3D 打印技术辅助空心加压螺钉治疗Andersonll A 型齿状突骨折

彭仲华，梁亮科

1佛山市中医院三水医院骨伤科，广东 三水 528100；2佛山市中医院脊柱外科，广东 佛山 528000

3D 打印技术辅助空心加压螺钉治疗Andersonll A 型齿状突骨折

彭仲华1，梁亮科2

1佛山市中医院三水医院骨伤科，广东 三水 528100；2佛山市中医院脊柱外科，广东 佛山 528000

目的研究3D打印技术辅助空心加压螺钉治疗Andersonll A型齿状突骨折的临床疗效。方法选取我院2014年1月～2017年1月收治的AndersonⅡA型齿状突骨折患者40例，按随机数字表法分为观察组（n=21，行3D打印辅助空心加压螺钉治疗）和对照组（n=19，行单纯空心加压螺钉治疗）。比较两组手术相关指标（手术成功率、手术时间、术中出血量、透视次数、置钉次数），骨折临床愈合时间和螺钉松动断裂发生率，术前和术后1月日本骨科学会评分（JOA），颈椎活动度（CROM），美国脊髓损伤学会评分(ASIA）。结果两组手术成功率均为100%，观察组相比于对照组，手术时间更短、术中出血量更少、透视次数更少、置钉次数更少，差异具有统计学意义（P＜0.05）。观察组骨折临床愈合时间短于对照组，螺钉松动断裂发生率低于对照组，差异具有统计学意义（P＜0.05）。两组术前JOA、CROM、ASIA差异无统计学意义（P＞0.05）。两组术后1月JOA、CROM、ASIA评分高于术前，差异具有统计学意义（P＜0.05）。两组术后1月JOA、CROM、ASIA评分差异无统计学意义（P＞0.05）。结论3D打印技术辅助空心加压螺钉能减少手术时间、术中出血量、透视次数和置钉次数，骨愈合快，螺钉松动断裂少。

3D打印；空心加压螺钉；齿状突骨折

齿状突骨折占脊柱骨折的1%～2%，占颈椎骨折的10%～15%[1-2]，占儿童颈椎骨折脱位的75%。II型齿状突骨折在临床上最常见，需要积极手术治疗[3]。骨折线走向为水平方向者为IIA型。IIA型齿状突骨折是前路齿状突空心加压螺钉内固定术的适应症。传统的手术方法是在C臂机透视下行空心加压螺钉内固定术，然而由于上颈椎解剖复杂，此手术方法存在着导针进针位置、角度、深度难以把握，螺钉的直径长度难以估计，手术时间长，透视次数多等缺点。3D打印是利用计算机数据生产任何形状的物体，而不须依赖模具的新技术。有研究通过3D打印技术快速制备6位股骨头坏死实物模型，并进行术前设计、术中定位，取得了良好的效果[4]。另有研究对106例骨病患者制作骨关节模型，进行手术设计，最后精确实施手术[5]。多项研究证明了3D打印在骨科上具有广泛的应用前景[6-9]。目前国内仅有梁亮科等[10]报道了3D打印技术应用于II型齿状突骨折，临床证据仍不充分。基于以上背景，3D打印能否应用于Andersonll A型齿状突骨折的治疗，弥补传统C臂透视下空心加压螺钉内固定术的缺点？通过3D打印制作齿状突骨折的模型，在术前行预手术，提前确定好导针进入的位置、角度和深度，确定螺钉的直接长度，在正式手术时则根据预手术的结果更准确快速的进行手术。现将研究结果报道如下。

1 资料与方法

1.1 研究资料

选取我院2014年1月～2017年1月收治的AndersonⅡA型齿状突骨折患者。

纳入标准：（1）根据颈部外伤史，颈部或颈后疼痛、颈部僵硬、相应神经系统症状等临床表现，X线及CT显示齿状突基底部骨折且骨折线为横行等依据明确诊断AndersonⅡA型齿状突骨折；（2）年龄在20～80岁并签署知情同意书。

