數字化“定點-定向”雙導航模板輔助椎弓根螺釘置釘治療寰樞椎不穩

胡 勇，陳緒國，袁振山，董偉鑫，賴歐杰，孫肖陽，朱秉科，許建忠

寧波大學附屬寧波市第六醫院脊柱外科，浙江 315040

隨著人們對上頸椎疾病認識的逐漸深入和內固定器材的發展，出現了許多寰樞椎內固定的新術式，從Magerl關節螺釘技術［1］到C1，2側塊螺釘［2］、椎弓根螺釘以及樞椎椎板螺釘［3-6］。目前最常用的是寰椎側塊螺釘并寰樞椎椎弓根螺釘固定。但是由于置釘位置鄰近脊髓、椎動脈、C2神經根及靜脈叢，置釘后容易發生椎動脈、靜脈叢損傷和神經麻痹等并發癥［7-8］。為了提高寰樞椎后路螺釘內固定技術的準確性，有學者應用3D打印導航模板來輔助置釘，并取得滿意療效［9-12］。譚明生等［13］根據不同的寰樞椎骨折類型，靈活選用寰椎和樞椎不同螺釘內固定技術組合并應用于臨床，取得滿意的手術效果。本研究回顧性分析本院2013年9月—2016年12月收治的寰樞椎不穩患者24例，采用數字化“定點-定向”雙導航模板輔助寰樞椎后路椎弓根螺釘置釘，評估其臨床應用價值及影響因素，為今后臨床治療方法的選擇提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料

納入標準：①可復型或難復型寰樞椎脫位；②臨床表現為頸部疼痛，伴/不伴脊髓神經功能受損等；③下頸椎發育良好；④無手術禁忌證。排除標準：①局部炎性反應、腫瘤病變或椎動脈走行異常導致無法置釘；②全身多系統疾病不能耐受手術。根據以上標準，本研究共納入患者24例，男17例，女7例；年齡28～65歲，平均42.3歲；病程6～22個月，平均13個月。臨床表現為慢性頸部疼痛、伴/不伴四肢肌力下降及肌張力增高等神經損傷癥狀。術前常規行X線、CT三維重建、MRI檢查，在數字“定點-定向”雙導航模板輔助下行后路寰樞椎內固定術。

1.2 “定點-定向”雙導航模板的設計和制作

所有患者術前均采用64排螺旋CT（Philips公司，荷蘭）行頸椎掃描，層厚1 mm，層間距0.5 mm，掃描圖像以dicom格式保存。將dicom格式文件導入Mimics 10.0三維重建軟件（Materialise公司，比利時），生產目標椎體的三維模型。首先運用閾值選取技術獲得寰樞椎原始蒙罩；再運用填充技術，修補因數據轉換所產生的結構間隙漏洞，得到新蒙罩；隨后在三維重建選項中獲得所選取結構區域的三維重建圖像；在Med CAD模塊中，用直徑3.5 mm的圓柱體模擬螺釘，對寰樞椎后路椎弓根螺釘釘道軌跡進行設計，緩慢拖動滾軸，分別在橫斷面、冠狀面及矢狀面觀察釘道與椎弓根的位置關系，確保釘道不突破椎弓根骨皮質。

將椎體模型及圓柱體數據以stl格式導入UG Imagecware軟件（EDS公司，美國），轉動三維結構，從各個角度觀察釘道是否穿破椎弓根骨皮質，分別在寰樞椎椎弓根螺釘通過危險處做點云剖面圖，并根據剖面和三維結構觀察結果對釘道做適當微調，以確保置釘的安全性和準確性。按照設計軌跡軸心線將釘道直徑重新設定為2.7 mm，并將導航模板釘道外徑設為5.7 mm，高度設為15.0 mm，以完成導航模板定向管的設計。然后提取寰樞椎后方對應骨性表面解剖數據，并將其做反向增厚2.5 mm處理后，建立與之形態一致的反向基板，同時導入釘道數據，將兩者組合重建成導航模板雛形（外置釘道未貫通），形成帶有雙側定位管的寰樞椎椎弓根螺釘個體化導航模板。布爾運算后，貫通導航模板釘道，最后對邊界進行修整，完成“定向”導航模板的設計制作。另外，去除定向管道，僅留下基板部分和2.7 mm直徑的定向孔，完成“定點”導航模板的設計。利用光敏樹脂材料通過光固化成型技術（SLA）將個體化實物模板和寰樞椎三維實體模型生產出來。通過寰樞椎實體模型驗證快速成型導航模板與寰樞椎后部骨性結構表面的貼合性。

