個(gè)體化3D打印導(dǎo)板在寰樞椎椎弓根置釘中的初步應(yīng)用

周全 趙加力 張少先 徐進(jìn) 潘偉 王新宏 張佳園

·論著·

個(gè)體化3D打印導(dǎo)板在寰樞椎椎弓根置釘中的初步應(yīng)用

周全 趙加力 張少先 徐進(jìn) 潘偉 王新宏 張佳園

目的 評(píng)估個(gè)體化3D打印導(dǎo)板輔助寰樞椎椎弓根螺釘技術(shù)在臨床應(yīng)用中的安全性及準(zhǔn)確性。方法 樞椎齒狀突Ⅱ型骨折行后路椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)病人3例，根據(jù)寰樞椎后方骨性結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)個(gè)體化導(dǎo)板，術(shù)中根據(jù)導(dǎo)板確定進(jìn)針點(diǎn)，磨鉆磨除進(jìn)針點(diǎn)骨皮質(zhì)，根據(jù)導(dǎo)板方向建立釘?shù)?，根?jù)術(shù)前測量選擇并擰入合適長度螺釘。術(shù)后通過觀察螺釘在CT橫斷面和矢狀面的位置來評(píng)估螺釘置入的安全性。結(jié)果 術(shù)后CT檢查顯示共置入寰椎椎弓根螺釘6枚，樞椎椎弓根螺釘6枚，12枚螺釘均為0級(jí)螺釘。結(jié)論 個(gè)體化3D打印導(dǎo)板能輔助寰樞椎椎弓根螺釘置釘技術(shù)，提高臨床手術(shù)置釘?shù)臏?zhǔn)確率和安全性，減少神經(jīng)血管損傷。

3D打印； 頸椎； 椎弓根螺釘

寰樞椎后路椎弓根螺釘內(nèi)固定植骨融合術(shù)是治療樞椎齒狀突Ⅱ型骨折的有效方法。椎弓根螺釘內(nèi)固定具有更好的生物力學(xué)，從而獲得更好的融合率，臨床應(yīng)用逐漸增多[1-3]。但寰樞椎周圍有椎動(dòng)脈、靜脈叢及頸髓等，而且椎動(dòng)脈和寰椎椎弓根變異較大，偏離椎弓根容易導(dǎo)致椎動(dòng)脈和神經(jīng)損傷，導(dǎo)致嚴(yán)重后果[4]。Lee等[4]采用導(dǎo)航技術(shù)提高頸椎椎弓根螺釘?shù)闹冕敎?zhǔn)確性，減少并發(fā)癥的發(fā)生，但導(dǎo)航設(shè)備費(fèi)用昂貴，難以推廣。3D打印技術(shù)是快速成型技術(shù)的一種，能夠根據(jù)病人的個(gè)體數(shù)據(jù)，結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)個(gè)體化定制、快速準(zhǔn)確制備出適合不同病人需求的醫(yī)用材料和器械。我們采用3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)打印個(gè)體化導(dǎo)向模板，輔助寰樞椎椎弓根螺釘置入。現(xiàn)將結(jié)果報(bào)道如下。

對(duì)象與方法

一、對(duì)象

2015年10月～2016年8月收治的樞椎齒狀突骨折病人行后路椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)病人3例，均為男性；年齡23～46歲，平均年齡37.4歲。均為Ⅱ型齒狀突骨折。病人均存在不同程度的枕頸部疼痛，均無神經(jīng)損傷癥狀及體征。所有病人均行寰樞椎椎弓根螺釘內(nèi)固定+植骨融合。

二、方法

1.導(dǎo)板制作：頸椎CT掃描，掃描參數(shù)層厚1 mm，層間距0.5 mm，窗位300。參照胡勇[5]等方法，將掃描數(shù)據(jù)以DICOM格式保存，導(dǎo)入三維重建軟件Mimics 10.0軟件，運(yùn)用閾值選取技術(shù)，獲得寰樞椎原始蒙罩，然后運(yùn)用填充技術(shù)，修補(bǔ)因數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)間隙漏洞，得到新的蒙罩；再運(yùn)用三維重建獲得目的區(qū)域的三維重建圖像。在CAD模塊中，以3.5 mm的圓柱體模擬椎弓根螺釘，通過軟件設(shè)計(jì)椎弓根螺釘?shù)淖罴堰M(jìn)針點(diǎn)和進(jìn)針方向及通道，將三維重建模型透明化，分別在冠狀面、矢狀面和橫斷面觀察圓柱體和椎弓根的關(guān)系，確保圓柱體位于椎弓根內(nèi)，不穿破周圍骨皮質(zhì)。以圓柱體中軸線為中心，在椎板表面做內(nèi)徑為2.5 mm、長度5 cm的進(jìn)針導(dǎo)管。提取目的椎體后部的解剖學(xué)形態(tài)，建立反向模板，并將進(jìn)針導(dǎo)管與反向模板復(fù)合，形成個(gè)體化進(jìn)針導(dǎo)板，將頸椎三維模型及導(dǎo)向模板文件導(dǎo)入3D打印機(jī)，利用光敏樹脂材料，1∶1 3D打印個(gè)體化椎體模型和導(dǎo)向模板(打印精度50 μm)，體外驗(yàn)證導(dǎo)板與椎體后部對(duì)應(yīng)骨性結(jié)構(gòu)貼合緊密且穩(wěn)定。過氧化氫低溫等離子消毒導(dǎo)板備用。