排除标准：（1）X线和CT提示骨折移位＞5 mm或成角＞10°；（2）合并椎管狭窄；（3）合并邻近部位骨折，如一侧或双侧寰枢关节粉碎性骨折，符合不稳定型Jefferson骨折；（4）合并难复型寰枢关节脱位；（5）合并有严重内科疾病，如心衰等；（6）既往有脊柱疾病史，如脊柱结核、脊柱肿瘤等。

参照上述纳入和排除标准，选出符合要求的患者40例。其中男26例，女14例；年龄23～79岁，平均49.3±8.9岁。按照随机数字表法，将40例患者随机分为两组，一组为观察组（n=21），行3D打印辅助空心加压螺钉治疗；另一组为对照组（n=19），行单纯空心加压螺钉治疗。观察组和对照组年龄、性别、受伤时间差异无统计学意义（P＞0.05，表1）。

表1 两组一般资料比较

1.2 术前准备

所有患者入院后均完善相关检查，包括3大常规、血生化、颈椎X线、三维CT和MRI。所有患者术前均行颅骨牵引并床旁摄片，牵引质量2～3 kg，直至齿状突完全或接近完全解剖复位。

1.3 手术方法

观察组手术方法：（1）3D打印模型：将患者三维CT的资料导入Mimics软件，使用软件的阈值分割功能，形成蒙版图像；再使用软件的动态区域生成功能，建立患者枢椎的3D打印模型，再通过立体光刻技术制作出枢椎的实物模型。（2）预手术：仔细观察患者实物模型，于枢椎正中将导针钻入枢椎体，并保证导针位于齿状突的中轴线上，记录导针的进针位置、角度、深度。随后用中空钻头沿导针钻孔，丝攻扩开通道。选择合适长度和直径的空心加压螺钉沿导针拧入，保证螺钉头端螺纹过骨折线且螺钉尾端进入枢椎体下缘。确认骨折复位满意后，记录螺钉的直径、长度和编号。（3）正式手术：患者仰卧位，用可透X光的牙垫使口腔处于张口位，头颈后伸行颅骨牵引，行全身麻醉。于环甲软骨关节水平做横切口，颈阔肌下分离，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。透视确认颈2～3椎间隙后显露并切开颈2～3椎前筋膜。于枢椎正中逐渐将导针钻入枢椎体（进针点和角度在预手术中已经确认），并保证导针位于齿状突的中轴线上，直至导针至齿状突的顶部。钻头沿导针开路，丝攻扩孔，沿导针拧入之前预手术确定好的中空加压松质骨螺钉（螺钉的长度、直径已在预手术中确认）。最后正侧位透视确认骨折复位满意，螺钉位置好。安放负压引流，术后48 h时内拔除引流，颈围保护后下地活动。

对照组手术方法：患者体位、颅骨牵引同上。正侧位透视确认齿状突骨折己经或接近解剖复位。切口和组织分离同上。透视确认颈2～3椎间隙，显露并切开颈2～3椎前筋膜。切除颈3椎体前上缘，C型臂X光机侧位监视下，于枢椎下缘正中将导针钻入枢椎体1 cm。正侧位透视，导针冠状面、矢状面均位于齿状突的中轴线上。透视监测下继续钻入导针至齿状突的顶部（侧位导针后倾10°～15°）。测量导针钻入的深度。分别以中空钻头及丝攻沿导针钻、扩后，沿导针拧入合适直径中空加压松质骨螺钉，头端螺纹过骨折线，螺钉尾端进入枢椎体下缘。再次正侧位透视确认骨折复位满意，螺钉位置好。术后引流同上。

1.4 观察指标

（1）比较两组手术相关指标：手术成功率、手术时间、术中出血量、透视次数、置钉次数。（2）术前和术后对每位患者行X线检查，比较骨折临床愈合时间和螺钉松动断裂发生率。骨折临床愈合标准：骨折局部无压痛及纵向叩击痛；局部无反常活动；X线片示骨折线模糊，有连续骨痂通过骨折线，骨折是否符合临床愈合由3位骨科医师独立判断。（3）术前和术后1月对每位患者行日本骨科学会评分[11]（JOA），颈椎活动度[12]（CROM），美国脊髓损伤学会评分[1]（ASIA），比较两组评分情况。

