基于3D打印模型輔助后路內(nèi)固定治療寰樞椎不穩(wěn)定

1)新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院 新鄉(xiāng) 453003 2)河南省人民醫(yī)院 鄭州 450003

基于3D打印模型輔助后路內(nèi)固定治療寰樞椎不穩(wěn)定

1)新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院 新鄉(xiāng) 453003 2)河南省人民醫(yī)院 鄭州 450003

目的 探討個(gè)體化3D打印模型輔助后路固定治療寰樞椎不穩(wěn)的方法和效果。方法 對(duì)河南省人民醫(yī)院2013-03—2015-03 CT及MRI確診的21例顱頸交界區(qū)畸形患者的臨床資料進(jìn)行回顧性分析，其中15例應(yīng)用3D打印技術(shù)建立頸椎個(gè)體化3D打印模型，術(shù)前進(jìn)行模擬置釘及內(nèi)固定術(shù)，以期得到個(gè)體化得置頂數(shù)據(jù)，進(jìn)而輔助真實(shí)手術(shù)，采取一期后路減壓及內(nèi)固定治療。結(jié)果 15例3D打印模型模擬輔助術(shù)中置釘及內(nèi)固定手術(shù)全部置釘成功，無(wú)椎動(dòng)脈及神經(jīng)根損傷，無(wú)內(nèi)固定松動(dòng)及斷裂。術(shù)后隨訪6～18個(gè)月，平均10.6個(gè)月，術(shù)后VAS評(píng)分明顯低于術(shù)前，JOA評(píng)分高于術(shù)前(P<0.05)術(shù)后復(fù)查頸部CT或頭頸部MR，寰椎齒突間隙(ADI)明顯縮小，延髓頸髓角(CMA)明顯增大，延髓腹側(cè)受壓明顯減弱和消失，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。本組未出現(xiàn)手術(shù)死亡，且無(wú)呼吸困難病例。結(jié)論 個(gè)體化3D打印模型輔助后路螺釘內(nèi)固定可提高置釘成功率，有效保護(hù)椎動(dòng)脈及神經(jīng)根，提高安全性，特別對(duì)椎動(dòng)脈“高跨”及各種先天椎體變異的寰樞椎不穩(wěn)定病人有很大幫助。

3D打印模型；后路內(nèi)固定；寰樞椎不穩(wěn)定

寰樞椎不穩(wěn)嚴(yán)重影響病人的生活質(zhì)量，輕者引起枕頸部疼痛，重者可有脊髓壓迫癥狀甚至死亡，一般是由創(chuàng)傷、感染、發(fā)育畸形等因素引起。寰樞椎后路內(nèi)固定技術(shù)因手術(shù)可視性強(qiáng)、植骨融合率高等優(yōu)點(diǎn)已廣泛應(yīng)用于寰樞椎不穩(wěn)的治療，而其置釘部位常為樞椎椎弓根。由于寰樞椎解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，毗鄰重要的血管神經(jīng)，且患者椎體結(jié)構(gòu)及骨質(zhì)結(jié)構(gòu)不同，給手術(shù)帶來(lái)極大困難，迄今尚無(wú)較安全可靠的共性化置釘數(shù)據(jù)(置釘位置、深度、方向等)作為參考，因而需要個(gè)體化定制，進(jìn)行個(gè)體化治療[1]。河南省人民醫(yī)院神經(jīng)外科通過(guò)CT數(shù)據(jù)逆向轉(zhuǎn)換，同時(shí)結(jié)合3D打印機(jī)構(gòu)建了椎體結(jié)構(gòu)的等比仿真模型，輔助術(shù)中樞椎個(gè)體化置釘，在此基礎(chǔ)上對(duì)15例寰樞椎不穩(wěn)定患者運(yùn)用3D打印技術(shù)構(gòu)建椎體模型，并輔助后路內(nèi)固定治療，效果良好，報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 2013-03—2015-03 CT及MRI確診21例顱頸交界區(qū)畸形患者，其中15例采用3D打印技術(shù)構(gòu)建頸椎個(gè)體化3D打印模型，術(shù)后隨訪6～18個(gè)月，平均10.6個(gè)月，男5例，女10例，年齡28～61歲，平均38.6歲，病程2個(gè)月～14 a。臨床表現(xiàn)：頭頸部疼痛11例，復(fù)視2例，吞咽困難、飲水嗆咳2例，頭暈6例，雙上肢麻木5例，短斜頸2例，肢體無(wú)力4例。所有病例術(shù)前均經(jīng)CT和MRI確診，均有2種以上畸形存在，其中顱底凹陷8例，寰枕融合6例，先天性阻滯椎(Klipple-Feil綜合征)2例，Chiari畸形8例，脊髓空洞4例，齒狀突畸形2例，所有病例均伴有寰樞椎或枕頸不穩(wěn)。

