計算機導航輔助骶骨脊索瘤的精確切除的手術效果和安全性研究

楊勇昆 李遠 張清 牛曉輝

脊索瘤是一種起源于脊索殘余組織的少見原發(fā)惡性骨腫瘤，最好發(fā)部位為骶骨和顱底部。多數(shù)骶骨脊索瘤患者癥狀較隱匿，就診時于腫瘤往往體積較大，手術切除困難，圍術期風險大，術后復發(fā)率高。通過廣泛切除獲得安全的外科邊界是治療骶骨脊索瘤的主要方式[1-3]，但在術中獲得安全邊界較為困難。對腫瘤邊界理念的認識不足、局部解剖結構復雜和術中失血量大等因素，往往會影響骶骨腫瘤切除手術的精確性。

通過擴大骶骨腫瘤的切除范圍可以降低術后復發(fā)的風險，但能否保留骶神經(jīng)又直接關系到患者的術后功能和生活質量，因此如何通過適當?shù)氖中g切除在腫瘤學結果和神經(jīng)功能之間達到良好的平衡十分重要。在切除位于 S3水平以下的腫瘤時，術者可以參照骶髂關節(jié)判斷骶骨的水平。但對位于 S3水平以上的腫瘤，尤其當骶骨腫瘤背側已經(jīng)突破骨皮質時，在術中清楚的判斷腫瘤水平并進行安全的切除較為困難。

因此，骶骨脊索瘤的外科治療需要較高的切除精確性，計算機導航輔助技術可以在這方面提供幫助。計算機導航輔助手術已經(jīng)廣泛應用于脊柱和關節(jié)等骨科手術，近年來也逐漸應用于骨腫瘤的外科治療[4-7]，包括骶骨脊索瘤的手術切除[8-10]。筆者開展基于 CT 的計算機導航系統(tǒng)，并以 CT 與 MRI 融合圖像確認腫瘤切除范圍的導航輔助骶骨脊索瘤切除手術，分析該手術的精確性和安全性以及計算機導航在骶骨腫瘤手術中的應用效果。

資料與方法

一、納入標準與排除標準

1. 納入標準：( 1 ) 2009 年至 2016 年，在我院接受治療的骶骨脊索瘤病例；( 2 ) 病理診斷為脊索瘤者；( 3 ) 腫瘤位于骶骨者；( 4 ) 在我院接受計算機導航輔助下骶骨腫瘤切除者；( 5 ) 有完整的臨床隨訪資料者。

2. 排除標準：( 1 ) 導航圖像數(shù)據(jù)未完整保留；( 2 ) 患者拒絕參加本研究；( 3 ) 術后隨訪時間＜12 個月。

二、基本資料

本組共納入 32 例，男 20 例，女 12 例；平均年齡 53.4±13.1 ( 27～84 ) 歲。原發(fā)腫瘤 27 例，復發(fā)腫瘤 5 例。29 例位于 S3水平以上，3 例位于 S3水平以下 ( 表 1 )。患者術前常規(guī)接受局部 X 線、CT、MRI、胸部 CT 及全身骨掃描等影像學檢查 ( 圖 1 )。原發(fā)腫瘤術前行穿刺活檢明確脊索瘤診斷，復發(fā)腫瘤通過會診原手術病理明確診斷。

表 1 病例臨床資料特征Tab.1 Clinical data

二、導航術前設計和術中實施

1. 術前設計：術前將患者骶骨部位 CT 和 MRI的 DICOM 格式數(shù)據(jù)導入導航系統(tǒng)工作站 ( CT Spine，Version 1.2；Stryker Navigation，F(xiàn)reiburg，Germany )。分別在 CT 和 MRI 圖像上描繪出腫瘤范圍，再將 CT與 MRI 圖像融合 ( 圖 2 )。CT 可清楚的顯示骨內腫瘤范圍，MRI 可更清楚的顯示軟組織包塊的范圍，因此融合圖像可以在軸位、冠狀位和矢狀位的每個層面及三維圖像中顯示腫瘤的最大范圍。術前計劃按照距離腫瘤邊緣 1.5 cm 設計切除范圍，包括骶骨截骨和軟組織切除均遵循 1.5 cm 的邊界設計( 圖 3 )。腫瘤前側由于常常緊鄰直腸臟器但很少累及臟器，因此未按照 1.5 cm 設計切除范圍。術前在導航系統(tǒng)中測量腫瘤最大徑和軸位的橫徑大小。平均腫瘤最大徑為 ( 10.9±3.7 )，5～17 cm，軸位測量腫瘤平均橫徑為 ( 6.9±1.9 )，2.6～10.6 cm。

