虛擬手術計劃和3D打印導板輔助寰椎側塊結合樞椎椎弓根螺釘治療寰樞椎失穩的療效與安全性

摘要：目的" 探討虛擬手術計劃和3D打印導板輔助寰椎側塊結合樞椎椎弓根螺釘置入治療寰樞椎脫位的臨床療效與安全性。方法" 回顧分析2019年1月-2022年5月濟寧市第一人民醫院收治的19例接受寰椎側塊結合樞椎椎弓根螺釘置入內固定治療的寰樞椎失穩患者，其中9例患者采用虛擬手術計劃和3D打印導板輔助植釘（3D打印組），10例患者采用傳統手術方式植釘（傳統組），比較兩組患者的圍手術期指標、植釘準確性及臨床療效指標。結果" 3D打印組在手術時間、術中出血量、術中透視次數、置釘優良率低于傳統組，差異有統計學意義（P＜0.05）。兩組患者術后7天VAS評分及JOA評分比較，差異有統計學意義（P＜0.05）；術后并發癥及術后1年JOA評分改善率比較，差異無統計學意義（P＞0.05）。結論" 虛擬手術計劃和3D打印導板輔助與傳統手術方式下寰椎側塊結合樞椎椎弓根螺釘置入內固定治療寰樞椎失穩均療效確切，但3D打印導航模板輔助下植釘優良率更高，手術時間更短，術中出血量和透視次數都更少，因此具有一定優勢。

關鍵詞：虛擬手術計劃；3D打印導航模板；寰樞椎失穩；寰椎側塊螺釘；樞椎椎弓根螺釘

中圖分類號：R687.3" " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " " DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2024.07.013

文章編號：1006-1959（2024）07-0073-05

Efficacy and Safety of Virtual Surgery Plan and 3D Printing Guide Plate Assisted Atlas Lateral Mass Combined with Axis Pedicle Screw in the Treatment of Atlantoaxial Instability

LENG Tao1，XU Zhong-yang2，LYU Chao-liang2，ZHANG Cun-xin2

（1.College of Clinical Medical，Jining Medical University，Jining 272000，Shandong，China;

2.Department of Spinal Surgery，Jining First People's Hospital，Jining 272000，Shandong，China）

Abstract：Objective" To investigate the clinical efficacy and safety of virtual surgery plan and 3D printing guide plate assisted atlas lateral mass combined with axis pedicle screw placement in the treatment of atlantoaxial dislocation.Methods" A retrospective analysis was performed on 19 patients with atlantoaxial instability who underwent atlantoaxial lateral mass combined with axial pedicle screw placement and internal fixation in Jining First People's Hospital from January 2019 to December 2022. Among them， 9 patients were treated with virtual surgery plan and 3D printing guide plate-assisted screw placement （3D printing group）， and 10 patients were treated with traditional surgical screw placement （traditional group）. The perioperative indicators， screw placement accuracy and clinical efficacy indicators were compared between the two groups.Results" The operation time， intraoperative blood loss， intraoperative fluoroscopy times and excellent and good rate of screw placement in the 3D printing group were lower than those in the traditional group， and the differences were statistically significant （Plt;0.05）. There were significant differences in VAS score and JOA score between the two groups at 7 days after operation （Plt;0.05）. There was no significant difference in postoperative complications and JOA score improvement rate at 1 year after operation （Pgt;0.05）.Conclusion" Virtual surgery plan and 3D printing guide plate assisted and traditional surgical methods of atlas lateral mass combined with axis pedicle screw placement and internal fixation are effective in the treatment of atlantoaxial instability， but 3D printing navigation template assisted screw placement has higher excellent and good rate， shorter operation time， less intraoperative blood loss and fewer fluoroscopy times， so it has certain advantages.

