基于3D打印模型輔助后路內固定治療寰樞椎不穩定

1)新鄉醫學院 新鄉 453003 2)河南省人民醫院 鄭州 450003

基于3D打印模型輔助后路內固定治療寰樞椎不穩定

1)新鄉醫學院 新鄉 453003 2)河南省人民醫院 鄭州 450003

目的 探討個體化3D打印模型輔助后路固定治療寰樞椎不穩的方法和效果。方法 對河南省人民醫院2013-03—2015-03 CT及MRI確診的21例顱頸交界區畸形患者的臨床資料進行回顧性分析，其中15例應用3D打印技術建立頸椎個體化3D打印模型，術前進行模擬置釘及內固定術，以期得到個體化得置頂數據，進而輔助真實手術，采取一期后路減壓及內固定治療。結果 15例3D打印模型模擬輔助術中置釘及內固定手術全部置釘成功，無椎動脈及神經根損傷，無內固定松動及斷裂。術后隨訪6～18個月，平均10.6個月，術后VAS評分明顯低于術前，JOA評分高于術前(P<0.05)術后復查頸部CT或頭頸部MR，寰椎齒突間隙(ADI)明顯縮小，延髓頸髓角(CMA)明顯增大，延髓腹側受壓明顯減弱和消失，差異有統計學意義(P<0.05)。本組未出現手術死亡，且無呼吸困難病例。結論 個體化3D打印模型輔助后路螺釘內固定可提高置釘成功率，有效保護椎動脈及神經根，提高安全性，特別對椎動脈“高跨”及各種先天椎體變異的寰樞椎不穩定病人有很大幫助。

3D打印模型；后路內固定；寰樞椎不穩定

寰樞椎不穩嚴重影響病人的生活質量，輕者引起枕頸部疼痛，重者可有脊髓壓迫癥狀甚至死亡，一般是由創傷、感染、發育畸形等因素引起。寰樞椎后路內固定技術因手術可視性強、植骨融合率高等優點已廣泛應用于寰樞椎不穩的治療，而其置釘部位常為樞椎椎弓根。由于寰樞椎解剖結構復雜，毗鄰重要的血管神經，且患者椎體結構及骨質結構不同，給手術帶來極大困難，迄今尚無較安全可靠的共性化置釘數據(置釘位置、深度、方向等)作為參考，因而需要個體化定制，進行個體化治療[1]。河南省人民醫院神經外科通過CT數據逆向轉換，同時結合3D打印機構建了椎體結構的等比仿真模型，輔助術中樞椎個體化置釘，在此基礎上對15例寰樞椎不穩定患者運用3D打印技術構建椎體模型，并輔助后路內固定治療，效果良好，報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 2013-03—2015-03 CT及MRI確診21例顱頸交界區畸形患者，其中15例采用3D打印技術構建頸椎個體化3D打印模型，術后隨訪6～18個月，平均10.6個月，男5例，女10例，年齡28～61歲，平均38.6歲，病程2個月～14 a。臨床表現：頭頸部疼痛11例，復視2例，吞咽困難、飲水嗆咳2例，頭暈6例，雙上肢麻木5例，短斜頸2例，肢體無力4例。所有病例術前均經CT和MRI確診，均有2種以上畸形存在，其中顱底凹陷8例，寰枕融合6例，先天性阻滯椎(Klipple-Feil綜合征)2例，Chiari畸形8例，脊髓空洞4例，齒狀突畸形2例，所有病例均伴有寰樞椎或枕頸不穩。

1.2 個體化3D打印模型制作及模擬置釘 術前行CT薄層掃描(0.6～0.75 mm)，并行三維重建，同時行CT血管造影并重建椎動脈，掃描獲得DICoM數據，輸入杰魔(Geomagic)軟件進行逆向影像數據重建，并將初步得到的三維圖像輸入MIMIC軟件中進行修復整合，最終生成stl.格式文件，從而將此文件導入桌面型3D打印機中(MakerBot Replicator 2)逐層打印，最終得到11頸椎椎體仿真模型，從而直觀的評估病情及治療方案，可在模型上模擬置釘，獲得術中個體化的置釘數據，選擇最佳螺釘長度、直徑，選擇最佳進釘點及角度。模型經環氧乙烷消毒，帶去手術室，以便術中實時對比觀察病變區域，作為手術中操作的參考。