A：術(shù)前CT矢狀面重建示樞椎齒狀突骨折；B：根據(jù)CT掃描數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)和打印寰樞椎置釘導(dǎo)板及1：1打印C1-3椎體，體外驗(yàn)證導(dǎo)板安放準(zhǔn)確、穩(wěn)定，釘?shù)腊踩⒏鶕?jù)導(dǎo)板安放情況確定術(shù)中顯露范圍；C：術(shù)中經(jīng)過寰椎導(dǎo)板鉆入克氏針；D：術(shù)中透視見椎弓根螺釘位置良好；E：術(shù)后CT顯示椎弓根螺釘位于寰樞椎椎弓根內(nèi)；F：術(shù)后6周復(fù)查可見寰樞椎椎板間有連續(xù)性骨性連接，寰樞椎穩(wěn)定性重建

圖1 個(gè)體化3D打印導(dǎo)板下寰樞椎椎弓根螺釘內(nèi)固定植骨融合術(shù)

2.手術(shù)操作：全身麻醉，病人取俯臥位，頭部位置以mayfield頭架固定維持牽引，取頸部后正中長約12～18cm縱行切口，逐層切開，骨膜下剝離后方肌肉至側(cè)塊外緣。安放個(gè)體化導(dǎo)板，以2.0 mm克氏針通過導(dǎo)板作進(jìn)針點(diǎn)標(biāo)記，取出導(dǎo)板，磨鉆去除進(jìn)針點(diǎn)皮質(zhì)，重新安放導(dǎo)板，助手固定導(dǎo)板，沿進(jìn)針導(dǎo)管鉆入2.0 mm克氏針至預(yù)定深度，同法處理對(duì)側(cè)。透視檢測定位克氏針位置，去除克氏針及導(dǎo)板，攻絲，測深，擰入螺釘，再次透視確認(rèn)椎弓根螺釘位置，連接鈦棒，完成固定，磨鉆去除寰椎后弓及樞椎椎板表面骨皮質(zhì)，自體骨或同種異體骨植骨。

3.螺釘安全性及準(zhǔn)確性評(píng)估：術(shù)后所有病人均復(fù)查頸椎正側(cè)位X線片和頸椎CT平掃及三維重建。根據(jù)CT片顯示螺釘與椎弓根的相對(duì)位置，使用Kawaquchi等[6]方法評(píng)價(jià)置釘準(zhǔn)確性。0級(jí)：螺釘完全在椎弓根內(nèi)；1級(jí)：螺釘穿出椎弓根壁不超過2 mm，未出現(xiàn)并發(fā)癥；2級(jí)：螺釘穿出椎弓根壁超過2 mm；3級(jí)：出現(xiàn)臨床并發(fā)癥，如椎動(dòng)脈、神經(jīng)損傷等。

結(jié) 果

本研究均使用雙邊導(dǎo)板完成椎弓根螺釘置入，共置入12枚椎弓根螺釘，全部為0級(jí)螺釘，置釘準(zhǔn)確率100%，無椎動(dòng)脈、神經(jīng)損傷等并發(fā)癥。1例左側(cè)靜脈叢破裂出血，予明膠海綿壓迫后止血。

典型病例：病人，男，44歲，車禍傷。診斷為樞椎齒狀突骨折，多發(fā)肋骨骨折，雙側(cè)血?dú)庑兀p側(cè)肺挫傷，左股骨骨折，左鎖骨骨折，右脛腓骨骨折伴右腓總神經(jīng)損傷，右髕骨骨折；低血容量性休克。傷后1周病情平穩(wěn)后行左股骨、鎖骨、右脛骨骨折、髕骨骨折手術(shù)治療，傷后2周行個(gè)體化3D打印置釘導(dǎo)板下寰樞椎椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)+植骨融合術(shù)(圖1)。

