3D打印导板辅助与徒手寰枢椎弓根钉置入比较

2021-06-02 00:08姜泽威汤舒婷周纪平姚树强李佳佳谭明生谭远超
中国矫形外科杂志 2021年10期
关键词:寰椎寰枢椎导板

姜泽威,汤舒婷,周纪平*,姚树强,丛 波,刘 彬,吴 瑞,李佳佳,谭明生,谭远超

(1.山东省文登整骨医院,山东威海264400;2.中日友好医院,北京100020)

手术治疗寰枢椎骨折或脱位常采用颈后路椎弓根钉内固定,以求恢复颈椎正常的椎间高度和曲度[1]。如何安全精确的置入寰枢椎椎弓根螺钉一直是脊柱外科的难题[2]。上颈椎椎弓根细小,一次置钉失败更增加置钉的难度[3],且再次成功置入的椎弓根螺钉把持力也会下降。近年来数字骨科技术飞速发展,在3D打印导板辅助下置钉使得手术方式个体化、操作精准化[4,5]。本研究回顾性分析2018年01月~2019年12月采用颈后路椎弓根钉内固定治疗的54例寰枢椎骨折脱位病例,比较3D打印导板技术辅助与常规C形臂X线机透视下徒手置钉的效果,报道如下。

1 资料与方法

1.1 纳入与排除标准

纳入标准:(1)诊断为寰枢椎骨折或脱位;(2)无手术禁忌证,可耐受手术治疗;(3)同意参加本项研究,并签定知情同意书。

排除标准:(1)影像学检查显示极度细小或畸形椎弓根,无法置入椎弓根钉;(2)合并严重基础疾病,存在手术禁忌证。

1.2 一般资料

2018年01月~2019年12月行寰枢椎手术的患者54例符合上述标准,纳入本研究。其中,女16例,男38例,年龄25~56岁,平均(43.32±6.71)岁。骨折脱位41例,先天发育畸形9例,类风湿性关节炎(rheumatoid arthritis,RA)4例。患者术前均表现颈枕活动受限、疼痛;骨折脱位41例中,32例存在脊髓损害症状。根据术前医患沟通结果,25例采用导板辅助置钉(导板组),29例采用徒手置钉(徒手组)。两组患者术前一般资料见表1,两组在年龄、性别、病因、病程、美国脊髓损伤协会(Ameri⁃can Spinal Injury Association,ASIA)神经功能评级的差异均无统计学意义(P>0.05),本研究获医院伦理委员会批准,所有患者均知情同意。

表1 两组患者术前一般资料与比较

1.3 打印导板的制作

导板组患者术前行颈椎CT平扫(图1a,1b)十MPR重建,扫描图像存为Dicom格式。将CT数据在mimics软件合成三维模型(图1c),确认椎弓根钉的方向角度及长度,居中穿过椎弓根,无误后将顶棒长度调节到高于椎体表面20 mm,设置直径为5 mm,复制一份钉棒,并将直径加粗到8 mm,进行布尔运算得到导向筒,以STL格式导出椎体模型,导入至soildworks软件,在椎体表面选取好最佳的面积区块之后,复制得到薄片,经过光滑处理,边缘裁剪等一系列光顺处理,将其加厚到2.5 mm,得到加厚面片并导出STL格式,在mimics软件中导入S1,并导入设计好的拱形支撑,将拱门调整到既能稳定连接两片加厚面片,又可以方便术者术中稳定把持的方位,随后在拱门上方建立一个直径为6 mm、长度45 mm的把持柱,在mimics软件中进行布尔组合运算,再进行布尔差值运算,最终形成导板。将设计好的导板文件导入3D打印机(stratasys SLS4500,美国)进行打印及后处理,消毒备用(图1b)。

1.4 手术方法

导板组:气管插管全麻后给予颅骨牵引,纵向牵引力维持,安全的翻身,避免骨折或脱位断端移位压迫脊髓,取俯卧位,给予2.5 kg沙袋维持牵引。消毒铺巾,取髂骨块及松质骨备用。颈后切口,显露枢椎棘突、椎板及寰椎后弓,尽可能剥离干净软组织,将导板与骨性结构紧密贴附降低误差。这时一助在置钉过程中需要保持着一定压力将导板固定(图1e),避免漂浮,主刀用电钻带1.5 mm的克氏针沿导板设定的方向开口进入,当克氏针进入骨皮质后,C臂透视确认和既定方向是否一致,以确保椎弓根皮质不破裂,当克氏针进入椎弓根长度接近术前虚拟测量长度,退出导板和克氏针,丝攻扩大通道,球探探查无误后置入椎弓根螺钉。

