M im ics软件联合快速成型技术在椎弓根螺钉固定术中的应用

赵保辉，张韶辉，崔青，张建华，张金彪

河北省沧州中西医结合医院 脊柱关节科，河北 沧州 061001

M im ics软件联合快速成型技术在椎弓根螺钉固定术中的应用

赵保辉，张韶辉，崔青，张建华，张金彪

河北省沧州中西医结合医院 脊柱关节科，河北 沧州 061001

目的 探讨M im ics软件联合快速成型技术辅助椎弓根螺钉固定术的应用价值。方法 利用M im ics软件联合快速成型技术设计并制作寰枢椎模型及置钉导向器，选取11例寰枢椎椎体骨折患者作为研究组，在置钉导向器辅助下行椎弓根螺钉固定术；选取20例行传统椎弓根螺钉固定术的患者作为对照组，比较两组的治疗效果。结果 研究组置钉可接受率为100％，对照组置钉可接受率为87.5％，组间差异具有统计学意义（P＜0.05）。研究组术后JOA评分显著高于对照组（P＜0.05）。结论 通过M im ics软件结合快速成型技术设计并制作置钉导向器，辅助寰枢椎骨折患者行椎弓根螺钉固定术，能够获得更好的手术效果。

M imics软件；快速成型技术；椎弓根螺钉固定术；置钉导向器

临床上由于先天发育不良及类风湿等疾病造成寰枢椎不稳或脱位的情况较为常见，这类患者必须进行内固定治疗[1]。治疗方法一般采用经后路椎弓根螺钉内固定，该方法虽有一定治疗效果，但是在椎弓根螺钉的置入过程中容易损伤椎动脉或脊髓[2]，进而导致手术意外。本文通过M imics软件结合快速成型技术设计并制作置钉导向器，辅助寰枢椎骨折患者行椎弓根螺钉固定术，取得了较好的手术效果，报道如下。

1 材料与方法

1.1 临床资料

选取本院11例寰枢椎椎体骨折，在置钉导向器辅助下行椎弓根螺钉固定术的患者作为研究组，20例行传统椎弓根螺钉固定术的患者作为对照组。研究组11例患者，其中男7例，女4例，年龄38～69岁，平均（48.1±10.5）岁；对照组20例患者，其中男12例，女8例，年龄26～59岁，平均（41.5±11.3）岁。研究组患者均为寰枢椎骨折脱位，术前脊髓损伤的美国脊髓损伤协会（American Spinal Cord Injury Association，ASIA）分级为：C级5例、D级6例；对照组患者均为寰枢椎骨折脱位，ASIA分级为：C级11例、D级9例。两组患者的年龄、性别及一般资料等差异不具有统计学意义（P＞0.05）。

1.2 手术治疗

1.2.1 置入导向器制作

通过CT扫描收集患者数据，采用M imics软件对其寰枢椎标本进行三维重建，然后在三维重建图像上寻找寰枢椎椎弓根螺钉置入的最佳轴线，再将重建椎体模型及3D导向器图像导入3D打印机，制作出椎体模型和导向器。

1.2.2 手术方法

对照组行传统椎弓根螺钉固定术。

研究组手术方法如下：①待患者及麻醉师做好术前准备后，将已消毒的置钉导向器与寰枢椎后方结构紧密结合，确保其与寰枢椎结构准确区配，同时采用克氏针辅助固定置钉导向器；②在置钉导向器辅助下进行椎弓根开孔，分别建立寰枢椎的椎弓根钉道，先置入枢椎椎弓根螺钉，然后植入寰椎椎弓根螺钉，每种螺钉两枚；③根据患者病灶脱位的具体情况，将预弯好的钛棒放置于椎弓根螺钉的尾部，上螺帽并拧紧，在此过程中逐渐复位寰枢椎；④取髂骨行椎板间植骨融合。术后放置引流管引流，缝合切口。

1.3 术后评估

置钉分级标准采用Andrew椎弓根螺钉位置分级标准[3]：Ⅰ级：螺钉完全在椎弓根内；Ⅱ级：置入螺钉穿出椎弓根皮质＜2 mm；Ⅲ级：置入椎弓根螺钉穿出椎弓根皮质距离为≥2 mm且＜4 mm；Ⅳ级：置入椎弓根螺钉穿出椎弓根皮质距离≥4 mm。其中Ⅰ级、Ⅱ级为可接受置入螺钉，Ⅲ级、Ⅳ级为不可接受置入螺钉。神经功能评定采用日本矫形外科协会（Japanese Orthopaedic Association，JOA）的评分方法，JOA总评分最高为29分，最低0分，分数越低表明功能障碍越明显。神经功能恢复采用ASIA的标准进行分级判定。

