3D打印個體化導板在19例胸椎和頸椎椎弓根螺釘植入的臨床應用①

韋 武，寧金沛，梁柱德，潘式新，黃巍峰，楊 淵②

(1.廣西醫科大學附屬埌東醫院，廣西 南寧 530000；2.梧州市工人醫院，廣西 梧州 543000；3.梧州市紅十字會醫院，廣西 梧州 543000)

脊柱后路手術是治療部分脊柱疾病的有效方法之一，脊柱后路椎弓根螺釘固定融合術在臨床已經廣泛使用。但是由于胸椎和頸椎的椎弓根解剖關系比較復雜和存在較大的變異性，椎弓根螺釘的置入仍存在很大的風險，國外有文獻指出徒手置釘的錯誤可以達到10～40%[1]，所以該技術在胸椎，特別是頸椎上的應用受到一定限制。

近年來數字醫學的發展和推廣，應用3D打印技術進行的導板輔助置釘技術在臨床中開始應用[2-3]，為胸椎、頸椎置釘的個體化提供了新的技術手段，置釘的成功率有了很大的提高、降低了置釘的風險，同時減少了手術的時間[4-6]。筆者對2013年7月至2018年11月采用數字化設計，3D技術導板輔助下胸椎、頸椎個性化置釘的19例病例進行總結。

1 資料和方法

1.1 一般資料

本組病例19例，其中男13例，女6例；年齡27～73歲，平均50.5歲。其中胸椎及腰椎病變11例，需要置入胸椎椎弓根螺釘44枚；頸椎病變8例，需要置入椎弓根螺釘20枚，其中高位頸1，2椎弓根螺釘置入3例。所有病例均在術前進行椎弓根螺釘置入的設計，進行導板和病椎的打印。

1.2 術前設計

術前患者取仰臥位，采用高速多排螺旋CT，對患者進行螺旋CT薄層掃描(層厚選擇1.0 mm)，將獲得的原始Dicom格式圖像數據刻盤后導入Mimic軟件和Geomagic Studio 2013 、Simpleware軟件,進行三維圖像建模、目標椎體的結構分析、進釘點和釘道的設計，并測量虛擬的釘道長度，供手術時參考。然后應用逆向工程技術設計與目標椎后方結構相匹配的導航模板。利用國產的激光快速成型打印機，將目標椎模型和導板同時打印出來 (模型和導板材料為聚乳酸)。將打印后的模板與目標椎模型進行體外匹配，觀察釘道導航的準確性，確認經過導航孔置釘不會損傷椎動脈和脊髓。然后將其包裝消毒，供手術中使用。

設計導航模板過程中，依據病例的特點，椎板的結構、椎弓根大小分別設計不同的導板。如：①單邊局限型導航模板。②雙側單邊單個導航模板。③胸椎雙側雙邊導航模板。④頸7椎弓根雙側雙邊單個導航模板。⑤頸2椎板螺釘交叉導航模板等。

1.3 手術方法

患者取俯臥位，取后正中切口顯露目標椎后方棘突和椎板等結構。手術過程中需要將安放導板的椎板上的軟組織剝離干凈，獲得一個完全清晰的骨面可以和導板相匹配。將消毒好的導板與目標椎后方結構進行貼合，確認選取的幾個解剖點相匹配后開始通過導板進行克氏針穿刺。先用克氏針在骨面敲出進釘定位點，取出導板和克氏針，磨鉆去除進釘點的骨皮質。然后再安放導板，在導板的導引下使用電鉆鉆孔，注意保持鉆頭的穩定性，當進入約10 mm后，改用手鉆鉆孔，建立目標椎的釘道。用探子探查釘道無誤后，按術前設計測量的數據，選擇合適的螺釘分別置入。置釘完成后繼續進行余下的減壓手術，最后安放連接棒，完成手術。

1.4 典型病例

陳某，男，31歲，因為車禍導致頸部疼痛、活動受限2 d入院。術前診斷：①C1后弓骨折。②C2齒狀突骨折。患者進行術前椎弓根螺釘釘道模擬，導板的設計并打印。術中通過導板的釘道進行置釘。術后復查CT，螺釘完全位于椎弓根內，沒有神經損傷的表現。詳見圖1～4。

圖1 患者術前X光片及設計出來的導板

圖2 術中使用導板進行鉆孔

圖3 術后X光片可見螺釘位置良好

圖4 患者術后CT可見螺釘完全位于椎弓根內無神經損傷的表現

2 結果

實施19例共64枚螺釘固定，術后CT釘道掃描結果顯示62枚完全在椎弓根內，2枚由于椎體變異，本身椎弓根比較小穿破椎弓根外壁，穿出距離均小于2 mm，椎弓根穿破率為3.2%，植釘準確率為96.8%，螺釘位置可接受率為100%。無1例出現螺釘植入有關的神經、血管損傷等并發癥。

3 討論

后路椎弓根螺釘技術可以提供堅強的內固定穩定，在臨床上廣泛應用。但是胸椎及頸椎椎弓根周徑相對細小，特別是上胸椎和頸1、2，加之毗鄰脊髓、重要的動脈等結構，解剖結構變異多，容易造成椎弓根螺釘植入困難和產生大的風險[7]，在臨床上應用受到了一定的限制。目前臨床多采用徒手置釘方法來完成椎弓根螺釘的置入，主觀性較強,需要術者有豐富的經驗，術中反復透視，手術時間長，同時置釘的準確率較低。也有部分大醫院采用計算機導航置釘，但計算機平臺存在明顯缺陷，例如平臺價格非常昂貴，難以普及，操作復雜難以掌握，術中需要精確定位等。徒手置釘和計算機導航置釘的缺陷都使得3D打印的優勢愈發明顯[8]。國外有研究報道，3D打印導航模板法置釘的準確率為81%～92%， 稍低于CT計算機輔助導航置釘的89%～100%[9]。而部分學者使用3D打印導板置釘，準確率均達到90%～100%[10-13]。本組病例的置釘準確率達到了96.8%，滿意率100%。

數字化3D打印技術在胸椎及頸椎椎弓根個體化置釘中的應用體會：①可以極大地簡化手術操作、降低手術難度，術中透視次數少進而縮短手術時間。②對于存在解剖畸形或變異以及術中解剖標志點位置不清、螺釘置入困難者，導航模板也不受影響。③導板的合理設計，在模型重建過程中，切勿人為更改模型的邊界，尤其是重要解剖參照邊界。設計的導板需要達到安放后穩定，服帖，不輕易移位。導板打印后要進行導板和病椎的配對模擬穿刺，了解穿刺是否理想。④術中用電刀將黏附在椎板的軟組織盡量清理干凈，獲得最佳的骨面進行貼附，導板和椎板應該盡可能緊密，減少導板和椎板間的縫隙，否則會使得進針角度有偏移，導致置釘不準。⑤術前設計發現有過小的椎弓根時，應及時更改為其他固定方式。⑥在使用導板時要先用克氏針定位，再用磨鉆先突破一層皮質骨，然后開孔時盡量使用電鉆鉆孔，當進入約10 mm后，改用手鉆根據手感鉆入，開孔后常規探查，探查發現完全位于骨性通道后再擰入螺釘。

3D打印技術優勢明顯，也有其一定的局限性，操作人員需要一定的學習曲線，3D打印設備價格仍然較貴，而且患者需要承擔一定的額外費用，不利于基層醫院推廣；由于數據提取及導板制作需要一定的時間，對于某些脊柱急診手術患者并不適合。但是隨著數字技術的發展，3D打印技術在臨床上的普及一定會越來越廣泛。