Key words：Virtual surgery plan;3D printing navigation template;Atlantoaxial instability;Lateral mass screw of atlas;Pedicle screw of axis

基金項目：濟寧市重點研發項目（編號：2022YXNS120）

作者簡介：冷濤（1995.4-），男，湖北襄陽人，碩士研究生，主要從事脊髓損傷與修復研究

通訊作者：徐仲陽（1984.12-），男，山東兗州人，博士，副主任醫師，主要從事脊柱脊髓損傷與修復研究

C1側塊聯合C2椎弓根螺釘（C1 lateral mass screws-C2 pedicle screws， C1LM-C2PD）技術[1]是一種較新的手術方式。通過有限元研究發現[2]，寰椎側塊螺釘結合樞椎椎弓根螺釘內固定術具有較強的穩定性和融合率，被廣泛應用于治療寰樞椎不穩患者，并且取得了良好的臨床療效。但是在臨床治療中發現，該手術過程中仍有椎動脈損傷等情況出現[3，4]。為了驗證虛擬手術計劃和3D打印導航模板對提高寰樞椎手術植釘的準確性與安全性是否有幫助，本研究觀察了采用兩種不同方式手術的效果，通過術后影像學檢查實際螺釘位置，并參照頸椎螺釘分級評估系統[5，6]對螺釘位置的安全性及療效進行評價，旨在為該技術在寰樞椎失穩患者的應用提供參考。

1資料與方法

1.1一般資料" 收集2019年1月-2022年5月濟寧市第一人民醫院19例寰樞椎失穩患者臨床資料進行了回顧性隊列分析，其中寰椎骨折2例，樞椎骨折8例，樞椎齒狀突骨折6例，寰椎與樞椎均骨折1例，寰樞椎半脫位2例。根據手術方法不同分為兩組，將使用虛擬手術計劃和3D打印導板輔助螺釘植入的患者9例設為3D打印組，以及傳統C臂透視輔助螺釘植入的患者10例設為傳統組。3D打印組和傳統組分別使用了38枚和44枚螺釘。本研究獲我院倫理委員會批準，所有患者均已填寫同意書。納入標準：①診斷為寰樞椎失穩；②寰樞椎失穩且采用后路側塊-椎弓根螺釘手術矯形固定者；③身體狀況良好，無手術禁忌。排除標準：①椎弓根變異量太大，椎弓根螺釘無法矯正失穩狀態；②寰樞椎失穩但未采用側塊-椎弓根螺釘固定者；③隨訪資料不足。

1.2傳統組方法" 患者全麻后取俯臥位，調整頭頸部位置，透視位置滿意后，用顱骨牽引維持頭頸的穩定。在患者頸后正中行縱行切口，分離頸后組織，暴露寰樞椎。手術醫生根據術中透視情況和既往植釘經驗徒手植入螺釘。

1.3 3D打印組方法

1.3.1虛擬手術計劃和3D打印導板的設計" 術前，患者接受螺旋CT掃描（德國西門子公司）。將患者的CT掃描結果數據轉換為DICOM格式后存儲，然后將存儲數據傳輸至Mimics 17.0軟件（materiise，比利時）進行數字化建模。為了避免虛擬螺釘穿透椎弓根壁的情況發生，首先在Mimics虛擬軟件中選擇目標手術椎體，并提取寰樞椎椎弓根的解剖結構，用來創建虛擬椎弓根螺釘。通過計算機計算，找到最佳的椎弓根螺釘入口點、螺釘通道方向以及螺釘植入的長度。然后創建出合適尺寸的導管便于手術時穿過克氏針進行定位。通常設計的導管內徑為2.0 mm，外徑為8.0 mm，長度為15～20 mm，見圖1。考慮到寰樞椎椎體后方的解剖特點，通過“布爾計算”軟件的擬合最終確定寰樞椎椎弓根螺釘的放置。采用鏡像和逆向成形技術并結合寰樞椎的后方解剖結構特征設計了模板。為了檢查打印出的模型的保真度，將保存的STL數據導入ideaMaker（中國江蘇），保真度得到確認后，將上頸椎模型以GCODE格式保存，并且導入3D打印機（上海邁迪特公司），選擇使用的材料為PLA，按照1∶1比例打印模型。采用單層高度0.25 mm、填充率10.0%、印刷速度70.0 mm/s的印刷參數打印模型底座、內外支撐和上頸椎模型，另外額外打印出2個上頸椎模型、10個導向模板，以方便醫生在模型上練習手術操作。

