寰枢椎椎弓根钉个体化置入技术在寰枢椎骨折脱位治疗中的应用

赵保辉，张韶辉，崔青，张建华

河北省沧州中西医结合医院 脊柱关节科，河北 沧州 061001

寰枢椎椎弓根钉个体化置入技术在寰枢椎骨折脱位治疗中的应用

赵保辉，张韶辉，崔青，张建华

河北省沧州中西医结合医院 脊柱关节科，河北 沧州 061001

目的 探讨寰枢椎椎弓根钉个体化置入技术在寰枢椎骨折脱位治疗中的临床价值。方法 对5例成人寰枢椎标本行CT扫描，将扫描数据导入M im ics软件对标本进行三维重建，并利用M im ics相关功能在三维重建图像上寻找寰枢椎椎弓根螺钉置入的最佳轴线并测量相关数据。然后以重建的椎体三维图形为模板，以寰椎后弓及枢椎棘突为解剖标志设计螺钉置入导向模块，将重建椎体模型及导向模块图像以STL格式导入三维打印机，制作出椎体模型及导向模块，并借助导向模块行术中椎弓根螺钉置入。结果 成功建立了与标本相似度极高的寰枢椎三维重建图像和实物模型，并制作了置钉导向模块，于置钉导向模块辅助下对5例患者共置入10枚椎弓根螺钉，CT扫描显示螺钉位置满意。结论 利用M im ics软件对寰枢椎进行三维立体重建，并以其为标本制作置钉导向模块来辅助置钉，是一种寰枢椎椎弓根螺钉置入的个体化方法，可明显提高置钉安全性。

寰枢椎骨折脱位；M im ics软件；三维重建；置钉导向模块；椎弓根螺钉置入

由于人体寰枢椎位置特殊，其骨折脱位常累及延髓生命中枢与椎-基底动脉，可导致患者严重残疾，甚至威胁

其生命，故寰枢椎骨折、外伤后不稳或脱位常需外科治疗。寰枢椎骨折固定有很多方法，椎弓根螺钉固定为其中一种。椎弓根螺钉固定能够提供其他固定方式无法比拟的三维立体稳定性[1-3]，更有利于颈椎术后的稳定性和骨性融合。但由于该部位的手术难度大、风险高，是外科手术的“危险区”，因此，寻求一种安全的个体化置钉方法一直是临床十分关注的问题。本研究利用Mimics软件的三维重建、计算机辅助设计（MeCAD）功能和快速成型（RP）技术相结合，制作颈椎实体模型及置钉导向模块，用于辅助术中内固定，探索了新颖的寰枢椎椎弓根螺钉个体化置入方法，报道如下。

1 寰枢椎椎弓根螺钉个体化置入技术设计

1.1 上颈椎实体模型的制作

对寰枢椎以2 mm层厚行CT（美国GE）连续扫描获取CT数据，并将数据以Dicom格式保存，随后将数据导入Mimics10.01软件。首先调节阈值获取最佳骨组织阈值，再利用三维区域增长技术单独提取颈椎轮廓区域。随后利用软件的三维重建功能默认的最佳重建质量对所选取的颈椎结构进行计算，从而得到寰枢椎模型。最后进入软件的Madics 9.9界面，对三维图形进行局部修补及平滑处理，将重建模型以STL格式导出。

将重建颈椎模型的STL文件导入Dimension三维打印机，运用熔融堆积技术，采用水性丙烯酸脂为材料对上颈椎实体模型进行快速成型制作。制作好的上颈椎实体模型示意图，见图1。

图1 上颈椎实体模型示意图

1.2 导向模块的制作

首先进入Mimics10.01软件，在MedCAD模块组中设计出相应直径的模拟螺钉，在软件中模拟寰、枢椎椎弓根置钉，在各个层面观察置钉安全后，以寰椎后弓及枢椎椎板、棘突为解剖标志，利用增量法制作与寰椎后弓及枢椎棘突相贴合的阴模。修整简化阴模，利用Mimics10.01去除模拟螺钉即得到置钉的导向模板。在寰椎后弓及侧块、枢椎椎弓根上设计出最长、安全的置钉通道；而后以寰椎后弓及枢椎棘突为解剖标志，制作与寰椎后弓及枢椎棘突相匹配的模块。随后将设计的置钉通道向导向模块延伸。最后将上述数据导入Dimension三维打印机，运用熔融堆积技术，采用聚乳酸（PLA）为材料对置钉导向模块进行快速成型制作（图2）。

图2 置钉导向模块的快速成型示意图

2 临床应用

2.1 一般资料

本组5例患者，其中男3例，女2例；年龄22～61岁，平均年龄37.2岁；陈旧性寰枢椎旋转脱位者2例，齿突骨折不愈合者1例，外伤后导致寰椎横韧带断裂或松弛2例。5例患者术前均表现为颈后疼痛以及活动受限，JOA评分为7～15分，平均12.1分。

2.2 操作方法

（1）嘱患者术前定期复查X线片了解复位情况，尽可能达到寰枢椎复位，对患者寰枢椎以2 mm层厚进行CT（美国GE）扫描获取影像数据，以Dicom格式保存；将数据导入计算机中的Mimics软件，运用阈值选取技术获取颈椎原始蒙罩（Mask）后，再利用三维区域增长技术对原始蒙罩进行修改，得到新蒙罩；随后采用Caleulate 3D功能，以软件默认的最佳重建质量模式对所选取的实体结构区域进行三维重建；最后进入Madics 9.9界面，对三维图形进行平滑处理，将重建图像以STL格式导出。

