寰樞椎椎弓根釘個體化置入技術在寰樞椎骨折脫位治療中的應用

趙保輝，張韶輝，崔青，張建華

河北省滄州中西醫結合醫院 脊柱關節科，河北 滄州 061001

寰樞椎椎弓根釘個體化置入技術在寰樞椎骨折脫位治療中的應用

趙保輝，張韶輝，崔青，張建華

河北省滄州中西醫結合醫院 脊柱關節科，河北 滄州 061001

目的 探討寰樞椎椎弓根釘個體化置入技術在寰樞椎骨折脫位治療中的臨床價值。方法 對5例成人寰樞椎標本行CT掃描，將掃描數據導入M im ics軟件對標本進行三維重建，并利用M im ics相關功能在三維重建圖像上尋找寰樞椎椎弓根螺釘置入的最佳軸線并測量相關數據。然后以重建的椎體三維圖形為模板，以寰椎后弓及樞椎棘突為解剖標志設計螺釘置入導向模塊，將重建椎體模型及導向模塊圖像以STL格式導入三維打印機，制作出椎體模型及導向模塊，并借助導向模塊行術中椎弓根螺釘置入。結果 成功建立了與標本相似度極高的寰樞椎三維重建圖像和實物模型，并制作了置釘導向模塊，于置釘導向模塊輔助下對5例患者共置入10枚椎弓根螺釘，CT掃描顯示螺釘位置滿意。結論 利用M im ics軟件對寰樞椎進行三維立體重建，并以其為標本制作置釘導向模塊來輔助置釘，是一種寰樞椎椎弓根螺釘置入的個體化方法，可明顯提高置釘安全性。

寰樞椎骨折脫位；M im ics軟件；三維重建；置釘導向模塊；椎弓根螺釘置入

由于人體寰樞椎位置特殊，其骨折脫位常累及延髓生命中樞與椎-基底動脈，可導致患者嚴重殘疾，甚至威脅

其生命，故寰樞椎骨折、外傷后不穩或脫位常需外科治療。寰樞椎骨折固定有很多方法，椎弓根螺釘固定為其中一種。椎弓根螺釘固定能夠提供其他固定方式無法比擬的三維立體穩定性[1-3]，更有利于頸椎術后的穩定性和骨性融合。但由于該部位的手術難度大、風險高，是外科手術的“危險區”，因此，尋求一種安全的個體化置釘方法一直是臨床十分關注的問題。本研究利用Mimics軟件的三維重建、計算機輔助設計（MeCAD）功能和快速成型（RP）技術相結合，制作頸椎實體模型及置釘導向模塊，用于輔助術中內固定，探索了新穎的寰樞椎椎弓根螺釘個體化置入方法，報道如下。

1 寰樞椎椎弓根螺釘個體化置入技術設計

1.1 上頸椎實體模型的制作

對寰樞椎以2 mm層厚行CT（美國GE）連續掃描獲取CT數據，并將數據以Dicom格式保存，隨后將數據導入Mimics10.01軟件。首先調節閾值獲取最佳骨組織閾值，再利用三維區域增長技術單獨提取頸椎輪廓區域。隨后利用軟件的三維重建功能默認的最佳重建質量對所選取的頸椎結構進行計算，從而得到寰樞椎模型。最后進入軟件的Madics 9.9界面，對三維圖形進行局部修補及平滑處理，將重建模型以STL格式導出。

將重建頸椎模型的STL文件導入Dimension三維打印機，運用熔融堆積技術，采用水性丙烯酸脂為材料對上頸椎實體模型進行快速成型制作。制作好的上頸椎實體模型示意圖，見圖1。

圖1 上頸椎實體模型示意圖

1.2 導向模塊的制作

首先進入Mimics10.01軟件，在MedCAD模塊組中設計出相應直徑的模擬螺釘，在軟件中模擬寰、樞椎椎弓根置釘，在各個層面觀察置釘安全后，以寰椎后弓及樞椎椎板、棘突為解剖標志，利用增量法制作與寰椎后弓及樞椎棘突相貼合的陰模。修整簡化陰模，利用Mimics10.01去除模擬螺釘即得到置釘的導向模板。在寰椎后弓及側塊、樞椎椎弓根上設計出最長、安全的置釘通道；而后以寰椎后弓及樞椎棘突為解剖標志，制作與寰椎后弓及樞椎棘突相匹配的模塊。隨后將設計的置釘通道向導向模塊延伸。最后將上述數據導入Dimension三維打印機，運用熔融堆積技術，采用聚乳酸（PLA）為材料對置釘導向模塊進行快速成型制作（圖2）。

