李 陽，王 靜，宗海洋，林 瑋，徐永清

解放軍聯(lián)勤保障部隊(duì)第920醫(yī)院骨科，昆明 650032

齒突骨折占脊柱骨折的1%～2%，占頸椎骨折的10%～14%[1］。Anderson分型分為3型：Ⅰ型為齒突尖部骨折，占1%～5%；Ⅱ型為基底部骨折，最為常見，占38%～80%；Ⅲ型為骨折線通過C2椎體，占15%～30%[2］。其中Ⅱ型齒突骨折容易繼發(fā)寰樞椎不穩(wěn)，患者可無神經(jīng)癥狀或有輕度脊髓損傷癥狀，但頸髓處于高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，非手術(shù)治療不愈合風(fēng)險(xiǎn)高[3］，常需要手術(shù)治療。寰樞椎后路椎弓根螺釘內(nèi)固定是目前臨床公認(rèn)的治療齒突骨折的有效術(shù)式之一，然而由于頭頸交界處解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如何準(zhǔn)確安全有效地置入C1，2椎弓根螺釘一直是臨床手術(shù)的難點(diǎn)。筆者應(yīng)用3D打印結(jié)合逆向工程技術(shù)實(shí)施體外模擬手術(shù)后，術(shù)中采用模板導(dǎo)航輔助C1，2置釘，提高了手術(shù)的安全性和準(zhǔn)確性，節(jié)約了手術(shù)時(shí)間，減少了術(shù)中出血量，現(xiàn)報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析2010年1月—2018年3月接受椎弓根螺釘內(nèi)固定治療的23例Ⅱ型齒突骨折患者資料。12例常規(guī)徒手置入C1，2椎弓根螺釘（徒手組），其中男8例、女4例，年齡（37.0±5.5）歲；重物砸傷3例，車禍傷7例，摔傷2例；1例合并右肱骨骨折、2例合并右側(cè)尺橈骨骨折。11例在利用3D打印和逆向工程技術(shù)實(shí)施體外模擬手術(shù)成功后，術(shù)中利用導(dǎo)航模板輔助置入C1，2椎弓根螺釘（導(dǎo)航組），其中男7例、女4例，年齡（39.0±6.2）歲；重物砸傷3例，車禍傷5例，高處墜落傷2例，摔傷1例；2例合并右上肢軟組織損傷，1例合并左側(cè)跟骨骨折。2組患者術(shù)前一般資料差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），具有可比性。

1.2 制作3D打印及逆向工程導(dǎo)航模板

患者平躺于64排螺旋 CT（GE Medieal Systems，美國(guó)）平臺(tái)，對(duì)上頸椎進(jìn)行薄層掃描。掃描數(shù)據(jù)設(shè)定：電壓120 kV，電流150 mA，矩陣512×512，層厚0.625 mm。將原始CT圖像數(shù)據(jù)以dicom格式導(dǎo)入Mimics 17.0軟件（Materialise Corporation，比利時(shí)）。在Mimics 17.0軟件中利用閾值分割功能，沿剖面線灰度值分布曲線，跨過頸椎雙側(cè)皮質(zhì)繪制剖面線，拖動(dòng)分割線選擇最適合的閾值，分割結(jié)果保存為蒙板。隨后利用區(qū)域增長(zhǎng)選擇所要細(xì)分的原始蒙板，將互不連接的分割區(qū)域漂浮像素和噪聲點(diǎn)濾除，得到新的蒙板，最后利用計(jì)算3D模型選項(xiàng)完成頸椎三維模型的重建。利用SPS 350B固體激光快速成型機(jī)（陜西恒通智能機(jī)械有限公司，中國(guó)），以光敏樹脂14120（DSM Somos公司，美國(guó)）為材料，打印出1∶1頸椎模型。

