3D 打印技術(shù)輔助空心加壓螺釘治療Andersonll A 型齒狀突骨折

彭仲華，梁亮科

1佛山市中醫(yī)院三水醫(yī)院骨傷科，廣東 三水 528100；2佛山市中醫(yī)院脊柱外科，廣東 佛山 528000

3D 打印技術(shù)輔助空心加壓螺釘治療Andersonll A 型齒狀突骨折

彭仲華1，梁亮科2

1佛山市中醫(yī)院三水醫(yī)院骨傷科，廣東 三水 528100；2佛山市中醫(yī)院脊柱外科，廣東 佛山 528000

目的研究3D打印技術(shù)輔助空心加壓螺釘治療Andersonll A型齒狀突骨折的臨床療效。方法選取我院2014年1月～2017年1月收治的AndersonⅡA型齒狀突骨折患者40例，按隨機(jī)數(shù)字表法分為觀察組（n=21，行3D打印輔助空心加壓螺釘治療）和對(duì)照組（n=19，行單純空心加壓螺釘治療）。比較兩組手術(shù)相關(guān)指標(biāo)（手術(shù)成功率、手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、透視次數(shù)、置釘次數(shù)），骨折臨床愈合時(shí)間和螺釘松動(dòng)斷裂發(fā)生率，術(shù)前和術(shù)后1月日本骨科學(xué)會(huì)評(píng)分（JOA），頸椎活動(dòng)度（CROM），美國(guó)脊髓損傷學(xué)會(huì)評(píng)分(ASIA）。結(jié)果兩組手術(shù)成功率均為100%，觀察組相比于對(duì)照組，手術(shù)時(shí)間更短、術(shù)中出血量更少、透視次數(shù)更少、置釘次數(shù)更少，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。觀察組骨折臨床愈合時(shí)間短于對(duì)照組，螺釘松動(dòng)斷裂發(fā)生率低于對(duì)照組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。兩組術(shù)前JOA、CROM、ASIA差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。兩組術(shù)后1月JOA、CROM、ASIA評(píng)分高于術(shù)前，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。兩組術(shù)后1月JOA、CROM、ASIA評(píng)分差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。結(jié)論3D打印技術(shù)輔助空心加壓螺釘能減少手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、透視次數(shù)和置釘次數(shù)，骨愈合快，螺釘松動(dòng)斷裂少。

3D打印；空心加壓螺釘；齒狀突骨折

齒狀突骨折占脊柱骨折的1%～2%，占頸椎骨折的10%～15%[1-2]，占兒童頸椎骨折脫位的75%。II型齒狀突骨折在臨床上最常見(jiàn)，需要積極手術(shù)治療[3]。骨折線走向?yàn)樗椒较蛘邽镮IA型。IIA型齒狀突骨折是前路齒狀突空心加壓螺釘內(nèi)固定術(shù)的適應(yīng)癥。傳統(tǒng)的手術(shù)方法是在C臂機(jī)透視下行空心加壓螺釘內(nèi)固定術(shù)，然而由于上頸椎解剖復(fù)雜，此手術(shù)方法存在著導(dǎo)針進(jìn)針位置、角度、深度難以把握，螺釘?shù)闹睆介L(zhǎng)度難以估計(jì)，手術(shù)時(shí)間長(zhǎng)，透視次數(shù)多等缺點(diǎn)。3D打印是利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)生產(chǎn)任何形狀的物體，而不須依賴模具的新技術(shù)。有研究通過(guò)3D打印技術(shù)快速制備6位股骨頭壞死實(shí)物模型，并進(jìn)行術(shù)前設(shè)計(jì)、術(shù)中定位，取得了良好的效果[4]。另有研究對(duì)106例骨病患者制作骨關(guān)節(jié)模型，進(jìn)行手術(shù)設(shè)計(jì)，最后精確實(shí)施手術(shù)[5]。多項(xiàng)研究證明了3D打印在骨科上具有廣泛的應(yīng)用前景[6-9]。目前國(guó)內(nèi)僅有梁亮科等[10]報(bào)道了3D打印技術(shù)應(yīng)用于II型齒狀突骨折，臨床證據(jù)仍不充分?；谝陨媳尘?，3D打印能否應(yīng)用于Andersonll A型齒狀突骨折的治療，彌補(bǔ)傳統(tǒng)C臂透視下空心加壓螺釘內(nèi)固定術(shù)的缺點(diǎn)？通過(guò)3D打印制作齒狀突骨折的模型，在術(shù)前行預(yù)手術(shù)，提前確定好導(dǎo)針進(jìn)入的位置、角度和深度，確定螺釘?shù)闹苯娱L(zhǎng)度，在正式手術(shù)時(shí)則根據(jù)預(yù)手術(shù)的結(jié)果更準(zhǔn)確快速的進(jìn)行手術(shù)?，F(xiàn)將研究結(jié)果報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 研究資料

