鄭張安 薛雙桃 張小海 章朋朋 權(quán)良忠 劉春紅 桂召柳

目前，下頸椎椎弓根螺釘內(nèi)固定技術(shù)被越來越多地應(yīng) 用于各種頸椎疾病的治療中，相較于側(cè)塊螺釘，其所需固定的節(jié)段較少，且具有顯著的生物力學(xué)優(yōu)勢(shì)。Ito等[1]對(duì)32個(gè)椎體（C3-C6）隨機(jī)選擇一側(cè)置入椎弓根螺釘，另一側(cè)置入側(cè)塊螺釘，生物力學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示椎弓根螺釘固定的平均抗拔出強(qiáng)度約為側(cè)塊螺釘?shù)? 倍（762 N vs.191 N）。然而，下頸椎（主要為C3-C6椎體）椎弓根較細(xì)，且毗鄰脊髓、椎動(dòng)脈和神經(jīng)根，現(xiàn)有的操作方法不夠精確，造成椎弓根螺釘穿透率高，潛在的神經(jīng)、血管損傷的風(fēng)險(xiǎn)大[2-3]。本研究利用計(jì)算機(jī)輔助軟件Mimics 和3D 打印技術(shù)制作出輔助下頸椎椎弓根螺釘置入的個(gè)體化導(dǎo)板，引導(dǎo)頸椎椎弓根螺釘?shù)闹萌?，繼而在模型上實(shí)操并比較其與傳統(tǒng)徒手置釘在準(zhǔn)確率方面的差異，旨在探索一種新的個(gè)體化置釘技術(shù)，實(shí)現(xiàn)下頸椎后路椎弓根螺釘?shù)木珳?zhǔn)置釘。

1 資料與方法

1.1 一般資料

納入標(biāo)準(zhǔn)：①骨骼發(fā)育成熟；②行頸椎CT 三維重建檢查；③既往無頸椎手術(shù)史。排除標(biāo)準(zhǔn)：①病歷資料不全；②頸椎先天發(fā)育畸形或椎體變異；③頸椎骨折或腫瘤。

隨機(jī)選取蕪湖市第二人民醫(yī)院2021年1月至2021年12月行頸椎CT 三維重建檢查的30 例住院患者的資料，其中男19例，女11例，年齡32～ 87歲，平均57.9歲。

1.2 Mimics三維重建與模擬置釘

采集頸椎CT連續(xù)掃描影像數(shù)據(jù)，所用設(shè)備為美國(guó)GE Light Speed 64 排螺旋CT，于仰臥位掃描，參數(shù)為層厚0.75 mm，層距0.75 mm。將原始數(shù)據(jù)以標(biāo)準(zhǔn)DICOM 格式導(dǎo)出保存。將DICOM格式文件導(dǎo)入Mimics 21.0軟件（比利時(shí)Materialise公司）進(jìn)行三維模型重建，獲得完整的C3-C6的三維圖像，予以保存。利用軟件的CAD功能畫出“Cylinder”，調(diào)整屬性，設(shè)置“Radius”，模擬椎弓根螺釘置釘，定位三維參考平面，反復(fù)調(diào)整椎弓根螺釘?shù)倪M(jìn)釘通道，直至最佳理想位置，使之處于椎弓根正中軸線上（見圖1A）。

1.3 個(gè)體化導(dǎo)板的設(shè)計(jì)與制作

將上述模型數(shù)據(jù)以STL格式導(dǎo)入Geomagic Studio 2015軟件，提取C3-C6椎體椎板及棘突背側(cè)的解剖形態(tài)，在軟件中設(shè)計(jì)與上述解剖形狀完全貼合互補(bǔ)的反向模板，從而得到帶釘?shù)赖膶?dǎo)向模板（見圖1B）。最后將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到醫(yī)學(xué)3D打印機(jī)（中國(guó)創(chuàng)想三維公司）軟件中，使用光敏樹脂材料在高精度模式下進(jìn)行打印，制作成椎體模型及導(dǎo)向模板（見圖1C-E）。