利用Mimics 17.0軟件Med CAD模塊設(shè)計(jì)模板的導(dǎo)航管部分，分別在矢狀面、冠狀面、橫斷面視圖中，仔細(xì)手動(dòng)調(diào)整導(dǎo)航管位置，確定最佳椎弓根螺釘進(jìn)針角度及位置（圖1）。通過上述步驟確定寰樞椎的最佳進(jìn)釘通道后，在Mimics 17.0軟件中利用測(cè)量功能測(cè)量導(dǎo)航管進(jìn)針深度。將stl數(shù)據(jù)導(dǎo)入Geomagic studio 12.0軟件（Geomagic Corporation，美國(guó)），在寰樞椎的棘突、椎板區(qū)域勾勒出導(dǎo)板形狀，逆向建立同該模板域表面骨性解剖結(jié)構(gòu)相通的定位模板，以2.0 mm厚度做抽殼處理，以stl格式保存。將抽殼后的定位模板同導(dǎo)航管精確配準(zhǔn)，數(shù)字化生成stl格式的虛擬導(dǎo)航模板，最后利用SPS 350B固體激光快速成型機(jī)，以光敏樹脂14120為材料，打印實(shí)物導(dǎo)航模板（圖2）。將加工完成的導(dǎo)航模板進(jìn)行再處理，去除殘余支撐，進(jìn)行光固化處理，增強(qiáng)物理性能。術(shù)前對(duì)導(dǎo)航模板進(jìn)行低溫等離子消毒以備術(shù)中使用。

1.3 體外模擬手術(shù)

利用3D打印頸椎模型和原比例數(shù)字倒模取得的導(dǎo)航模板，術(shù)前常規(guī)行體外手術(shù)演練。將導(dǎo)航模板緊密貼附于C1后弓和C2椎板及棘突，測(cè)試模板與骨性結(jié)構(gòu)的貼附性。沿導(dǎo)航管利用2 mm克氏針電鉆在C1，2椎弓根開路，直至從椎體前方穿出，觀察克氏針是否完全位于骨道內(nèi)（圖3a～c）。如進(jìn)釘點(diǎn)偏外，進(jìn)釘方向外翻角偏大，則重新設(shè)計(jì)模板，在保證開路均位于骨性結(jié)構(gòu)內(nèi)的前提下，進(jìn)釘點(diǎn)盡量偏內(nèi)，外翻角盡量減小，以利于手術(shù)操作（圖3d～f）。測(cè)量記錄骨性通道的長(zhǎng)度，從而得到術(shù)中開路深度及置入螺釘長(zhǎng)度，并測(cè)量左右進(jìn)釘點(diǎn)到后弓中點(diǎn)或棘突頂點(diǎn)間的距離。

1.4 手術(shù)方法

患者全身麻醉成功后，俯臥于手術(shù)臺(tái)，頭部用Myfiled頭架固定。取枕骨隆突至C3棘突正中切口，依次切開皮膚、皮下組織、筋膜，緊貼棘突分離肌肉，防止出血，暴露C1后弓、C2棘突及椎板。徒手組常規(guī)徒手置釘。導(dǎo)航組將消毒后的導(dǎo)航模板緊密貼附于C1后弓和C2椎板，利用2 mm克氏針電鉆沿導(dǎo)航管開路，直至模擬手術(shù)中預(yù)設(shè)的深度，探針探及周圍均為骨性結(jié)構(gòu)后攻絲，置入直徑3.5 mm椎弓根螺釘，其長(zhǎng)度略小于或等于模擬手術(shù)中所得螺釘長(zhǎng)度。透視確認(rèn)椎弓根螺釘位置良好，利用釘棒連接復(fù)位齒突骨折及C1/C2半脫位。從髂后上棘取松質(zhì)骨，于C1后弓與C2椎板、棘突間植骨，取帶三面皮質(zhì)骨的松質(zhì)骨塊，修整至雙側(cè)“H”型，將骨塊嵌入C1后弓與C2棘突間，完成植骨。檢查無活動(dòng)性出血，常規(guī)沖洗切口，置入1根“半管”進(jìn)行引流，逐層縫合切口并進(jìn)行包扎。

圖1 手動(dòng)調(diào)整虛擬導(dǎo)航管位置Fig. 1 Adjust position of navigation tube manually