1.2 個(gè)體化3D打印模型制作及模擬置釘 術(shù)前行CT薄層掃描(0.6～0.75 mm)，并行三維重建，同時(shí)行CT血管造影并重建椎動(dòng)脈，掃描獲得DICoM數(shù)據(jù)，輸入杰魔(Geomagic)軟件進(jìn)行逆向影像數(shù)據(jù)重建，并將初步得到的三維圖像輸入MIMIC軟件中進(jìn)行修復(fù)整合，最終生成stl.格式文件，從而將此文件導(dǎo)入桌面型3D打印機(jī)中(MakerBot Replicator 2)逐層打印，最終得到11頸椎椎體仿真模型，從而直觀的評(píng)估病情及治療方案，可在模型上模擬置釘，獲得術(shù)中個(gè)體化的置釘數(shù)據(jù)，選擇最佳螺釘長(zhǎng)度、直徑，選擇最佳進(jìn)釘點(diǎn)及角度。模型經(jīng)環(huán)氧乙烷消毒，帶去手術(shù)室，以便術(shù)中實(shí)時(shí)對(duì)比觀察病變區(qū)域，作為手術(shù)中操作的參考。

1.3 手術(shù)方法 患者經(jīng)全麻插管后，取俯臥位，行顱骨牽引，并在術(shù)野消毒鋪巾。枕頸部切口，切開皮膚、皮下、深筋膜，根據(jù)之前確定的置釘點(diǎn)及位置充分剝離顯露頸椎后方結(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)比3D打印模型，再次確定置釘位置及置釘角度，于寰椎側(cè)塊及樞椎椎弓根置入螺釘，若患者為寰枕融合，于C2-3側(cè)塊置入螺釘，進(jìn)釘位置選在椎體側(cè)塊的內(nèi)上方1/4處，用神經(jīng)剝離子進(jìn)一步探查椎弓根峽部和內(nèi)側(cè)緣進(jìn)一步確認(rèn)，鉆孔、攻絲、測(cè)深后于左右各擰入一枚螺釘(直徑3.5 mm，長(zhǎng)度22～30 mm)，螺釘內(nèi)斜20°～25°，上傾30°～35°。選擇合適長(zhǎng)度的連接棒折彎塑性，進(jìn)行提拉復(fù)位，然后鎖定。椎體和棘突去皮質(zhì)化后，取自體髂骨于椎體后弓、椎板和棘突之間進(jìn)行植骨，沖洗術(shù)腔，逐層縫合，關(guān)閉切口。

1.4 術(shù)后處理 術(shù)后患者需要行頸托固定，警惕頸部過(guò)度屈曲。術(shù)后經(jīng)常規(guī)護(hù)理無(wú)壓瘡及呼吸困難，術(shù)后第2天復(fù)查頸部X線了解內(nèi)固定情況，7 d后患者無(wú)發(fā)熱、傷口局部滲出等癥狀。術(shù)后3個(gè)月復(fù)查頸部CT了解內(nèi)固定及植骨融合情況，若有脊髓受壓，再加做MRI。

1.5 療效評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) 臨床功能評(píng)價(jià)采用日本骨科協(xié)會(huì)(Japanese Orthopaedic Association，JOA)評(píng)分評(píng)價(jià)后路內(nèi)固定的療效；對(duì)撐開復(fù)位的寰樞椎脫位患者，根據(jù)CT三維重建正中矢狀位測(cè)量寰椎齒突間距(ADI)、MRI正中矢狀位測(cè)量延髓頸髓角(CMA)的大小評(píng)價(jià)復(fù)位的效果。

