個體化3D打印技術輔助空心加壓螺釘治療AndersonⅡ型齒狀突骨折的臨床應用

梁亮科+禤天航

[摘要] 目的 觀察個體化3D打印技術輔助空心加壓螺釘治療AndersonⅡ型齒狀突骨折的臨床效果。 方法 選擇2015年1月～2016年12月佛山市中醫院AndersonⅡ型齒狀突基底骨折的40例患，者按隨機數字表法分為治療組和實驗組，每組各20例。治療組患者采用個體化3D打印技術輔助空心加壓螺釘置釘術，對照組患者采用常規齒狀空心加壓螺釘置釘術。比較兩組患者手術操作情況（手術時間、術中出血量、透視時間、置釘準確率）以及術后融合效果（包括樞椎愈合情況、螺釘松動或斷裂發生率）。 結果 手術情況：治療組在手術時間、術中出血量、透視時間和置釘準確率均優于對照組，差異有統計學意義（P < 0.05）。術后融合效果：治療組所有病例均得到骨性融合，無斷裂或松動，對照組有4例患者出現骨折不融合，3例伴有螺釘松動，1例出現螺釘斷裂，治療組的骨性融合率、螺釘松動或斷裂發生率優于對照組，差異有統計學意義（P < 0.05）。 結論 個體化3D打印技術導板釘道置釘手術操作簡單，置釘精確性高，能減少醫生操作時間，提高術后骨折融合率，對臨床上治療AndersonⅡ型齒狀突骨折有指導作用。

[關鍵詞] 3D打印技術；加壓空心螺釘；型齒狀突骨折；

[中圖分類號] R687.3 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2017）03（c）-0098-05

Clinical application of individual 3D printing auxiliary compressed hollow screws surgery treating of AndersonⅡ type odontoid fracture

LIANG Liangke XUAN Tianhang▲

Department of Orthopaedics， Foshan Hospital of TCM， Guangdong Province， Foshan 528000， China

[Abstract] Objective To observe the clinical effect of individual 3D printing auxiliary compressed hollow screws surgery treating Anderson Ⅱ type odontoid fracture. Methods From January 2015 to December 2016， in Foshan Hospital of TCM， 40 patients with AndersonⅡ type odontoid fracture criteria were selected， they were divided into two groups by random number table， with 20 cases in each group. Treatment group was given individual 3D printing auxiliary compressed hollow screws surgery， control group was given convention compressed hollow screws way. The operation situation （surgery time， intranperative bleeding， X-ray times and accuracy rate） and postoperative fusion effect （included odontoid fusion rates， loose or screws extraction rates） of two groups were campared. Results On operation situation： intranperative bleeding， X-ray times and accuracy rate in treatment group were better than those in control group， the differences were statistically significant （P < 0.05）. On postoperative fusion effect： all patients in treatment group received odontoid fusion， without loose or screws extraction； there were 4 unfusion cases， 3 loosing cases and 1 screws extraction case in control group， odontoid fusion rates， loose or screws extraction rates in treatmnet group were better than those in control group， the differences were statistically significant （P < 0.05）. Conclusion The method of individual 3D printing auxiliary compressed hollow screws has a guiding role on treating AndersonⅡ type odontoid fracture， which is easy for operate， accurate inserting， shortening times and improving fusion rates.

[Key words] 3D printing； Compressed hollow screws； AndersonⅡ type odontoid fracture

