3D打印模型辅助后路螺钉内固定术治疗可复性寰枢椎脱位的临床应用

顾振芳 聂喜增 李 锋 孙先泽 任 亮 于金河 赵正琦

(石家庄市第三医院，河北 石家庄 050011)

3D打印模型辅助后路螺钉内固定术治疗可复性寰枢椎脱位的临床应用

顾振芳 聂喜增 李 锋 孙先泽 任 亮 于金河 赵正琦

(石家庄市第三医院，河北 石家庄 050011)

目的研究3D打印模型辅助后路内固定治疗寰枢关节脱位的方法和效果。方法采用3D打印技术建立寰枢椎3D打印模型，在模型上进行模拟置钉，获得个体化置钉数据，辅助术中置钉。结果11例采用3D打印技术建立寰枢椎3D打印模型，根据术前CT三维重建判断，及在模型上进行模拟置钉，9例行寰椎侧块螺钉固定，7例行枢椎椎弓根螺钉固定，2例行枢椎峡部螺钉固定，2例行寰枢椎经关节螺钉固定。患者术中、术后未出现神经血管损伤等严重并发症，C1螺钉位置：0级螺钉39枚，1级螺钉1枚，C2螺钉位置：0级螺钉38枚，1级螺钉2枚。术后随访时间6～28个月，平均15.2个月。术后JOA评分显著提高，差异有统计学意义(P<0.0001)。术后复查MRI及CT，寰枢椎脱位完全复位8例，不完全复位3例。术后延髓颈髓角(CMA)明显增大，延髓腹侧受压明显减轻或消失，差异有统计学意义(P<0.0001)。结论利用3D打印模型辅助寰枢椎后路螺钉置入技术能有效提高临床手术置钉的准确性和安全性；后路螺钉间撑开复位治疗寰枢椎脱位疗效满意。

3D打印模型；寰枢椎脱位；内固定术

寰枢椎外伤、炎症和齿突先天畸形(比如游离齿突)等多种原因可影响齿突和/或寰椎横韧带而致寰枢椎不稳或寰枢椎脱位，甚至危及生命，后路内固定术是治疗该部位不稳的有效方法。但由于寰枢椎解剖结构复杂、位置深，毗邻多种重要血管、神经，该部位的手术难度大、风险高，视为内固定手术高危险区域。因此，寻求安全的个体化置钉方法一直是临床焦点问题。本研究利用 Mimics 软件进行三维重建，3D打印寰枢椎实体模型，进行模拟置钉，用于辅助术中内固定，报道如下。

1 一般资料

从2013年01月至2016年01月，本组采用寰椎侧块螺钉结合枢椎椎弓根螺钉(或枢椎峡部螺钉)技术治疗寰枢椎脱位9例, 寰枢椎经关节螺钉固定技术治疗寰枢椎脱位2例；男4例, 女7例；年龄48～65岁, 平均 57.5 岁；先天性游离齿状突并寰枢椎不稳4例, 类风湿性关节炎致寰枢椎脱位5例，Anderson Ⅱ型陈旧性齿状突骨折2例。患者均表现为不同程度的颈枕区疼痛，活动受限或四肢麻木、无力。影像学检查均有寰枢椎脱位或不稳，均为可复性脱位。根据JOA 17分评分法[1]，术前脊髓神经功能评分6～16分，平均10.5分。

2 个体化3D打印模型制作及模拟置钉

患者颈椎CT扫描(Philips Brilliance 64 CT，荷兰Philips公司，CT扫描技术参数设为：层厚1 mm，层间距0.5mm，螺距0.938，球管电压120kV，电流280mA，窗宽1000，窗位300)。将CT扫描获取原始数据以DICOM格式导人三维重建软件Mimics 10.01，采用最佳方式进行三维重建，进行表面填缺、修补等处理，分离寰枢椎，分别以STL格式导出，再导人3D打印机中，进行3D打印，最终得到寰枢椎体仿真模型。将模型固定在夹具上，摆好位置，进行模拟置钉(进钉点选择在寰椎后结节中点旁18～20mm 与后弓下缘以上2 mm的交点处，钉道方向与冠状面垂直，矢状面上螺钉头端向头侧倾斜约 5°。以枢椎下关节突根部中点为进钉点，钉道沿椎弓峡部的上面和内面皮质方向，此时钉道与矢状面夹角约15°，与横断面夹角约30°)，先置入克氏针，再沿克氏针置入直径3.5 mm的中空螺钉。最后，将完成置钉的3D打印模型行X线摄影，并测量相应的螺钉外偏角，获得个体化的置钉数据。模型经环氧乙烷消毒，带去手术室，以便术中实时对比观察病变区域，作为手术中操作的参考。