選取我院2014年1月～2017年1月收治的AndersonⅡA型齒狀突骨折患者。

納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）根據(jù)頸部外傷史，頸部或頸后疼痛、頸部僵硬、相應(yīng)神經(jīng)系統(tǒng)癥狀等臨床表現(xiàn)，X線及CT顯示齒狀突基底部骨折且骨折線為橫行等依據(jù)明確診斷AndersonⅡA型齒狀突骨折；（2）年齡在20～80歲并簽署知情同意書(shū)。

排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）X線和CT提示骨折移位＞5 mm或成角＞10°；（2）合并椎管狹窄；（3）合并鄰近部位骨折，如一側(cè)或雙側(cè)寰樞關(guān)節(jié)粉碎性骨折，符合不穩(wěn)定型Jefferson骨折；（4）合并難復(fù)型寰樞關(guān)節(jié)脫位；（5）合并有嚴(yán)重內(nèi)科疾病，如心衰等；（6）既往有脊柱疾病史，如脊柱結(jié)核、脊柱腫瘤等。

參照上述納入和排除標(biāo)準(zhǔn)，選出符合要求的患者40例。其中男26例，女14例；年齡23～79歲，平均49.3±8.9歲。按照隨機(jī)數(shù)字表法，將40例患者隨機(jī)分為兩組，一組為觀察組（n=21），行3D打印輔助空心加壓螺釘治療；另一組為對(duì)照組（n=19），行單純空心加壓螺釘治療。觀察組和對(duì)照組年齡、性別、受傷時(shí)間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05，表1）。

表1 兩組一般資料比較

1.2 術(shù)前準(zhǔn)備

所有患者入院后均完善相關(guān)檢查，包括3大常規(guī)、血生化、頸椎X線、三維CT和MRI。所有患者術(shù)前均行顱骨牽引并床旁攝片，牽引質(zhì)量2～3 kg，直至齒狀突完全或接近完全解剖復(fù)位。

1.3 手術(shù)方法

觀察組手術(shù)方法：（1）3D打印模型：將患者三維CT的資料導(dǎo)入Mimics軟件，使用軟件的閾值分割功能，形成蒙版圖像；再使用軟件的動(dòng)態(tài)區(qū)域生成功能，建立患者樞椎的3D打印模型，再通過(guò)立體光刻技術(shù)制作出樞椎的實(shí)物模型。（2）預(yù)手術(shù)：仔細(xì)觀察患者實(shí)物模型，于樞椎正中將導(dǎo)針鉆入樞椎體，并保證導(dǎo)針位于齒狀突的中軸線上，記錄導(dǎo)針的進(jìn)針位置、角度、深度。隨后用中空鉆頭沿導(dǎo)針鉆孔，絲攻擴(kuò)開(kāi)通道。選擇合適長(zhǎng)度和直徑的空心加壓螺釘沿導(dǎo)針擰入，保證螺釘頭端螺紋過(guò)骨折線且螺釘尾端進(jìn)入樞椎體下緣。確認(rèn)骨折復(fù)位滿意后，記錄螺釘?shù)闹睆?、長(zhǎng)度和編號(hào)。（3）正式手術(shù)：患者仰臥位，用可透X光的牙墊使口腔處于張口位，頭頸后伸行顱骨牽引，行全身麻醉。于環(huán)甲軟骨關(guān)節(jié)水平做橫切口，頸闊肌下分離，胸鎖乳突肌前緣切開(kāi)頸深筋膜，在頸動(dòng)脈鞘與內(nèi)臟鞘之間分離并牽開(kāi)保護(hù)。透視確認(rèn)頸2～3椎間隙后顯露并切開(kāi)頸2～3椎前筋膜。于樞椎正中逐漸將導(dǎo)針鉆入樞椎體（進(jìn)針點(diǎn)和角度在預(yù)手術(shù)中已經(jīng)確認(rèn)），并保證導(dǎo)針位于齒狀突的中軸線上，直至導(dǎo)針至齒狀突的頂部。鉆頭沿導(dǎo)針開(kāi)路，絲攻擴(kuò)孔，沿導(dǎo)針擰入之前預(yù)手術(shù)確定好的中空加壓松質(zhì)骨螺釘（螺釘?shù)拈L(zhǎng)度、直徑已在預(yù)手術(shù)中確認(rèn)）。最后正側(cè)位透視確認(rèn)骨折復(fù)位滿意，螺釘位置好。安放負(fù)壓引流，術(shù)后48 h時(shí)內(nèi)拔除引流，頸圍保護(hù)后下地活動(dòng)。