圖2 虛擬導(dǎo)航模板和3D打印模板與頸椎模型的匹配情況Fig. 2 Matching of virtual navigation template and 3D printing template with cervical model

圖3 體外模擬手術(shù)Fig. 3 Extracorporeal simulated surgery

1.5 術(shù)后處理

術(shù)后常規(guī)補(bǔ)液治療。24 h拔出“半管”引流管，復(fù)查頸椎X線、CT平掃及三維重建。臥床期間防止呼吸、泌尿系統(tǒng)感染，指導(dǎo)患者行雙下肢功能鍛煉，防止深靜脈血栓形成，3 d后佩戴頭頸胸支具下床行功能鍛煉。

1.6 影像學(xué)測(cè)量及療效評(píng)定

術(shù)后1、3、6、12、18個(gè)月行頸椎正側(cè)位X線和/或CT三維重建檢查，觀察骨折位置、螺釘位置、植骨融合情況，并進(jìn)行影像學(xué)測(cè)量。置釘偏差定義為CT三維重建示椎弓根螺釘突破椎弓根側(cè)方骨皮質(zhì)超過1 mm和/或椎弓根螺釘突破前方骨皮質(zhì)超過2 mm。術(shù)前和術(shù)后6個(gè)月采用視覺模擬量表（VAS）評(píng)分[4］評(píng)估疼痛情況，按美國(guó)脊髓損傷協(xié)會(huì)（ASIA）分級(jí)[5］標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定術(shù)后脊髓功能恢復(fù)情況。

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

應(yīng)用SPSS 17.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。計(jì)量資料以±s表示，組內(nèi)不同時(shí)間數(shù)據(jù)比較采用配對(duì)t檢驗(yàn)，組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料以例數(shù)或百分?jǐn)?shù)表示，組間置釘偏差率比較采用χ2檢驗(yàn)；等級(jí)資料以例數(shù)或百分?jǐn)?shù)表示，組間ASIA分級(jí)比較采用秩和檢驗(yàn)；以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

所有手術(shù)順利完成，術(shù)中無脊髓損傷、椎動(dòng)脈損傷等嚴(yán)重并發(fā)癥發(fā)生。所后患者隨訪超過6個(gè)月。導(dǎo)航組手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量及置釘偏差率低于徒手組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05，表1）。2組術(shù)后6個(gè)月VAS評(píng)分均較術(shù)前顯著改善，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05，表1），組間比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05，表1）。徒手組術(shù)前ASIA分級(jí)D級(jí)4例、E級(jí)8例，導(dǎo)航組術(shù)前D級(jí)3例、E級(jí)8例，術(shù)后均為E級(jí)；2組差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。導(dǎo)航組典型病例影像學(xué)資料見圖4。

表1 2組統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)Tab. 1 Statistical data of 2 groups

圖4 導(dǎo)航組典型病例影像學(xué)資料Fig. 4 Imaging data of a typical case in navigation group