1.4 雙側(cè)隨機(jī)分組置入椎弓根螺釘

在C3-C6椎體模型上采用隨機(jī)數(shù)字法隨機(jī)于一側(cè)應(yīng)用導(dǎo)向模板輔助置入椎弓根螺釘（導(dǎo)向模板組）：放置導(dǎo)向模板塊于椎板面，使之貼合緊密，按壓固定導(dǎo)塊，然后順著導(dǎo)向模板上的釘?shù)朗褂? mm 電鉆鉆孔，攻絲擴(kuò)孔，緩慢擰入椎弓根螺釘；另一側(cè)則參考王東來法[4]徒手置釘（徒手置釘組）：以頸椎關(guān)節(jié)突背面中點(diǎn)為原點(diǎn)，建立平面直角坐標(biāo)系，進(jìn)針點(diǎn)位于外上象限中點(diǎn)，保持40°～ 45°外傾角、平行相應(yīng)節(jié)段椎體上終板使用電鉆鉆孔，攻絲擴(kuò)孔，擰入螺釘（見圖1F）。所有操作均由同一名經(jīng)驗(yàn)豐富的脊柱外科醫(yī)生完成。

1.5 評(píng)價(jià)指標(biāo)

術(shù)后由2 名脊柱外科醫(yī)生獨(dú)立檢查評(píng)估頸椎椎弓根螺釘位置，按照Lee 等[5]的方法將椎弓根螺釘?shù)奈恢梅譃?級(jí)：Ⅰ級(jí)，椎弓根螺釘未突破椎弓根皮質(zhì)；Ⅱ級(jí)，穿破部分小于椎弓根螺釘直徑的25%；Ⅲ級(jí)，穿破部分大于椎弓根螺釘直徑的25%，但小于50%；Ⅳ級(jí)，穿破部分大于椎弓根螺釘直徑的50%。

2 結(jié)果

所有頸椎椎體模型雙側(cè)均順利完成置釘，雙側(cè)共240枚螺釘。導(dǎo)向模板輔助置釘組（導(dǎo)向模板組）116 枚螺釘（96.7%）位置為Ⅰ級(jí)，4 枚螺釘（3.3%）為Ⅱ級(jí)。而徒手置釘組（徒手置釘組）73 枚螺釘位置為Ⅰ級(jí)（60.8%），17 枚螺釘（14.1%）為Ⅱ級(jí)，11枚螺釘（9.2%）為Ⅲ級(jí)，19 枚螺釘為Ⅳ級(jí)（15.8%），兩組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），詳見表1。

表1 兩組置釘方法準(zhǔn)確率的比較

另外在徒手置釘組穿破椎弓根皮質(zhì)的47 枚螺釘（39.2%）中，3 枚（6.3%）穿破椎弓根內(nèi)側(cè)皮質(zhì)，13 枚（27.7%）向椎弓根上外側(cè)穿出，31 枚（66.0%）穿破椎弓根外側(cè)皮質(zhì)。

3 討論

下頸椎（C3-C6）椎弓根較細(xì)，內(nèi)鄰頸髓，外鄰椎動(dòng)脈，上壁緊貼神經(jīng)根，且不同個(gè)體不同節(jié)段間差異較大，因而手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)及難度均較大，被認(rèn)為是脊柱手術(shù)的高危區(qū)域，很多醫(yī)院至今仍未能開展該區(qū)域手術(shù)[6]。究其原因，一是因?yàn)樵摴?jié)段椎弓根解剖數(shù)據(jù)較上頸椎（C1-2）、胸椎及腰椎細(xì)小很多；二是因?yàn)榻馄式Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，一旦損傷毗鄰的椎動(dòng)脈及頸髓，將會(huì)引起嚴(yán)重并發(fā)癥。傳統(tǒng)置釘方法較多，諸如Abumi 法[7]、Ebraheim 法[8]、王東來法[4]、“內(nèi)側(cè)漏斗法”[9]、“滑動(dòng)技術(shù)”[10]等，這些置釘方法多參考局部解剖定位徒手置釘，進(jìn)釘點(diǎn)、進(jìn)釘方向更多依賴術(shù)者的經(jīng)驗(yàn)和手感，來保證椎弓根置釘?shù)臏?zhǔn)確置入，對(duì)術(shù)者的經(jīng)驗(yàn)要求高，有一定的盲目性，容易造成椎弓根螺釘?shù)拇┩?，?jù)文獻(xiàn)報(bào)道椎弓根螺釘誤置穿孔率可高達(dá)29.8%[2]。本研究中徒手置釘組的螺釘穿孔率高達(dá)39.2%，稍高于文獻(xiàn)報(bào)道，原因可能為本研究系直視下檢查評(píng)估螺釘穿孔情況，而文獻(xiàn)報(bào)道中的穿孔評(píng)估數(shù)據(jù)往往基于CT 影像，可能存在一定的誤差。

