三維打印、ISO-C 3D導航技術輔助空心加壓螺釘內固定治療樞椎齒狀突基底部骨折效果觀察

梁亮科，禤天航，王鵬，關宏剛，曹正霖，霍智銘，陳超

(佛山市中醫(yī)院，廣東佛山528000)

三維打印、ISO-C 3D導航技術輔助空心加壓螺釘內固定治療樞椎齒狀突基底部骨折效果觀察

梁亮科，禤天航，王鵬，關宏剛，曹正霖，霍智銘，陳超

(佛山市中醫(yī)院，廣東佛山528000)

目的比較三維打印技術、ISO-C 3D導航技術輔助空心加壓螺釘內固定治療樞椎齒狀突基底部骨折的臨床效果。方法選取樞椎齒狀突基底部骨折患者36例，隨機分為三維組和導航組各18例。三維組采用三維打印技術輔助空心加壓螺釘內固定治療，導航組采用ISO-C 3D導航技術輔助空心加壓螺釘內固定治療。記錄兩組術中出血量、透視時間及手術時間；術后1周進行頸椎CT檢查，觀察螺釘位置并進行分級；術后隨訪6個月，觀察樞椎愈合情況，統(tǒng)計螺釘松動或斷裂例數(shù)。結果兩組均順利完成手術。兩組術中出血量比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，三維組手術時間、透視時間均短于導航組(P均<0.01)。三維組螺釘位置分級為0級16例、1級2例、2級0例，螺釘穿出率為11.11%(2/18)；導航組螺釘位置分級為0級17例、1級1例、2級0例，螺釘穿出率為5.56%(1/18)；兩組螺釘穿出率比較P>0.05。兩組均完成6個月隨訪，均達到骨性愈合，隨訪期間均未見明顯螺釘松動或斷裂。結論三維打印技術、ISO-C 3D導航技術輔助空心加壓螺釘內固定治療樞椎齒狀突基底部骨折效果均較好，置釘準確率高，術后融合理想；前者術中透視時間及手術時間更短。

頸椎骨折；樞椎齒狀突基底部骨折；三維打印技術；ISO-C 3D導航技術；空心加壓螺釘；內固定術

近年來，樞椎齒狀突骨折的發(fā)生率呈上升趨勢，占脊柱骨折的1%～2%，占頸椎骨折的10%～14%。樞椎齒狀突骨折如未經(jīng)治療或治療不當可造成骨折不愈合，同時存在潛在的寰樞椎不穩(wěn)定風險；一旦寰樞椎發(fā)生移位可能導致腦干、脊髓或神經(jīng)根的急性或慢性損傷，引起四肢癱瘓、呼吸功能障礙，甚至死亡。臨床上以Anderson-D′ Alonozo Ⅱ型齒狀突骨折即齒狀突基底部骨折最常見，且最難愈合[2]；其主要治療方法為手術復位并空心加壓螺釘內固定，但手術操作難度大、置釘準確率不高。隨著計算機輔助技術及逆向工程技術的不斷發(fā)展，三維打印技術及ISO-C 3D導航技術在骨科領域應用越來越廣泛。本研究比較三維打印技術、ISO-C 3D導航技術輔助空心加壓螺釘內固定治療樞椎齒狀突基底部骨折的臨床效果。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選取2015年1月～2016年6月佛山市中醫(yī)院收治的樞椎齒狀突基底部骨折患者36例，男27例、女9例，年齡23～62(46.8±2.19)歲，墜落傷15例、壓榨傷4例、交通傷17例，骨折移位 28例、無移位8例。納入標準：①術前行頸椎正側位、開口位及CT四維重建、MRI檢查，明確診斷為Anderson Ⅱ型齒狀突骨折(齒狀突基底部骨折)[2]；②既往無重大基礎性疾病如糖尿病、心臟病及高血壓等，無胃潰瘍病史及藥物過敏史，無脊柱畸形病史；③對本次治療方案有基本認識，自愿接受本研究。將患者隨機分為三維組和導航組各18例，兩組年齡、性別、骨折原因、骨折移位等一般資料均具有可比性。

