腰椎管狭窄症(Lumbar spinal stenosis,LSS)是一种较为常见的以间歇性跛行为典型症状的脊柱退行性疾病。在60岁以上人群中,其发病率高达47%。对于严重的腰椎管狭窄症患者,目前主要的治疗方法就是手术。相比于传统的开放减压手术,微创手术具有创伤小,恢复快,并发症相对较小等优点,其已逐渐成为学者们关注的热点。现有的后路微创治疗手段多经肌肉间隙、利用工作通道扩张肌肉或组织间隙、潜行到达相应部位完成手术。其切口虽然达到了微创的要求,但是内部组织结构仍可能遭到较大的损伤,因此探索更为理想的微创方案具有重要意义。椎弓根延长术(Pedicle-lengthening Osteotomy,PLO)是近年来提出的治疗腰椎管狭窄症的新方法。文献报道,其对于腰椎管狭窄症治疗的短期随访效果令人满意,具有良好的临床应用前景。但是由于腰椎局部解剖的复杂性,在离断椎弓根的过程中可能会引起严重的神经和血管损伤并发症,如硬脊膜破裂,脑脊液漏、马尾及神经根损伤,静脉丛破裂出血等。因此如何有效、安全地截断椎弓根完成减压、避免血管神经等结构的损伤是减少椎弓根延长术并发症的关键。我们通常使用的椎弓根穿刺定位技术针对的对象是椎体,而非椎弓根延长截骨部位所在的椎弓根自身,故椎弓根延长术的穿刺技术和前者相比有很大不同。既往相关文献的数据来源多为正常人,并非直接对腰椎管狭窄病例的测量。此外,既往相关研究主要集中在理论上、从解剖及生物力学方面探讨椎弓根延长术的安全性和有效性,尚无文献报道椎弓根延长术本身的技术要点与具体操作步骤。本课题拟通过腰椎标本及腰椎管狭窄患者的腰椎CT重建数据进行大体观测、结合影像解剖和数字三维重建技术,寻找在X线辅助透视下、能够辅助定位最佳截骨面的标记点,引导椎弓根穿刺并完成腰椎弓根延长手术,以期减少手术的并发症。在此基础上,我们构建并制作了腰椎椎弓根延长用截骨刀,完成了在C型臂监测下的腰椎椎弓根延长术。同时我们还建立了一套行之有效的C型臂监测下经椎弓根延长术治疗腰椎管狭窄症的技术路径。该方法的建立,为实现椎弓根延长的个体化提供了技术支持。本课题分三部分对上述内容进行阐述。第一部分腰椎椎弓根延长术中截骨部位解剖及影像数字化对照研究目的:确立便于C型臂监测下椎弓根延长术的定位标记,寻找腰椎椎弓根截骨面形态特征,为构建椎弓根截骨刀及安全实施椎弓根延长术提供数据支持。方法:1.对腰椎(L3-L5)干燥标本进行大体观察和X线下形态对比分析;2.使用Mimics软件对97例“腰椎管狭窄”患者的腰椎CT薄层扫描资料进行3D模型重建并模拟椎弓根延长后进行数据分析。结果:1.椎体后上角结构在下腰椎固定出现,其与椎体后壁与椎弓根基底部相对关系恒定。该结构在X线侧位片上显示为椎体后上角。2.对比椎弓根模拟截断前后经椎弓根中线平面椎管面积,数据显示,在椎体附件后移2mm、3mm、4mm后,椎管面积均明显扩大,此差异具有统计学意义。3.模拟椎弓根延长的进钉点在L1-L4几乎都在人字嵴,而L5位于上关节突基底部和横突中点连线的交点附近。4、椎弓根截骨面形态具有明显个体差异性。结论:1.腰椎椎体“后上角”、椎体后缘“一线影”,可作为C型臂下椎弓根延长时确定椎弓根截骨面的监测标志。2.利用Mimics软件构建椎体并模拟椎弓根延长,数据显示该方法可以有效扩大椎管面积。3.利用Mimics软件模拟经椎弓根轴线并参考椎体后上角截骨时,因椎体下缘切割点相对靠近神经根出口,推荐进针路径要较轴线进针向头侧方向角度稍加大更安全。4.术前个体化椎体建模、模拟截骨。可以为实施手术提高在进针点及进针方向、截骨刀工作和位置精度提供形态数据支持。第二部分椎弓根延长切割装置及其配套工具的制备目的:研制适合用于腰椎椎弓根延长的截骨刀。方法:结合现有的椎弓根穿刺工具特点和前期相应解剖参数,利用工程软件设计出一种可进行椎弓根离断的截骨刀及其配套工具。结果:完成了截骨刀及其配套工具的设计,生产出了满足椎弓根截骨操作要求的样品、顺利实施了椎弓根延长。结论:本研究自主设计了一种椎弓根延长切割装置及其配套装置,并已经获得专利授权。(CN201410395787)第三部分C型臂监测下腰椎椎弓根延长术工作方法的建立和验证目的:建立规范的安全的可重复的C型臂监测下腰椎椎弓根延长术工作方法。方法:使用自制的椎弓根截骨刀对5具通过对完整腰椎标本的L3、L4、L5三个节段实施椎弓根截断。使用自制的椎弓根延长螺钉实施延长椎管扩大成形术,对手术前后大体标本和影像学资料进行测量。主要测量指标有:最长轴线(Longest Axis of Osteotomy plane,LOA),最短轴线(Least Axis of Osteotomy plane,LEA),倾斜角(Osteotomy plane Inclination,OI)。以及截骨平面上,上缘皮质厚度(the cortical thickness of the superior wall,CTS),下缘皮质厚度(the cortical thickness of the inferior wall,CTI),內缘皮质厚度(the cortical thickness of the medial wall,CTM),外缘皮质厚度(the cortical thickness of the lateral wall,CTL)。进针点(entry point,EP)。分析操作方法和钉道截骨面和术前规划的同一性。结果:1.对5具标本L3、L4、L5节段共15个椎体分别进行双侧椎弓根延长术,可延长螺钉完全置入后,椎弓根延长距离为3mm,术后相应节段椎管面积较术前增加,差异具有统计学意义(P<0.05)。2.对照术前规划和术后影像资料对比,比较了手术前后各节段椎弓根截骨面的以下相关数据:截骨平面四皮质厚度(P>0.05,差异不具有显著统计学意义),最长轴线与最短轴线(P>0.05,差异不具有显著统计学意义),截骨平面面积对比(P>0.05,差异不具有显著统计学意义)。术前术后数据拟合良好。3.采用C型臂正侧位、椎弓根轴位片及椎弓根导针轴位透视下可以辅助实现精确置入截骨刀完成切割。结论:以椎体“后上角”和椎体后缘“一线影”为参照,在C型臂正侧位及椎弓根轴位和椎弓根导针轴位透视监测下,使用自制截骨刀能够可靠完成椎弓根截断并实施椎弓根延长,该方法可操作性好,精度和可重复性好。