1.3.2 3D打印導板輔助植釘" 根據3D打印導航模板輔助術中螺釘的置入。術前在1∶1打印的模型上進行操作模擬見圖2。手術時，患者行全麻后取俯臥位，調整頭頸部至合適的手術位置，C形臂機透視確定位置滿意后，顱骨牽引維持頭頸的穩定性。在患者頸后正中行縱行切口，分離頸后組織，暴露寰椎后弓，沿寰椎后弓向其根部剝離，用神經剝離子探查寰椎側塊的內外緣及其中點，并且將C2神經根和靜脈叢向下推開。將寰椎側塊與后弓下面相延續的部位顯露出來。根據導航模板與寰樞椎接觸的部位，充分暴露放置導航模板所需的骨性結構，然后將導板放置在寰椎或樞椎上。用手先將導板稍作固定，用無菌記號筆在直徑為1.5 mm的克氏針上標記出與術前模擬操作時記錄的螺釘進入長度相同的距離，再將克氏針穿過套管；借助電鉆進入到寰樞椎骨質內部，進入深度到達標記處停止，反鉆電鉆取出克氏針；取下導板后，使用探針檢查椎弓根內的4個壁，以確保螺釘路徑完全位于皮質內。借助C臂透視觀察，如果孔道位置、角度均合適，就逐漸攻入絲錐，攻入過程中注意絲錐進入的深度，最后選擇合適長度的螺釘慢慢擰入。對側螺釘置入使用方法與上述方法一致。螺釘置入后進行術中透視檢查，確定所有螺釘位置均合適時，使用兩個連接棒固定。

1.4術后處理及觀察指標" ①頸托固定制動，盡量保持頸部處于中立位，防止頸部屈伸幅度過大；②常規抗感染、營養神經、鎮痛藥物等支持性治療；③定期更換敷料，嚴防頸部切口感染；④當引流體積小于50 ml/d時拔除引流管；⑤出院后頸托固定3個月。并于術后3、6、12個月來院復查。比較兩組術中出血量、手術時間、術中透視次數、VAS評分、JOA評分、JOA評分改善率、置釘優良率、術后并發癥發生率。

1.4.1 VAS評分[7]" "VAS評分量表評分范圍0～10分，其中0～3分為輕度疼痛、4～6分為中度疼痛、6分以上為重度疼痛。

1.4.2 JOA評分[8]" JOA評分量表總分30分，評分越高腰椎功能越佳。JOA改善率=（術后總分-術前總分）/（17-術前總分），用于對手術的長期臨床療效進行評價。

1.4.3植釘優良率" 0級螺釘：完全位于椎弓根壁內。1級螺釘：穿透椎弓根壁2 mm或更小，無臨床后遺癥；2級螺釘：侵犯椎弓根壁2 mm或以上，但無臨床后遺癥；3級螺釘：有動脈或神經根損傷等臨床后遺癥。本研究中將0級和1級螺釘視為優良螺釘。

1.4.4并發癥發生率" 包括術后切口感染或愈合不良、脂肪液化、神經損傷、釘棒發生移位等并發癥發生率。

1.5統計學方法" 采用SPSS 22.0統計軟件進行分析。計量資料采用（x±s）表示，采用獨立樣本t檢驗對兩組間比較進行分析，計數資料用（%）表示，采用？字2檢驗進行統計分析，P＜0.05表示差異有統計學意義。

2結果

2.1手術前后影像學檢查比較" 本次研究所涉及的寰樞椎失穩患者。根據術后X線和CT成像數據，證明螺釘均位于椎弓根內，見圖3。

2.2兩組手術指標相比較" 3D打印組手術時間、術中失血量、術中透視次數低于傳統組，差異有統計學意義（P＜0.05），見表1。

2.3兩組術后1周VAS、JOA評分及術后1年VAS改善率比較" 3D打印組VAS、JOA評分低于傳統手術組，差異有統計學意義（P＜0.05）；兩組術后1年VAS改善率比較，差異無統計學意義（P＞0.05），見表2。

2.4兩組植釘優良率及并發癥發生率比較" 3D打印組植釘優良率高于傳統組，差異有統計學意義（P＜0.05）。兩組術后并發癥發生率比較，差異無統計學意義（P＞0.05），見表3。

