導航模板輔助和徒手置釘在寰椎椎弓根螺釘置入中的應用

王雅輝 劉正蓬 (承德醫(yī)學院附屬醫(yī)院，河北 承德 067000)

寰椎椎弓根螺釘內固定是治療寰椎脫位、骨折、不穩(wěn)的重要術式，但寰椎弓根細小，椎體周圍結構復雜，寰椎變異率較高，達10.00%～32.70%，大大增加椎弓根釘置入難度及神經與椎動脈損傷風險系數〔1〕。傳統徒手椎弓根螺釘內固定螺釘錯位率較高，椎弓根螺釘穿破皮質風險較大，增加神經和血管損傷并發(fā)癥風險〔2,3〕。理想的椎弓根螺釘應具有最長的直徑和長度提高內固定穩(wěn)定性，且不能穿破椎弓根皮質增加手術創(chuàng)傷。導航模板輔助螺釘置技術借助于醫(yī)學影像交互式處理軟件、逆向工程軟件、3D打印技術等，根據患者寰椎解剖結構形態(tài)獲得個性化導航模板，保證了術中與椎體貼合度，有效簡化手術流程，縮短手術時間，最重要的是大大提高了椎弓根螺釘置釘準確性，降低手術并發(fā)癥風險〔4,5〕。本研究旨在觀察導航模板與傳統徒手置釘在寰椎椎弓根螺釘置入術中的應用價值。

1 資料與方法

1.1一般資料 2015年10月至2017年10月承德醫(yī)學院附屬醫(yī)院骨科收治的32例擬行后路椎弓根螺釘置入手術患者為研究對象，患者均具備手術指征，排除寰椎椎弓根細小、變異、畸形等無法置釘患者及合并嚴重軀體性疾病不耐受手術患者。隨機將患者分為兩組，觀察組17例，男12例，女5例，年齡61～68歲，平均(63.52±5.94)歲，損傷類型：寰椎前后弓骨折6例，寰樞關節(jié)脫位5例，寰樞關節(jié)畸形3例，齒狀突骨折3例。對照組15例，男11例，女4例，年齡62～68歲，平均(63.05±5.84)歲，損傷類型：寰椎前后弓骨折5例，寰樞關節(jié)脫位5例，寰樞關節(jié)畸形3例，齒狀突骨折2例。本研究已獲得醫(yī)院倫理會批準，均知情同意，研究期間嚴格遵循倫理學原則，保障患者隱私和診療安全。

1.2方法 對照組:采用徒手椎弓根螺釘植入，氣管插管全身麻醉后，患者取俯臥位，Mayfiekd頭架(美國)固定頭部，取頸椎后部枕骨至C1～2正中切口，顯露寰椎后部結構，剝離椎板、棘突表面附著的肌肉、韌帶、軟組織直至骨性結構完全顯露，根據術前CT三維重建結果及解剖學標志，在病灶上下正常節(jié)段植入椎弓根螺釘，C型臂X線機透視確認椎弓根釘位置良好，根據患者需要行減壓或植骨融合手術，留置引流管，逐層縫合傷口。術后常規(guī)使用抗生素1～2 d。嚴格臥床休息，頸部制動，軸向翻身。觀察引流量，低于50 ml/d，顏色由鮮紅轉淡紅或無色，且無腦脊液漏出，拔除引流管。術后3個月常規(guī)佩戴頸托，定期復查X線片。

觀察組：采用3D導航模板輔助下椎弓根螺釘植入治療，首先進行椎弓根置釘導航模板制作，方法如下：術前Light Speed 16層螺旋CT(美國GE公司)行上頸椎薄層掃描，Dicom格式保存掃描圖像導人Mimics17.0交互式醫(yī)學影像控制系統(比利時Materialise公司)生成目標椎體的三維模型。MedCAD模塊初步模擬椎弓根置釘，橫斷位、矢狀位、冠狀位觀察釘道與椎弓根的位置關系，經細致調整后將椎體模型及圓柱體數據導入三維重建軟件Mimics，建立與椎板、棘突及關節(jié)突關節(jié)后面解剖形態(tài)一致的反向模板。重新建立直徑為3.5 mm的圓柱體導航標桿(代表虛擬釘道)，合理調整導航桿位置，使導航桿以最佳位置穿過椎弓根中心，確保釘道不突破椎弓根骨皮質。將制作完成寰椎椎弓根三維模型導入3-matic平臺，通過布爾運算，減去導航桿和相應脊柱節(jié)段，獲得帶有定位孔和導向標桿的寰椎椎弓根螺釘個性化導航模板，將導板文件導入Forml+3D打印機(Formlabs，美國)，光敏樹脂材料打印出寰椎椎弓根置釘導板，環(huán)氧乙烷消毒后裝袋備用。第二，在導航模塊輔助下植入寰椎椎弓根螺釘，方法如下：術中完全暴露寰椎骨性結構后，將消毒導航模塊貼附于寰椎椎板和棘突，微調位置確保模板緊密貼合于寰椎后，助手協助固定模板，電鉆鉆出約15 mm的進釘通路，椎弓根探子測定深度和通道四壁，確定無異常，5 mm絲錐攻絲擴孔，植適配規(guī)格螺釘。樞椎椎弓根螺釘置入方法同對照，C型臂X線機透視確認椎弓根釘位置良好，根據病患者需要行減壓或植骨融合手術，留置引流管，逐層縫合傷口。術后處理同對照組。

