基于3D打印模型辅助后路内固定治疗寰枢椎不稳定

1)新乡医学院 新乡 453003 2)河南省人民医院 郑州 450003

基于3D打印模型辅助后路内固定治疗寰枢椎不稳定

1)新乡医学院 新乡 453003 2)河南省人民医院 郑州 450003

目的 探讨个体化3D打印模型辅助后路固定治疗寰枢椎不稳的方法和效果。方法 对河南省人民医院2013-03—2015-03 CT及MRI确诊的21例颅颈交界区畸形患者的临床资料进行回顾性分析，其中15例应用3D打印技术建立颈椎个体化3D打印模型，术前进行模拟置钉及内固定术，以期得到个体化得置顶数据，进而辅助真实手术，采取一期后路减压及内固定治疗。结果 15例3D打印模型模拟辅助术中置钉及内固定手术全部置钉成功，无椎动脉及神经根损伤，无内固定松动及断裂。术后随访6～18个月，平均10.6个月，术后VAS评分明显低于术前，JOA评分高于术前(P<0.05)术后复查颈部CT或头颈部MR，寰椎齿突间隙(ADI)明显缩小，延髓颈髓角(CMA)明显增大，延髓腹侧受压明显减弱和消失，差异有统计学意义(P<0.05)。本组未出现手术死亡，且无呼吸困难病例。结论 个体化3D打印模型辅助后路螺钉内固定可提高置钉成功率，有效保护椎动脉及神经根，提高安全性，特别对椎动脉“高跨”及各种先天椎体变异的寰枢椎不稳定病人有很大帮助。

3D打印模型；后路内固定；寰枢椎不稳定

寰枢椎不稳严重影响病人的生活质量，轻者引起枕颈部疼痛，重者可有脊髓压迫症状甚至死亡，一般是由创伤、感染、发育畸形等因素引起。寰枢椎后路内固定技术因手术可视性强、植骨融合率高等优点已广泛应用于寰枢椎不稳的治疗，而其置钉部位常为枢椎椎弓根。由于寰枢椎解剖结构复杂，毗邻重要的血管神经，且患者椎体结构及骨质结构不同，给手术带来极大困难，迄今尚无较安全可靠的共性化置钉数据(置钉位置、深度、方向等)作为参考，因而需要个体化定制，进行个体化治疗[1]。河南省人民医院神经外科通过CT数据逆向转换，同时结合3D打印机构建了椎体结构的等比仿真模型，辅助术中枢椎个体化置钉，在此基础上对15例寰枢椎不稳定患者运用3D打印技术构建椎体模型，并辅助后路内固定治疗，效果良好，报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 2013-03—2015-03 CT及MRI确诊21例颅颈交界区畸形患者，其中15例采用3D打印技术构建颈椎个体化3D打印模型，术后随访6～18个月，平均10.6个月，男5例，女10例，年龄28～61岁，平均38.6岁，病程2个月～14 a。临床表现：头颈部疼痛11例，复视2例，吞咽困难、饮水呛咳2例，头晕6例，双上肢麻木5例，短斜颈2例，肢体无力4例。所有病例术前均经CT和MRI确诊，均有2种以上畸形存在，其中颅底凹陷8例，寰枕融合6例，先天性阻滞椎(Klipple-Feil综合征)2例，Chiari畸形8例，脊髓空洞4例，齿状突畸形2例，所有病例均伴有寰枢椎或枕颈不稳。

1.2 个体化3D打印模型制作及模拟置钉 术前行CT薄层扫描(0.6～0.75 mm)，并行三维重建，同时行CT血管造影并重建椎动脉，扫描获得DICoM数据，输入杰魔(Geomagic)软件进行逆向影像数据重建，并将初步得到的三维图像输入MIMIC软件中进行修复整合，最终生成stl.格式文件，从而将此文件导入桌面型3D打印机中(MakerBot Replicator 2)逐层打印，最终得到11颈椎椎体仿真模型，从而直观的评估病情及治疗方案，可在模型上模拟置钉，获得术中个体化的置钉数据，选择最佳螺钉长度、直径，选择最佳进钉点及角度。模型经环氧乙烷消毒，带去手术室，以便术中实时对比观察病变区域，作为手术中操作的参考。

