张其标， 江建中， 罗 翔， 黄国秀， 谢兆林

腰神经根变异(lumbar nerve root anomalies,LNRA)是指其起始点、形态轮廓、走向巡行及数量等异常，常经X线脊髓造影、MRI、手术及尸检发现[1-2]。研究[3]表明，LNRA与脊柱外科手术的安全和疗效密切相关。由于腰神经根的解剖变异改变了神经根的大小、形态及走行，影响了手术操作区域的解剖空间关系，进一步影响脊柱手术的安全性和疗效。腰神经根是Kambin三角区域的重要边界，两者关系密切，椎间孔镜手术具有损伤神经根的风险，特别是当神经根发生变异但在术前未被诊断时，这将会降低手术成功率，增加手术风险[4-5]。目前，研究椎间孔镜Kambin安全三角的传统方法主要是通过尸检、二维影像检查及术中测绘，但研究也常局限于腰神经根正常结构下的Kambin三角区，对于LNRA的Kambin三角区变化的研究则较少见。随着数字医学与增材制造工艺的发展，3D打印技术广泛运用于骨科基础、临床及教学等多个领域[6-7]，包括模型构建、手术规划、导航导板及内植入物的打印[8-9]，具有个性化、立体化、可视化、可反复操作、廉价、精准化等特点。本研究将3D打印技术应用于LNRA的Kambin三角区域，还原患者LNRA解剖结构，以提高脊柱外科医师对该立体三角空间区域进行直观、全面的认识，并进行术前诊断，降低椎间孔镜手术局部腰神经根损伤的风险，提高疗效。现报道如下。

1 对象与方法

1.1研究对象 选择2018年7月至2020年6月贵港市人民医院收治的LNRA患者4例，年龄44～65岁，男性2例，女性2例。变异类型：根联合型3例，尾侧起源型1例。均无明显外伤病史、脊柱手术史和药物过敏史。

1.2数据获取 应用西门子3.0 T核磁共振扫描仪采集患者腰部三维MRI数据。扫描范围：由L1椎体上终板至骶1椎体下缘平面。扫描参数：MRI脉冲重复时间230 ms，回波时间225 ms，获取SPCE及STR序列，翻转时间220 ms，视野大小350 mm，矩阵320×320，层厚0.9 mm。将数据以“Dicom”格式导出备用。

1.3数字化LNRA模型的构建及解剖参数测量

1.3.1 数字化模型的构建 将三维MRI数据导入Mimics10.01软件中，设置图像明亮度与对比度，再根据解剖结构(腰1～骶1水平)分别对腰椎、髂骨、椎间盘、脊髓腰丛神经根进行辨认，点击“Thresholding”，统一调整适当阈值，得出所需组织的“Mask”，再应用软件的“Erase”“Draw”功能精准修正“Mask”边界，经“Region Growing”与“Calculate 3D”功能得到1∶1的骨骼、椎间盘及脊髓腰丛神经根模型(见图1)，以“STL”格式输出。

图1 Mimics10.01软件构建骨骼、椎间盘及脊髓腰丛神经根模型图

1.3.2 Kambin三角区的相关参数测量 Kambin三角为一个由四条边界线围成的类三角形立体结构，其下边界为下位椎体的上终板，内侧界为硬膜囊，后侧界为关节突关节，外上界为出行神经根。该立体结构在矢状位、冠状位平面上分别体现为2个三角形[10]。在1.3.1中构建的数字化模型上进行Kambin三角安全区域相关参数的测量(见图2)。(1)椎间孔三角：①上关节突高度(H1)，下位椎体上终板平面与上关节突的交点至上关节突顶端的长度(当神经根走行低于关节突时，则测量出行根至上述交点的垂直距离)；②基底部长度(D1)，以下位椎体上终板为基准面，出行神经根交基准面一点，该点至H1的垂直距离。(2)椎管内三角：①硬脊膜高度(H2)，以下位椎体上终板为基准面，从神经根起源点到基底面相交点的长度；②基底部长度(D2)，出行神经根交基准面一点，该点至硬脊膜的垂直距离；③根囊角，起源处神经根与硬脊膜之间的夹角。最后，按“面积=0.5×(D×H)”分别计算两个安全三角的面积。