圖2 置釘導向模塊的快速成型示意圖

2 臨床應用

2.1 一般資料

本組5例患者，其中男3例，女2例；年齡22～61歲，平均年齡37.2歲；陳舊性寰樞椎旋轉脫位者2例，齒突骨折不愈合者1例，外傷后導致寰椎橫韌帶斷裂或松弛2例。5例患者術前均表現為頸后疼痛以及活動受限，JOA評分為7～15分，平均12.1分。

2.2 操作方法

（1）囑患者術前定期復查X線片了解復位情況，盡可能達到寰樞椎復位，對患者寰樞椎以2 mm層厚進行CT（美國GE）掃描獲取影像數據，以Dicom格式保存；將數據導入計算機中的Mimics軟件，運用閾值選取技術獲取頸椎原始蒙罩（Mask）后，再利用三維區域增長技術對原始蒙罩進行修改，得到新蒙罩；隨后采用Caleulate 3D功能，以軟件默認的最佳重建質量模式對所選取的實體結構區域進行三維重建；最后進入Madics 9.9界面，對三維圖形進行平滑處理，將重建圖像以STL格式導出。

（2）根據上述方法制作出各患者的上頸椎實體模型以及導向模塊，在Mimics軟件、頸椎模型以及置釘導向模塊輔助下為患者行后路椎弓根螺釘棒內固定技術。

2.3 應用結果

本組5例患者寰樞椎內共置釘10枚，均為一次性置入，并經C型臂X線機監測螺釘置入恰當，螺釘直徑3.5 mm，平均長度36 mm（32～40 mm）,手術時間平均90 min（81～104 min），平均出血量60 mL（40～90 mL）。術后所有患者經CT復查證實，10枚螺釘均位于寰椎側塊關節面內，無一例出現螺釘偏入椎管或椎動脈，置釘成功率達100％，未出現血管和神經并發癥。術后評估（隨訪4～12個月）結果顯示，所有患者手術切口均I期愈合，無一例出現切口感染；患者無脊髓損害及椎動脈損傷等臨床癥狀，術后4個月JOA評分10～18分，平均15分。

3 討論

（1）寰樞椎椎弓根螺釘固定的優越性：寰樞椎為顱頸相移行部位，寰樞椎不穩定將使頸脊髓處于高危狀態，并有可能累及延髓生命中樞，故多數患者需外科治療，通過固定、植骨、融合使寰樞椎保持穩定。其中，堅強內固定為植骨及融合的前提。傳統的寰樞椎后路融合術有多重內固定方法和技術，包括鋼絲捆扎術、椎板鉤技術、椎弓根螺釘固定技術等。其中鋼絲及椎板鉤等方法抗側區及旋轉能力較差，在無外固定輔助的情況下容易出現內固定斷裂或松動，導致植骨不融合。而寰樞椎椎弓根螺釘固定技術，由于其三維立體穩定的優勢，在臨床上的應用越來越廣泛。

（2）傳統椎弓根螺釘固定方法的缺陷：寰樞椎椎弓根固定術操作的關鍵是準確的置釘技術，進釘點的正確選擇是首要因素。然而，由于個體間寰樞椎椎弓根的體表投影存在差異，難以確定固定的解剖標志及數據；同時在顯露及尋找進釘位置時，由于其剝離范圍較大，也相應會增加手術的難度及手術并發癥的發生率。

（3）應用置釘導向模塊的優勢：置釘導向模塊以寰椎后弓及樞椎棘突為解剖標志制作，可與寰椎后弓及樞椎椎弓根精確匹配，且其置釘導向孔經軟件反復驗證安全、有效。故利用術前設計的導向模塊輔助置釘完全可靠，具有如下優勢：①1：1的椎體模型與患者骨骼的誤差在0.3 mm以內[4]，可逼真地反映出患者的骨骼特點，以其為標準制作的置釘導向模塊導向精準，成本較低，各醫院均可開展；②使用導向模塊可明顯減小剝離范圍，最大限度地降低置釘及剝離過程中對神經、血管的損傷[5-8]。

4 結語

本研究應用Mimics軟件探討了一種新的寰樞椎椎弓根螺釘個體化置入方法，并對應用該方法進行置釘的5例患者的情況進行了詳細地評估分析，結果顯示，該方法在術前及術中均能準確地指導個體化置釘，提高置釘成功率，但它目前尚處于臨床應用的初步階段，需進一步驗證及完善。

[1]羅飛,許建中,王序全,等．三種頸椎前路內固定裝置對術后脊柱穩定性的作用[J]．中國臨床康復,2003,7（20）：2830-2831．

[2]Liu GY,Xu RM,M a WH,et al．Biomechaincal com parision of cervical transfacet pedicle screw s versus pedicle screw s[J]．Chin Med J（Engl）,2008,121（15）：1390-1393．