1.3 手术方法 患者经全麻插管后，取俯卧位，行颅骨牵引，并在术野消毒铺巾。枕颈部切口，切开皮肤、皮下、深筋膜，根据之前确定的置钉点及位置充分剥离显露颈椎后方结构，同时对比3D打印模型，再次确定置钉位置及置钉角度，于寰椎侧块及枢椎椎弓根置入螺钉，若患者为寰枕融合，于C2-3侧块置入螺钉，进钉位置选在椎体侧块的内上方1/4处，用神经剥离子进一步探查椎弓根峡部和内侧缘进一步确认，钻孔、攻丝、测深后于左右各拧入一枚螺钉(直径3.5 mm，长度22～30 mm)，螺钉内斜20°～25°，上倾30°～35°。选择合适长度的连接棒折弯塑性，进行提拉复位，然后锁定。椎体和棘突去皮质化后，取自体髂骨于椎体后弓、椎板和棘突之间进行植骨，冲洗术腔，逐层缝合，关闭切口。

1.4 术后处理 术后患者需要行颈托固定，警惕颈部过度屈曲。术后经常规护理无压疮及呼吸困难，术后第2天复查颈部X线了解内固定情况，7 d后患者无发热、伤口局部渗出等症状。术后3个月复查颈部CT了解内固定及植骨融合情况，若有脊髓受压，再加做MRI。

1.5 疗效评定标准 临床功能评价采用日本骨科协会(Japanese Orthopaedic Association，JOA)评分评价后路内固定的疗效；对撑开复位的寰枢椎脱位患者，根据CT三维重建正中矢状位测量寰椎齿突间距(ADI)、MRI正中矢状位测量延髓颈髓角(CMA)的大小评价复位的效果。

2 结果

15例患者均在数字化重建颈椎三维CT的基础上实现了3D打印制备颈椎实体模型，术中所见颈椎畸形与三维实体模型的结构一致，均按照术前规划完成，手术过程顺利，术中无脊髓及血管损伤，手术时间90～150 min，术中出血量170～530(260±20)mL，复位及内固定满意。术后随访6～18个月，平均10.6个月，术后ADI明显缩小，CMA明显增大，延髓腹侧受压明显减弱和消失，无呼吸困难及死亡病例。术后随访复查X线及CT显示矫形结果满意，内固定位置良好。