對(duì)照組手術(shù)方法：患者體位、顱骨牽引同上。正側(cè)位透視確認(rèn)齒狀突骨折己經(jīng)或接近解剖復(fù)位。切口和組織分離同上。透視確認(rèn)頸2～3椎間隙，顯露并切開(kāi)頸2～3椎前筋膜。切除頸3椎體前上緣，C型臂X光機(jī)側(cè)位監(jiān)視下，于樞椎下緣正中將導(dǎo)針鉆入樞椎體1 cm。正側(cè)位透視，導(dǎo)針冠狀面、矢狀面均位于齒狀突的中軸線上。透視監(jiān)測(cè)下繼續(xù)鉆入導(dǎo)針至齒狀突的頂部（側(cè)位導(dǎo)針后傾10°～15°）。測(cè)量導(dǎo)針鉆入的深度。分別以中空鉆頭及絲攻沿導(dǎo)針鉆、擴(kuò)后，沿導(dǎo)針擰入合適直徑中空加壓松質(zhì)骨螺釘，頭端螺紋過(guò)骨折線，螺釘尾端進(jìn)入樞椎體下緣。再次正側(cè)位透視確認(rèn)骨折復(fù)位滿意，螺釘位置好。術(shù)后引流同上。

1.4 觀察指標(biāo)

（1）比較兩組手術(shù)相關(guān)指標(biāo)：手術(shù)成功率、手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、透視次數(shù)、置釘次數(shù)。（2）術(shù)前和術(shù)后對(duì)每位患者行X線檢查，比較骨折臨床愈合時(shí)間和螺釘松動(dòng)斷裂發(fā)生率。骨折臨床愈合標(biāo)準(zhǔn)：骨折局部無(wú)壓痛及縱向叩擊痛；局部無(wú)反常活動(dòng)；X線片示骨折線模糊，有連續(xù)骨痂通過(guò)骨折線，骨折是否符合臨床愈合由3位骨科醫(yī)師獨(dú)立判斷。（3）術(shù)前和術(shù)后1月對(duì)每位患者行日本骨科學(xué)會(huì)評(píng)分[11]（JOA），頸椎活動(dòng)度[12]（CROM），美國(guó)脊髓損傷學(xué)會(huì)評(píng)分[1]（ASIA），比較兩組評(píng)分情況。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

所有數(shù)據(jù)使用SPSS19.0軟件進(jìn)行分析，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，使用t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料使用χ2檢驗(yàn)，P＜0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 手術(shù)相關(guān)指標(biāo)

兩組手術(shù)成功率均為100%，相比于對(duì)照組，觀察組手術(shù)時(shí)間更短、術(shù)中出血量更少、透視次數(shù)更少、置釘次數(shù)更少，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05，表2）。

表2 兩組手術(shù)相關(guān)指標(biāo)（）

表2 兩組手術(shù)相關(guān)指標(biāo)（）

組別 手術(shù)時(shí)間（min） 術(shù)中出血量（mL） 透視次數(shù)（次） 置釘次數(shù)（次）觀察組（n=21） 114.5±27.9 164.5±22.7 9.5±1.8 3.1±0.5對(duì)照組（n=19） 72.8±19.5 81.9±20.5 4.1±0.9 1.9±0.4 t 5.442 12.030 11.800 8.323 P＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01

2.2 兩組骨折臨床愈合時(shí)間和螺釘松動(dòng)斷裂發(fā)生率

觀察組未發(fā)生螺釘松動(dòng)或斷裂，對(duì)照組發(fā)生螺釘松動(dòng)4例，原因?yàn)槎啻沃冕攲?dǎo)致釘?shù)浪蓜?dòng)。觀察組骨折臨床愈合時(shí)間短于對(duì)照組，螺釘松動(dòng)斷裂發(fā)生率低于對(duì)照組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05，表3）。

表3 兩組骨折臨床愈合時(shí)間和螺釘松動(dòng)斷裂發(fā)生率

2.3 兩組JOA、CROM、ASIA評(píng)分

觀察組和對(duì)照組患者的JOA、CROM、ASIA評(píng)分見(jiàn)表4，兩組術(shù)前JOA、CROM、ASIA評(píng)分差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；兩組術(shù)后1月JOA、CROM、ASIA評(píng)分高于術(shù)前（P＜0.05）；兩組術(shù)后1月JOA、CROM、ASIA評(píng)分差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

表4 兩組JOA、CROM、ASIA評(píng)分比較（，分）

表4 兩組JOA、CROM、ASIA評(píng)分比較（，分）

#P＜0.05 vs同組術(shù)前.