1.3觀察指標 ①觀察兩組手術時間、術中出血量、置釘時間。②置釘準確度：術后即刻拍攝CT片，根據CT片顯示螺釘與椎弓根的相對位置并參考文獻〔6〕評價置釘準確度：Ⅰ級，螺釘完全在椎弓根內，為突破骨皮質；Ⅱ級，螺釘穿出椎弓根壁≤2 mm，無神經、血管損傷等并發(fā)癥發(fā)生；Ⅲ級，螺釘穿出椎弓根壁>2 mm，無神經、血管損傷等并發(fā)癥發(fā)生；Ⅳ級，螺釘穿出椎弓根壁>2 mm，出現神經根損傷等置釘相關并發(fā)癥。Ⅰ級為優(yōu)，Ⅱ～Ⅲ級為良，Ⅳ級差，計算兩組置釘優(yōu)良率=(Ⅰ級+Ⅱ級+Ⅲ級)/總例數×100.00%。③術前設計與術后釘道內傾角和頭傾角對比：在Mimics軟件中測量術前設計釘道內傾角和頭傾角，在術后CT中測量實際置釘后釘道內傾角和頭傾角，二者進行比較。內傾角：俯視位釘道與椎體正中矢狀線夾角。頭傾角：左視位釘道與椎體上終板的夾角〔7〕。④分別于術前、術后3個月評估患者頸椎疼痛程度：采用視覺模擬評分法(VAS)評估患者頸椎疼痛程度，滿分10分，0分為無痛，10分為難以忍受的劇痛。⑤分別于術前、術后3個月進行神經功能評估：采用日本骨科協會(JOA)評分系統判斷神經功能，滿分為17分，分值越高表示神經功能越好〔8〕。⑥觀察并發(fā)癥發(fā)生情況。

2 結 果

2.1兩組手術結果比較 觀察組術中導航模塊與椎體后方骨性結構均緊密貼合，置釘過程順利，置入螺釘68枚，術中未出現一例神經根、椎動或靜脈叢損傷，術后疼痛明顯緩解。對照組術中1例螺釘偏離穿破皮質骨，共置入螺釘60枚。觀察組手術時間、置釘時間短于對照組(P<0.05)，見表1。兩組術后均獲得16～40個月隨訪，中位隨訪28個月，隨訪期間尚未發(fā)現1例螺釘松動、脫落、折斷、腦脊液漏等并發(fā)癥。

表1 兩組手術時間、術中出血量、置釘時間比較〔M(Q25，Q75)〕

2.2兩組椎弓根螺釘置釘準確度比較 觀察組置釘優(yōu)良率明顯高于對照組(P<0.05)，見表2。

2.33D打印術前設計與術后釘道內傾角和頭傾角比較 觀察組術后寰椎釘道內傾角和頭傾角與術前設計差異均無統計學意義(P>0.05)，見表3。

2.4兩組疼痛程度、神經功能比較 兩組術后3個月VAS評分較術前顯著下降(P<0.001)，JOA評分均顯著上升(P<0.001)。觀察組術后3個月VAS評分顯著低于對照組(P<0.05)，JOA評分顯著高于對照組(P<0.05)，見表4。

表2 兩組椎弓根螺釘置釘準確度比較〔n(%)〕

項目內傾角左側右側頭傾角左側右側術前設計8.62±0.658.41±0.698.52±0.738.55±0.75術后實測8.50±1.128.52±0.628.60±0.598.63±1.11t/P值0.382/0.7050.489/0.6280.351/0.7280.246/0.807

表4 兩組手術前后VAS評分和JOA評分比較〔M(Q25,Q75)，分〕

與對照組比較：1)P<0.05

3 討 論

椎弓根是脊柱中最堅硬部分，椎弓根螺釘固定可貫穿前、中、后三維固定，提供更為可靠的力學強度和脊柱穩(wěn)定性〔9〕。寰椎位于脊柱頂端，與其他椎體相比存在較大變異性和結構復雜性，寰樞關節(jié)毗鄰椎動脈、頸髓等重要解剖結構，因此該部位置釘難度和風險系數明顯增加。相關報道顯示頸椎椎弓根置釘皮質骨穿破率達16.90%，其中椎弓根細小是主要因素〔10〕，同時椎動脈解剖變異性增加置釘時出血風險。精確置釘成為寰椎椎弓根釘內固定的研究熱點，隨著3D 打印技術的成熟和發(fā)展，以及在臨床試驗階段的成功，為臨床精確植入椎弓根螺釘提供了有利條件。導航模板輔助置釘技術集三維重建、逆向工程、3D 打印于一體，制作個性化導航模板可精準化置入椎弓根螺釘，極大程度提高了手術療效和安全性〔10,11〕。