1.5 统计学方法

所有数据使用SPSS19.0软件进行分析，计量资料以均数±标准差表示，使用t检验；计数资料使用χ2检验，P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 手术相关指标

两组手术成功率均为100%，相比于对照组，观察组手术时间更短、术中出血量更少、透视次数更少、置钉次数更少，差异具有统计学意义（P＜0.05，表2）。

表2 两组手术相关指标（）

表2 两组手术相关指标（）

组别 手术时间（min） 术中出血量（mL） 透视次数（次） 置钉次数（次）观察组（n=21） 114.5±27.9 164.5±22.7 9.5±1.8 3.1±0.5对照组（n=19） 72.8±19.5 81.9±20.5 4.1±0.9 1.9±0.4 t 5.442 12.030 11.800 8.323 P＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01

2.2 两组骨折临床愈合时间和螺钉松动断裂发生率

观察组未发生螺钉松动或断裂，对照组发生螺钉松动4例，原因为多次置钉导致钉道松动。观察组骨折临床愈合时间短于对照组，螺钉松动断裂发生率低于对照组，差异具有统计学意义（P＜0.05，表3）。

表3 两组骨折临床愈合时间和螺钉松动断裂发生率

2.3 两组JOA、CROM、ASIA评分

观察组和对照组患者的JOA、CROM、ASIA评分见表4，两组术前JOA、CROM、ASIA评分差异无统计学意义（P＞0.05）；两组术后1月JOA、CROM、ASIA评分高于术前（P＜0.05）；两组术后1月JOA、CROM、ASIA评分差异无统计学意义（P＞0.05）。

表4 两组JOA、CROM、ASIA评分比较（，分）

表4 两组JOA、CROM、ASIA评分比较（，分）

#P＜0.05 vs同组术前.

组别 阶段 JOA CROM ASIA观察组（n=21）术前 8.1±1.6 23.8±8.9 70.5±9.8术后1月 15.1±2.1# 46.6±10.4# 104.8±12.3#术前 8.2±1.4 21.3±9.1 68.3±10.1术后1月 14.8±2.2# 50.1±11.5# 106.4±9.4#对照组（n=19）

2.4 典型病例

患者张某，64岁，男，因摔倒致齿状突骨折，受伤2 d后来我院就诊，临床表现为颈后疼痛、轻度截瘫，X线和三维CT可见齿状突基底部骨折，骨折线为横行，据此可诊断为Andersonll A型齿状突骨折。通过Mimics软件制作患者的枢椎模型并打印出实物，术前手术团队仔细观察模型并行预手术，了解了进针的位置和角度、深度，并选择好了螺钉的直径和长度。进行正式手术时，手术非常顺利。图1为该患者的相关资料。

3 讨论

在传统的手术过程中，由于上颈椎解剖复杂，且齿状突多为松质骨，手术难度大，手术医师只能凭借经验，根据肉眼和C臂透视的结果，来“探索”导针如何进入、进入多少，选择怎样的螺钉、螺钉如何安放，这带来了很大的不确定性[13]；另外，主刀医师术前对如何手术在脑海中反复模拟，最终确定手术方案，但这种方式难以和手术团队所有成员分享，助手往往难以体会到主刀的真实意图，这既不利于手术的开展，也不利于助手的进步。同时，由于术中需要对进针和置钉反复探索和修正，延长了手术时间，给病人造成更大的创伤，甚至因为反复操作使钉道松动、骨折移位，后果十分严重，而C臂的X光透视，也不利于患者和医师的身体健康。

而3D打印技术的出现弥补了传统手术的缺点，是基于材料累加原理进行快速成型操作，制作三维物体的技术。术前根据患者的三维CT数据，利用Mimics软件制作的患者的枢椎模型，与手术团队成员共同讨论，反复模拟手术，以确定最佳的手术效果[14-15]，并将手术所需的参数如导针进入的位置、角度、深度，螺钉的直径长度等应用到正式手术中，避免了在正式手术中反复探索带来的危害，缩短了手术时间，减少了手术风险。同时，3D模型可以帮助高年资医师对低年资医师的培训，也有助于医师直观地向病人解释病情，有利于医患间的沟通[16-17]，并且由于制定了较优的手术路线，X光的暴露也会随之减少。