圖 1 a：骶骨脊索瘤患者術前 CT 檢查，顯示骨破壞范圍和腫瘤位于骶骨的水平；b：骶骨脊索瘤患者術前 MRI 檢查，顯示腫瘤的軟組織包塊和軟組織受累范圍Fig.1 a: Preoperative CT examination of a patient with sacral chordoma, showing bone destruction and sacral tumor; b: Preoperative MRI of a patient with sacral chordoma, showing the soft tissue mass and involvement

圖 2 a：將骶骨脊索瘤患者術前 CT 和 MRI 圖像導入導航系統(tǒng)，分別描繪出腫瘤范圍，黃色為 CT 上標記的腫瘤范圍，紅色為 MRI 上標記的腫瘤范圍；b：在導航系統(tǒng)中，將術前 CT 和 MRI 圖像融合Fig.2 a: Preoperative CT and MRI images of a patient with sacral chordoma were imported into the navigation system to depict the tumor area( yellow: tumor area marked on CT; red: tumor area marked on MRI ); b: Preoperative CT and MRI images were fused in the navigation system

2. 術中實施：手術采用后側入路，通常為后正中切口，從 L5水平向下延伸至尾骨尖水平，穿刺活檢道與腫瘤一起切除。向兩側掀開筋膜瓣，顯露臀大肌、豎脊肌和骶髂關節(jié)。將導航示蹤器 ( tracker )安裝于遠離腫瘤部位的骶骨或腰椎棘突上，然后進行示蹤器 ( tracker ) 和指點器 ( pointer ) 的注冊，以及三維 C 型臂 X 線機掃描獲取術中三維圖像。

術中導航系統(tǒng)輔助確認腫瘤位于骶骨的水平和截骨的安全范圍，同時還可顯示骶神經(jīng)孔的位置和骶神經(jīng)的走形。通過指點器的指示，術者可以準確標記出與術前計劃相對應的截骨線和軟組織切除范圍 ( 圖 4 )，然后完成腫瘤的切除。切除腫瘤后，可以通過導航系統(tǒng)再次確認是否達到了術前計劃的切除范圍和安全的外科邊界。

三、術后處理和隨訪

對完整切除腫瘤標本的六個面進行拍照，然后浸泡于甲醛溶液中，第 2 天取出標本，沿腫瘤最大面剖開，拍照后再次浸泡，危險部位取材做病理檢查，評價腫瘤切除的外科邊界 ( 圖 5 )。術后行 CT 檢查再次確認是否獲得了原計劃的切除范圍和安全的外科邊界 ( 圖 6 )。術后常規(guī)換藥觀察傷口和引流，引流量少于 30 ml 時拔除引流管。觀察和記錄傷口不愈合、感染等并發(fā)癥。術后每 3 個月進行復查隨訪。復查內容包括臨床查體和影像學檢查。 影像學檢查包括骶尾部平片、超聲和 CT 以及胸部 CT 和骨掃描。

圖 3 融合后的圖像可以同時顯示 CT 和 MRI 描繪的腫瘤范圍，距離腫瘤 1.5 cm 標記出切除范圍，完成術前計劃圖 5 術后標本經(jīng)過甲醛溶液浸泡后，沿著矢狀位或腫瘤最大徑剖開，顯示達到安全的切除范圍，完成術前計劃Fig.3 The fused images simultaneously displayed the tumor range described by CT and MRI. The resection range was marked 1.5 cm from the tumor to complete the preoperative planFig.5 Tumor structure along the sagittal position or the largest diameter showed safe range of resection

圖 4 a：術中實時導航可顯示術前設計的腫瘤范圍和截骨線，在導航指引下確認和標記截骨線；b：術中實時導航可顯示術前設計的腫瘤軟組織切除范圍，在導航指引下確認和標記軟組織切除范圍，輔助骶骨腫瘤的安全切除Fig.4 a: Intraoperative real-time navigation displayed the tumor area and osteotomy line designed before the operation; b: Intraoperative real-time navigation displayed the tumor soft tissue resection area designed preoperatively to confirm the safe resection of sacral tumors

四、統(tǒng)計學處理

應用 SPSS 20.0 軟件進行統(tǒng)計學分析。連續(xù)變量采用均值 t 檢驗比較差異，分類變量采用四格表 χ2檢驗或 Fisher 確切概率法比較差異。以 P < 0.05 為差異統(tǒng)有計學意義。

結 果

一、圍術期結果

1. 術中情況：全部患者均按照術前導航系統(tǒng)中設計的切除計劃完成手術，術中成功實施導航輔助。導航平均注冊誤差為 0.8～2.5 ( 1.5±0.6 ) mm，導航注冊和掃描過程平均用時 ( 18.2±4.7 )，12～30 min。平均手術時間為 ( 305.9±80.1 )，140～495 min，平均術中失血量為 ( 2773.8±1816.0 )，300～8500 ml，圍術期平均輸血量為 ( 2420.0±1779.5 )，0～8000 ml( 表 1 )。