組別 階段 JOA CROM ASIA觀察組（n=21）術(shù)前 8.1±1.6 23.8±8.9 70.5±9.8術(shù)后1月 15.1±2.1# 46.6±10.4# 104.8±12.3#術(shù)前 8.2±1.4 21.3±9.1 68.3±10.1術(shù)后1月 14.8±2.2# 50.1±11.5# 106.4±9.4#對(duì)照組（n=19）

2.4 典型病例

患者張某，64歲，男，因摔倒致齒狀突骨折，受傷2 d后來(lái)我院就診，臨床表現(xiàn)為頸后疼痛、輕度截癱，X線和三維CT可見(jiàn)齒狀突基底部骨折，骨折線為橫行，據(jù)此可診斷為Andersonll A型齒狀突骨折。通過(guò)Mimics軟件制作患者的樞椎模型并打印出實(shí)物，術(shù)前手術(shù)團(tuán)隊(duì)仔細(xì)觀察模型并行預(yù)手術(shù)，了解了進(jìn)針的位置和角度、深度，并選擇好了螺釘?shù)闹睆胶烷L(zhǎng)度。進(jìn)行正式手術(shù)時(shí)，手術(shù)非常順利。圖1為該患者的相關(guān)資料。

3 討論

在傳統(tǒng)的手術(shù)過(guò)程中，由于上頸椎解剖復(fù)雜，且齒狀突多為松質(zhì)骨，手術(shù)難度大，手術(shù)醫(yī)師只能憑借經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)肉眼和C臂透視的結(jié)果，來(lái)“探索”導(dǎo)針如何進(jìn)入、進(jìn)入多少，選擇怎樣的螺釘、螺釘如何安放，這帶來(lái)了很大的不確定性[13]；另外，主刀醫(yī)師術(shù)前對(duì)如何手術(shù)在腦海中反復(fù)模擬，最終確定手術(shù)方案，但這種方式難以和手術(shù)團(tuán)隊(duì)所有成員分享，助手往往難以體會(huì)到主刀的真實(shí)意圖，這既不利于手術(shù)的開(kāi)展，也不利于助手的進(jìn)步。同時(shí)，由于術(shù)中需要對(duì)進(jìn)針和置釘反復(fù)探索和修正，延長(zhǎng)了手術(shù)時(shí)間，給病人造成更大的創(chuàng)傷，甚至因?yàn)榉磸?fù)操作使釘?shù)浪蓜?dòng)、骨折移位，后果十分嚴(yán)重，而C臂的X光透視，也不利于患者和醫(yī)師的身體健康。

而3D打印技術(shù)的出現(xiàn)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)手術(shù)的缺點(diǎn)，是基于材料累加原理進(jìn)行快速成型操作，制作三維物體的技術(shù)。術(shù)前根據(jù)患者的三維CT數(shù)據(jù)，利用Mimics軟件制作的患者的樞椎模型，與手術(shù)團(tuán)隊(duì)成員共同討論，反復(fù)模擬手術(shù)，以確定最佳的手術(shù)效果[14-15]，并將手術(shù)所需的參數(shù)如導(dǎo)針進(jìn)入的位置、角度、深度，螺釘?shù)闹睆介L(zhǎng)度等應(yīng)用到正式手術(shù)中，避免了在正式手術(shù)中反復(fù)探索帶來(lái)的危害，縮短了手術(shù)時(shí)間，減少了手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，3D模型可以幫助高年資醫(yī)師對(duì)低年資醫(yī)師的培訓(xùn)，也有助于醫(yī)師直觀地向病人解釋病情，有利于醫(yī)患間的溝通[16-17]，并且由于制定了較優(yōu)的手術(shù)路線，X光的暴露也會(huì)隨之減少。