图1 患者相关资料

本项研究结果表明，两组手术成功率均为100%，观察组相比于对照组，手术时间更短、术中出血量更少、透视次数更少、置钉次数更少。这与其他研究人员利用3D打印技术修复骨盆减少了X线透视的结果一致[18]，也与研究在胫骨平台骨折中利用3D打印辅助可减少手术时间和术中出血量结果一致[19]，多项研究[9,20]也支持这一点。观察组骨折临床愈合时间短于对照组，螺钉松动断裂发生率低于对照组。这可能是由于对照组行单纯空心加压螺钉内固定手术，术中需反复进针、置钉以保证最好的手术效果，但反复操作使得骨断端和周围软组织破坏，不利于骨愈合，而齿状突多松质骨，多次置钉易发生钉道松动，骨螺钉松动断裂发生率更高。两组术后1月JOA、CROM、ASIA无显著差异，这表明观察组和对照组手术取得了相同的功能恢复，表明3D打印辅助空心加压螺钉内固定是安全有效的。而这3项评分并未出现预期的观察组显著优于对照组的结果，可能是因为样本量太小，不足以引起统计学的变化。

总的来说，3D打印技术符合个体化治疗的趋势，利用患者的信息实行精准的手术，减少了手术时间、术中出血量、透视次数和置钉次数，骨愈合快，螺钉松动断裂少。但3D打印仍有其缺点，首先是费用较贵，每次建模、打印的费用需数千元，这较CT、MRI等检查仍稍显昂贵；其次是3D打印需要骨科医师掌握相应的软件操作和技术处理，在临床上广泛开展还需一定时间。3D打印辅助空心加压螺钉内固定是未来AndersonⅡA型齿状突骨折的发展方向，但还需技术的进步、成本的降低和临床的进一步验证。

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Cannulated compression screws assist with 3D printing technique in treatment of odontoid fracture of Andersonll A type

PENG Zhonghua1, LIANG Liangke2

1Department of Orthopedics and Traumatology, Sanshui Hospital, Foshan Hospital of Traditional Chinese Medicine, Sanshui 528100, China;2Department of Spinal Surgery, Foshan Hospital of Traditional Chinese Medicine, Foshan 528000, China

ObjectiveTo explore the clinical effects of cannulated compression screws assist with 3D printing technique in treatment of odontoid fracture of Andersonll A type.MethodsForty patients with odontoid fracture of Anderson ⅡA type in our hospital from January 2014 to January 2017 were selected. They were divided into 2 groups according to the random number table. The observation group (n=21)was treated by 3D printing with annulated compression screws and the control group (n=19) was treated by annulated compression screws. Success rate, operation time, amount of bleeding, X-ray frequency,screw placement frequency, bone healing time, rate of screw loose and JOA, CROM, ASIA score were compared.ResultsTwo groups had the 100% success rate of operation. The operation time, amount of bleeding, X-ray frequency and screw placement frequency of observation group were lower than that of control group (P＜0.05). The bone healing time and the rate of screw loose of observation group was less than that of control group (P＜0.05). The Japanese Orthopaedic Association Scores (JOA),Cervical range of motion (CROM), American Spinal Injury Association (ASIA) score in preoperative of two groups had no significant difference (P＞0.05). The JOA, CROM, ASIA score at a month after operation were higher than preoperative groups(P＜0.05). The JOA, CROM, ASIA score at a month after the operation of two groups had no significant difference (P＞0.05).Conclusion 3D printing with annulated compression screws can decrease the operation time, amount of bleeding, X-ray frequency and screw placement frequency. It can promte the bone healing, and decrease the rate of screw loose.

3D printing; annulated compression screws; odontoid fracture

2017-08-12

佛山市医学类科技攻关项目（2015AB00332）

彭仲华，主治医师，E-mail: ljguosaiqun@126.com

梁亮科，副主任医师，E-mail: ljguosaiqun@126.com