三维打印、ISO-C 3D导航技术辅助空心加压螺钉内固定治疗枢椎齿状突基底部骨折效果观察

梁亮科，禤天航，王鹏，关宏刚，曹正霖，霍智铭，陈超

(佛山市中医院，广东佛山528000)

三维打印、ISO-C 3D导航技术辅助空心加压螺钉内固定治疗枢椎齿状突基底部骨折效果观察

梁亮科，禤天航，王鹏，关宏刚，曹正霖，霍智铭，陈超

(佛山市中医院，广东佛山528000)

目的比较三维打印技术、ISO-C 3D导航技术辅助空心加压螺钉内固定治疗枢椎齿状突基底部骨折的临床效果。方法选取枢椎齿状突基底部骨折患者36例，随机分为三维组和导航组各18例。三维组采用三维打印技术辅助空心加压螺钉内固定治疗，导航组采用ISO-C 3D导航技术辅助空心加压螺钉内固定治疗。记录两组术中出血量、透视时间及手术时间；术后1周进行颈椎CT检查，观察螺钉位置并进行分级；术后随访6个月，观察枢椎愈合情况，统计螺钉松动或断裂例数。结果两组均顺利完成手术。两组术中出血量比较差异无统计学意义(P>0.05)，三维组手术时间、透视时间均短于导航组(P均<0.01)。三维组螺钉位置分级为0级16例、1级2例、2级0例，螺钉穿出率为11.11%(2/18)；导航组螺钉位置分级为0级17例、1级1例、2级0例，螺钉穿出率为5.56%(1/18)；两组螺钉穿出率比较P>0.05。两组均完成6个月随访，均达到骨性愈合，随访期间均未见明显螺钉松动或断裂。结论三维打印技术、ISO-C 3D导航技术辅助空心加压螺钉内固定治疗枢椎齿状突基底部骨折效果均较好，置钉准确率高，术后融合理想；前者术中透视时间及手术时间更短。

颈椎骨折；枢椎齿状突基底部骨折；三维打印技术；ISO-C 3D导航技术；空心加压螺钉；内固定术

近年来，枢椎齿状突骨折的发生率呈上升趋势，占脊柱骨折的1%～2%，占颈椎骨折的10%～14%。枢椎齿状突骨折如未经治疗或治疗不当可造成骨折不愈合，同时存在潜在的寰枢椎不稳定风险；一旦寰枢椎发生移位可能导致脑干、脊髓或神经根的急性或慢性损伤，引起四肢瘫痪、呼吸功能障碍，甚至死亡。临床上以Anderson-D′ Alonozo Ⅱ型齿状突骨折即齿状突基底部骨折最常见，且最难愈合[2]；其主要治疗方法为手术复位并空心加压螺钉内固定，但手术操作难度大、置钉准确率不高。随着计算机辅助技术及逆向工程技术的不断发展，三维打印技术及ISO-C 3D导航技术在骨科领域应用越来越广泛。本研究比较三维打印技术、ISO-C 3D导航技术辅助空心加压螺钉内固定治疗枢椎齿状突基底部骨折的临床效果。

1 资料与方法

1.1 临床资料 选取2015年1月～2016年6月佛山市中医院收治的枢椎齿状突基底部骨折患者36例，男27例、女9例，年龄23～62(46.8±2.19)岁，坠落伤15例、压榨伤4例、交通伤17例，骨折移位 28例、无移位8例。纳入标准：①术前行颈椎正侧位、开口位及CT四维重建、MRI检查，明确诊断为Anderson Ⅱ型齿状突骨折(齿状突基底部骨折)[2]；②既往无重大基础性疾病如糖尿病、心脏病及高血压等，无胃溃疡病史及药物过敏史，无脊柱畸形病史；③对本次治疗方案有基本认识，自愿接受本研究。将患者随机分为三维组和导航组各18例，两组年龄、性别、骨折原因、骨折移位等一般资料均具有可比性。