良好的術前規(guī)劃是實現精準化置釘的關鍵，本研究術前采用CT三維薄層重建立體直觀的椎弓根模型，利用逆向工程技術獲得椎體和模板數據，不斷調整螺釘和釘道位置，確定合適的螺釘長度和直徑，最終確定個性化導航模板圖形，打印1:1比例寰椎模型和個性化導航模板，排除無法置釘患者，對寰椎椎弓根螺釘內固定椎手術的成功奠定了良好的基礎。術前將導航模板向患者及其家屬展示，有助于術前醫(yī)患溝通，取得患者配合。本研究提示導航模塊輔助可提高置釘準確率和手術成功率。導航模板輔助下寰椎椎弓根螺釘置入有助于減少置釘誤差。研究顯示導航模板輔助寰椎椎弓根螺釘置釘優(yōu)良率96.80%，高于徒手置釘優(yōu)良率(90.60%)〔12〕，實驗研究顯示導航模板輔助寰椎椎弓根螺釘置釘縮短了手術時間、減少X線機透視次數，置釘成功率94.60%，高于徒手置釘(70.27%)〔13〕。一項隨機對照臨床研究觀察導航模板輔助和徒手置釘在寰椎椎弓根螺釘置入準確性的差異，發(fā)現兩組置釘優(yōu)良率比較差異顯著(97.10% vs 90.14%)〔10〕。以上研究均證明導航模塊輔助下寰椎椎弓根螺釘置入的精確性相對較高，與本研究結果基本一致。導航模板在寰椎椎弓根螺釘置入術的優(yōu)勢在于以下幾點〔14～16〕：①實現個體化醫(yī)療，術前三維重建，測量頸椎置釘參數，有助于嚴格篩選手術適應證，提高手術成功率。同時利用逆向醫(yī)學工程和3D打印技術可制定個性化導航模板，避免了徒手置釘術中經驗不足和操作失誤導致的置釘偏差。②提高手術效率，術者術中僅需按照導航模板設計釘道置釘，大大減少術中X線透視花費時間，有效縮短了置釘時間和手術時間。③對于結構畸形或解剖變異椎體，術前合理規(guī)劃制作與目標椎體匹配的導航模板同樣可實現精準置釘。④導航模板輔助下置釘操作簡單，學習曲線短，利于術者快速掌握操作技巧。⑤3D打印材料生物相容性好，與人體骨質相似，無毒無害，對術后康復影響小。本研究驗證了導航模板輔助置釘的高效性。導航模塊輔助下置釘準確率更高，能有效減少頸椎椎體間壓迫癥狀，恢復頸椎生理彎曲，更有利于頸椎功能恢復。

雖然導航模板輔助置釘具有諸多優(yōu)點，但也存在不足和局限之處〔17，18〕：①導航模板輔助技術只能應用于局部骨性結構突出部位，在局部解剖結構平滑定位時會出現滑動。②術前導航模板設計需應用多個軟件，設計過程耗時，復雜，不適合急診患者，且培訓周期長，對導航模板設計人員要求較高，需具備影像學、骨科專業(yè)知識和一定臨床手術經驗。③三維重建對CT設備要求較高，需要較多人力、物力資源，費用昂貴，增加患者醫(yī)療支出和負擔。④對導航模板、打印材料要求較高，導航模板體積、材料性質均可能影響模板固定牢靠度、進釘方向及與椎體貼合程度，進而影響置釘準確度。椎弓根螺釘置入手術需注意的是〔19，20〕：①術中充分暴露椎板等骨性結構，徹底剝離頸椎椎板表面軟組織，利于導航模板緊密貼合椎體，減少導板移動。②釘道鉆孔推薦使用電鉆，避免手鉆鉆頭晃動導致的模板與椎體滑移。③椎弓根探針探查置釘通道確保置釘通道完全在椎弓根內再置入螺釘，降低置釘位置偏差。

綜上，導航模板輔助置釘技術可較好協助醫(yī)生進行術前診斷分型，準確測量出目標椎體骨折或畸形數值，實現個性化置釘，置釘成功率和準確率高，有助于改善臨床癥狀促進頸椎功能恢復，且置釘操作簡單，優(yōu)于徒手置釘。