影像模擬并3D 打印模型指導下徒手置入頸椎椎弓根螺釘手術體會

何貴生 董憲杰 王曉剛

頸椎椎弓根螺釘固定因其強大的生物力學穩定性而越來越多地應用于臨床,但由于頸椎椎弓根相對細小,毗鄰組織解剖復雜、功能重要,一旦置釘失誤將導致災難性后果,而使該技術推廣受限。為提高置釘準確性,本次研究在術前影像學資料上進行模擬,并在3D 打印模型指導下徒手置入頸椎椎弓根螺釘,取得了滿意的效果。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2018 年3 月～2020 年3 月本院收治的頸椎外傷、符合《現代脊柱外科學》［1］頸椎骨折脫位標準,排除病理性骨折且無手術禁忌證的患者4 例。年齡39～65 歲,其中,男3 例,女1 例；術前JOA 評分最低0 分,最高16 分,平均JOA 評分(4.9±7.6)分；影像學診斷C4椎板骨折1 例,C5骨折并脫位1 例,C5～6小關節交鎖、C5椎體滑脫2 度2 例。

1.2 方法

1.2.1 術前影像學采集及模擬方法 術前均行頸椎正側位DR 片,使用西門子CT 掃描儀掃描頸椎,掃描層厚1.0 mm,在syngo MMWP VE36A 工作站進行三維圖像重建。測量各目標椎弓根的上下徑、內外徑以及椎弓根中心線與矢狀面、橫斷面的夾角,在三維重建圖像上模擬標注最佳進針點,沿椎弓根中心線測量進針點至椎體前方皮質的長度,記錄各數據。

1.2.2 術前制作3D 打印模型 將采集的影像數據儲存為DICOM 格式,導入3D 打印設備(醫學專用激光固化3D 打印機,盤古4.1,盤古5.1),利用 MiditoolCreate軟件進行頸椎3D 模型重建。3D 圖像上模擬椎弓根置釘,觀察進釘點位置和進針的方向角度及深度,并與CT 工作站上的測量數據進行比較,對測量數據進行校正。把重建好的3D 模型輸出到3D 打印機,使用醫用模型專用3D 打印樹脂材料打印模型。打印出的3D 模型滅菌后送入手術室。

1.2.3 手術方法

1.2.3.1 體位與暴露 手術在全身麻醉下進行,俯臥于頭頸手術架上,頸椎屈曲位固定,將雙肩向遠端牽拉固定,利于手術操作和術中透視。取頸椎后正中縱切口,切開皮膚皮下,按照擬定手術節段切開項韌帶并沿棘突做骨膜下剝離兩側肌肉,顯露椎板及側塊,充分顯露關節突外緣。小心牽開骨折脫位的椎板,若關節突牽引撬撥復位困難,可切除部分下關節突,磨鉆磨除擬融合節段關節軟骨。

1.2.3.2 確定進針點 C 臂透視確認目標椎體,觀察目標椎板、側塊形態與3D 打印模型、模擬置釘位置的差異,確定進針點。一般采用側塊外緣切跡或側塊外上象限中點作為進針點,3 mm 球頭磨鉆去除骨皮質,用直徑 2 mm 的頸椎椎弓根手錐,參照術前測量的夾角、長度等數據輕輕插入松質骨,手錐穩定后透視確認進針點位置、方向,必要時進行調整,確認正確后小心推進共約2 cm 后退出。選擇進針點時注意“寧下勿上、寧內勿外”的原則,推進過程中注意體驗手錐在松質骨內的輕度抵抗感和粗糙摩擦感,感到阻力較大或觸碰到皮質骨時應認真思考原因,調整插入位置和方向,一旦出現落空感或突破感立即停止進入。用鈍頭探針小心探查椎弓根內松質骨通道,如果感到有觸碰軟組織的感覺,應核查進針點、探針方向、深度等方面的原因,調整后重新錐孔。

1.2.3.3 置入椎弓根螺釘,連接釘棒系統 經透視確認探針位置正確后按照透視顯示的進針深度,結合術前測量深度進釘點至椎體前緣的長度,置入直徑3.5 mm 的椎弓根螺釘,一般選用長度為20～25 mm 螺釘。按照術前計劃置釘完成后,安裝縱向連接棒,擰緊尾絲,完成固定。根據硬脊膜受壓情況,進行必要的椎板切除、椎管擴大減壓。減壓結束后放置引流管,分層縫合切口。其中1 例外傷性頸椎脫位并不全癱患者,術前磁共振成像(MRI)顯示椎間盤突出壓迫脊髓前方,但后方關節突交鎖、顱骨牽引復位失敗,手術中先行后路切除部分關節突,頸椎滑脫復位后行頸椎椎弓根固定,縫合切口后改仰臥位,一期經頸前路進行脊髓減壓、零切跡椎間融合器置入,完成前路融合固定。1 例頸椎因術前CT 測量C3右側椎弓根細小患者,放棄C3右側椎弓根釘置入。