3 手术方法

全麻后取俯卧位，调整头颈部位置，“C”型臂透视确定寰枢椎位置满意后，行颅骨牵引，维持头颈的稳定性。术野消毒铺巾，颈后正中纵行切口，显露寰椎后弓，显露枢椎椎板、双侧侧块及椎弓峡部的上面和内缘，对比3D打印模型，确定置钉位置及置钉角度，于寰椎侧块置入螺钉，置入枢椎椎弓根螺钉或峡部螺钉，或置入Magerl 经关节螺钉，选择合适长度的连接棒，预弯成一定弧度，安装连接棒拧紧螺母。去除寰椎后弓、枢椎椎板和棘突骨皮质，取自体髂骨于椎体后弓、椎板和棘突之间进行植骨，置引流管后逐层关闭切口。本组患者均选用直径为3.5mm的螺钉。寰椎侧块螺钉长28～32mm，平均30mm；枢椎椎弓根螺钉长 22～26mm，平均24mm。

4 术后处理

术后切口负压引流24～48h，术后1～3d颈托保护下可坐起或下地活动，术后2～3d、第1个月、第3个月、第6个月和术后1年定期拍摄颈椎张口位、侧位X线片了解内固定位置和骨愈合情况，术后3个月时常规拍摄颈椎屈伸动力位X线片，判断寰枢椎融合情况。如果X线片判断困难，则行颈椎CT检查以明确植骨融合情况。

5 疗效评定标准

临床功能评价采用日本骨科协会评分评价后路螺钉间撑开复位治疗寰枢椎脱位的疗效；置钉安全性和准确性评估，Yukawa等提出的颈椎螺钉分级评估系统，通过观察螺钉在CT横断面和矢状面的位置评估螺钉的安全性。并将螺钉位置分为4级：0级，螺钉完全位于骨性钉道内；1级，在横断面或矢状面上，螺钉穿破骨皮质<50%；2级，在横断面或矢状面上，螺钉穿破骨皮质>50%；3级，螺钉完全穿破骨皮质。

6 结果

11 例患者共置入寰椎侧块螺钉18枚，枢椎椎弓根螺钉14枚，枢椎峡部螺钉4枚，寰枢椎经关节螺钉4枚，平均手术时间2.8h，平均出血量280ml，术中无一例发生脊髓和椎动脉损伤。2例患者置入寰椎侧块螺钉时损伤静脉丛，明胶海绵、棉片压迫止血，先置入对侧侧块螺钉，待该侧止血后再置入螺钉。患者术中、术后未出现神经血管损伤等严重并发症，C1螺钉位置：0级螺钉39枚，1级螺钉1枚；C2螺钉位置：0级螺钉38枚，1级螺钉2枚。术后所有患者均获随访，随访时间6～28个月，平均15.2个月。术后JOA评分显著提高，差异有统计学意义(P<0.0001)。根据Hirabayashi等方法计算改善率(改善率=术后评分-术前评分/17-术前评分×100%)。本组患者改善率为54.5%～100%，平均76.8%。术后复查MRI及CT，寰枢椎脱位完全复位8例，不完全者3例。术后延髓颈髓角(CMA)明显增大，延髓腹侧受压明显减轻或消失，差异有统计学意义(P<0.0001)。所有患者寰椎后弓、枢椎椎板植骨全部融合，无内固定断裂、松动。见表1、表2

表1 颅颈交界区畸形患者手术前后JOA评分、延髓颈髓角(CMA)比较(x±s)

表2 寰椎侧块螺钉18枚、枢椎椎弓根螺钉14枚、枢椎峡部螺钉4枚、寰枢椎经关节螺钉4枚钉道安全性结果(枚)

