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

寰椎椎弓根螺釘內(nèi)固定是治療寰椎脫位、骨折、不穩(wěn)的重要術(shù)式，但寰椎弓根細小，椎體周圍結(jié)構(gòu)復(fù)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(jīng)與椎動脈損傷風(fēng)險系數(shù)〔1〕。傳統(tǒng)徒手椎弓根螺釘內(nèi)固定螺釘錯位率較高，椎弓根螺釘穿破皮質(zhì)風(fēng)險較大，增加神經(jīng)和血管損傷并發(fā)癥風(fēng)險〔2,3〕。理想的椎弓根螺釘應(yīng)具有最長的直徑和長度提高內(nèi)固定穩(wěn)定性，且不能穿破椎弓根皮質(zhì)增加手術(shù)創(chuàng)傷。導(dǎo)航模板輔助螺釘置技術(shù)借助于醫(yī)學(xué)影像交互式處理軟件、逆向工程軟件、3D打印技術(shù)等，根據(jù)患者寰椎解剖結(jié)構(gòu)形態(tài)獲得個性化導(dǎo)航模板，保證了術(shù)中與椎體貼合度，有效簡化手術(shù)流程，縮短手術(shù)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(shù)并發(fā)癥風(fēng)險〔4,5〕。本研究旨在觀察導(dǎo)航模板與傳統(tǒng)徒手置釘在寰椎椎弓根螺釘置入術(shù)中的應(yīng)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(xué)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(shù)患者為研究對象，患者均具備手術(shù)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(shù)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(guān)節(jié)脫位5例，寰樞關(guān)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(guān)節(jié)脫位5例，寰樞關(guān)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(xué)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(jié)構(gòu)，剝離椎板、棘突表面附著的肌肉、韌帶、軟組織直至骨性結(jié)構(gòu)完全顯露，根據(jù)術(shù)前CT三維重建結(jié)果及解剖學(xué)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(jù)患者需要行減壓或植骨融合手術(shù)，留置引流管，逐層縫合傷口。術(shù)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(zhuǎn)淡紅或無色，且無腦脊液漏出，拔除引流管。術(shù)后3個月常規(guī)佩戴頸托，定期復(fù)查X線片。

觀察組：采用3D導(dǎo)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(dǎo)航模板制作，方法如下：術(shù)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(dǎo)人Mimics17.0交互式醫(yī)學(xué)影像控制系統(tǒng)(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?shù)琅c椎弓根的位置關(guān)系，經(jīng)細致調(diào)整后將椎體模型及圓柱體數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維重建軟件Mimics，建立與椎板、棘突及關(guān)節(jié)突關(guān)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(dǎo)航標桿(代表虛擬釘?shù)?，合理調(diào)整導(dǎo)航桿位置，使導(dǎo)航桿以最佳位置穿過椎弓根中心，確保釘?shù)啦煌黄谱倒瞧べ|(zhì)。將制作完成寰椎椎弓根三維模型導(dǎo)入3-matic平臺，通過布爾運算，減去導(dǎo)航桿和相應(yīng)脊柱節(jié)段，獲得帶有定位孔和導(dǎo)向標桿的寰椎椎弓根螺釘個性化導(dǎo)航模板，將導(dǎo)板文件導(dǎo)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(dǎo)板，環(huán)氧乙烷消毒后裝袋備用。第二，在導(dǎo)航模塊輔助下植入寰椎椎弓根螺釘，方法如下：術(shù)中完全暴露寰椎骨性結(jié)構(gòu)后，將消毒導(dǎo)航模塊貼附于寰椎椎板和棘突，微調(diào)位置確保模板緊密貼合于寰椎后，助手協(xié)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(jù)病患者需要行減壓或植骨融合手術(shù)，留置引流管，逐層縫合傷口。術(shù)后處理同對照組。

1.3觀察指標 ①觀察兩組手術(shù)時間、術(shù)中出血量、置釘時間。②置釘準確度：術(shù)后即刻拍攝CT片，根據(jù)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(nèi)，為突破骨皮質(zhì)；Ⅱ級，螺釘穿出椎弓根壁≤2 mm，無神經(jīng)、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(jīng)、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(xiàn)神經(jīng)根損傷等置釘相關(guān)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(shù)×100.00%。③術(shù)前設(shè)計與術(shù)后釘?shù)纼?nèi)傾角和頭傾角對比：在Mimics軟件中測量術(shù)前設(shè)計釘?shù)纼?nèi)傾角和頭傾角，在術(shù)后CT中測量實際置釘后釘?shù)纼?nèi)傾角和頭傾角，二者進行比較。內(nèi)傾角：俯視位釘?shù)琅c椎體正中矢狀線夾角。頭傾角：左視位釘?shù)琅c椎體上終板的夾角〔7〕。④分別于術(shù)前、術(shù)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(shù)前、術(shù)后3個月進行神經(jīng)功能評估：采用日本骨科協(xié)會(JOA)評分系統(tǒng)判斷神經(jīng)功能，滿分為17分，分值越高表示神經(jīng)功能越好〔8〕。⑥觀察并發(fā)癥發(fā)生情況。