圖1 患者相關(guān)資料

本項(xiàng)研究結(jié)果表明，兩組手術(shù)成功率均為100%，觀察組相比于對(duì)照組，手術(shù)時(shí)間更短、術(shù)中出血量更少、透視次數(shù)更少、置釘次數(shù)更少。這與其他研究人員利用3D打印技術(shù)修復(fù)骨盆減少了X線透視的結(jié)果一致[18]，也與研究在脛骨平臺(tái)骨折中利用3D打印輔助可減少手術(shù)時(shí)間和術(shù)中出血量結(jié)果一致[19]，多項(xiàng)研究[9,20]也支持這一點(diǎn)。觀察組骨折臨床愈合時(shí)間短于對(duì)照組，螺釘松動(dòng)斷裂發(fā)生率低于對(duì)照組。這可能是由于對(duì)照組行單純空心加壓螺釘內(nèi)固定手術(shù)，術(shù)中需反復(fù)進(jìn)針、置釘以保證最好的手術(shù)效果，但反復(fù)操作使得骨斷端和周?chē)浗M織破壞，不利于骨愈合，而齒狀突多松質(zhì)骨，多次置釘易發(fā)生釘?shù)浪蓜?dòng)，骨螺釘松動(dòng)斷裂發(fā)生率更高。兩組術(shù)后1月JOA、CROM、ASIA無(wú)顯著差異，這表明觀察組和對(duì)照組手術(shù)取得了相同的功能恢復(fù)，表明3D打印輔助空心加壓螺釘內(nèi)固定是安全有效的。而這3項(xiàng)評(píng)分并未出現(xiàn)預(yù)期的觀察組顯著優(yōu)于對(duì)照組的結(jié)果，可能是因?yàn)闃颖玖刻?，不足以引起統(tǒng)計(jì)學(xué)的變化。

總的來(lái)說(shuō)，3D打印技術(shù)符合個(gè)體化治療的趨勢(shì)，利用患者的信息實(shí)行精準(zhǔn)的手術(shù)，減少了手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、透視次數(shù)和置釘次數(shù)，骨愈合快，螺釘松動(dòng)斷裂少。但3D打印仍有其缺點(diǎn)，首先是費(fèi)用較貴，每次建模、打印的費(fèi)用需數(shù)千元，這較CT、MRI等檢查仍稍顯昂貴；其次是3D打印需要骨科醫(yī)師掌握相應(yīng)的軟件操作和技術(shù)處理，在臨床上廣泛開(kāi)展還需一定時(shí)間。3D打印輔助空心加壓螺釘內(nèi)固定是未來(lái)AndersonⅡA型齒狀突骨折的發(fā)展方向，但還需技術(shù)的進(jìn)步、成本的降低和臨床的進(jìn)一步驗(yàn)證。

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Cannulated compression screws assist with 3D printing technique in treatment of odontoid fracture of Andersonll A type

PENG Zhonghua1, LIANG Liangke2

1Department of Orthopedics and Traumatology, Sanshui Hospital, Foshan Hospital of Traditional Chinese Medicine, Sanshui 528100, China;2Department of Spinal Surgery, Foshan Hospital of Traditional Chinese Medicine, Foshan 528000, China

ObjectiveTo explore the clinical effects of cannulated compression screws assist with 3D printing technique in treatment of odontoid fracture of Andersonll A type.MethodsForty patients with odontoid fracture of Anderson ⅡA type in our hospital from January 2014 to January 2017 were selected. They were divided into 2 groups according to the random number table. The observation group (n=21)was treated by 3D printing with annulated compression screws and the control group (n=19) was treated by annulated compression screws. Success rate, operation time, amount of bleeding, X-ray frequency,screw placement frequency, bone healing time, rate of screw loose and JOA, CROM, ASIA score were compared.ResultsTwo groups had the 100% success rate of operation. The operation time, amount of bleeding, X-ray frequency and screw placement frequency of observation group were lower than that of control group (P＜0.05). The bone healing time and the rate of screw loose of observation group was less than that of control group (P＜0.05). The Japanese Orthopaedic Association Scores (JOA),Cervical range of motion (CROM), American Spinal Injury Association (ASIA) score in preoperative of two groups had no significant difference (P＞0.05). The JOA, CROM, ASIA score at a month after operation were higher than preoperative groups(P＜0.05). The JOA, CROM, ASIA score at a month after the operation of two groups had no significant difference (P＞0.05).Conclusion 3D printing with annulated compression screws can decrease the operation time, amount of bleeding, X-ray frequency and screw placement frequency. It can promte the bone healing, and decrease the rate of screw loose.

3D printing; annulated compression screws; odontoid fracture

2017-08-12

佛山市醫(yī)學(xué)類科技攻關(guān)項(xiàng)目（2015AB00332）

彭仲華，主治醫(yī)師，E-mail: ljguosaiqun@126.com

梁亮科，副主任醫(yī)師，E-mail: ljguosaiqun@126.com