7 讨论

7.1 寰枢关节活动度大、负责颈椎近50%的旋转功能，是脊柱中活动度最大的关节。而对于手术治疗寰枢关节不稳定的患者来说，为了增加其融合率，内固定技术必须具有足够的关节制动能力[2]。迄今为止，临床上已经有多种内固定方法用于固定寰枢关节。包括钛揽固定技术、椎板钩技术、寰椎侧块及枢椎椎弓根螺钉(或枢椎峡部螺钉)技术、后路寰枢椎经关节螺钉技术等。与传统钛揽固定技术相比，后两种固定技术不但能够提供更坚强的固定效果，而且能够获得更高的植骨融合率，因而稳定性也更好，在临床上的应用越来越广泛。

寰椎侧块及枢椎椎弓根螺钉(或枢椎峡部螺钉)技术、后路寰枢椎经关节螺钉技术操作的关键是准确的置钉技术，寰椎侧块螺钉置钉时，由于椎动脉穿过横突孔后紧贴椎动脉沟横行进入颅内，后弓外缘有椎静脉丛，下面有枕大神经绕过，椎管内有延髓，因此钉道的方向非常重要。枢椎椎弓根螺钉(或枢椎峡部螺钉)置钉时，由于椎动脉解剖变异形成椎动脉高跨，要充分预估椎动脉孔与预计进钉路线的关系，避免椎动脉损伤。通常依靠术前CT平扫、三维重建及术中判断来置钉，但CT扫描只是以二维图像形式呈现椎体各个部位，椎体的三维立体结构只能进行空间想象；另外，C1及C2解剖结构复杂，个体差异非常大，常常需要个体化置钉，因此预计的置钉路线往往与实际置钉路线有差异，出现螺钉偏离骨性钉道，穿破骨皮质，可能造成周围血管神经损伤。

7.2 一些学者利用数字化和快速成型技术治疗上颈椎疾患取得良好效果。3D打印是以计算机三维模型为蓝本，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品的技术。1:1 的椎体模型与患者骨骼的误差在0.3mm以内[2]，可逼真地反映出患者骨骼的三维结构特点，为术者提供一个可供触摸和不同角度观察的1：1三维实体模型。术者可以在3D模型上进行模拟置钉操作，探索最佳的置钉角度、深度和方向，据此选择手术时合适的螺钉型号，从而辅助术中C1、C2置钉。本研究共置入寰椎侧块螺钉18枚，枢椎椎弓根螺钉14枚，枢椎峡部螺钉4枚，寰枢椎经关节螺钉4枚，C1置钉准确率97.5%，C2置钉准确率95%，结果证明3D打印模型辅助寰枢椎后路螺钉置入技术可以准确地指导螺钉的置入，未发生螺钉穿出皮质等并发症，大大提高置钉的成功率和安全性，使术者的手术预案更合理、术中操作更容易，并且减少了手术的操作时间。术中显露寰椎后弓的上、下及内侧壁，枢椎椎弓峡部的上面和内侧缘时，通过进行解剖结构与3D打印模型比对，做到有的放矢，可根据有限的解剖暴露判断整体的立体结构，避免过度显露手术范围，减少静脉丛出血或损伤椎动脉的可能性。本组无一例椎动脉损伤，因此3D打印模型在辅助后路螺钉内固定时可有效避免椎动脉损伤。另外，由于3D打印模型能够更直观、更准确地反映了颈椎病变的三维立体结构，医生可以给患者及患者家属更为直观、立体的讲解手术方法、手术风险、并发症及术后治疗效果，有利于医患之间的有效沟通。

[1] 马向阳，尹庆水，吴增晖，等. 寰椎椎弓根与枢椎侧块关系的解剖与临床研究[J].中华骨科杂志，2004，24(5)：295-298

[2] 毛广平,周长圣,赵建宁,等.快速成型颈椎模型的精度测定及其用于术中置钉导向的可行性研究[J].中国脊柱脊髓杂志,2010,(12):1008-1013.

10.3969/j.issn.2095-9559.2017.05.071

2095—9559(2017)05—3433—02