討 論

樞椎Ⅱ型齒狀突骨折的治療方法較多，如齒狀突中空拉力螺釘、經(jīng)C1/2關(guān)節(jié)突螺釘內(nèi)固定和寰樞椎椎弓根螺釘內(nèi)固定融合術(shù)。這些方法各有利弊，齒狀突中空拉力螺釘固定可以保留寰樞椎之間的旋轉(zhuǎn)功能，但適應(yīng)范圍較窄，僅適用于前上斜向后下的齒狀突骨折。近些年，采用寰樞椎椎弓根螺釘內(nèi)固定融合術(shù)治療新鮮和陳舊的樞椎齒狀突骨折取得了較好的臨床療效，但寰樞椎椎弓根的直徑、角度等參數(shù)變化大；周圍重要組織多，內(nèi)側(cè)為脊髓，外側(cè)為椎動(dòng)脈，寰椎上方還有椎動(dòng)脈跨過，上下均有神經(jīng)根通過，導(dǎo)致寰樞椎椎弓根螺釘置入難度和手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)較胸腰椎顯著加大[7]。

目前，臨床上常用的頸椎椎弓根螺釘置釘方法主要包括徒手置釘技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航技術(shù)和導(dǎo)向模板技術(shù)。徒手置釘技術(shù)需要有很高的手術(shù)技巧和經(jīng)驗(yàn)，有的學(xué)者采用椎板開窗，探查椎弓根內(nèi)壁，或者用微型刮匙沿椎弓根內(nèi)刮出通道，增加了手術(shù)創(chuàng)傷和風(fēng)險(xiǎn)。計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航技術(shù)能夠提高頸椎椎弓根螺釘置入的安全性，準(zhǔn)確率高，但其價(jià)格昂貴，而且手術(shù)時(shí)體位和椎體受力時(shí)位置和方向改變導(dǎo)致手術(shù)操作準(zhǔn)確性降低[8]。吳聰?shù)萚9]采用可視化虛擬技術(shù)對(duì)寰樞椎椎弓根螺釘置入提供術(shù)前的虛擬手術(shù)演練，導(dǎo)向模板根據(jù)單個(gè)椎體的后方數(shù)據(jù)，通過逆向工程軟件，獲得最佳的椎弓根螺釘進(jìn)針點(diǎn)及進(jìn)針方向，個(gè)體化制作，進(jìn)而引導(dǎo)椎弓根螺釘?shù)闹萌耄皇茴i椎的位置和方向影響，是該可視化虛擬技術(shù)的發(fā)展，具有定位準(zhǔn)確、使用方便、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)[10]。

我們所有導(dǎo)板設(shè)計(jì)均基于單個(gè)椎體，使用時(shí)不受頸椎各椎體間相互位置的改變而影響導(dǎo)板的放置。樞椎及以下頸椎后方棘突能夠?yàn)閷?dǎo)板的放置提供很好的著力點(diǎn)和參照物，維持通過導(dǎo)板進(jìn)針時(shí)的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性；而寰椎后結(jié)節(jié)較小，不能為導(dǎo)板放置的準(zhǔn)確與否提供依據(jù)。寰椎椎動(dòng)脈溝處上下緣較平，容易為寰椎導(dǎo)板提供上下方的參照點(diǎn)，但需要進(jìn)行椎板上下方顯露，增加椎動(dòng)脈損傷風(fēng)險(xiǎn)。因此，我們擬在將來的導(dǎo)板設(shè)計(jì)中選擇一些關(guān)鍵點(diǎn)來確定導(dǎo)板安放位置，從而達(dá)到既能穩(wěn)定導(dǎo)板，又減少重要部位的顯露，減少椎動(dòng)脈損傷的可能性。

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(本文編輯：徐文聃)

Preliminary application of individualized 3D printing template for C1-C2 pedicle screw implantation

ZHOU Quan，ZHAO Jiali，ZHANG Shaoxian，et al.

(Department of Spinal Surgery，the Second Hospital of Huaian,Huaian 223002，China)

Objective To evaluate the safety and accuracy of individualized 3D printing template for C1-C2 pedicle screw technique.Methods 3 patients undergoing C1-C2 pedicle screw fixation because of odontoid fracture type Ⅱ.We designed individualized 3D printing template according to the bony structure data，then we determined the insertion point according to the template，and removed the cortex of insertion point with a reamer.We builded screw channels according to the direction and implanted pedicle screw.After the surgery，we evaluated the safety and accurate by CT scan.Results 6 atlas pedicle screws and 6 axis pedicle screws were implanted，and all screws were classified as class 0.Conclusion Individualized 3D printing template can assist and improve the accuracy and safety of C1-C2 pedicle screw implantation，decrease the injury to nerve and vessel.

three-dimensional printing； cervical vertebra； pedicle screw

10.3969/j.issn.1005-6483.2017.08.008

江蘇省“六大人才高峰”基金資助項(xiàng)目(WSW-159)

223002 江蘇省淮安市第二人民醫(yī)院脊柱外科

2016-10-29)