個(gè)體化3D打印導(dǎo)向模板輔助置釘技術(shù)近年來在骨科手術(shù)中應(yīng)用逐漸廣泛，成為一種公認(rèn)的符合個(gè)體化精準(zhǔn)醫(yī)療理念的方法，具有傳統(tǒng)置釘無法比擬的優(yōu)勢(shì)[11-12]。該技術(shù)通過Mimics等計(jì)算機(jī)軟件構(gòu)建椎體的三維立體模型，模擬置釘，準(zhǔn)確設(shè)計(jì)出最佳釘?shù)馈Ｈ缓髮?shù)據(jù)導(dǎo)入逆向工程軟件，參考手術(shù)部位解剖反提取模板，最后3D打印出實(shí)物模型及個(gè)體化導(dǎo)向模板。術(shù)中將導(dǎo)板緊貼于椎板，直接由模板上導(dǎo)向通道鉆孔，輔助完成置釘，真正實(shí)現(xiàn)置釘個(gè)體化[13]。該技術(shù)簡(jiǎn)便易操作，學(xué)習(xí)曲線短，可大大減少透視時(shí)間及手術(shù)操作時(shí)間，大大提高置釘?shù)臏?zhǔn)確率及安全性[6]。牛國(guó)旗等[14]設(shè)計(jì)出個(gè)體化導(dǎo)向模板在13例上頸椎疾病患者3D 模型上完成輔助導(dǎo)引置釘，與對(duì)照徒手置釘組相比，螺釘置入的成功率具有顯著優(yōu)勢(shì)（94.60% vs.70.27%，P＜0.05）。毛克政等[15]應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)結(jié)合3D 打印制作個(gè)體化頸椎椎弓根螺釘導(dǎo)板，于8 具尸體頸椎標(biāo)本中共置入椎弓根螺釘64 枚，其中僅2 枚向外穿破至椎動(dòng)脈孔，置釘準(zhǔn)確性為97%。

本研究在椎體模型上通過雙側(cè)自身對(duì)照，比較了其與傳統(tǒng)徒手置釘方法在置釘準(zhǔn)確率方面的差異，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)向模板組的置釘準(zhǔn)確率高達(dá)96.7%，相較于徒手置釘組的60.8%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），證實(shí)導(dǎo)向模板組在置釘準(zhǔn)確性方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。

同時(shí)筆者也注意到個(gè)體化導(dǎo)向模板輔助方法的一些潛在不足。個(gè)體化導(dǎo)向模板的打印制作時(shí)間較長(zhǎng)，需1～ 2 d才能完成，這可能會(huì)增加患者的住院時(shí)間，且不適用于需急診手術(shù)的患者。導(dǎo)向模板的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，往往需求助專業(yè)公司完成，以及3D打印所需的材料或設(shè)備，這些可能會(huì)額外增加患者的醫(yī)療費(fèi)用。在真實(shí)的患者手術(shù)中，下頸椎椎板表面的解剖結(jié)構(gòu)因?yàn)榧∪饧绊g帶等的影響，表面光滑性可能不如3D打印的模型，造成導(dǎo)板難以完全貼合。CT重建、導(dǎo)板打印等多個(gè)環(huán)節(jié)可能會(huì)產(chǎn)生誤差，造成導(dǎo)板和骨的匹配度不如體外實(shí)驗(yàn)好，從而可能影響最終的準(zhǔn)確性。

本研究通過計(jì)算機(jī)輔助軟件與3D打印機(jī)制作出個(gè)體化導(dǎo)向模板，在導(dǎo)板引導(dǎo)下在實(shí)物模型上成功完成置釘，置釘準(zhǔn)確率較傳統(tǒng)徒手置釘方法有顯著優(yōu)勢(shì)，具有較好的臨床應(yīng)用前景。