3 討 論

目前治療齒突骨折常用的手術(shù)入路主要有前路和后路，患者骨質(zhì)及全身情況好，骨折非粉碎性，骨折線呈橫行或前上向后下斜行，同時(shí)不伴有C1/C2不穩(wěn)或半脫位時(shí)，可采用前路齒突螺釘固定，但其穩(wěn)定性不如后路螺釘穩(wěn)定性強(qiáng)[6-7］。伴有C1/C2不穩(wěn)或半脫位時(shí)，前路手術(shù)需要行C1/C2固定融合，但手術(shù)部位深、操作視野受限，術(shù)區(qū)難以徹底消毒，中樞神經(jīng)系統(tǒng)潛在感染風(fēng)險(xiǎn)極高，國(guó)內(nèi)外僅少數(shù)醫(yī)院能開展此類術(shù)式，報(bào)道及應(yīng)用相對(duì)較少[8］。后路手術(shù)應(yīng)用較廣，其中頸枕融合術(shù)因其融合節(jié)段多、創(chuàng)傷大、術(shù)后頸椎旋轉(zhuǎn)活動(dòng)范圍影響大，逐漸被后路寰樞椎融合術(shù)代替[9］。鈦纜捆扎及椎板夾技術(shù)存在椎管內(nèi)占位風(fēng)險(xiǎn)，抗旋轉(zhuǎn)及平移力量較差，術(shù)后存在松動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，臨床單獨(dú)應(yīng)用較少[10］。C1，2關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)螺釘技術(shù)要求置釘前骨折解剖復(fù)位，屈頸畸形、鵝頸畸形、胸椎后凸畸形、短頸畸形及C1后弓缺如患者不能采用此術(shù)式[11］。C1側(cè)塊螺釘及椎弓根螺釘是新興的后路內(nèi)固定技術(shù)[12］，C1側(cè)塊螺釘進(jìn)釘點(diǎn)位于寰椎后弓下緣與側(cè)塊后緣移行處，術(shù)中必須暴露C1側(cè)塊后方，該位置靜脈叢豐富、枕大神經(jīng)穿出，易發(fā)生大出血，術(shù)后易出現(xiàn)神經(jīng)牽拉麻木癥狀[13-14］。相比較而言，C1椎弓根螺釘置釘位置偏內(nèi)側(cè)，置釘通道長(zhǎng)，把持力好。頸椎椎弓根螺釘是三柱固定，可提供即刻的三維穩(wěn)定性，生物力學(xué)強(qiáng)度好，臨床應(yīng)用后植骨融合率高，適用于絕大多數(shù)患者，顯示出其他內(nèi)固定方法無可比擬的優(yōu)越性[15-17］。

由于寰樞椎解剖結(jié)構(gòu)的特殊性，術(shù)中無法完全暴露其椎弓根，完全依靠術(shù)者術(shù)中肉眼觀察測(cè)量，是導(dǎo)致置釘相關(guān)并發(fā)癥發(fā)生率高的一個(gè)重要原因。尤其是寰椎正常解剖上下、左右徑只能容下3.5 mm直徑的螺釘通過，進(jìn)釘點(diǎn)和進(jìn)釘內(nèi)外、上下角度的一點(diǎn)偏移都可能導(dǎo)致置釘相關(guān)嚴(yán)重并發(fā)癥的發(fā)生。有研究報(bào)道，徒手寰椎椎弓根螺釘置釘錯(cuò)誤占所有并發(fā)癥的55.45%[18］。寰樞椎椎弓根解剖結(jié)構(gòu)個(gè)體差異較大，變異較多，同樣的置釘方式對(duì)不同的患者可能產(chǎn)生不同的結(jié)果，每例手術(shù)均應(yīng)根據(jù)每個(gè)椎弓根的實(shí)際影像學(xué)測(cè)量結(jié)果來置釘，才能提高手術(shù)成功率。圖像導(dǎo)航技術(shù)在置釘方面顯示出其獨(dú)特的優(yōu)越性[19-23］，但設(shè)備昂貴，操作復(fù)雜，目前尚未大范圍開展應(yīng)用。

數(shù)字骨科技術(shù)已廣泛應(yīng)用于骨科臨床各個(gè)分學(xué)科，快速成型技術(shù)、倒模技術(shù)可行3D模型打印與導(dǎo)航模板的打印，符合個(gè)體化原則，能有效指導(dǎo)手術(shù)方案的制訂和手術(shù)的實(shí)施，與徒手置釘技術(shù)比較可減少手術(shù)時(shí)間，提高手術(shù)準(zhǔn)確性和安全性[24-27］。筆者在3D打印的1∶1頸椎模型上，利用逆向工程技術(shù)，為患者量身定做導(dǎo)航模板，利用導(dǎo)航模板在3D模型上體外模擬手術(shù)輔助寰樞椎置釘，結(jié)果顯示，導(dǎo)航組與徒手組手術(shù)療效相當(dāng)，但導(dǎo)航組置釘安全性、準(zhǔn)確性更高，且手術(shù)效率更高。實(shí)踐證實(shí)3D打印、逆向工程技術(shù)結(jié)合體外模擬手術(shù)輔助寰樞椎置釘有以下優(yōu)點(diǎn)。①個(gè)體化直觀展現(xiàn)患者上頸椎及骨折脫位特點(diǎn)，讓術(shù)者心中有數(shù)；②個(gè)體化導(dǎo)航模板為術(shù)中置釘準(zhǔn)確性和安全性提供保障；③體外模擬手術(shù)可查找模板的各種缺陷，反復(fù)模擬手術(shù)，不斷優(yōu)化導(dǎo)航模板，最大程度地提高手術(shù)安全性和準(zhǔn)確性；④在導(dǎo)航輔助下的個(gè)體化置釘方案可大大減少手術(shù)時(shí)間，設(shè)計(jì)的進(jìn)釘點(diǎn)較徒手置釘位置更偏內(nèi)側(cè)，需剝離的靜脈叢減少，減少了術(shù)中出血量，同時(shí)也降低了損傷C1神經(jīng)根的風(fēng)險(xiǎn)。