1.2.3.4 術后處理及隨訪 術后佩戴頸托,常規使用頭孢二代抗菌藥物預防感染,使用時間不超過3 d。24 h 拔除引流管,在頸托保護下根據脊髓損傷情況,采取半坐位,或可下床活動。術后常規復查DR 片、CT。術后3 月、半年及1 年后進行門診復查,完成隨訪。

2 結果

4 例患者共置入頸椎椎弓根螺釘23 枚,無置釘并發癥發生。影像學顯示頸椎脫位復位良好,各椎弓根釘無進入椎管、進入橫突孔、穿出椎弓根外壁、突破椎體前壁等問題。1 年后隨訪,JOA 評分增加(6.2±3.9)分,復查DR 片顯示手術節段頸椎融合良好。

3 討論

Abumi 等［2］指出,頸椎椎弓根螺釘提供了良好的三維固定模式,但置入椎弓根螺釘時可能發生直接向頭側或尾側誤置損傷神經根、向外側誤置造成椎動脈損傷或激惹、向內側誤置損傷硬脊膜或脊髓等與椎弓根螺釘相關的神經血管并發癥。常用的頸椎椎弓根螺釘置入技術有徒手置釘技術、借助專業手術器械置釘技術、導航技術等［3］。計算機三維導航技術因設備昂貴、操作復雜,使其臨床應用受限。近年來,3D 打印技術逐步進入臨床,目前3D 打印技術能基本實現精準醫療的過程,已逐漸成為臨床重要的輔助工具［4］。3D打印導板技術可以顯著提高術中置釘的準確度,但仍存在需要將椎骨后方的軟組織盡量剝離,以保證3D 打印導板與椎骨后方結構緊密貼合以及因采集設備的不同、打印設備精度的調節,也使得3D 打印導板存在一定的誤差等問題。且在術中導板貼合骨面的過程中,微小的位移都會引起置釘的偏差,這就要求術者具備熟練的徒手置釘經驗,不能完全依賴導板,這樣在術中導板出現誤差時才能確保置釘的準確性［5］。在術前認真研讀影像學資料并測量患者準確數據,熟悉各患者頸椎椎弓根的個性化特點,通過在影像資料及3D 打印模型上模擬,做到心中有數,術中參考術前影像學測量數據,結合3D 打印模型指導,徒手置入頸椎椎弓根螺釘,術者能體驗探針在椎弓根通道內的手感,避免依賴3D 打印導板使用電鉆鉆入時的“誤導”。

總之,3D 打印頸椎模型指導下頸椎椎弓根螺釘置釘,可縮短手術時間,提高置釘的準確性。但由于手術例數較少、樣本量小,需要進一步進行臨床觀察和大樣本研究,或者進行與3D 打印導板的對比研究。

4 附病例報告

患者男,39 歲。因跌落傷后頸椎疼痛、上肢麻木無力2 d 為主訴入院。入院查體：神志清晰,右前壁外側及手部感覺異常,雙手肌力3～4 級,橈骨骨膜反射減弱,霍夫曼征陰性。胸腹部及雙下肢感覺存在,雙下肢肌力4～5 級,生理反射存在,巴氏征陰性。當地醫院MRI 示C5椎滑脫,C5～6椎間盤突出壓迫硬膜囊及脊髓,右側關節突交鎖。入院后,行顱骨牽引并藥物治療1 周,牽引期間反復調整牽引重量及方向,但復查床旁DR顯示頸椎滑脫未復位。行后路切開復位頸椎椎弓根釘內固定并頸椎前路脊髓減壓、椎間融合術。術中切除C6右側部分關節突,復位后于C5～6雙側椎弓根置入共4 枚3.5 mm 椎弓根螺釘,完成后路固定,縫合切口后改仰臥位,一期經頸前路進行C5～6椎間盤切除、脊髓減壓、零切跡椎間融合器置入,完成前路融合固定。術后復查DR 顯示固定位置滿意,術后半年隨訪患者頸椎活動無不適,四肢運動、大小便均正常,隨訪時DR顯示手術節段無移位,內固定物無松動。1 年后復查顯示手術節段融合良好,見圖1,圖2,圖3,圖4。

圖1 術前CT 數據上測量椎弓根數據

圖2 在三維重建圖像上模擬置入椎弓根螺釘位置

圖3 術前打印出3D 模型

圖4 術后DR 片