1.2 治療方法 三維組采用三維打印技術輔助空心加壓螺釘內固定治療。具體方法：①樞椎的CT掃描及數(shù)據(jù)提取、上頸椎建模及三維打印全真模型建立：采用西門子64排CT機行頸椎掃描，掃描條件為120 kV、166 mAs、層厚0.8 mm，掃描數(shù)據(jù)以DICOM格式輸出。將CT掃描數(shù)據(jù)導入Mimics軟件進行初步處理，將DICOM數(shù)據(jù)導入后顯示出各斷層的原始圖像。采用Mimics軟件的閾值分割功能設置閾值為260～1 484，將高密度的骨組織從周圍低密度的軟組織中分割出來，獲得蒙版圖像。編輯Mimics斷層圖像，采用Mimics軟件“動態(tài)區(qū)域生成”功能初步建立樞椎的三維模型，通過三維打印技術制作實物模型。在Mimics軟件上測量出進釘角度及深度，制作并三維打印出手術導板。②制定手術方案并實施預手術：對樞椎三維打印模型進行全方位觀察，獲取X線片、CT、MRI等影像學手段無法顯示的解剖信息，并在模型上實施模擬手術。模擬手術步驟：a.仔細觀察全真上頸椎模型，于C2椎體正中逐漸將導針鉆入樞椎椎體，保證導針在冠狀面及矢狀面均位于齒狀突的中軸線，直到導針鉆入至齒狀突的頂部(導針轉入過程中保證側位上導針后傾10°～15° )，記錄導針的進針位置(以C2椎體下終板下緣作為進針位置參照)和進針角度(導針與C2椎體前緣連線的夾角)。測量導針鉆入C2椎體的深度。以中空鉆頭沿導針鉆孔，用絲攻打孔擴開通道。選擇合適直徑和長度的中空加壓松質骨螺釘沿導針擰入，保證螺釘頭端螺紋超過骨折線，螺釘尾端進入樞椎體下緣。確認骨折復位滿意，拔出螺釘，記錄螺釘?shù)拈L度、直徑和編號。確認并記錄導針的進針位置及導針的進針角度。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。③正式手術：患者全身麻醉后取仰臥位，采用可透X線的牙墊使口腔處于張口位。頭頸后伸顱骨牽引，正側位X線透視下確認齒狀突骨折己經(jīng)或接近解剖復位。于環(huán)甲軟骨關節(jié)水平做橫切口，于頸闊肌下分離，自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。透視確認C2/3椎間隙，顯露并切開C2/3椎前筋膜。將導板通過加壓貼合方式使用螺釘固定于骨質上，于椎體前緣正中逐漸將導針鉆入樞椎椎體(導針的進針點和角度在預手術中已經(jīng)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。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?shù)拈L度、直徑已經(jīng)確認)，頭端螺紋過骨折線，螺釘尾端進入樞椎體下緣。正側位透視確認骨折復位滿意，螺釘位置好，常規(guī)安放負壓引流并逐層關閉切口。術后第2天拔除引流，頸圍保護后下地活動。

導航組采用ISO-C 3D導航技術輔助空心加壓螺釘內固定治療。具體方法：患者全身麻醉后取仰臥位，透視確認C2/3椎間隙，顯露并切開C2/3椎前筋膜，具體方法同三維組。安裝導航示蹤器并注冊醫(yī)療器械(常規(guī)注冊時間為1～5 min )，采用西門子ISO-C電動C型臂X線透視儀和Medtronic導航iON系統(tǒng)在術中進行ISO-C 3D掃描，產生圖像數(shù)據(jù)自動傳輸?shù)綄Ш絻x中，按照導航儀中的即時重建圖像規(guī)劃數(shù)據(jù)并進行導針植入，沿著導針置入齒狀突空心螺釘。置釘后再次行ISO-C 3D掃描，觀察螺釘置入位置。明確螺釘位置正確后常規(guī)安放負壓引流并逐層關閉切口。術后第2天拔除引流，頸圍保護后下地活動。

1.3 相關指標觀察 ①手術情況：統(tǒng)計兩組術中出血量、透視時間(不包括注冊時間)、手術時間。術后1周進行頸椎CT檢查，觀察螺釘位置并進行分級。螺釘位置分為3級[1]，0級為螺釘完全在齒狀突的皮質內；1級為螺釘穿出骨皮質≤1 mm；2級為螺釘穿出骨皮質>1 mm。②術后情況：術后隨訪6個月，隨訪結束時進行頸椎X線檢查，觀察樞椎愈合情況，統(tǒng)計螺釘松動或斷裂例數(shù)。

2 結果

兩組均順利完成手術，術中出血量比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，三維組手術時間、透視時間均少于導航組(P均<0.01)，見表1。三維組螺釘位置分級為0級16例、1級2例、2級0例，螺釘穿出率為11.11%(2/18)；導航組螺釘位置分級為0級17例、1級1例、2級0例，螺釘穿出率為5.56%(1/18)；兩組螺釘穿出率比較P>0.05。兩組均完成6個月隨訪，均達到骨性愈合，隨訪期間均未見明顯螺釘松動或斷裂。

表1 兩組術中出血量、透視時間、手術時間比較

注：與導航組比較，*P<0.01。

3 討論

樞椎齒狀突基底部外形細小、骨皮質少、骨松質多、生物力學效應較低，易發(fā)生損傷[2]；齒狀突基底部血管稠密，包括基底營養(yǎng)動脈和尖部營養(yǎng)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，形成血管網(wǎng)絡。當齒狀突基底部骨折時，血管網(wǎng)斷裂，骨折上端血供不良(齒狀突上部血管稀疏)，導致骨折愈合困難或不愈合。齒狀突基底部骨折處理不當將造成骨折移位，骨折處有效接觸面積減少。如骨折移位4 mm，骨折處的有效接觸面積將減少50%[3]；若合并側方移位，則接觸面進一步減少，影響骨折愈合。齒狀突基底部骨折患者術中常多次轉入導針造成釘?shù)缹捤桑瑑裙潭W穩(wěn)定性欠佳，骨折移位加重，影響手術效果[4]。李帥等[5]報道，黃種人齒狀突形態(tài)較小，僅65%的齒狀突基底部骨折患者可行3.5 mm空心加壓螺釘(成年人樞椎、寰椎椎弓根螺釘直徑多為3.5 mm)，故術前及術中需要非常精確的進針規(guī)劃以及手術操作才能避免置釘失敗。