2. 外科邊界：對腫瘤標本的外科邊界的分析顯示，廣泛切除 24 例，邊緣切除 4 例，囊內切除4 例。

3. 傷口并發(fā)癥：術后 2 例出現(xiàn)傷口感染，經(jīng)過清創(chuàng)、局部皮瓣或肌皮瓣轉移覆蓋創(chuàng)面手術，最終愈合良好。術后 4 例出現(xiàn)傷口延遲愈合，通過反復換藥后愈合。

二、隨訪結果

圖 6 術后局部 CT 檢查，顯示骶骨截骨和切除范圍滿意Fig.6 Postoperative CT images showed satisfactory sacral osteotomy

1. 術后復發(fā)：術后平均隨訪 ( 47.5±23.3 ) ( 中位46.5，12～102 ) 個月，截至最終隨訪，全部患者均存活。術后復發(fā) 4 例，復發(fā)率為 12.5%。復發(fā)病例的初次手術均由于腫瘤巨大、累及廣泛而行囊內切除，外科邊界與腫瘤復發(fā)顯著相關 ( P = 0.000，χ2=23.172 )。其中 3 例由于骶棘韌帶在骨盆的止點受累而無法在該部位獲得更好的外科邊界，在骶骨截骨側獲得了導航設計的安全邊界。另 1 例為全骶骨受累，為保留骶神經(jīng)行擴大刮除。2 例復發(fā)后再次接受手術，其中 1 例行半骨盆截肢術，術后未見再次復發(fā)。另 2 例復發(fā)患者拒絕手術，接受放射治療，現(xiàn)帶瘤存活。

2. 術后功能：截至最終隨訪，患者術后平均MSTS 評分為 ( 27.4±2.1 )，19～30 分。除 1 例因復發(fā)接受半骨盆截肢的病例評分較低外，其余患者評分均 > 26，日常生活和肢體活動功能良好。29 例腫瘤位于 S3水平以上的患者，術后均有大小便功能障礙，其中部分男性患者反映存在不同程度的性功能障礙。

討 論

脊索瘤較為罕見，發(fā)病率約為 0.5 / 百萬 / 年～0.8 / 百萬 / 年，約占原發(fā)惡性脊柱腫瘤的 17.5%[11]。盡管大多數(shù)骶骨脊索瘤患者術后會出現(xiàn)不同程度的神經(jīng)癥狀，但廣泛切除仍是最有效的治療方式，完整的切除腫瘤以獲得安全的外科邊界，可以盡量降低術后復發(fā)率[3,12]。不安全的外科切除邊界或術中腫瘤污染會導致術后復發(fā)率顯著升高[13-14]，反復的術后復發(fā)嚴重降低患者生活質量，甚至影響遠期生存率[15]。

計算機導航輔助手術逐漸應用于包括骨腫瘤的外科治療在內的骨科手術，導航技術有助于解剖結構復雜部位腫瘤的精確切除和重建[4-7]。但計算機導航輔助骶骨腫瘤切除的病例報道較少見。近年來筆者將計算機導航輔助技術應用于包括骶骨腫瘤在內的多種骨腫瘤手術，本研究的目的是評價計算機導航輔助骶骨脊索瘤切除的準確性和安全性，對患者術后腫瘤學結果和并發(fā)癥進行隨訪和分析，探討計算機導航在骶骨惡性腫瘤切除中的作用。

筆者在術前通過計算機導航系統(tǒng)對腫瘤邊界和計劃的切除范圍進行設計，在術中通過 ISO-C 導航系統(tǒng)將術前設計與術中掃描進行融合，從而在術中實時導航的輔助下，更準確地實現(xiàn)術前計劃。本組病例均成功的根據(jù)術前計劃完成了導航輔助下腫瘤切除，術中導航誤差很小，平均值為 1.5 mm。CT 圖像可清晰的顯示腫瘤近端位于骶骨的水平以及骶髂關節(jié)受累程度；MRI 圖像在顯示軟組織范圍上更有優(yōu)勢[16]，比如腫瘤下緣和臀大肌受累范圍。利用導航系統(tǒng)將術前 CT 與 MRI 圖像融合，可以結合兩者的特點更精確的規(guī)劃腫瘤切除范圍。Krettek 等[9]于 2004 年首次報道計算機導航輔助骶骨脊索瘤切除手術 1 例。Dasenbrock 等[10]于2012 年報道 2 例導航輔助骶骨脊索瘤整塊切除。但這些報道是基于 CT 圖像的導航輔助手術，沒有通過MRI 圖像確認軟組織切除范圍。本研究的特點是將CT 和 MRI 圖像融合后用于輔助骶骨脊索瘤切除手術，導航技術不僅用于計劃骨的切除范圍，還用于軟組織的切除范圍的設計和術中指導。

