研究背景强直性脊柱炎(ankylosing spondylitis,AS)是引起脊柱后凸畸形的一种常见疾病。大多数患者的病情通过规范的保守治疗可以得到较好的控制,但仍有部分病人会引起脊柱严重的胸腰椎后凸畸形,此时手术矫形是有效的治疗方法。但由于手术难度高、风险大,故一直是矫形外科医生关注的领域。1985年,Thomasen报道了经椎弓根椎体截骨术(pedicle subtraction osteotomy,PSO),通过楔形切除的脊椎的三柱后合拢达到矫形目的,不但提高了疗效,而且使手术更加安全、可靠,目前这一术式在临床上被广泛采用。但目前临床实施截骨手术时,主要依靠手术者的经验截骨,对截骨部位、截骨范围以及具体截骨度数只是大致估计。计算机辅助外科手术(computer-assisted surgery,CAS)是近年来伴随着信息技术的发展而迅速发展起来的一门综合学科,它通过计算机辅助图像数据代替外科医生进行手术方案的三维构思,能合理、定量地制定手术方案,对于选择最佳手术路径、减小手术损伤、减少对邻近组织损害、提高定位精度、执行复杂外科手术和提高手术成功率等具有十分重要的意义,且其信息可供整个手术组成员共享。本课题引入计算机辅助手术设计来探讨目前临床实施截骨手术中存在的问题,具体包括两个部分:首先对部分临床常见的行腰椎单节段经椎弓根椎体截骨术的病例进行了回顾性分析,进一步探讨该术式的临床疗效;然后选取部分病例,通过在计算机上三维重建病变脊柱,设计不同手术方案进行虚拟截骨,并测量截骨矫正量数据供手术参考,以期实现术前手术计划的精确制定和预测。研究目的1.评价腰椎单节段经椎弓根椎体截骨术治疗强直性脊柱炎后凸畸形的临床疗效。2.探讨计算机辅助设计在强直性脊柱炎后凸畸形矫形术手术方案制定中的应用价值。研究方法1.17例强直性脊柱炎后凸畸形患者,行后路腰2或腰3经椎弓根椎体截骨及椎弓根系统内固定术。手术前、后均行站立位胸腰椎X线检查,分别测量矢状面上不同部位的角度,包括全脊柱后凸角(T4～S1)、胸椎后凸角(T4～T12)、胸腰段后凸角(T11～L2)、腰椎前凸角(L1～S1)和骶骨倾斜角,并比较手术前后的差异。2.将7例强直性脊柱炎后凸畸形患者在手术前后进行胸腰椎CT扫描,获得的数据导入Mimics 10.01软件进行三维重建。手术前在重建模型上模拟经椎弓根椎体截骨术进行虚拟截骨、预测矫形效果,并测量截骨椎体所需截骨角度及相应在椎板及椎体后缘的截骨宽度。手术后在预测模型及术后重建模型上分别测量全脊柱后凸角、颈7椎体中心点与骶骨后上角的水平距离、截骨节段相邻上下椎体棘突间及双侧横突间距离等指标,并进行比较。结果1、17例均顺利完成截骨矫形手术,手术时间2～4.5h,平均2.5h。术中出血400～2500ml,平均950ml,无严重手术并发症发生。腰椎前凸角由术前11.1±15.8°增加至术后44.1±13.7°,全脊柱后凸角和胸腰段后凸角分别由术前40.2±13.9°和30.2±7.8°减小至术后5.4±14.2°和19.8±12.2°,骶骨倾斜角由术前10.7±11.8°增至术后25.7±10.2°,手术前后均有统计学差异;而胸椎后凸角手术前后改变不明显。2、7例手术前后均顺利完成三维建模。术前测算出所需截骨角度平均为26.69°,椎板截骨角度平均为27.22mm,椎体后缘截骨宽度平均为14.81mm。在虚拟截骨模型上及术后重建模型上分别测得:全脊柱后凸角术前模拟平均值为15.66°,术后实测平均值为14.21°;颈7椎体中心点与骶骨后上角的水平距离术前模拟平均值为45.23mm,术后实测平均值为44.85mm,截骨节段上位椎体棘突最上缘与下位椎体棘突最下缘间距离术前模拟平均值为63.43mm,术后实测平均值为63.18mm;截骨节段相邻上下椎体双侧横突尖部距离术前模拟平均值左侧51.44mm、右侧48.97mm,术后实测平均值左侧50.95mm、右侧49.56mm。结论1、采用腰椎单节段经椎弓根椎体截骨术治疗强直性脊柱炎后凸畸形，腰椎前凸角平均增加32.9°,可获得较满意的矫形效果。2、应用计算机对强直性脊柱炎后凸畸形截骨矫正手术进行仿真模拟设计的方法具有可行性，能比较直观、精确反映矫形效果，可为制定手术方案提供较科学的依据。