2 結(jié) 果

2.1兩組手術(shù)結(jié)果比較 觀察組術(shù)中導(dǎo)航模塊與椎體后方骨性結(jié)構(gòu)均緊密貼合，置釘過程順利，置入螺釘68枚，術(shù)中未出現(xiàn)一例神經(jīng)根、椎動或靜脈叢損傷，術(shù)后疼痛明顯緩解。對照組術(shù)中1例螺釘偏離穿破皮質(zhì)骨，共置入螺釘60枚。觀察組手術(shù)時間、置釘時間短于對照組(P<0.05)，見表1。兩組術(shù)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(xiàn)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(shù)時間、術(shù)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(shù)前設(shè)計與術(shù)后釘?shù)纼?nèi)傾角和頭傾角比較 觀察組術(shù)后寰椎釘?shù)纼?nèi)傾角和頭傾角與術(shù)前設(shè)計差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，見表3。

2.4兩組疼痛程度、神經(jīng)功能比較 兩組術(shù)后3個月VAS評分較術(shù)前顯著下降(P<0.001)，JOA評分均顯著上升(P<0.001)。觀察組術(shù)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(nèi)傾角左側(cè)右側(cè)頭傾角左側(cè)右側(cè)術(shù)前設(shè)計8.62±0.658.41±0.698.52±0.738.55±0.75術(shù)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(shù)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(xué)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(jié)構(gòu)復(fù)雜性，寰樞關(guān)節(jié)毗鄰椎動脈、頸髓等重要解剖結(jié)構(gòu)，因此該部位置釘難度和風(fēng)險系數(shù)明顯增加。相關(guān)報道顯示頸椎椎弓根置釘皮質(zhì)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(fēng)險。精確置釘成為寰椎椎弓根釘內(nèi)固定的研究熱點，隨著3D 打印技術(shù)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(dǎo)航模板輔助置釘技術(shù)集三維重建、逆向工程、3D 打印于一體，制作個性化導(dǎo)航模板可精準化置入椎弓根螺釘，極大程度提高了手術(shù)療效和安全性〔10,11〕。

良好的術(shù)前規(guī)劃是實現(xiàn)精準化置釘?shù)年P(guān)鍵，本研究術(shù)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(shù)獲得椎體和模板數(shù)據(jù)，不斷調(diào)整螺釘和釘?shù)牢恢?，確定合適的螺釘長度和直徑，最終確定個性化導(dǎo)航模板圖形，打印1:1比例寰椎模型和個性化導(dǎo)航模板，排除無法置釘患者，對寰椎椎弓根螺釘內(nèi)固定椎手術(shù)的成功奠定了良好的基礎(chǔ)。術(shù)前將導(dǎo)航模板向患者及其家屬展示，有助于術(shù)前醫(yī)患溝通，取得患者配合。本研究提示導(dǎo)航模塊輔助可提高置釘準確率和手術(shù)成功率。導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)航模板輔助寰椎椎弓根螺釘置釘縮短了手術(shù)時間、減少X線機透視次數(shù)，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(dǎo)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(xiàn)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(dǎo)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(jié)果基本一致。導(dǎo)航模板在寰椎椎弓根螺釘置入術(shù)的優(yōu)勢在于以下幾點〔14～16〕：①實現(xiàn)個體化醫(yī)療，術(shù)前三維重建，測量頸椎置釘參數(shù)，有助于嚴格篩選手術(shù)適應(yīng)證，提高手術(shù)成功率。同時利用逆向醫(yī)學(xué)工程和3D打印技術(shù)可制定個性化導(dǎo)航模板，避免了徒手置釘術(shù)中經(jīng)驗不足和操作失誤導(dǎo)致的置釘偏差。②提高手術(shù)效率，術(shù)者術(shù)中僅需按照導(dǎo)航模板設(shè)計釘?shù)乐冕敚蟠鬁p少術(shù)中X線透視花費時間，有效縮短了置釘時間和手術(shù)時間。③對于結(jié)構(gòu)畸形或解剖變異椎體，術(shù)前合理規(guī)劃制作與目標椎體匹配的導(dǎo)航模板同樣可實現(xiàn)精準置釘。④導(dǎo)航模板輔助下置釘操作簡單，學(xué)習(xí)曲線短，利于術(shù)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(zhì)相似，無毒無害，對術(shù)后康復(fù)影響小。本研究驗證了導(dǎo)航模板輔助置釘?shù)母咝浴?dǎo)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(fù)頸椎生理彎曲，更有利于頸椎功能恢復(fù)。

雖然導(dǎo)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(dǎo)航模板輔助技術(shù)只能應(yīng)用于局部骨性結(jié)構(gòu)突出部位，在局部解剖結(jié)構(gòu)平滑定位時會出現(xiàn)滑動。②術(shù)前導(dǎo)航模板設(shè)計需應(yīng)用多個軟件，設(shè)計過程耗時，復(fù)雜，不適合急診患者，且培訓(xùn)周期長，對導(dǎo)航模板設(shè)計人員要求較高，需具備影像學(xué)、骨科專業(yè)知識和一定臨床手術(shù)經(jīng)驗。③三維重建對CT設(shè)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(dān)。④對導(dǎo)航模板、打印材料要求較高，導(dǎo)航模板體積、材料性質(zhì)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(shù)需注意的是〔19，20〕：①術(shù)中充分暴露椎板等骨性結(jié)構(gòu)，徹底剝離頸椎椎板表面軟組織，利于導(dǎo)航模板緊密貼合椎體，減少導(dǎo)板移動。②釘?shù)楞@孔推薦使用電鉆，避免手鉆鉆頭晃動導(dǎo)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(nèi)再置入螺釘，降低置釘位置偏差。

綜上，導(dǎo)航模板輔助置釘技術(shù)可較好協(xié)助醫(yī)生進行術(shù)前診斷分型，準確測量出目標椎體骨折或畸形數(shù)值，實現(xiàn)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(fù)，且置釘操作簡單，優(yōu)于徒手置釘。