骶骨脊索瘤術后容易復發(fā)，能否通過更精準的手術獲得良好的局部控制是本研究的重要研究目的。本組病例的隨訪結果顯示術后局部復發(fā)率為12.5%，相對較低。文獻報道骶骨脊索瘤術后復發(fā)率大約在 25%～70% 的范圍[14-21]。Hulen 等[22]于 2006年報道 18 例骶骨脊索瘤，術后 5 年隨訪發(fā)現(xiàn)復發(fā)率高達 75%。筆者報道的本組病例中大部分腫瘤位于S3水平以上 ( 29 / 32 )，多項研究提示腫瘤位于骶骨的水平是局部復發(fā)的重要危險因素之一[12,23]，位于S3水平以上的腫瘤更容易復發(fā)。這是由于 S3水平以上腫瘤的邊界判斷更為困難，而且有時為了保留 S3以上的神經(jīng)功能，可能會在腫瘤的切除邊界上做出讓步。筆者對于水平較高的骶骨腫瘤更傾向應用計算機導航輔助技術。本組病例復發(fā)率較低與精確的術前計劃和準確的術中實施相關。根據(jù)術前計劃和術中導航，筆者對骶骨腫瘤進行精確切除，并通過導航在術中再次確認是否達到了計劃的切除范圍和安全的外科邊界。

本研究顯示復發(fā)病例均為囊內切除術后復發(fā)，廣泛切除后的病例未見復發(fā)，不同外科邊界病例的術后復發(fā)率有顯著差異。這再次驗證了安全的外科邊界對于控制局部復發(fā)的重要性。囊內切除后復發(fā)的病例，是由于腫瘤累及范圍大而無法行廣泛切除，包括為骶棘韌帶的坐骨止點受累或全骶骨受累。綜合既往文獻報道[14-27]，廣泛切除后的復發(fā)率約為 5%～60%，而不適當?shù)耐饪魄谐髲桶l(fā)率高達43%～83%，雖然不同報道的病例數(shù)和復發(fā)率有較大差異，但總體上都支持安全的外科邊界可以有效降低局部復發(fā)率。

本組患者術后隨訪結果顯示，大部分患者恢復到正常的生活，日常活動功能良好。患者可通過計算機導航輔助骶骨腫瘤切除手術達到臨床獲益。截止最終隨訪，患者平均 MSTS 評分 27.4。1 例 MSTS評分較低患者，是由于復發(fā)后接受了骨盆截肢術。其余患者均沒有顯著的下肢功能障礙或不可耐受的癥狀。

雖然計算機導航技術在提高手術切除的精確性有輔助作用，但增加的導航注冊、術中掃描、圖像融合、導航指示和確認等步驟是否會延長手術時間，增加術中失血等風險也值得關注。本研究顯示，術中導航注冊和掃描平均用時 18.2 min，在醫(yī)生可以熟練操作導航系統(tǒng)的基礎上，并未顯著增加的手術時間。手術時間的延長通常會導致術中失血增加和感染等風險，但導航注冊和掃描是在分離腫瘤周圍和進行截骨之前，該時間段內術區(qū)創(chuàng)面較小，出血量也較少。本組病例的平均手術時間為305.9 min，平均術中失血量為 2773.8 ml，與既往文獻報道相比，手術安全性良好。文獻報道骶骨脊索瘤切除手術平均用時大多超過 5 h，平均術中失血量多在 3000～5000 ml 范圍[14-27]。本研究中共 6 例出現(xiàn)傷口延遲愈合或感染，但僅有 2 例因為傷口并發(fā)癥再次接受手術治療，且最終愈合良好。

術中實時導航可以幫助術者在三維圖像中清楚的看到腫瘤的范圍。但術者必須意識到，由于系統(tǒng)誤差、相對解剖位置變化、導航系統(tǒng)故障以及術者判斷失誤等可能存在的多種原因，導航系統(tǒng)屏幕上的圖像可能與實際結構存在一定差異，因此需要術中反復確認導航的準確性[9]，同時術者的相關經(jīng)驗和判斷也很重要。筆者將術后切除的標本與術前計劃進行了比較，發(fā)現(xiàn)均按照術前計劃切除了腫瘤，這也驗證了導航輔助手術的準確性。

綜上所述，計算機導航輔助骶骨脊索瘤切除有較好的手術精確性和安全性，患者術后復發(fā)率低，并發(fā)癥少見，術后總體功能良好，可以使患者臨床獲益。但必須引起重視的是，導航系統(tǒng)只是為術者的術中判斷和操作提供參考和幫助。要獲得安全的切除邊界，嚴謹?shù)男g前計劃和豐富的手術操作經(jīng)驗仍是不可或缺的。