徒手组:无导板辅助徒手置钉,透视确认螺钉位置。行12~16 cm颈后正中切口,显露寰椎后弓、枢椎椎板、侧块。寰椎后弓中线旁开约20 mm后弓的中部取进钉点,开路锥沿头倾5°、内倾10°的方向,置备钉道,每进入5 mm球探探查四壁。显露枢椎椎弓根内外侧缘与侧块的交点,以两点连线的中点作纵垂线;再以横突后支与下关节突外缘交点作水平线,两线的交点向外1~2 mm处即为进钉点,钉道内倾角为 25°~30°,头倾角为 20°~25°。每进入 5 mm 球探探查四壁均为骨性后继续,安放定位针,术中透视,如定位针位置不佳则调整钻探方向,直至钉道位置满意,拧入椎弓根螺钉。

置钉后两组病例均行术中X线透视,确定各螺钉位置准确安全后,安放连接杆,螺帽压紧,3 000 ml生理盐水冲洗切口,将骨块进行修剪,安放于寰枢椎后方,并在髂骨块周围填放大量松质骨植骨。切口留置引流管1根,逐层关闭切口。

1.5 评价指标

记录围手术期资料,包括出血量、透视次数及螺钉置入时长。采用颈肩部疼痛视觉模拟评分(visual analogue scale,VAS)、日本骨科协会(Japanese Ortho⁃paedic Association,JOA)颈椎评分和ASIA评级评价临床效果。行影像检查,使用Lu等[7]提出的置钉准确度评价法,0级:螺钉完全在椎弓根内;I级:螺钉穿出椎弓根壁2 mm内或不足螺钉直径的一半;II级:螺钉穿出椎弓根壁超过2 mm且不足4 mm,或超过螺钉直径的一半;III级:螺钉穿出椎弓根壁超过4 mm。测量寰椎-齿状突间隙(atlantodental inter⁃val,ADI) 和脊髓空间 (space available for cord,SAC) 。观察植骨融合情况与内固定物改变。

1.6 统计学方法

采用SPSS 17.0软件对数据进行统计学分析。计量数据以±s表示,资料呈正态分布时,两组间比较采用独立样本t检验,组内时间点间比较采用单因素方差分析,两两比较采用LSD法;资料呈非正态分布时,采用秩和检验。计数资料采用x2检验或Fisher精确检验。等级资料两组间比较采用Mann-whitney U检验,多个时间点间比较采用Kendall检验。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 围手术期情况

54例手术均顺利完成,术中未出现椎动脉及脊髓损伤。导板组未发生静脉丛损伤,而徒手组3例患者术中出现静脉丛损伤而出血明显。两组围手术期资料见表2,两组手术时间及出血量的差异均无统计学意义(P>0.05),导板组的透视次数、单钉置入时间明显少于徒手组,差异有统计学意义(P<0.05),两组住院时间的差异无统计学意义(P>0.05)。

表2 两组患者围手术期资料(±s)与比较

表2 两组患者围手术期资料(±s)与比较

指标手术时间(m i n)术中出血量(m l)透视次数(次)单钉置入时间(m i n)住院时间(d)导板组(n=2 5)1 6 9.8 4±2 1.4 6 3 1 0.3 0土3 2.3 9 3.7 5±1.2 1 2.2 3±0.4 5 1 5.3 2±1.3 4徒手组(n=2 9)1 7 2.7 6±2 8.4 0 3 2 1.8 6±2 5.6 4 9.4 6+2.7 1 3.4 6±0.7 2 1 5.2 1±1.2 7 P值0.6 7 6 0.1 4 9<0.0 0 1<0.0 0 1 0.7 5 8

术后徒手组2例患者出现枕颈部疼痛,可能术中刺激到C2神经根,给予普瑞巴林及脱水消肿药物治疗后症状缓解。导板组均未出现术后枕颈部疼痛。两组患者手术切口均一期愈合,无切口或深部感染。

2.2 随访结果

所有患者均获随访,随访时间12~24个月。两组患者随访资料见表3,随时间推移,两组患者的VAS评分均显著减少(P<0.05),而JOA颈椎评分均显著增加(P<0.05),ASIA神经功能评级均显著改善(P<0.05)。相应时间点,两组VAS、JOA评分和ASIA评级的差异均无统计学意义(P>0.05)。