1.2 治疗方法 三维组采用三维打印技术辅助空心加压螺钉内固定治疗。具体方法：①枢椎的CT扫描及数据提取、上颈椎建模及三维打印全真模型建立：采用西门子64排CT机行颈椎扫描，扫描条件为120 kV、166 mAs、层厚0.8 mm，扫描数据以DICOM格式输出。将CT扫描数据导入Mimics软件进行初步处理，将DICOM数据导入后显示出各断层的原始图像。采用Mimics软件的阈值分割功能设置阈值为260～1 484，将高密度的骨组织从周围低密度的软组织中分割出来，获得蒙版图像。编辑Mimics断层图像，采用Mimics软件“动态区域生成”功能初步建立枢椎的三维模型，通过三维打印技术制作实物模型。在Mimics软件上测量出进钉角度及深度，制作并三维打印出手术导板。②制定手术方案并实施预手术：对枢椎三维打印模型进行全方位观察，获取X线片、CT、MRI等影像学手段无法显示的解剖信息，并在模型上实施模拟手术。模拟手术步骤：a.仔细观察全真上颈椎模型，于C2椎体正中逐渐将导针钻入枢椎椎体，保证导针在冠状面及矢状面均位于齿状突的中轴线，直到导针钻入至齿状突的顶部(导针转入过程中保证侧位上导针后倾10°～15° )，记录导针的进针位置(以C2椎体下终板下缘作为进针位置参照)和进针角度(导针与C2椎体前缘连线的夹角)。测量导针钻入C2椎体的深度。以中空钻头沿导针钻孔，用丝攻打孔扩开通道。选择合适直径和长度的中空加压松质骨螺钉沿导针拧入，保证螺钉头端螺纹超过骨折线，螺钉尾端进入枢椎体下缘。确认骨折复位满意，拔出螺钉，记录螺钉的长度、直径和编号。确认并记录导针的进针位置及导针的进针角度。将确认完毕的螺钉送至供应室消毒，作为正式手术的内固定物植入材料。③正式手术：患者全身麻醉后取仰卧位，采用可透X线的牙垫使口腔处于张口位。头颈后伸颅骨牵引，正侧位X线透视下确认齿状突骨折己经或接近解剖复位。于环甲软骨关节水平做横切口，于颈阔肌下分离，自胸锁乳突肌前缘切开颈深筋膜，在颈动脉鞘与内脏鞘之间分离并牵开保护。透视确认C2/3椎间隙，显露并切开C2/3椎前筋膜。将导板通过加压贴合方式使用螺钉固定于骨质上，于椎体前缘正中逐渐将导针钻入枢椎椎体(导针的进针点和角度在预手术中已经确认)，同时保证导针在冠状面及矢状面均位于齿状突的中轴线上，直至导针至齿状突的顶部。以中空钻头沿导针开路后，用丝攻沿扩孔，然后沿导针拧入之前预手术确定好的中空加压松质骨螺钉(预手术中螺钉的长度、直径已经确认)，头端螺纹过骨折线，螺钉尾端进入枢椎体下缘。正侧位透视确认骨折复位满意，螺钉位置好，常规安放负压引流并逐层关闭切口。术后第2天拔除引流，颈围保护后下地活动。

导航组采用ISO-C 3D导航技术辅助空心加压螺钉内固定治疗。具体方法：患者全身麻醉后取仰卧位，透视确认C2/3椎间隙，显露并切开C2/3椎前筋膜，具体方法同三维组。安装导航示踪器并注册医疗器械(常规注册时间为1～5 min )，采用西门子ISO-C电动C型臂X线透视仪和Medtronic导航iON系统在术中进行ISO-C 3D扫描，产生图像数据自动传输到导航仪中，按照导航仪中的即时重建图像规划数据并进行导针植入，沿着导针置入齿状突空心螺钉。置钉后再次行ISO-C 3D扫描，观察螺钉置入位置。明确螺钉位置正确后常规安放负压引流并逐层关闭切口。术后第2天拔除引流，颈围保护后下地活动。

1.3 相关指标观察 ①手术情况：统计两组术中出血量、透视时间(不包括注册时间)、手术时间。术后1周进行颈椎CT检查，观察螺钉位置并进行分级。螺钉位置分为3级[1]，0级为螺钉完全在齿状突的皮质内；1级为螺钉穿出骨皮质≤1 mm；2级为螺钉穿出骨皮质>1 mm。②术后情况：术后随访6个月，随访结束时进行颈椎X线检查，观察枢椎愈合情况，统计螺钉松动或断裂例数。

2 结果

两组均顺利完成手术，术中出血量比较差异无统计学意义(P>0.05)，三维组手术时间、透视时间均少于导航组(P均<0.01)，见表1。三维组螺钉位置分级为0级16例、1级2例、2级0例，螺钉穿出率为11.11%(2/18)；导航组螺钉位置分级为0级17例、1级1例、2级0例，螺钉穿出率为5.56%(1/18)；两组螺钉穿出率比较P>0.05。两组均完成6个月随访，均达到骨性愈合，随访期间均未见明显螺钉松动或断裂。