图2 Kambin三角安全区域相关参数测量示意图

1.43D打印LNRA模型及Kambin三角区手术操作安全性模拟

1.4.1 快速成型技术制作LNRA 3D模型 将组合体模型数据导出，将其以“STL”格式导入3D打印机器，施行个性化LNRA 3D模型的快速成型。见图3。

图3 3D打印技术制作的LNRA模型图

1.4.2 Kambin三角区手术操作安全性模拟 按后外侧入路的路径，利用LNRA 3D模型在直视下置入细导针到达靶点，通过C型臂X线机正侧位透视确认穿刺位置，应用一级、二级导杆、导管、环锯等逐级扩管，扩大神经孔，最后置入合适直径的工作套管，完成C型臂透视下实施LNRA 3D模型的椎间孔置管模拟操作。用数学化方法计算出内接圆，其代表了Kambin三角区中允许的最大套管直径，探索不同变异情况下Kambin三角区可容纳套管的最大直径。见图4。

图4 利用LNRA 3D模型实施椎间孔置管模拟操作图

2 结果

通过数字化实现LNRA 3D模型的构建，并成功应用3D打印技术制作1∶1的骨骼、椎间盘及脊髓腰丛神经变异个性化实物模型。4例患者Kambin三角区的相关参数测量结果见表1，2。

表1 椎间孔Kambin三角区的相关参数测量结果

表2 椎管内Kambin三角区的相关参数测量结果

3 讨论

3.1LNRA对脊柱手术安全性与疗效的影响 LNRA过去多在术中或尸检中偶然发现，随着影像学技术，特别是MRI技术的进步，T2加权冠状位MRI成为术前识别异常神经根的最佳方法和金标准[11-12]。但研究[13-15]表明，大多数LNRA患者在临床上仍被诊断为脊柱退行性病变，使LNRA成为脊柱手术失败和术中神经损伤常见的原因之一。对于解剖结构正常的患者，在Kambin三角区内进行椎间盘切除和植骨可最大程度上降低LNRA对硬膜囊或神经根的损伤风险，但如果Kambin三角区存在未预知的异常神经根，则会明显改变Kambin三角区的可操作范围，影响手术安全性，增加神经损伤的风险；同时也可能因为单纯椎间盘切除术而没有充分减压，导致手术失败。由此可见，术前未被诊断的LNRA可能会使脊柱手术更加复杂化，包括不明确的神经根活动、椎间盘入路和解剖定位[16]。神经根异常所带来的独特挑战也会使标准常规的手术变得更加复杂，增加医源性损伤的风险。因此，术前进行准确的LNRA诊断，掌握其形态、走行，评估操作安全区域变化以实施术前模拟，这将有助于外科医师制定安全的手术方案，对保证手术安全、提高疗效具有重要意义。

3.2LNRA与Kambin三角区的面积变化相关 由于脊柱的先天性、退行性变以及结构病理等改变，Kambin三角区的大小和形态也相应发生变化，LNRA是导致Kambin三角区发生变化的重要因素之一。本研究发现，LNRA患者的Kambin三角区发生明显减小，甚至消失，工作通道若强行进入椎间孔会损伤神经根。本研究中，L3/4联合神经根型变异的起点在L3/4椎间盘后方偏下，离开硬膜囊后翻折向上，沿着L4椎弓根内上缘出孔；与正常一侧相比，异常根的出行明显偏离正常轨迹(L3椎弓根内下缘)向下移动至L4椎弓根内上缘，使得Kambin三角区斜边(出行神经根长度)和高度(上关节突高度)明显丢失，椎间孔三角面积和椎管内三角面积明显缩小，导致手术风险增加。而对于L4/5联合神经根型变异，神经根离开硬膜囊后，走行于椎间盘正后方，完全遮挡L4/5椎间盘，上关节突和硬脊膜高度分别较正常一侧减少3.69 mm和14.39 mm，相应的区域面积减少了10.71 mm2和92.88 mm2。根据Kambin三角区的三维测量，可用数学方法计算出内接圆，其代表了Kambin三角区中允许的最大套管直径[17]。本研究中该病例节段正常情况下可容纳椎管内三角最大的套管直径为8.85 mm，LNRA后缩小至3.29 mm，增加置管时神经损伤风险，以致不适合行椎间孔镜手术而需改变术式。因此，LNRA与Kambin三角区面积变化具有显著关联。对于LNRA的其他类型，如囊外分支型，在同一椎间孔内出现两条出行神经根，增加了椎间孔内容物，致使Kambin三角区的有效安全面积减小，缩减了可操作区域，增加了手术风险，影响手术疗效。本研究发现，在Kambin三角区的基础上由于神经根变异引起出行神经根走行下移或椎间孔内容物增加会使得Kambin三角区减小，故术前有必要对LNRA进行诊断，评估神经走行及Kambin三角区的大小变化，以设计合适的手术方案，提高手术疗效。