齒狀突骨折脫位對生命中樞威脅很大，有人稱之為“上頸椎危象”。齒狀突骨折是影響寰樞椎穩定性的嚴重損傷，可引起急性或慢性遲發性高位脊髓壓迫，甚至危及生命。臨床上最常用的是Anderson-D′ Alonozo[1]分類方法：Ⅰ型為齒狀突尖端骨折，Ⅱ型為齒狀突基底骨折，Ⅲ型為樞椎體部骨折。其中Ⅱ型骨折且最難愈合。AndersonⅡ型齒狀突骨折一般采用C臂透視下空心加壓螺釘治療，但是因上頸椎解剖復雜、手術操作難度大等原因，目前此項技術存在以下不足：①透視次數多；②確定導針進針點以及進針角度非常困難；③手術時間長；④空心螺釘的直徑和長度難以估計。針對以上目前存在的不足，筆者擬將3D打印技術輔助空心加壓螺釘置釘技術用于治療AndersonⅡ型齒狀突骨折，為臨床提供治療依據。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2015年1月到～2016年12月佛山市中醫院AndersonⅡ型齒狀突基底骨折40例患者，按隨機數字表法分為治療組和對照組，每組各20例。治療組男15例，女5例，年齡23～65歲，平均年齡（44.5±2.09）歲，其中墜落傷8例，壓榨傷3例，交通傷9例，骨折無移位6例，骨折移位14例，有神經癥狀5例；對照組男14例，女6例，年齡26～70歲，平均年齡（49.6±2.46）歲，其中墜落傷7例，壓榨傷5例，交通傷8例，骨折無移位5例，骨折移位15例，有神經癥狀4例；兩組性別、年齡、骨折原因等一般資料比較，差異無統計學意義（P > 0.05），具有可比性。所有患者均在術前行頸椎正側位、開口位、CT四維重建和MRI檢查。本研究經醫院醫學倫理委員會批準同意，所有入組患者均簽署知情同意書。

1.2 納入和排除標準

納入標準：①符合齒狀突骨折的診斷標準；②根據CT結果：顯示有齒狀基底部骨折突骨折線為橫行，符合AndersonⅡ型；③全身基礎情況支持手術者排除標準：（1）X線及CT結果顯示：①骨折移位>5 mm或成角>10°；②樞椎椎體有骨折，屬于AndersonⅠ型或者Ⅲ型骨折；③患者合并有椎管狹窄；④合并鄰近部位骨折，如Jefferson 骨折；⑤難復型寰樞關節脫位。（2）不能堅持手術或不配合者。

1.3 手術方法

1.3.1 治療組

采用3D打印配合空心加壓螺釘，治療干預步驟和方案。

1.3.1.1 患者樞椎的CT掃描及數據提取 采用本院SIMENS-Definition雙源64排CT機進行掃描，掃描條件為120 kV，166 mAs，層厚0.8 mm，掃描數據以DICOM格式輸出。將CT掃描數據導入Mimics軟件進行初步處理，將DICOM數據導入后顯示出某一斷層的原始圖像。運用Mimics軟件的閾值分割功能設置閾值值：260～1484，使高密度的骨組織從周圍低密度的軟組織中分割出來，產生蒙版圖像。

1.3.1.2 上頸椎逆向工程建模 對Mimics斷層圖像編輯完成后，運用Mimics軟“動態區域生成”功能初步建立患者樞椎的三維模型（圖1）。

圖1 Mimics建立三維脊椎模型

1.3.1.3 制作樞椎3D打印全真模型 通過3D打印技術[立體光刻或激光光化成型（stereo-lithography，SL）]制作出腰椎實物模型（圖2）。因為SL在制作精度、表而質量、強度等方而有很大優勢，恰好可以滿足實驗的需要。

圖2 3D打印全真上頸椎模型

1.3.1.4 制訂手術方案并實施預手術（模擬手術）操作 通過對患者樞椎SL模型直觀、全方位的觀察、研究，獲取X線片、CT，MRI等影像學資料無法顯示的解剖信息，并制訂方案。預手術步驟：①于C2椎體正中逐漸將導針鉆入樞椎體，并保證導針在冠狀面及矢狀面均位于齒狀突的中軸線上，直到導針至齒狀突的頂部（導針轉入過程中保證側位上位導針后傾10°～15°），并測量記錄導針的進針位置（圖3）（以C2椎體下終板下緣作為進針位置參照，如進針點位置C2椎體下終板下緣上“x”cm）和進針角度（進針角度以導針與C2椎體前緣連線的夾角）。②測量導針鉆入C2椎體的深度。③以中空鉆頭沿導針鉆孔后，用絲攻打孔擴開通道。④選擇合適直徑和長度的中空加壓松質骨螺釘沿導板（圖4）擰入，注意保證螺釘頭端螺紋過骨折線，螺釘尾端進入樞椎體下緣。⑤確認骨折復位滿意，拔出螺釘，記錄螺釘的長度、直徑和編號。⑥確認并記錄導針的進針位置，以及導針的進針角度。⑦將確認完畢的螺釘送至供應室消毒，作為正式手術的內固定物植入材料。