精準置釘是齒狀突基底部骨折患者治療的關鍵。目前，ISO-C 3D導航技術應用于輔助治療齒狀突基底部骨折，具有手術操作時間短、術中出血量少、輔助置釘位置精準、易于掌控置釘方向及深度、安全性好等優(yōu)點。Castro-Castro[6]采用ISO-C 3D導航為5例齒狀突基底部骨折患者放置前路空心螺釘，即時導航輔助下手術能夠更加清晰地顯示脊髓、神經(jīng)根、椎動脈與螺釘?shù)奈恢藐P系，及時調整進針點位置。Guppy等[7]報道，ISO-C 3D導航可降低齒狀突基底部骨折手術的手術時間。Zou等[8]研究發(fā)現(xiàn)，ISO-C 3D導航下行齒狀突基底部骨折前路空心加壓螺釘手術患者術后骨性融合率達95%，且無螺釘松動。但術中即時導航存在一定的偏移效應，可產生0.5～1 mm的圖像偏移，使導航結果與實際病情不匹配的情況，導致透視時間及手術時間延長；費用增加，且不易普及。

目前，三維打印技術已用于創(chuàng)傷骨科、脊柱骨科、足踝外科、關節(jié)科等領域[9～14]。采用三維打印技術輔助治療齒狀突骨折首先需制作與實物比例為1∶1的樞椎三維模型及標注置釘角度及深度的手術導板；術者通過樞椎三維模型熟悉手術流程、立體觀察解剖細節(jié)、攻克手術過程中的困難步驟[15,16]。正式手術置釘過程中僅需找準進釘點，根據(jù)手術導板標記的置釘角度及深度即可完成手術。陳宣煌等[17]設計并采用三維打印帶有C2椎體齒狀突空心釘置釘釘?shù)馈⒅沃膶Ш侥K，輔助治療頸椎齒狀突骨折，取得良好效果；但由于導航模塊與骨面貼合不穩(wěn)，導致術中導航模塊進釘點及進釘角度與預想規(guī)劃進針路線存在一定誤差。胡勇等[18]使用個性化三維打印定點-定向雙導板輔助寰樞椎椎弓根螺釘技術治療齒狀突骨折，手術置釘準確性和安全性顯著提高，未發(fā)生神經(jīng)血管損傷等嚴重手術并發(fā)癥。吳超等[19]報道，三維打印導板技術與計算機輔助導航手術均能提高齒狀突基底部骨折置釘?shù)臏蚀_率，但前者手術時間更短、術中出血量更少。

本研究導航組采用ISO-C 3D導航輔助空心加壓螺釘內固定治療，三維組采用三維打印技術輔助空心加壓螺釘內固定治療。結果顯示，兩組術中出血量及螺釘穿出率比較均無明顯差異；三維組透視時間、手術時間明顯短于導航組；兩組術后均達到骨性愈合，隨訪6個月期間均未見明顯螺釘松動或斷裂。三維打印技術操作更簡便，三維導板類似于解剖鋼板，按照患者的個體化椎體前緣形態(tài)設計，三維打印的導板通過螺釘固定于骨質上，與骨面貼合更加穩(wěn)固，導板自帶釘?shù)兰奥菁y，置入加壓空心螺釘時僅需找準預設計好的進針點，其角度及深度均固定，手術難度降低，大大縮短了正式手術時的操作時間及術中透視時間，降低醫(yī)患雙方醫(yī)源性輻射傷害。三維組術前通過Mimics規(guī)劃設計出理想的螺釘植入角度、深度及釘?shù)绤?shù)，既能保證螺釘不會置入太深，也能降低螺釘置入位置不佳需反復置釘?shù)母怕剩瑫r避免螺釘大小不合適導致的骨折不愈合，保證了手術的骨性愈合率。但ISO-C 3D導航技術輔助過程過程中需保持患者術中情況與術前情況一致，且螺釘通過導針進入后不能再調整角度，如患者病情發(fā)展，術中情況與術前預手術時情況不一致，則置釘過程將產生誤差。本研究三維組術中螺釘穿出率稍高于導航組，可能與患者的病情不同有關。

綜上所述，三維打印技術、ISO-C 3D導航技術輔助空心加壓螺釘內固定治療齒狀突基底部骨折效果均較好，置釘準確率高，術后融合理想；三維打印技術輔助手術術中透視時間及手術時間更短。

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佛山市醫(yī)學攻關項目(2015AB00332)。

禤天航(E-mail： fstcmcaozhenglin@sohu.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.32.017

R683.2

B

1002-266X(2017)32-0056-04

2017-04-03)