3.33D打印技术实现Kambin三角区立体可视 内窥镜手术是一种适用于腰椎间盘突出症治疗的微创手术，由Kambin和Hijikata于20世纪70年代提出。为此，Kambin描述了一个称为Kambin三角区的安全区域，该区域也被认为是进入椎间盘间隙的安全区。因此，对于Kambin三角区的大小进行准确评估将有利于脊柱外科医师开展脊柱微创手术。Hoshide等[18]通过尸检，测量了16个Kambin三角区面积，首次对Kambin三角区的尺寸进行了描述。Pairaiturkar等[17]利用三维MRI技术实现了对Kambin三角的描绘，并在测量出经皮内镜腰椎间盘切除术所允许的最大插管直径，为临床提供了有价值的参考。根据对Kambin三角区的测量，脊柱外科医师得以自信地进行腰椎间盘间隙的微创手术，但是临床上仍会出现神经根损伤的情况。损伤的原因可能是入路问题、插管直径、内镜检查操作或Kambin三角区改变。Ozer等[19]通过尸检研究发现，Kambin三角区的解剖变异可能是内窥镜腰椎间盘手术中神经根损伤的主要原因。因此，对这个安全三角区开展研究可为椎间盘切除术提供安全保障。本研究通过患者的三维MRI数据建立等比例的LNRA数字化模型，并实施3D打印，对变异后的Kambin三角区进行测量，并进行安全性模拟操作。王敏等[20]的研究结果显示，Kambin三角区的3D模型测量参数与尸体测量结果具有高度一致性，提示3D模型可以真实、有效地反映实际的解剖结构。于鹏辉等[21]利用腰部CT数据进行医学建模后实现了对腰神经根、腰椎间盘及其主要毗邻结构三维测量，成功为经皮穿刺腰椎间盘术提供解剖学依据。通过3D打印技术制作LNRA 3D模型不存在数量、价格、保存等方面的局限性问题[22-23]。而且，LNRA 3D模型的参数数据源自患者的CT和MRI个性化数据，经医学三维重建和测绘，具有精准化、个性化、立体化的优点，真实还原人体腰椎、神经根的空间解剖结构，有利于LNRA及其类型的术前精准判断[24]。另外，数字化模型还可进行虚化透明，观察重叠组织的结构；也可以实现360°全方位的平移、缩放，实现对Kambin三角区的测量，弥补了影像学平面测量的不足。此外，LNRA 3D模型还可用于术前模拟，提高术中定位、穿刺、置管的精准程度，实现直观、精准、个性化的术前评估。

3.4局限性 LNRA有较多不同的类型[25-26]，由于本研究病例数少，只能纳入其中2种进行研究，对于其他变异类型的研究仍需进一步纳入更多病例开展。另外，对于LNRA 3D模型的制作，在数据采集、三维重建及模拟测算方面对临床医师均有较高要求，需要熟练的医学重建技能、脊柱解剖识别能力和脊柱手术专业知识，否则可能会对研究结果造成一定偏倚。

综上所述，LNRA显著影响脊柱外科手术，特别是脊柱微创内镜下技术的安全性，且与术后疗效密切相关。3D打印技术可让临床医师立体观测LNRA区域的变化特点，降低手术风险，提高疗效。