2 結(jié)果

15例患者均在數(shù)字化重建頸椎三維CT的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了3D打印制備頸椎實(shí)體模型，術(shù)中所見頸椎畸形與三維實(shí)體模型的結(jié)構(gòu)一致，均按照術(shù)前規(guī)劃完成，手術(shù)過(guò)程順利，術(shù)中無(wú)脊髓及血管損傷，手術(shù)時(shí)間90～150 min，術(shù)中出血量170～530(260±20)mL，復(fù)位及內(nèi)固定滿意。術(shù)后隨訪6～18個(gè)月，平均10.6個(gè)月，術(shù)后ADI明顯縮小，CMA明顯增大，延髓腹側(cè)受壓明顯減弱和消失，無(wú)呼吸困難及死亡病例。術(shù)后隨訪復(fù)查X線及CT顯示矯形結(jié)果滿意，內(nèi)固定位置良好。

圖1 頸椎3D打印模型 圖2 頸部CTA影像

圖3 頸椎側(cè)位片提示患者顱底凹陷，寰枕融合，頸椎側(cè)彎

圖4～5 術(shù)前模擬椎弓根置釘 圖6 術(shù)中枕頸固定植骨融合

圖7 術(shù)后第3天復(fù)查頸部側(cè)位片示固定良好

圖8 術(shù)后3個(gè)月，固定良好，無(wú)松動(dòng)及脫位

圖9 術(shù)后6個(gè)月，提示植骨融合，固定良好

3 討論

3.1 3D打印技術(shù)輔助上頸椎畸形治療的優(yōu)勢(shì) 寰樞椎不穩(wěn)定是指由于創(chuàng)傷或先天性畸形等一系列因素造成的寰樞椎病理結(jié)構(gòu)改變，進(jìn)而導(dǎo)致局部關(guān)節(jié)功能障礙或引起相應(yīng)的神經(jīng)壓迫的癥狀。寰樞椎不穩(wěn)定時(shí)，常見的是寰椎向前、向后或旋轉(zhuǎn)脫位，輕者只引起神經(jīng)壓迫癥狀例如麻木感等，重者可直接影響運(yùn)動(dòng)功能，如活動(dòng)障礙甚至癱瘓，更有甚者，可因壓迫腦干引發(fā)呼吸驟停。其病情之兇險(xiǎn)決定了一旦確診，需及時(shí)給予正規(guī)有效的干預(yù)，臨床上常常通過(guò)手術(shù)治療來(lái)恢復(fù)、還原寰樞椎的正常解剖結(jié)構(gòu)，警惕上頸髓和血管受到進(jìn)一步的壓迫。傳統(tǒng)內(nèi)固定方法很多，包括經(jīng)口齒狀突周圍韌帶松解后再經(jīng)口腔直接固定或經(jīng)后路固定[2]，或直接后路寰樞椎側(cè)方關(guān)節(jié)切開松解復(fù)位內(nèi)固定[3]。這些手術(shù)方式風(fēng)險(xiǎn)高、難度大，且同時(shí)無(wú)法規(guī)避經(jīng)口手術(shù)的并發(fā)癥。Jian等[4]對(duì)這些傳統(tǒng)治療方式進(jìn)行了不單是手術(shù)方式的革新，采用經(jīng)后路直接復(fù)位及內(nèi)固定手術(shù)改善寰樞椎脫位或不穩(wěn)。本組病例以此方法為根據(jù)，術(shù)中應(yīng)用個(gè)體化3D打印模具幫助置釘，獲得優(yōu)良的手術(shù)效果。3D模型的打印可以幫助術(shù)者首先在模型上進(jìn)行對(duì)應(yīng)的模擬操作，以此在選擇適應(yīng)手術(shù)的螺釘型號(hào)，通過(guò)手術(shù)演練探索進(jìn)釘?shù)慕嵌群蜕疃取Ｊ中g(shù)時(shí)借助3D打印模型的輔助，可大大提高置釘?shù)某晒β屎桶踩浴Ｊ中g(shù)過(guò)程中，因顯現(xiàn)的視野有限，借助3D打印模具，可根據(jù)有限的解剖暴露判定整體的三維構(gòu)象，從而確保置釘準(zhǔn)確。3D打印模型可使醫(yī)生與患者的溝通更具直觀性，同時(shí)在術(shù)前可利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行相關(guān)模擬，使主刀醫(yī)師做到胸有成竹，同時(shí)給患者及患者家屬一個(gè)更為直觀、立體的治療方案。