3討論

寰樞椎在解剖位置上與椎動脈、脊髓等重要結構相毗鄰[9]。因此，當寰樞椎發生骨折時，其被破壞的結構可能會導致脊髓或椎動脈損傷，進而使患者出現癱瘓、呼吸衰竭和心血管活動受抑制等并發癥[10]。側塊-椎弓根螺釘技術是一種較新的內固定技術[11]。該技術因能夠提供較優秀的生物力學性能[12]，在恢復上頸椎生物力學穩定性方面具有特殊優勢。由于寰樞椎關節沒有被螺釘損傷，理論上能夠有效保持寰樞椎關節的活動功能，因此成為目前最廣泛應用于外科治療寰樞椎不穩的手術方式之一。與其他手術方式相比，側塊-椎弓根螺釘固定技術在手術時間、術中出血量、融合率上均具有較為明顯的優勢[13，14]。由于該手術方式學習曲線較為陡峭，需要術者有豐富的經后路頸椎置釘經驗，以及對病變部位解剖關系的深刻理解，才能在術中選擇正確的植釘路徑；對于年輕醫生而言，缺乏親自植釘的經驗成為了能夠掌握該手術方式的主要障礙。虛擬手術計劃和3D打印技術能夠根據患者的CT和MRI結果打印出具有高度復雜性的上頸椎解剖結構[15]，打印出的模型可提供給臨床醫生，方便醫生在術前行模擬手術練習[16]，以達到熟悉手術操作的目的。在虛擬手術計劃和3D打印技術的輔助下，椎弓根螺釘置入位置更加準確，降低了重要神經、血管甚至脊髓的損傷風險，實現了椎弓根螺釘置入的高度準確性和安全性[10，17]。

本研究結果顯示，3D打印組患者術后1周VAS評分小于傳統組、JOA評分高于傳統組（P＜0.05），而兩組術后1年JOA改善率比較，差異無統計學意義（P＞0.05），提示兩種手術方式均能達到治療目的，但是3D打印組由于手術時間短，術中操作誤差小，可減輕患者術后短期內的疼痛癥狀。在置釘優良率方面，3D打印組高于傳統組（P＜0.05），傳統組術后復查可見少數螺釘侵犯椎弓根壁達2 mm及以上，而3D打印組螺釘則較好的位于椎弓根內，說明使用虛擬手術計劃和3D打印導航模板有助于精確置釘。3D打印組在手術時間、術中出血量、術中透視次數小于傳統組（P＜0.05），這可能與術前入路規劃、模擬手術操作以熟悉手術流程有關，術中不需要反復透視確定螺釘位置，僅需在進釘前和置釘后透視，減少患者和醫護人員暴露于輻射中的危害。兩組術后并發癥發生率比較，差異無統計學意義（P＞0.05），3D打印組患者由于術后短期內疼痛癥狀輕，與傳統組比較，患者術后更傾向于翻身活動，傷口紅腫濕潤的情況較少，發生切口并發癥的可能性也更小。

結合本研究虛擬手術計劃和3D打印技術輔助經后路寰椎側塊結合樞椎椎弓根螺釘治療寰樞椎失穩的經驗，總結出以下幾點術中注意事項：①因為導板是由兩側的引導套管通過弧形結構連接構建為拱橋結構，所以在手術顯露過程中應盡量保留棘間韌帶和棘上韌帶；②為確保3D打印導航模板的定位部分能夠與骨表面緊密貼合，術中顯露時應盡可能去除導板放置位置的軟組織；③為防止術中克氏針鉆穿椎體前緣，術前在模型上模擬操作時應準確測量克氏針進入深度，術中用無菌標記筆在克氏針上標記出對應長度；④導套的直徑應略大于克氏針直徑以便于克氏針順利鉆入骨質，為了減少摩擦可在操作過程中向導套內滴入少量石蠟油；⑤為避免高溫引起導板變形，建議使用環氧乙烷或低溫等離子體對導板進行消毒；⑥寰樞椎后弓外側1/3高度小于3.5 mm時，不推薦使用椎弓根螺釘，因為有損傷椎動脈的可能，建議選擇使用側塊螺釘。

綜上所述，虛擬手術計劃結合3D打印導板輔助植釘與傳統手術方式均勻確切的治療效果，均可減輕患者臨床癥狀，促進上頸椎功能恢復。但是在手術時間、術中出血量以及術中透視次數、植釘準確率等方面虛擬手術計劃結合3D打印導板輔助具有一定的優勢。

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收稿日期：2023-07-26；修回日期：2023-08-17

編輯/肖婷婷