M im ics軟件聯合快速成型技術在椎弓根螺釘固定術中的應用

趙保輝，張韶輝，崔青，張建華，張金彪

河北省滄州中西醫結合醫院 脊柱關節科，河北 滄州 061001

M im ics軟件聯合快速成型技術在椎弓根螺釘固定術中的應用

趙保輝，張韶輝，崔青，張建華，張金彪

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M im ics軟件聯合快速成型技術輔助椎弓根螺釘固定術的應用價值。方法 利用M im ics軟件聯合快速成型技術設計并制作寰樞椎模型及置釘導向器，選取11例寰樞椎椎體骨折患者作為研究組，在置釘導向器輔助下行椎弓根螺釘固定術；選取20例行傳統椎弓根螺釘固定術的患者作為對照組，比較兩組的治療效果。結果 研究組置釘可接受率為100％，對照組置釘可接受率為87.5％，組間差異具有統計學意義（P＜0.05）。研究組術后JOA評分顯著高于對照組（P＜0.05）。結論 通過M im ics軟件結合快速成型技術設計并制作置釘導向器，輔助寰樞椎骨折患者行椎弓根螺釘固定術，能夠獲得更好的手術效果。

M imics軟件；快速成型技術；椎弓根螺釘固定術；置釘導向器

臨床上由于先天發育不良及類風濕等疾病造成寰樞椎不穩或脫位的情況較為常見，這類患者必須進行內固定治療[1]。治療方法一般采用經后路椎弓根螺釘內固定，該方法雖有一定治療效果，但是在椎弓根螺釘的置入過程中容易損傷椎動脈或脊髓[2]，進而導致手術意外。本文通過M imics軟件結合快速成型技術設計并制作置釘導向器，輔助寰樞椎骨折患者行椎弓根螺釘固定術，取得了較好的手術效果，報道如下。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

選取本院11例寰樞椎椎體骨折，在置釘導向器輔助下行椎弓根螺釘固定術的患者作為研究組，20例行傳統椎弓根螺釘固定術的患者作為對照組。研究組11例患者，其中男7例，女4例，年齡38～69歲，平均（48.1±10.5）歲；對照組20例患者，其中男12例，女8例，年齡26～59歲，平均（41.5±11.3）歲。研究組患者均為寰樞椎骨折脫位，術前脊髓損傷的美國脊髓損傷協會（American Spinal Cord Injury Association，ASIA）分級為：C級5例、D級6例；對照組患者均為寰樞椎骨折脫位，ASIA分級為：C級11例、D級9例。兩組患者的年齡、性別及一般資料等差異不具有統計學意義（P＞0.05）。

1.2 手術治療

1.2.1 置入導向器制作

通過CT掃描收集患者數據，采用M imics軟件對其寰樞椎標本進行三維重建，然后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，再將重建椎體模型及3D導向器圖像導入3D打印機，制作出椎體模型和導向器。

1.2.2 手術方法

對照組行傳統椎弓根螺釘固定術。

研究組手術方法如下：①待患者及麻醉師做好術前準備后，將已消毒的置釘導向器與寰樞椎后方結構緊密結合，確保其與寰樞椎結構準確區配，同時采用克氏針輔助固定置釘導向器；②在置釘導向器輔助下進行椎弓根開孔，分別建立寰樞椎的椎弓根釘道，先置入樞椎椎弓根螺釘，然后植入寰椎椎弓根螺釘，每種螺釘兩枚；③根據患者病灶脫位的具體情況，將預彎好的鈦棒放置于椎弓根螺釘的尾部，上螺帽并擰緊，在此過程中逐漸復位寰樞椎；④取髂骨行椎板間植骨融合。術后放置引流管引流，縫合切口。

1.3 術后評估

置釘分級標準采用Andrew椎弓根螺釘位置分級標準[3]：Ⅰ級：螺釘完全在椎弓根內；Ⅱ級：置入螺釘穿出椎弓根皮質＜2 mm；Ⅲ級：置入椎弓根螺釘穿出椎弓根皮質距離為≥2 mm且＜4 mm；Ⅳ級：置入椎弓根螺釘穿出椎弓根皮質距離≥4 mm。其中Ⅰ級、Ⅱ級為可接受置入螺釘，Ⅲ級、Ⅳ級為不可接受置入螺釘。神經功能評定采用日本矯形外科協會（Japanese Orthopaedic Association，JOA）的評分方法，JOA總評分最高為29分，最低0分，分數越低表明功能障礙越明顯。神經功能恢復采用ASIA的標準進行分級判定。

1.4 統計學分析

2 結果

2.1 置釘效果比較

研究組11例患者共計置入20枚椎弓根螺釘，其中達到Ⅰ級置釘標準的有14枚（70％）、Ⅱ級置釘標準的有6枚（30％），置釘可接受率為100％。對照組20例患者共計置入40枚椎弓根螺釘，其中達到Ⅰ級置釘標準的有18枚（45％）、Ⅱ級置釘標準的有17枚（42.5％）、Ⅲ級的有5枚（12.5％），置釘可接受率為87.5％。研究組置釘效果顯著優于對照組（P＜0.05）。具體結果見表1。