1.3 手術操作及術后處理

所有手術均由同一團隊完成。患者全身麻醉后取俯臥位，術中顱骨牽引質量2～3 kg，后正中入路，充分顯露擬手術節段后方結構至兩側預定范圍。充分剝離椎板、棘突表面附著的肌肉、韌帶后，先將“定點”導航模板貼附于相應的寰椎后弓、樞椎椎板棘突上，觀察是否緊密貼合，助手幫忙固定導航模板在寰椎后弓、樞椎椎板和棘突上，術者手持高速磨鉆（鉆頭直徑2.6 mm）將進釘點骨皮質磨去；更換成“定向”導航模板，助手輔助固定導航模板，術者手持低速電鉆緩緩鉆入一側定向孔通道預定深度，留置直徑2.6 mm的克氏針，將導航模板和寰樞椎后表面固定，沿對側定向孔鉆入預定深度。隨后撤出鉆頭，取下導航模板，攻絲后探針探測釘道四壁一底骨性結構，確保安全后將適宜長度和直徑的螺釘緩慢擰入兩側釘道。術中僅在留置克氏針和擰入螺釘后利用C形臂X線機透視確認釘道的安全性。置釘完成后行植骨融合手術。最后留置引流管，逐層縫合切口。術后囑患者嚴格臥床，軸向翻身，術后使用抗生素24～48 h、激素3～5 d、脫水藥物2～3 d、抑制胃酸藥物3～5 d，長期應用營養神經藥物。定期觀察傷口，24 h引流量＜ 50 mL且無腦脊液漏時拔除引流管，術后3 d佩戴頸托下床活動。

1.4 觀察指標

記錄所有患者術前和末次隨訪時頸部疼痛視覺模擬量表（VAS）評分［14］評估頸部疼痛改善情況。記錄寰樞椎椎弓根術前規劃和術后置釘內傾角及尾傾角。內傾角為在橫斷面上釘道與正中線的夾角，尾傾角為在冠狀面上釘道與水平線的夾角。觀察患者術中、末次隨訪時神經、血管并發癥發生情況。末次隨訪時行頸椎X線、CT三維重建檢查明確椎弓根螺釘位置，觀察植骨融合情況及有無內固定松動、斷裂等并發癥發生。

1.5 統計學處理

采用SPSS 18.0軟件對數據進行統計學分析。計量資料使用Shapiro-Wilk檢驗判斷數據是否為正態分布，其中年齡、術中出血量、寰椎內傾角、寰椎尾傾角、樞椎內傾角、樞椎尾傾角均為正態分布，且方差齊，以±s表示，組內術前與末次隨訪時計量資料比較采用配對樣本t檢驗；以P ＜ 0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

所有患者均順利完成手術。手術時間（135±15）min，術中出血量均＜ 200 mL，術中透視2次，所有螺釘置入順利。術中和末次隨訪時未發生神經、血管相關并發癥。行寰樞椎椎弓根螺釘固定融合術22例；術前影像學檢查示樞椎單側椎弓根較細者2例，行寰樞椎椎弓根螺釘并樞椎椎板螺釘固定融合術。共置入96枚螺釘，寰椎椎弓根螺釘48枚（左右各24枚），樞椎椎弓根螺釘46枚（左右各23枚），樞椎椎板螺釘2枚（左右各1枚），均未穿破釘道骨皮質。術前規劃釘道和末次隨訪時釘道內傾角和尾傾角數據見表1，2組數據差異均無統計學意義（P ＞ 0.05）。末次隨訪時大部分患者頸部疼痛癥狀明顯緩解，VAS評分由術前（7.78±1.12）分降至（2.48±0.55）分，差異有統計學意義（P ＜ 0.05）。術前肌力下降者末次隨訪時均不同程度恢復。術前與末次隨訪時臨床癥狀與肌力改善情況見表2。末次隨訪時術后X線及CT三維重建檢查示螺釘位置良好、方向準確。術后均未發生感染、腦脊液漏等并發癥。典型病例影像學資料見圖1。

表1 內傾角和尾傾角Tab. 1 Introversion angle and elevation angle N=24，±s，（°）

表1 內傾角和尾傾角Tab. 1 Introversion angle and elevation angle N=24，±s，（°）

樞椎尾傾角Elevation angle of axis術前（理想釘道）Pre-operation（Ideal trajectory） 6.55±0.51 7.94±0.63 11.48±1.07 25.00±1.25末次隨訪（實際釘道）Final follow-up（Actual trajectory） 6.57±0.53 7.93±0.64 11.44±1.09 24.93±1.26時間Time寰椎內傾角Introversion angle of atlas寰椎尾傾角Elevation angle of atlas樞椎內傾角Introversion angle of axis

表2 臨床癥狀和肌力改善情況Tab. 2 Improvement of clinical symptoms and muscle strength N=24

圖1 Ⅱ型齒突骨折伴寰樞關節不穩病例影像學資料Fig. 1 Imaging data of a typical case of typeⅡ odontoid fracture with atlantoaxial instability

3 討 論

數字化骨科技術在脊柱外科已經得到廣泛應用，在臨床上具有良好的指導作用。由于寰樞椎解剖結構的特異性，后路螺釘內固定容易損傷椎動脈及脊髓神經等重要結構［15-16］。選擇合適的進釘點和方向是避免嚴重神經、血管并發癥的關鍵。數字化骨科技術對寰樞椎置釘的幫助尤為明顯，提高了置釘的準確性，獲得了良好的手術效果［17-18］。