圖3 計劃進針角度和螺釘長度

圖4 設計C2椎體前路導板

1.3.1.5正式手術操作步驟 ①全麻仰臥位，頭頸后伸顱骨牽引。②透視確認齒狀突骨折己經或接近解剖復位。③于環甲軟骨關節水平做橫切口，于頸闊肌下分離。于胸鎖乳突肌前緣切開頸深筋膜，在頸動脈鞘與內臟鞘之間分離并牽開保護。④透視確認C2～3椎間隙，顯露并切開C2～3椎前筋膜。⑤于C2椎體前緣正中逐漸將導針鉆入樞椎體（導針的進針點和角度在預手術中已經確認），同時保證導針在冠狀面及矢狀面均位于齒狀突的中軸線上，直至導針至齒狀突的頂部。⑥以中空鉆頭沿導針開路后，用絲攻沿擴孔，然后沿導針擰入之前預手術確定好的中空加壓松質骨螺釘（預手術中螺釘的長度、直徑已經確認），頭端螺紋過骨折線，螺釘尾端進入樞椎體下緣。⑦最后正側位透視確認骨折復位滿意，螺釘位置好。⑧常規安放負壓引流并逐層關閉傷口。術后48 h時內拔除引流，頸圍保護后下地活動。

1.3.2 對照組

采用空心加壓螺治療，手術標準過程參照《脊柱外科學》[2]，術后治療方案同對照組。

1.4 治療干預后對比評價

術后3個月對每位患者進行X線檢查，觀察樞椎愈合情況，螺釘有無松動或斷裂等。手術螺釘位置分級比較[3]：分為3級，0級，螺釘完全在齒狀突的皮質內；1級，螺釘穿出骨皮質≤1 mm；2級，螺釘穿出骨皮質>1 mm。比較兩組患者的手術操作情況（包括手術時間、術中出血量、透視次數），以及術后融合效果（包括樞椎愈合情況、螺釘松動或斷裂發生率）。

1.5 統計學方法

采用統計軟件SPSS 20.0對數據進行分析，正態分布計量資料以均數±標準差（x±s）表示，兩組間比較采用t檢驗；計數資料以率表示，采用χ2檢驗。以P < 0.05為差異有統計學意義。

2 結果

所有手術均按計劃順利完成，術中術后并未出現嚴重并發癥。

2.1 在手術操作情況比較

治療組在手術時間、術中出血量、透視時間和置釘準確率均優于對照組，差異有統計學意義（P < 0.05）。見表1。

表1 兩組手術操作情況比較（x±s）

2.2 在兩組螺釘位置分級比較

治療組螺釘穿出率小于對照組，差異有統計學意義（P < 0.05）。見表2。

表2 術后螺釘位置分級比較（例）

2.3在術后效果方面比較

治療組未見骨折不愈合螺釘松動或斷裂，對照組有4例在3個月內出現骨折不愈合，3例出現螺釘松動，1例螺釘斷裂，均再次入院予后路椎弓根釘融合手術。治療組的骨性融合率、螺釘松動或斷裂發生率優于對照組，差異有統計學意義（P < 0.05）。見表3。

表3 兩組術后效果比較[n（%）]