表1 两组术中出血量、透视时间、手术时间比较

注：与导航组比较，*P<0.01。

3 讨论

枢椎齿状突基底部外形细小、骨皮质少、骨松质多、生物力学效应较低，易发生损伤[2]；齿状突基底部血管稠密，包括基底营养动脉和尖部营养动脉，前者从基底部前外侧和背侧中央进入，后者从尖部进入，形成血管网络。当齿状突基底部骨折时，血管网断裂，骨折上端血供不良(齿状突上部血管稀疏)，导致骨折愈合困难或不愈合。齿状突基底部骨折处理不当将造成骨折移位，骨折处有效接触面积减少。如骨折移位4 mm，骨折处的有效接触面积将减少50%[3]；若合并侧方移位，则接触面进一步减少，影响骨折愈合。齿状突基底部骨折患者术中常多次转入导针造成钉道宽松，内固定力学稳定性欠佳，骨折移位加重，影响手术效果[4]。李帅等[5]报道，黄种人齿状突形态较小，仅65%的齿状突基底部骨折患者可行3.5 mm空心加压螺钉(成年人枢椎、寰椎椎弓根螺钉直径多为3.5 mm)，故术前及术中需要非常精确的进针规划以及手术操作才能避免置钉失败。

精准置钉是齿状突基底部骨折患者治疗的关键。目前，ISO-C 3D导航技术应用于辅助治疗齿状突基底部骨折，具有手术操作时间短、术中出血量少、辅助置钉位置精准、易于掌控置钉方向及深度、安全性好等优点。Castro-Castro[6]采用ISO-C 3D导航为5例齿状突基底部骨折患者放置前路空心螺钉，即时导航辅助下手术能够更加清晰地显示脊髓、神经根、椎动脉与螺钉的位置关系，及时调整进针点位置。Guppy等[7]报道，ISO-C 3D导航可降低齿状突基底部骨折手术的手术时间。Zou等[8]研究发现，ISO-C 3D导航下行齿状突基底部骨折前路空心加压螺钉手术患者术后骨性融合率达95%，且无螺钉松动。但术中即时导航存在一定的偏移效应，可产生0.5～1 mm的图像偏移，使导航结果与实际病情不匹配的情况，导致透视时间及手术时间延长；费用增加，且不易普及。

目前，三维打印技术已用于创伤骨科、脊柱骨科、足踝外科、关节科等领域[9～14]。采用三维打印技术辅助治疗齿状突骨折首先需制作与实物比例为1∶1的枢椎三维模型及标注置钉角度及深度的手术导板；术者通过枢椎三维模型熟悉手术流程、立体观察解剖细节、攻克手术过程中的困难步骤[15,16]。正式手术置钉过程中仅需找准进钉点，根据手术导板标记的置钉角度及深度即可完成手术。陈宣煌等[17]设计并采用三维打印带有C2椎体齿状突空心钉置钉钉道、支撑柱的导航模块，辅助治疗颈椎齿状突骨折，取得良好效果；但由于导航模块与骨面贴合不稳，导致术中导航模块进钉点及进钉角度与预想规划进针路线存在一定误差。胡勇等[18]使用个性化三维打印定点-定向双导板辅助寰枢椎椎弓根螺钉技术治疗齿状突骨折，手术置钉准确性和安全性显著提高，未发生神经血管损伤等严重手术并发症。吴超等[19]报道，三维打印导板技术与计算机辅助导航手术均能提高齿状突基底部骨折置钉的准确率，但前者手术时间更短、术中出血量更少。

本研究导航组采用ISO-C 3D导航辅助空心加压螺钉内固定治疗，三维组采用三维打印技术辅助空心加压螺钉内固定治疗。结果显示，两组术中出血量及螺钉穿出率比较均无明显差异；三维组透视时间、手术时间明显短于导航组；两组术后均达到骨性愈合，随访6个月期间均未见明显螺钉松动或断裂。三维打印技术操作更简便，三维导板类似于解剖钢板，按照患者的个体化椎体前缘形态设计，三维打印的导板通过螺钉固定于骨质上，与骨面贴合更加稳固，导板自带钉道及螺纹，置入加压空心螺钉时仅需找准预设计好的进针点，其角度及深度均固定，手术难度降低，大大缩短了正式手术时的操作时间及术中透视时间，降低医患双方医源性辐射伤害。三维组术前通过Mimics规划设计出理想的螺钉植入角度、深度及钉道参数，既能保证螺钉不会置入太深，也能降低螺钉置入位置不佳需反复置钉的概率，同时避免螺钉大小不合适导致的骨折不愈合，保证了手术的骨性愈合率。但ISO-C 3D导航技术辅助过程过程中需保持患者术中情况与术前情况一致，且螺钉通过导针进入后不能再调整角度，如患者病情发展，术中情况与术前预手术时情况不一致，则置钉过程将产生误差。本研究三维组术中螺钉穿出率稍高于导航组，可能与患者的病情不同有关。

综上所述，三维打印技术、ISO-C 3D导航技术辅助空心加压螺钉内固定治疗齿状突基底部骨折效果均较好，置钉准确率高，术后融合理想；三维打印技术辅助手术术中透视时间及手术时间更短。

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佛山市医学攻关项目(2015AB00332)。

禤天航(E-mail： fstcmcaozhenglin@sohu.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.32.017

R683.2

B

1002-266X(2017)32-0056-04

2017-04-03)