容积导航组术前超声校准时间为11~16 min，平均（13.7±2.1）min；穿刺过程总时间16~28 min，平均（20.6±3.1 ）min；"C"型臂X线机透视次数4~7次，平均（4.9±0.8）次。"C"型臂X线机透视组穿刺全过程用时25~32 min，平均（27.9±1.7 ）min；透视次数13~17次，平均（14.3±1.2）次。超声容积导航组与"C"型臂X线机透视组的穿刺全过程时间比较，差异有统计学意义（t=11.309，P=0.010），超声容积导航组穿刺时间明显短于"C"型臂X线机透视组；两组透视次数比较，差异有统计学意义（t=35.697，P=0.001），超声容积导航组术中透视次数明显少于"C"型臂X线机透视组，即辐射量较少。
二、随访及疗效评价
60例患者均获得随访，随访时间12~26个月，平均16.4个月。超声容积导航组ODI值术前为72.9%±5.9%、术后3个月为17.1%±3.6%、术后1年为15.9%±3.3%，"C"型臂X线机透视组术前为73.2%±4.9%、术后3个月为17.3%±3.3%、术后1年为16.1%±2.9%。两组患者术前（t=0.192，P=0.296）、术后3个月（t=0.225、P=0.090）、术后1年（t=0.166，P=0.163 ）ODI值比较，差异均无统计学意义。
超声容积导航组VAS评分术前（7.4±0.9）分、术后3个月（2.2±0.7）分、术后1年（1.9±0.8）分，"C"型臂X线机透视组术前（7.2±0.9）分、术后3个月（2.1± 0.7）分、术后1年（1.8±0.8）分。两组患者术前（t= 0.705，P=0.600）、术后3个月（t=0.357，P=0.182）、术后1年（t=0.486，P=0.380）VAS评分比较，差异均无统计学意义。
三、并发症
本组60例患者术中无一例发生神经根损伤、硬膜囊破裂，术后疼痛症状均可缓解或部分缓解。
超声容积导航组1例患者术后3 h出现左侧小腿外侧麻木，查体发现患者腰痛及下肢放射痛较术前缓解，直腿抬高试验阴性，予以静脉滴注甘露醇、速尿及神经节苷脂治疗，治疗后第2天明显缓解，至末次随访时麻木症状消失，患者功能恢复满意。发生麻木的原因考虑为术中牵拉神经根造成一过性神经根水肿，经药物治疗复。
一、超声容积导航技术应用于微创脊柱外科的必要性
虽然经椎间孔入路行内镜引导下椎间盘切除术的手术时间及出血量均明显低于传统腰椎后路椎板切除减压植骨融合内固定术，且术后优良率及满意率可达约90%[8,9,10]，但建立工作通道以到达目标区域（即Kambin三角）较为困难[11]。因此，如何准确、迅速地建立工作通道，避免损伤椎间孔发出的大血管及神经根，具有重要的临床意义。常规"C"型臂X线机透视引导下椎间孔穿刺时，患者及术者均暴露于大剂量辐射下，严重影响其身体健康。
由于声波对骨皮质的全反射会导致声能极大丢失，骨骼与关节的内部及深部结构显像困难，所以常规超声较少应用于骨科手术[12]。图像融合技术通过处理不同模式图像之间冗余数据及互补信息，提高了图像的可靠性及清晰度，能弥补单一模式医学影像资料的不足。该技术是将不同医学影像设备获取的影像学资料，通过变换处理及空间匹配、叠加导入超声系统，并利用标记点进行配准，再将其格式转换后投射在超声图像上，即实时超声图像的格式进行匹配。
近年来发展的超声容积导航技术（将图像融合技术与电磁导航技术相结合），适用于因骨骼、气体及患者体型等因素而不易被常规超声检出的病灶，通过图像融合，更快地在超声图像中识别和确认在其他影像学数据中已识别的病变，弥补常规超声成像的不足[13,14,15,16]。找到病灶后，还可利用超声实时诊断或指导治疗过程，体现了超声技术的实时、便捷、无创、无辐射等优势。通过回顾Galiano等[17]及Gofeld等[18]的研究，我们认为利用超声容积导航技术引导腰椎经皮后外侧入路内镜下椎间孔穿刺具有可行性。
二、超声容积导航技术的安全性及可行性