3 討論

3.1 AndersonⅡ型齒狀突骨折解剖學特征及手術難點

齒狀突基底部細，皮質骨薄，松質骨多，是最易骨折的部位，發生率在10%～15%。其骨折不易愈合[4]，其原因有以下幾個方面：①骨折移位影響骨折愈合。當骨折后在韌帶的牽拉下發生分離移位達4 mm，骨折面的接觸面積將減少50%[4]，若合并有側方移位，則接觸面進一步減少，影響骨折愈合。相反，如果側方移位或前后移位移位均不超過2 mm，接觸面積在65%以上[4]。有研究[5]報道，有移位者不愈合率72%，而無移位者只有41.7%。②其次，齒狀突骨折后，其血供的破壞也影響其愈合。齒突營養動脈分為兩部分[6]，即基底營養動脈和尖部營養動脈，前者從基底部前外側和背側中央進入，后者從尖部進入，在齒狀突內部成網分布。齒狀突上部血管稀疏，基底血管稠密，故基底骨折時，血管網斷裂，骨折上端血供不良，易致不愈合。③齒狀突與樞椎椎體之間存在殘留軟骨板[7]，導致骨折不愈合，齒狀突和樞椎椎體來自不同的骨化中心，他們之間有軟骨聯合，出生后6～7歲發生骨性愈合。而過往行齒狀突骨折空心釘手術中由于定位及操作不準確，需反復使用導針轉入造成齒狀突骨折移位加重；有學者[8]通過研究分析，基底部骨折若在術中反復置釘導可能致釘道擴張，內固定失效；也有研究[9]表明，術前規劃不足使得螺釘的大小不合適導致骨折不愈合情況的出現。同時齒狀突骨折置入1枚還是2枚螺釘一直有爭議[10]，1枚螺釘可以增加骨折接觸面積，螺釘置入更深，手術時間更短，故風險相對低[11]，但1枚螺釘的置入位置不佳可能導致齒狀突旋轉，容易導致融合率反而欠佳[11]，而2枚螺釘的置入會增加齒狀突內固定的穩定性[12]，但亞洲人齒狀突偏小，僅小部分人可以置入3.5 mm螺釘[13]，同時手術可能出現螺釘的拔出、斷裂，骨折的不愈合、神經脊髓或血管、食道氣道的損傷等等因素，因而手術過程當中需要非常精確的判斷以及非常精細的操作才能盡量避免置釘失敗。但目前包括昂貴的導航技術也未能有效解決該問題。

3.2 個體化3D打印技術輔助空心加壓螺釘治療AndersonⅡ型齒狀突骨折的優勢

個體化3D打印技術已經在脊柱、關節、創傷、骨腫瘤等骨科眾多領域中廣泛使用[14-22]，它在術前規劃更直觀，術中參數更準確，該項技術用在置入AndersonⅡ型齒狀突骨折空心釘有如下優勢：①通過打印全真模型后預手術保障手術安全性：3D打印的模型基本上1∶1制作，能真實全方位還原骨折情況，對全真模型進行預手術，能讓術者對正式手術流程有著充分的準備，減少正式手術時間；②通過Mimics軟件術前進行規劃并制作打印出與該骨折模型匹配個體化置釘導板和通道，有效提高手術的精確度，增加手術安全保障，術中操作僅僅是順著設計好角度及深度的通道進行擰釘，大大降低手術難度，而本研究置釘分級研究結果表明其有更高的準確率；③因為導板輔助下進行置釘，其精確性高，實驗表明：能夠減少術中出血量，其一次置釘成功率較高，能減少置釘次數，從而減少透視次數，從而提高手術成功率，減輕醫生的工作量及降低醫患雙方的攝入的輻射量；④能夠保證較好融合率，降低螺釘松動發生率、螺釘斷裂發生率。本研究顯示：3D打印導板下精準的手術操作避免反復導針轉入造成齒狀突骨折移位加重；避免術中反復置釘導致釘道擴張，內固定失效；同時可以避免螺釘的大小不合適導致骨折不愈合，從而保證術后融合成功率、降低螺釘失效發生率。

綜上所述，個體化3D打印技術輔助空心加壓螺釘治療AndersonⅡ型齒狀突骨折是安全而有效的，可使術者做到術前準備評估設計導板釘道，選擇和確定最佳釘道及螺釘長度，在進一步提高置釘的準確度及安全性的同時，使創傷更小、術后并發癥更少，大大簡化了術中操作、減少術中操作時間及降低了醫患雙方的射線接受劑量，符合脊柱微創的發展理念，值得進一步研究及臨床推廣應用。

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（收稿日期：2016-11-24 本文編輯：蘇 暢）