3.2 手術(shù)經(jīng)驗(yàn)及注意事項(xiàng) 本組所選椎弓根螺釘直徑35 mm對(duì)于本組患者是合適的。術(shù)中最大難度之一在于寰樞關(guān)節(jié)附近豐富的靜脈叢，如若操作不熟練，很有可能導(dǎo)致大出血，不僅影響手術(shù)視野，同時(shí)由于出血洶涌直接導(dǎo)致手術(shù)失敗。因此，我們遵循骨膜下剝離的原則，常常采用鈍性分離，本組術(shù)中并無(wú)靜脈叢破裂并發(fā)癥發(fā)生。如果由于操作不當(dāng)引發(fā)靜脈叢破裂出血，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)行明膠海綿填塞或電凝止血。術(shù)中出現(xiàn)靜脈叢破裂出血，可立即用雙極電凝止血或明膠海綿壓迫止血。文獻(xiàn)[5]報(bào)道，頸椎術(shù)中發(fā)生椎動(dòng)脈損傷的幾率為1.4%，在后路上頸椎手術(shù)中幾率增至4%～8%。椎動(dòng)脈損傷同時(shí)為后路減壓固定常見并發(fā)癥之一，也最為兇險(xiǎn)，為避免此種情況的發(fā)生，我們遵循患者術(shù)前必須完善上頸椎MR、CT以及椎動(dòng)脈三維重建的各項(xiàng)檢查，通過(guò)全科討論，明確個(gè)體化的治療方案。研究還發(fā)現(xiàn)[6]，寰椎椎動(dòng)脈溝壓跡的深淺也可決定螺釘型號(hào)的選擇以及置釘?shù)纳疃取⒎较虻龋瑝痕E太深將不適宜運(yùn)用直徑3.5 mm的螺釘。同時(shí)，為避免術(shù)中椎動(dòng)脈的損傷，由于樞椎椎弓根的下緣和外緣為椎動(dòng)脈，在行樞椎置釘時(shí)，術(shù)中可用神經(jīng)剝離子探及此上內(nèi)緣，并以此為參考，遵循寧內(nèi)勿外、寧上勿下的原則[7]完成置釘。本組術(shù)中無(wú)椎動(dòng)脈受損等并發(fā)癥。

3.3 3D打印的不足之處 3D打印同時(shí)也存在許多不足之處，如最終生成的stl.等格式的數(shù)據(jù)輸入3D打印機(jī)打印出來(lái)的模型，由于3D打印機(jī)器本身的功能及精密度差異，模型未必會(huì)百分百還原解剖結(jié)構(gòu)。為提高模型的精確度，CT的每一層厚度應(yīng)該盡量在1 mm上下，3D桌面打印機(jī)的每一層厚度應(yīng)該控制在0.5 mm以下。如此打印的3D模型才賦有更高的術(shù)前模擬以及比對(duì)價(jià)值[7]。

3.4 3D打印的進(jìn)行術(shù)前模擬的重大意義 寰樞椎不穩(wěn)定的治療是神經(jīng)外科的難點(diǎn)，對(duì)于初學(xué)者更是難上加難，當(dāng)上頸椎畸形伴寰樞椎脫位或枕頸不穩(wěn)時(shí)，常規(guī)的X線和CT、MRI無(wú)法直觀觀察具體的病變情況，且對(duì)于不熟悉解剖結(jié)構(gòu)的初學(xué)者來(lái)說(shuō)，手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)無(wú)疑大大加大，因此，根據(jù)術(shù)前模擬，個(gè)體化3D打印模型輔助后路螺釘內(nèi)固定不僅可提高置釘成功率，有效保護(hù)椎動(dòng)脈及神經(jīng)根，提高安全性，同時(shí)可縮短手術(shù)時(shí)間，減少出血，降低手術(shù)并發(fā)癥的發(fā)生率。

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(收稿 2015-07-08)

馬龍祥1，2)栗超躍2)) 史錫文2)張佳棟2)趙黎明2)常運(yùn)光1)鄧歡歡2)

R687.3

A

1673-5110(2016)07-0088-03