為保證手術(shù)成功，手術(shù)操作應(yīng)注意以下事項(xiàng)。①體外模擬手術(shù)所得進(jìn)釘點(diǎn)位置、進(jìn)釘長(zhǎng)度等數(shù)據(jù)，術(shù)中需核對(duì)左右側(cè)，并反復(fù)驗(yàn)證，避免產(chǎn)生置釘位置錯(cuò)誤或螺釘過長(zhǎng)、過短等錯(cuò)誤。②在計(jì)算機(jī)制作導(dǎo)航模板的過程中，利用C1后弓中點(diǎn)、C2棘突上緣等骨性凸起作為重要標(biāo)定點(diǎn)，制作出的導(dǎo)航模板貼附性更好，不易產(chǎn)生位移。③計(jì)算機(jī)制作導(dǎo)航模板過程中，進(jìn)釘點(diǎn)的選擇應(yīng)在保證骨性釘?shù)劳暾?、不進(jìn)入椎管、不損傷椎動(dòng)脈的前提下，盡量靠?jī)?nèi)，進(jìn)釘外翻角盡量偏小。如進(jìn)釘位置偏向外側(cè)，外翻角必然會(huì)相應(yīng)偏大，勢(shì)必增加暴露的寬度，損傷靜脈叢，容易引起大出血；同時(shí)后方的肌肉和皮膚會(huì)阻礙導(dǎo)航管和克氏針，導(dǎo)致誤差甚至釘?shù)榔?，損傷椎動(dòng)脈或脊髓。④術(shù)前應(yīng)對(duì)1∶1模型及導(dǎo)航模板進(jìn)行低溫等離子消毒，高溫高壓消毒可能會(huì)導(dǎo)致其變形。⑤術(shù)中需充分剝離寰椎、樞椎后部的骨組織，將軟組織清除干凈，利于導(dǎo)航模板與骨性結(jié)構(gòu)完全貼合。C2棘突部位剝離的肌肉予以帶線標(biāo)記，手術(shù)結(jié)束時(shí)便于各肌肉起點(diǎn)重建。⑥骨皮質(zhì)光滑，直接開路可能會(huì)打滑，導(dǎo)致釘?shù)榔疲上刃羞M(jìn)釘點(diǎn)單層骨皮質(zhì)部分咬除。⑦為確保導(dǎo)孔在導(dǎo)航過程中的穩(wěn)定，導(dǎo)航管管壁須有一定的厚度，建議至少3 mm。⑧徒手置釘?shù)脑瓌t和經(jīng)驗(yàn)是導(dǎo)航模板手術(shù)成功的基本保障。

綜上所述，3D打印和逆向工程技術(shù)結(jié)合體外模擬手術(shù)輔助寰樞椎椎弓根螺釘置釘治療Ⅱ型齒突骨折，置釘方案完全個(gè)體化，提高了置釘?shù)臏?zhǔn)確性和安全性，是一種安全有效的寰樞椎置釘輔助手段。但本研究樣本量偏小，隨訪時(shí)間短，今后仍需進(jìn)一步積累病例，延長(zhǎng)隨訪時(shí)間，驗(yàn)證該技術(shù)的臨床效果。