表3 两组患者随访结果与比较

随访过程中,两组患者均未发生再骨折,无再次手术翻修或死亡病例出现。未次随访时,导板组25例中,15例完全无痛,8例活动时轻度疼痛,2例明显疼痛;17例行走正常,6例轻度跛行,2例明显跛行;14例上颈椎活动正常,9例活动轻度受限,2例活动明显受限;17例恢复伤前或病前运动和劳动能力,8例未达至伤前或病前运动劳动能力水平。徒手组29例中,17例完全无痛,9例活动时轻度疼痛,3例明显疼痛;19例行走正常,7例轻度跛行,3例明显跛行;16例上颈椎活动正常,10例活动轻度受限,3例活动明显受限;19例恢复伤前或病前运动和劳动能力,10例未达至伤前或病前运动劳动能力水平。

2.3 影像评估

两组影像资料见表4。术后CT影像显示导板组置钉准确率(96.00%)显著优于徒手组(88.79%)(P<0.05)。与术前相比,术后1周和末次随访时两组患者ADI显著减小(P<0.05),而 SAC显著增加(P<0.05);与术后1周相比,末次随访时两组患者寰椎-齿状突间隙(atlantodental interval,ADI)和脊髓空间(space available for cord,SAC)均无显著变化(P>0.05)。相同时间点,两组间ADI和SAC的差异均无统计学意义(P>0.05)。至末次随访时,两组患者均达到C1-C2骨性融合,内固定物无断钉、松动等不良改变。导板组典型病例影像见图1。

图1 患者,男,54岁,头颈外伤后疼痛、活动受限1 d 1a:术前矢状位CT显示齿状突基底部骨折,椎管占位 1b:术前冠状位CT显示齿状突基底部骨折 1c:3D枕颈模型与计算机模拟寰枢椎导板 1d:打印出的3D导板,术中备用 1e:术中放置导板,引导椎弓钉置入 1f:术后冠状位CT显示C1和C2椎弓钉置入位置良好 1g:术后6个月,矢状位CT显示C1和C2椎弓钉置入位置良好,C1-C2后侧已骨性融合 1h:术后18个月,横截面CT显示C1椎弓钉位置良好

3 讨论

寰枢椎椎弓根钉固定牢固,复位后骨折或脱位更为稳定,已得到广泛的应用[8,9]。但上颈椎复杂的解剖结构,对患者和术者而言都面临着极大的风险,特别是椎动脉及脊髓的损伤,其中影响螺钉误置的因素有[10,11]:(1)寰枢椎个体差异很大,解剖标记结构有限,进钉点和进钉角度难以掌握,在透视下确定矢状面的角度,内倾角亦不易掌握,且会随着进钉点的偏移而变化;(2)置钉过程中一侧钉道置备时同侧椎板及椎弓根受力,椎体会向同侧旋转偏移,从而影响置钉角度。因此在上颈椎置钉时必须遵循个体化原则,而术前通过3D打印真实的还原了寰枢椎的形态,按照既定方向及角度设定导板辅助椎弓根置钉,大大提高了置钉的精准度。

在本研究中,导板组的透视次数明显小于徒手组,减少透视对患者及术者的辐射。术后CT复查,在徒手组病例中,有4枚2级螺钉,1枚3级螺钉;而导板组中,0级螺钉达96.00%,1级达4.00%,无2级或3级螺钉。导板组的置钉准确度高于徒手组,说明导板辅助下置钉能提高手术安全性。徒手组的1枚3级螺钉穿破寰椎内壁进入椎管,这种偏移可能是灾难性的,然而该患者术后未出现明显神经功能障碍,考虑该患者寰椎的椎管空间大,螺钉进入未伤及颈髓。虽然导板组置钉精确度高,但3D打印导板还是存在细小的误差。出现误差的原因:(1)若想得到良好的导板贴附,必须彻底剥离寰枢椎后方软组织,然而实际中不可能像模型贴附那般紧密,会有软组织残留,这会影响导板与骨性结构的贴附。若贴附不紧密,将偏离设定的最佳进钉方向;(2)安放导板后进行钻探钉道时,寰枢椎由于受力会出现旋转或微动,助手固定导板不牢,导板亦可能出现漂浮,此时导板与骨性表面之间的微动将会使钻探方向发生偏移,影响置钉准确度;(3)本研究中CT扫描层厚为1 mm,根据此CT数据在mimics软件合成三维模型,严格地说得到的3D模型与真实椎体之间存在微小的差异,最终设计出的寰枢椎导板及钉道也有微小的误差。

总之,在3D打印导板辅助下置入寰椎螺钉技术具有更高的安全性,使手术操作相对简单,透视次数少,是规避上颈椎椎动脉及神经损伤的安全保障。

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