（2）根据上述方法制作出各患者的上颈椎实体模型以及导向模块，在Mimics软件、颈椎模型以及置钉导向模块辅助下为患者行后路椎弓根螺钉棒内固定技术。

2.3 应用结果

本组5例患者寰枢椎内共置钉10枚，均为一次性置入，并经C型臂X线机监测螺钉置入恰当，螺钉直径3.5 mm，平均长度36 mm（32～40 mm）,手术时间平均90 min（81～104 min），平均出血量60 mL（40～90 mL）。术后所有患者经CT复查证实，10枚螺钉均位于寰椎侧块关节面内，无一例出现螺钉偏入椎管或椎动脉，置钉成功率达100％，未出现血管和神经并发症。术后评估（随访4～12个月）结果显示，所有患者手术切口均I期愈合，无一例出现切口感染；患者无脊髓损害及椎动脉损伤等临床症状，术后4个月JOA评分10～18分，平均15分。

3 讨论

（1）寰枢椎椎弓根螺钉固定的优越性：寰枢椎为颅颈相移行部位，寰枢椎不稳定将使颈脊髓处于高危状态，并有可能累及延髓生命中枢，故多数患者需外科治疗，通过固定、植骨、融合使寰枢椎保持稳定。其中，坚强内固定为植骨及融合的前提。传统的寰枢椎后路融合术有多重内固定方法和技术，包括钢丝捆扎术、椎板钩技术、椎弓根螺钉固定技术等。其中钢丝及椎板钩等方法抗侧区及旋转能力较差，在无外固定辅助的情况下容易出现内固定断裂或松动，导致植骨不融合。而寰枢椎椎弓根螺钉固定技术，由于其三维立体稳定的优势，在临床上的应用越来越广泛。

（2）传统椎弓根螺钉固定方法的缺陷：寰枢椎椎弓根固定术操作的关键是准确的置钉技术，进钉点的正确选择是首要因素。然而，由于个体间寰枢椎椎弓根的体表投影存在差异，难以确定固定的解剖标志及数据；同时在显露及寻找进钉位置时，由于其剥离范围较大，也相应会增加手术的难度及手术并发症的发生率。

（3）应用置钉导向模块的优势：置钉导向模块以寰椎后弓及枢椎棘突为解剖标志制作，可与寰椎后弓及枢椎椎弓根精确匹配，且其置钉导向孔经软件反复验证安全、有效。故利用术前设计的导向模块辅助置钉完全可靠，具有如下优势：①1：1的椎体模型与患者骨骼的误差在0.3 mm以内[4]，可逼真地反映出患者的骨骼特点，以其为标准制作的置钉导向模块导向精准，成本较低，各医院均可开展；②使用导向模块可明显减小剥离范围，最大限度地降低置钉及剥离过程中对神经、血管的损伤[5-8]。

4 结语

本研究应用Mimics软件探讨了一种新的寰枢椎椎弓根螺钉个体化置入方法，并对应用该方法进行置钉的5例患者的情况进行了详细地评估分析，结果显示，该方法在术前及术中均能准确地指导个体化置钉，提高置钉成功率，但它目前尚处于临床应用的初步阶段，需进一步验证及完善。

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App lication of Atlantoaxial Pedicle Screw Placement in Individual Treatment of Atlantoaxial Fracture Dislocation

ZHAO Bao-hui, ZHANG Shao-hui, CUI Qing, ZHANG Jian-hua
Departm ent of Spinal Joints, Hebei Province Cangzhou Hospital of Integrated Traditional and Western M edicine, Cangzhou Hebei 061001, China

Ob jective To investigate the effectiveness of application of atlantoaxial pedicle screw placement in individual treatment of atlantoaxial fracture dislocation. Methods M im ics software and rapid prototyping technology to design a new atlantoaxial pedicle screw placement in the individual, and to investigate its clinical signifi cance. CT scan was performed in the specimens of 5 atlantoaxial adults to collect and import data into M imics software for three-dimensional reconstruction of the specimen. And the related functions of M imics were used to find the atlantoaxial pedicle screw axis in the threedimensional reconstruction figure and measure the best correlation data. Then, the reconstructed threedimensional vertebrae graphics were taken as a template. The posterior arch of atlas and spinous process were taken as anatom ical landmarks to design the screw placement guide module. It guided the reconstruction of vertebral models and images in STL format into 3D printer to produce a vertebral model and guide module. And w ith the guide, the intraoperative pedicle screw placement was performed. Resu lts The atlantoaxial reconstruction image and the physical model w ith high sim ilarity to the specimen were successfully established. And the pedicle screw and guide module were produced. With the aid of screw placement guide module, 10 pedicle screw s were placed in 5 patients. CT images showed satisfactory screw locations. Conclusion M im ics software was used to promote atlantoaxial three-dimensional reconstruction. And its position was taken as a taxidermy to make guide module so as to assist pedicle screw. It provided a personalized approach for atlantoaxial pedicle screw placement, which could obviously improve the safety of pedicle screws.

atlantoaxial fracture dislocation；M im ics softw are；three-dimensional atlantoaxial reconstruction；pedicle screw guide module；pedicle screw placement

R683.2

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.11.032

1674-1633（2015）11-0100-03

2015-05-15

2015-05-27

沧州市科技支撑计划项目（20130089）。

作者邮箱：214024916@qq．com