[3]Abum i K,Ito M,Sudo H．Reconstruction of the subaxial cervical spine using pedicle screw instrumentation[J]．Spine（Phila Pa 1976）,2010,37（5）：E349-E356．

[4]毛廣平,周長圣,趙建寧,等．快速成型頸椎模型的精度測定及其用于術中置釘導向的可行性研究[J]．中國脊柱脊髓雜志, 2010,（12）：1008-1013．

[5]李洋,毛廣平,劉金龍,等．快速成型模型佐助胸腰椎椎弓根螺釘置釘的研究[J]．頸腰痛雜志,2012,33（5）：325-329．

[6]王小平,郭勝,桂景雄,等．寰區椎經關節螺釘導向器在M agerl螺釘置釘術中應用的初步臨床觀察[J]．中國脊柱脊髓雜志, 2014,24（1）：88-90．

[7]高琪樂,王昱翔,胡雄科,等．改良寰椎側塊螺釘-樞椎椎弓根螺釘結合后方寰區椎張力帶固定治療創傷性寰樞關節不穩[J]．中華創傷雜志,2014,30（8）：778-781．

[8]丁英勝,張文志,段麗群,等．后路寰區椎椎弓根釘固定融合治療寰區椎不穩或脫位[J]．臨床骨科雜志,2015,18（1）：1-4．

[2]鄭秋萍,江波,劉連珍．簡易輸液報警器的研制與應用[J]．福建醫藥雜志,2003,25：182．

[3]宋永慧,陳宇,陳康余．輸液報警器的研制和應用[J]．四川省衛生管理干部學院學報,2002,25（2）：128-129．

[4]檀紅艷,陳萍瓶．輸液完畢自動報警器的研究與制作[J]．中國實用護理雜志,2005,21（2）：77-78．

[5]侯明揚．輸液設備的質量控制和檢測方法[J]．中國醫療設備,2014,29（5）：64-65,49．

[6]王妤婕,何瑩燕．輸液報警器的研制及臨床應用[J]．護理研究, 2010,24（8）：2043．

[7]樂新芝,黎惠芬．輸液滴速測定報警器的研制與應用[J]．護理學雜志,2001,16（3）：191-192．

[8]莊鳳娟,席剛明,代麗．輸液報警器的研制與應用[J]．護理學雜志, 2008,23（3）：71．

App lication of Atlantoaxial Pedicle Screw Placement in Individual Treatment of Atlantoaxial Fracture Dislocation

ZHAO Bao-hui, ZHANG Shao-hui, CUI Qing, ZHANG Jian-hua
Departm ent of Spinal Joints, Hebei Province Cangzhou Hospital of Integrated Traditional and Western M edicine, Cangzhou Hebei 061001, China

Ob jective To investigate the effectiveness of application of atlantoaxial pedicle screw placement in individual treatment of atlantoaxial fracture dislocation. Methods M im ics software and rapid prototyping technology to design a new atlantoaxial pedicle screw placement in the individual, and to investigate its clinical signifi cance. CT scan was performed in the specimens of 5 atlantoaxial adults to collect and import data into M imics software for three-dimensional reconstruction of the specimen. And the related functions of M imics were used to find the atlantoaxial pedicle screw axis in the threedimensional reconstruction figure and measure the best correlation data. Then, the reconstructed threedimensional vertebrae graphics were taken as a template. The posterior arch of atlas and spinous process were taken as anatom ical landmarks to design the screw placement guide module. It guided the reconstruction of vertebral models and images in STL format into 3D printer to produce a vertebral model and guide module. And w ith the guide, the intraoperative pedicle screw placement was performed. Resu lts The atlantoaxial reconstruction image and the physical model w ith high sim ilarity to the specimen were successfully established. And the pedicle screw and guide module were produced. With the aid of screw placement guide module, 10 pedicle screw s were placed in 5 patients. CT images showed satisfactory screw locations. Conclusion M im ics software was used to promote atlantoaxial three-dimensional reconstruction. And its position was taken as a taxidermy to make guide module so as to assist pedicle screw. It provided a personalized approach for atlantoaxial pedicle screw placement, which could obviously improve the safety of pedicle screws.

atlantoaxial fracture dislocation；M im ics softw are；three-dimensional atlantoaxial reconstruction；pedicle screw guide module；pedicle screw placement

R683.2

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.11.032

1674-1633（2015）11-0100-03

2015-05-15

2015-05-27

滄州市科技支撐計劃項目（20130089）。

作者郵箱：214024916@qq．com