1.4 统计学分析

2 结果

2.1 置钉效果比较

研究组11例患者共计置入20枚椎弓根螺钉，其中达到Ⅰ级置钉标准的有14枚（70％）、Ⅱ级置钉标准的有6枚（30％），置钉可接受率为100％。对照组20例患者共计置入40枚椎弓根螺钉，其中达到Ⅰ级置钉标准的有18枚（45％）、Ⅱ级置钉标准的有17枚（42.5％）、Ⅲ级的有5枚（12.5％），置钉可接受率为87.5％。研究组置钉效果显著优于对照组（P＜0.05）。具体结果见表1。

表1 两组患者置钉效果比较 n（％）

2.2 手术前后的JOA评分变化

表2 两组患者手术前后的JOA评分变化

2.3 手术前后的ASIA分级变化

术前研究组和对照组的ASIA分级主要分布在C、D级，术后两组患者的ASIA分级主要集中在D、E级，说明术后两组患者的脊髓损伤较术前有所恢复。具体结果见表3。

表3 两组患者手术前后的ASIA分级变化 n（％）

3 讨论

寰枢椎脱位患者的颈部存在不同程度的疼痛，同时伴颈部向一侧倾斜及颈椎活动受限，严重时可危及患者生命。临床上该类疾病的主要治疗目标是稳定寰枢椎，重建寰枢椎的正常序列解剖，同时行寰枢椎融合，重现该脊椎的稳定性[4]。手术是寰枢椎脱位的必要治疗手段，手术治疗可分为前路和后路两类。后路技术显露较简单，便于内固定及植骨块的安置，临床上应用较多。但寰枢椎解剖结构特殊，椎弓根变异性大，且与重要组织结构和器官毗邻，常导致螺钉置入困难，严重时甚至可损伤患者神经血管从而导致严重后果，限制了其手术治疗。

目前，快速成型模型在脊柱外科中已广泛应用于术前规划、手术操作指导、内固定装置定制等方面[5]。采用计算机三维重建技术构建的脊柱实物模型可使主刀医生在手术前对病灶的具体情况及手术操作有一定的了解，可大大减少脊柱手术时间，降低手术风险，提高手术的安全性[6]，并有利于医生术前与患者进行沟通。笔者借助计算机的三维成像技术，在术前确定最佳的置钉通道以及置钉导向器和寰枢椎的三维互补模版，然后在置钉导向器辅助下行椎弓根螺钉置入，取得了良好的手术效果。该措施的优点有：①通过计算机可精准地设计螺钉置入的角度和置入点，通过导向器可确立最佳的螺钉置入路径，解决了传统螺钉置入手术过程中目测判断水平面角度（Transverse Section Angle，TSA）和矢状面角度（Sagtial Section Angle，SSA）误差的问题[7]，从而提高了椎弓根螺钉置入的安全性和准确性；②计算机可根据TSA和SSA进行个体化三维设计，从而避免寰枢椎解剖结构差异对手术效果造成影响。

本组研究结果发现，研究组置钉可接受率为100％，显著高于对照组的87.5％，且研究组术后患者JOA评分更高，与相关研究结果一致[8]。由此可见，通过计算机三维重建技术、M im ics软件和快速成型技术可以根据患者术前CT、MRI等影像学检查提取有用的参数，从而直接构建寰枢椎椎弓根模型进行模拟手术，从而显著提高真实手术的效果。

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Application of Combination of M im ics Software and Rapid Prototyping Technology in Pedicle Screw Fixation

ZHAO Bao-hui, ZHANG Shao-hui, CUI Q ing, ZHANG Jian-hua, ZHANG Jin-biao
Department of Spinal Joints, Hebei Province Cangzhou Hospital of Integrated Traditional and Western M edicine, Cangzhou Hebei 061001, China

Objective To explore the effectiveness of application of combination of M im ics software and rapid prototyping technology in pedicle screw fixation.Methods W ith application of combination of M imics software and rapid prototyping technology, the atlanto-axial model and the screw-guiding device were designed and made.Eleven patients w ith atlanto-axial vertebral fractures were selected as Experiment Group and underwent pedicle screw fixation under the guidance of the screw-guiding device.Another 20 patients who had been treated w ith traditional pedicle screw fi xation were involved in this research as Control Group so as to make a comparison of the therapeutical effect between two groups.Results The acceptable rate for patients in Experiment Group was 100％ versus 87.5％ in Control Group w ith statistically significant differences（P＜0.05）.The Experiment Group showed remarkably higher postoperative JOA score than Control Group with statistically signi fi cant differences（P ＜0.05）.Conclusion The screw-guiding device that was made by using the M im ics software in combination w ith the rapid prototyping technology could be utilized to provide guidance for patients w ith atlanto-axial vertebral fractures during pedicle screw fi xation, which had proven itself w ith excellent therapeutical outcome.

M im ics software；rapid prototyping technology；pedicle screw fixation；screw-guiding devices

R683.2

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.12.039

1674-1633（2015）12-0125-02

2015-08-03

沧州市科技支撑计划项目（20130089）。

作者邮箱：zjb7829325@163.com。