影響寰樞椎后路椎弓根螺釘置釘的因素：①寰樞椎解剖結構變異。寰樞椎后方解剖標記結構有限，術中往往出現進釘點和進釘角度的偏差［19-20］。②置釘技術的相關因素。頸椎中線容易受到壓力和置釘的影響而產生旋轉偏移，術中中線的變化容易影響對置釘角度的判斷［19］。③導航模板貼于寰樞椎骨性結構時，電鉆的軸向鉆削力容易導致導航模板不穩定［21］。“定點-定向”雙導航模板和磨鉆的應用能有效提高置釘的準確性和安全性，術中通過調整“定點”導板的方向可以使之良好貼合到目標骨性結構表面，減少進釘位點的偏差；“定向”導板能提高進釘角度的準確性，不受中線位置變化的影響，減少寰樞椎解剖結構變異對置釘的影響；磨鉆的應用使寰樞椎椎弓根螺釘進釘點位置更加精確、穩定，即使在堅硬的椎弓根處也能重現設計釘道。但是應用導航模板時，術者只能被動按照固定方向的引導置釘，一旦導航模板與椎板貼合不緊密，置釘會出現偏差；另外，應用“定點-定向”雙導航模板輔助置釘時，需充分剝離椎體后方軟組織以保證導航模板與椎體后方結構貼合緊密，而這種剝離可能會增加出血量。

Tan等［22］用傳統置釘技術在79例患者中置入158枚寰椎椎弓根螺釘，其中發生靜脈叢出血3例，突破外側骨皮質3例，突破內側骨皮質4例。這表明傳統置釘不能滿足個體化的需要，在置釘過程中可能出現偏差，發生嚴重的血管、神經等并發癥。為了提高置釘的準確性，許世宏等［23］在Iso-C三維導航技術輔助下對14例患者置入寰椎側塊螺釘和樞椎椎弓根螺釘，置釘準確率達到94.6%。三維導航技術雖然滿足了個體化需求，但操作復雜，費用高，限制了其推廣應用。王飛等［24］報道了19例患者在3D打印導航模板輔助下置入椎弓根螺釘68枚，置釘準確率為94.1%；24例傳統徒手法置釘76枚，置釘準確率為76.3%，手術時間、術中出血量等3D打印組均優于傳統徒手法置釘組。但在單導航模板輔助置釘技術中，在鉆頭磨去骨皮質前導航模板容易受到鉆頭軸向力的影響而導致釘道偏移。螺釘置入的準確性取決于進釘點和釘道的準確建立，雙導航模板系統的優勢就在于從這2點著手，減少置釘的偏差。本研究組應用“定點-定向”雙導航模板輔助置釘，術后頸椎CT三維重建證實94枚螺釘中有0級92枚（97.9%），1級2枚（2.1%）。2枚1級螺釘的外徑分別為寰樞3.5 mm和樞椎4.0 mm，其對應的椎弓根最小直徑分別為寰椎3.4 mm和樞椎3.8 mm。相較于徒手置釘、三維導航技術輔助置釘和普通3D打印導航模板輔助置釘，雙導航模板輔助置釘在準確性上有其特有優勢（表3）。寰樞椎后路雙側內固定技術是治療寰樞椎不穩積極有效的方法。然而，由于寰樞椎結構的復雜性和椎動脈較大的變異性，雙側寰樞椎后路螺釘內固定技術并不適用于所有的寰樞椎不穩患者。術中對單側樞椎椎弓根過細的患者，靈活應用雙導板模板技術，實施樞椎椎弓根并樞椎椎板螺釘內固定，為變異度較高的寰樞椎提供了多樣的后路組合內固定形式。雖然雙導航模板能提高置釘的準確性，但在臨床應用時存在許多人為因素的影響。患者在手術體位時頸椎存在一定活動度，尤其是寰椎的旋轉活動度，增加了輔助固定導航模板的難度，需要助手對導航模板兩側均勻適度用力，而且助手需充分熟悉不同椎體的骨性結構特點，避免盲目施壓引起導航模板滑移，導致嚴重的神經、血管并發癥。術前完善的檢查、對術中可能出現的情況進行預判、準備多套手術方案，才能更加合理安全地應用此項新技術，但不能對其過度依賴。

表3 雙導板輔助置釘與其他置釘技術的比較Tab. 3 Comparison of “pointing-drilling” guide template-assisted and other technology

“定點-定向”雙導航模板輔助寰樞椎椎弓根螺釘置釘的注意事項：①“定點-定向”雙導航模板是根據椎板、棘突及關節突表面形態而逆向生成，術中需對軟組織進行充分剝離，使導板和相應骨性結構貼合緊密；②放置導航模板后，在鉆探釘道的過程中應避免導航模板滑動，否則會導致實際釘道和設計釘道的誤差，可能造成嚴重的神經、血管并發癥；③雙導航模板不適用于因腫瘤或骨質增生等導致椎板、棘突失去原有表面形態而變得不規則的椎體。

綜上所述，數字化“定點-定向”雙導航模板輔助寰樞椎椎弓根螺釘置釘在臨床應用上可調整性好，置釘準確性高，而且操作簡單，減少射線暴露，是一種安全、有效、可靠的方法。但本研究樣本量較少，尚需多中心大樣本長期隨訪數據進一步分析其遠期療效及并發癥。

參 考 文 獻

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