1.3 手術方法 患者經全麻插管后，取俯臥位，行顱骨牽引，并在術野消毒鋪巾。枕頸部切口，切開皮膚、皮下、深筋膜，根據之前確定的置釘點及位置充分剝離顯露頸椎后方結構，同時對比3D打印模型，再次確定置釘位置及置釘角度，于寰椎側塊及樞椎椎弓根置入螺釘，若患者為寰枕融合，于C2-3側塊置入螺釘，進釘位置選在椎體側塊的內上方1/4處，用神經剝離子進一步探查椎弓根峽部和內側緣進一步確認，鉆孔、攻絲、測深后于左右各擰入一枚螺釘(直徑3.5 mm，長度22～30 mm)，螺釘內斜20°～25°，上傾30°～35°。選擇合適長度的連接棒折彎塑性，進行提拉復位，然后鎖定。椎體和棘突去皮質化后，取自體髂骨于椎體后弓、椎板和棘突之間進行植骨，沖洗術腔，逐層縫合，關閉切口。

1.4 術后處理 術后患者需要行頸托固定，警惕頸部過度屈曲。術后經常規護理無壓瘡及呼吸困難，術后第2天復查頸部X線了解內固定情況，7 d后患者無發熱、傷口局部滲出等癥狀。術后3個月復查頸部CT了解內固定及植骨融合情況，若有脊髓受壓，再加做MRI。

1.5 療效評定標準 臨床功能評價采用日本骨科協會(Japanese Orthopaedic Association，JOA)評分評價后路內固定的療效；對撐開復位的寰樞椎脫位患者，根據CT三維重建正中矢狀位測量寰椎齒突間距(ADI)、MRI正中矢狀位測量延髓頸髓角(CMA)的大小評價復位的效果。

2 結果

15例患者均在數字化重建頸椎三維CT的基礎上實現了3D打印制備頸椎實體模型，術中所見頸椎畸形與三維實體模型的結構一致，均按照術前規劃完成，手術過程順利，術中無脊髓及血管損傷，手術時間90～150 min，術中出血量170～530(260±20)mL，復位及內固定滿意。術后隨訪6～18個月，平均10.6個月，術后ADI明顯縮小，CMA明顯增大，延髓腹側受壓明顯減弱和消失，無呼吸困難及死亡病例。術后隨訪復查X線及CT顯示矯形結果滿意，內固定位置良好。

圖1 頸椎3D打印模型 圖2 頸部CTA影像

圖3 頸椎側位片提示患者顱底凹陷，寰枕融合，頸椎側彎

圖4～5 術前模擬椎弓根置釘 圖6 術中枕頸固定植骨融合

圖7 術后第3天復查頸部側位片示固定良好

圖8 術后3個月，固定良好，無松動及脫位

圖9 術后6個月，提示植骨融合，固定良好

3 討論

3.1 3D打印技術輔助上頸椎畸形治療的優勢 寰樞椎不穩定是指由于創傷或先天性畸形等一系列因素造成的寰樞椎病理結構改變，進而導致局部關節功能障礙或引起相應的神經壓迫的癥狀。寰樞椎不穩定時，常見的是寰椎向前、向后或旋轉脫位，輕者只引起神經壓迫癥狀例如麻木感等，重者可直接影響運動功能，如活動障礙甚至癱瘓，更有甚者，可因壓迫腦干引發呼吸驟停。其病情之兇險決定了一旦確診，需及時給予正規有效的干預，臨床上常常通過手術治療來恢復、還原寰樞椎的正常解剖結構，警惕上頸髓和血管受到進一步的壓迫。傳統內固定方法很多，包括經口齒狀突周圍韌帶松解后再經口腔直接固定或經后路固定[2]，或直接后路寰樞椎側方關節切開松解復位內固定[3]。這些手術方式風險高、難度大，且同時無法規避經口手術的并發癥。Jian等[4]對這些傳統治療方式進行了不單是手術方式的革新，采用經后路直接復位及內固定手術改善寰樞椎脫位或不穩。本組病例以此方法為根據，術中應用個體化3D打印模具幫助置釘，獲得優良的手術效果。3D模型的打印可以幫助術者首先在模型上進行對應的模擬操作，以此在選擇適應手術的螺釘型號，通過手術演練探索進釘的角度和深度。手術時借助3D打印模型的輔助，可大大提高置釘的成功率和安全性。手術過程中，因顯現的視野有限，借助3D打印模具，可根據有限的解剖暴露判定整體的三維構象，從而確保置釘準確。3D打印模型可使醫生與患者的溝通更具直觀性，同時在術前可利用計算機進行相關模擬，使主刀醫師做到胸有成竹，同時給患者及患者家屬一個更為直觀、立體的治療方案。