我们尝试应用超声容积导航技术，将CT扫描能够获得清晰骨组织三维图像的优点与超声实时性好、无辐射的优点相结合，准确定位目标椎间孔的位置，以期减少穿刺时间及术中辐射量。本研究结果显示超声容积导航组"C"型臂X线机透视次数4~ 7次，平均（4.9±0.8）次；"C"型臂X线机透视组13~17次，平均（14.3±1.2）次，故超声容积导航组由透视所带来的辐射量远少于"C"型臂X线机透视组，这也更加体现出超声技术无辐射的价值所在。
图像配准及融合是整个操作过程中最耗时且最关键的部分，只有精确匹配，才能确保CT扫描和超声图像具有较高的一致性，提高穿刺的准确性。本研究利用体表标记进行外配准的基础上应用棘突尖这个相对固定的内部解剖标记进行内配准，从而进一步校正外配准的误差，提高了影像融合的精确度，使配准误差减小到不影响穿刺结果的程度（< 5 mm）。由于椎间孔高度约为21 mm，所以5 mm的误差对于椎间孔穿刺可以接受。因此，本研究设定其为可允许的最大配准误差。但在临床应用中，这一误差可能导致神经根损伤及放置工作通道困难，故有必要进一步分析配准误差及穿刺误差之间的相关性。
应用超声容积导航技术能克服常规超声无法对脊柱复杂骨性结构深部进行成像的缺点，准确引导椎间孔穿刺，当积累了一定的超声容积导航下椎间孔穿刺的经验后，我们将其应用于临床。随着穿刺例数及导航例数的增加，图像配准时间逐渐减少，配准精度逐渐提高。本研究显示，与传统"C"型臂X线机透视组相比，疗效无明显差异。
本研究中，超声容积导航组1例患者术后出现左侧小腿外侧麻木，给予静脉滴注甘露醇、速尿及神经节苷脂后症状逐渐缓解，至末次随访时麻木消失。需要说明的是，术后肢体麻木在传统腰椎后路内固定手术或"C"型臂X线机透视组亦可能发生，而非超声容积导航技术所致。
三、术中图像配准及融合精准度的影响因素
根据我们临床应用的经验，以下几点因素可能会对配准结果产生影响：①超声医生的操作手法，操作时应轻柔稳定，如用力过大或不稳，可造成脂肪组织形变或探头在体表移动而导致误差，如患者肥胖则尤为明显；前期试验曾发生因用力过大而导致配准误差>6 mm的情况。②内部解剖标记点配准时应选择CT扫描及超声均容易识别的解剖结构，且厚度越小越好；本研究选取矢状位的棘突尖作为校正点正是基于此，因为棘突尖有一定厚度，如选择横断位的棘突尖则因其轴向厚度而导致误差；③行CT检查时应让患者俯卧于不易发生形变的床上，手术床应尽量贴合患者腹部，以免因体位而导致误差；④术中不可避免地使用金属器械或含金属的仪器，这对跟踪器的磁场会产生一定的影响。
通过对以上问题的逐步改进，图像配准的误差将会得到进一步提高，使穿刺更加准确。本研究术前常规行CT扫描并三维重建（可直观显示患者骨性结构），这对术前规划手术方案、选择手术入路、测量手术距离具有重大指导意义。由于超声容积导航组和"C"型臂X线机透视组患者均需行CT三维重建检查，所以由此带来的辐射量两组之间无差异。
应用容积导航进行椎间孔穿刺的配准误差相较于腹部器官穿刺过程的配准误差仍偏大，这可能是因为我们采用外标记点及棘突尖等内标记点相结合的配准方法所致。本研究未全部采用相对固定的内部解剖标记进行配准的原因是：①由于椎间孔位置被众多骨性结构所包围，超声透声性差，成像困难，②椎间孔附近的解剖结构复杂且形状不规则，难以选取内部标记点。
四、本研究的局限性
由于试验平台的限制，本研究使用的超声仪未配备带有电磁传感器的穿刺针，因此无法利用电磁探针追踪技术，这在一定程度上降低了容积导航的精度，增大了试验误差。另外，本研究样本量相对较小，可能会使研究结果产生一定偏倚，在今后的研究中应采用多中心、大样本、前瞻性随机对照研究来验证超声容积导航技术在临床（尤其是在脊柱外科）的应用安全性、可行性及优势。
综上所述，超声容积导航技术能准确实时引导腰椎经皮后外侧入路内镜下椎间孔穿刺，可明显减少穿刺时间及X线的辐射量。随着研究的进一步深入，该技术在穿刺精度的提高上，辐射量的进一步减少及年轻医生的培养上会越来越展现出传统导航方式所不具备的巨大优势。
参考文献（略）
（收稿日期：2015-02-27）
（本文编辑：万瑜 ）
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