表1 兩組患者置釘效果比較 n（％）

2.2 手術前后的JOA評分變化

表2 兩組患者手術前后的JOA評分變化

2.3 手術前后的ASIA分級變化

術前研究組和對照組的ASIA分級主要分布在C、D級，術后兩組患者的ASIA分級主要集中在D、E級，說明術后兩組患者的脊髓損傷較術前有所恢復。具體結果見表3。

表3 兩組患者手術前后的ASIA分級變化 n（％）

3 討論

寰樞椎脫位患者的頸部存在不同程度的疼痛，同時伴頸部向一側傾斜及頸椎活動受限，嚴重時可危及患者生命。臨床上該類疾病的主要治療目標是穩定寰樞椎，重建寰樞椎的正常序列解剖，同時行寰樞椎融合，重現該脊椎的穩定性[4]。手術是寰樞椎脫位的必要治療手段，手術治療可分為前路和后路兩類。后路技術顯露較簡單，便于內固定及植骨塊的安置，臨床上應用較多。但寰樞椎解剖結構特殊，椎弓根變異性大，且與重要組織結構和器官毗鄰，常導致螺釘置入困難，嚴重時甚至可損傷患者神經血管從而導致嚴重后果，限制了其手術治療。

目前，快速成型模型在脊柱外科中已廣泛應用于術前規劃、手術操作指導、內固定裝置定制等方面[5]。采用計算機三維重建技術構建的脊柱實物模型可使主刀醫生在手術前對病灶的具體情況及手術操作有一定的了解，可大大減少脊柱手術時間，降低手術風險，提高手術的安全性[6]，并有利于醫生術前與患者進行溝通。筆者借助計算機的三維成像技術，在術前確定最佳的置釘通道以及置釘導向器和寰樞椎的三維互補模版，然后在置釘導向器輔助下行椎弓根螺釘置入，取得了良好的手術效果。該措施的優點有：①通過計算機可精準地設計螺釘置入的角度和置入點，通過導向器可確立最佳的螺釘置入路徑，解決了傳統螺釘置入手術過程中目測判斷水平面角度（Transverse Section Angle，TSA）和矢狀面角度（Sagtial Section Angle，SSA）誤差的問題[7]，從而提高了椎弓根螺釘置入的安全性和準確性；②計算機可根據TSA和SSA進行個體化三維設計，從而避免寰樞椎解剖結構差異對手術效果造成影響。

本組研究結果發現，研究組置釘可接受率為100％，顯著高于對照組的87.5％，且研究組術后患者JOA評分更高，與相關研究結果一致[8]。由此可見，通過計算機三維重建技術、M im ics軟件和快速成型技術可以根據患者術前CT、MRI等影像學檢查提取有用的參數，從而直接構建寰樞椎椎弓根模型進行模擬手術，從而顯著提高真實手術的效果。

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Application of Combination of M im ics Software and Rapid Prototyping Technology in Pedicle Screw Fixation

ZHAO Bao-hui, ZHANG Shao-hui, CUI Q ing, ZHANG Jian-hua, ZHANG Jin-biao
Department of Spinal Joints, Hebei Province Cangzhou Hospital of Integrated Traditional and Western M edicine, Cangzhou Hebei 061001, China

Objective To explore the effectiveness of application of combination of M im ics software and rapid prototyping technology in pedicle screw fixation.Methods W ith application of combination of M imics software and rapid prototyping technology, the atlanto-axial model and the screw-guiding device were designed and made.Eleven patients w ith atlanto-axial vertebral fractures were selected as Experiment Group and underwent pedicle screw fixation under the guidance of the screw-guiding device.Another 20 patients who had been treated w ith traditional pedicle screw fi xation were involved in this research as Control Group so as to make a comparison of the therapeutical effect between two groups.Results The acceptable rate for patients in Experiment Group was 100％ versus 87.5％ in Control Group w ith statistically significant differences（P＜0.05）.The Experiment Group showed remarkably higher postoperative JOA score than Control Group with statistically signi fi cant differences（P ＜0.05）.Conclusion The screw-guiding device that was made by using the M im ics software in combination w ith the rapid prototyping technology could be utilized to provide guidance for patients w ith atlanto-axial vertebral fractures during pedicle screw fi xation, which had proven itself w ith excellent therapeutical outcome.

M im ics software；rapid prototyping technology；pedicle screw fixation；screw-guiding devices

R683.2

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.12.039

1674-1633（2015）12-0125-02

2015-08-03

滄州市科技支撐計劃項目（20130089）。

作者郵箱：zjb7829325@163.com。