3.2 手術經驗及注意事項 本組所選椎弓根螺釘直徑35 mm對于本組患者是合適的。術中最大難度之一在于寰樞關節附近豐富的靜脈叢，如若操作不熟練，很有可能導致大出血，不僅影響手術視野，同時由于出血洶涌直接導致手術失敗。因此，我們遵循骨膜下剝離的原則，常常采用鈍性分離，本組術中并無靜脈叢破裂并發癥發生。如果由于操作不當引發靜脈叢破裂出血，可根據經驗行明膠海綿填塞或電凝止血。術中出現靜脈叢破裂出血，可立即用雙極電凝止血或明膠海綿壓迫止血。文獻[5]報道，頸椎術中發生椎動脈損傷的幾率為1.4%，在后路上頸椎手術中幾率增至4%～8%。椎動脈損傷同時為后路減壓固定常見并發癥之一，也最為兇險，為避免此種情況的發生，我們遵循患者術前必須完善上頸椎MR、CT以及椎動脈三維重建的各項檢查，通過全科討論，明確個體化的治療方案。研究還發現[6]，寰椎椎動脈溝壓跡的深淺也可決定螺釘型號的選擇以及置釘的深度、方向等，壓跡太深將不適宜運用直徑3.5 mm的螺釘。同時，為避免術中椎動脈的損傷，由于樞椎椎弓根的下緣和外緣為椎動脈，在行樞椎置釘時，術中可用神經剝離子探及此上內緣，并以此為參考，遵循寧內勿外、寧上勿下的原則[7]完成置釘。本組術中無椎動脈受損等并發癥。

3.3 3D打印的不足之處 3D打印同時也存在許多不足之處，如最終生成的stl.等格式的數據輸入3D打印機打印出來的模型，由于3D打印機器本身的功能及精密度差異，模型未必會百分百還原解剖結構。為提高模型的精確度，CT的每一層厚度應該盡量在1 mm上下，3D桌面打印機的每一層厚度應該控制在0.5 mm以下。如此打印的3D模型才賦有更高的術前模擬以及比對價值[7]。

3.4 3D打印的進行術前模擬的重大意義 寰樞椎不穩定的治療是神經外科的難點，對于初學者更是難上加難，當上頸椎畸形伴寰樞椎脫位或枕頸不穩時，常規的X線和CT、MRI無法直觀觀察具體的病變情況，且對于不熟悉解剖結構的初學者來說，手術風險無疑大大加大，因此，根據術前模擬，個體化3D打印模型輔助后路螺釘內固定不僅可提高置釘成功率，有效保護椎動脈及神經根，提高安全性，同時可縮短手術時間，減少出血，降低手術并發癥的發生率。

[1] 余新光，尹一恒.復雜顱頸交界區畸形個體化治療值得考慮的問題[J].中國現代神經疾病雜志，2012，12(4)：379-381.

[2] Wang C， Yah M， Zhou HT， et al. Open reduction of irreducible atlantoaxial dislocation by transoral anterior aflantoaxial release and posterior internal fixation[J].Spine(Phila Pa1976)，2006，31(11):E306-E313.

[3] Goel A. Treatment of basilar invaginafion by atlantoaxial joint distraction and direct lateral mass fixation[J].J Neurosurg Spine，2004，1(3)：281-286.

[4] Jian FZ， Chen Z， Wrede KH， et al.Direct posterior reduction and fixation for the treatment of basilar invagination with atlantoaxial dislocation[J]. Neurosurgery，2010，66(4)：678-687.

[5] 馬向陽，尹慶水，吳增暉，等.寰椎椎弓根與樞椎側塊關系的解剖與臨床研究[J].中華骨科雜志，2004，24(5)：295-298.

[6] 何帆，尹慶水，馬向陽，等.寰椎后弓形態分類與椎弓螺釘固定的解剮學研究[J].中國臨床鰓剖學雜志，2006，24(3)：275-278.

[7] 昌宏，張宗明，賀立新，等.快速成型技術在頸椎畸形的臨床應用[J].中國數字醫學，2012，7(6)：33-35.

(收稿 2015-07-08)

馬龍祥1，2)栗超躍2)) 史錫文2)張佳棟2)趙黎明2)常運光1)鄧歡歡2)

R687.3

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1673-5110(2016)07-0088-03