图1 颈椎3D打印模型 图2 颈部CTA影像

图3 颈椎侧位片提示患者颅底凹陷，寰枕融合，颈椎侧弯

图4～5 术前模拟椎弓根置钉 图6 术中枕颈固定植骨融合

图7 术后第3天复查颈部侧位片示固定良好

图8 术后3个月，固定良好，无松动及脱位

图9 术后6个月，提示植骨融合，固定良好

3 讨论

3.1 3D打印技术辅助上颈椎畸形治疗的优势 寰枢椎不稳定是指由于创伤或先天性畸形等一系列因素造成的寰枢椎病理结构改变，进而导致局部关节功能障碍或引起相应的神经压迫的症状。寰枢椎不稳定时，常见的是寰椎向前、向后或旋转脱位，轻者只引起神经压迫症状例如麻木感等，重者可直接影响运动功能，如活动障碍甚至瘫痪，更有甚者，可因压迫脑干引发呼吸骤停。其病情之凶险决定了一旦确诊，需及时给予正规有效的干预，临床上常常通过手术治疗来恢复、还原寰枢椎的正常解剖结构，警惕上颈髓和血管受到进一步的压迫。传统内固定方法很多，包括经口齿状突周围韧带松解后再经口腔直接固定或经后路固定[2]，或直接后路寰枢椎侧方关节切开松解复位内固定[3]。这些手术方式风险高、难度大，且同时无法规避经口手术的并发症。Jian等[4]对这些传统治疗方式进行了不单是手术方式的革新，采用经后路直接复位及内固定手术改善寰枢椎脱位或不稳。本组病例以此方法为根据，术中应用个体化3D打印模具帮助置钉，获得优良的手术效果。3D模型的打印可以帮助术者首先在模型上进行对应的模拟操作，以此在选择适应手术的螺钉型号，通过手术演练探索进钉的角度和深度。手术时借助3D打印模型的辅助，可大大提高置钉的成功率和安全性。手术过程中，因显现的视野有限，借助3D打印模具，可根据有限的解剖暴露判定整体的三维构象，从而确保置钉准确。3D打印模型可使医生与患者的沟通更具直观性，同时在术前可利用计算机进行相关模拟，使主刀医师做到胸有成竹，同时给患者及患者家属一个更为直观、立体的治疗方案。

3.2 手术经验及注意事项 本组所选椎弓根螺钉直径35 mm对于本组患者是合适的。术中最大难度之一在于寰枢关节附近丰富的静脉丛，如若操作不熟练，很有可能导致大出血，不仅影响手术视野，同时由于出血汹涌直接导致手术失败。因此，我们遵循骨膜下剥离的原则，常常采用钝性分离，本组术中并无静脉丛破裂并发症发生。如果由于操作不当引发静脉丛破裂出血，可根据经验行明胶海绵填塞或电凝止血。术中出现静脉丛破裂出血，可立即用双极电凝止血或明胶海绵压迫止血。文献[5]报道，颈椎术中发生椎动脉损伤的几率为1.4%，在后路上颈椎手术中几率增至4%～8%。椎动脉损伤同时为后路减压固定常见并发症之一，也最为凶险，为避免此种情况的发生，我们遵循患者术前必须完善上颈椎MR、CT以及椎动脉三维重建的各项检查，通过全科讨论，明确个体化的治疗方案。研究还发现[6]，寰椎椎动脉沟压迹的深浅也可决定螺钉型号的选择以及置钉的深度、方向等，压迹太深将不适宜运用直径3.5 mm的螺钉。同时，为避免术中椎动脉的损伤，由于枢椎椎弓根的下缘和外缘为椎动脉，在行枢椎置钉时，术中可用神经剥离子探及此上内缘，并以此为参考，遵循宁内勿外、宁上勿下的原则[7]完成置钉。本组术中无椎动脉受损等并发症。

3.3 3D打印的不足之处 3D打印同时也存在许多不足之处，如最终生成的stl.等格式的数据输入3D打印机打印出来的模型，由于3D打印机器本身的功能及精密度差异，模型未必会百分百还原解剖结构。为提高模型的精确度，CT的每一层厚度应该尽量在1 mm上下，3D桌面打印机的每一层厚度应该控制在0.5 mm以下。如此打印的3D模型才赋有更高的术前模拟以及比对价值[7]。

3.4 3D打印的进行术前模拟的重大意义 寰枢椎不稳定的治疗是神经外科的难点，对于初学者更是难上加难，当上颈椎畸形伴寰枢椎脱位或枕颈不稳时，常规的X线和CT、MRI无法直观观察具体的病变情况，且对于不熟悉解剖结构的初学者来说，手术风险无疑大大加大，因此，根据术前模拟，个体化3D打印模型辅助后路螺钉内固定不仅可提高置钉成功率，有效保护椎动脉及神经根，提高安全性，同时可缩短手术时间，减少出血，降低手术并发症的发生率。

[1] 余新光，尹一恒.复杂颅颈交界区畸形个体化治疗值得考虑的问题[J].中国现代神经疾病杂志，2012，12(4)：379-381.

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(收稿 2015-07-08)

马龙祥1，2)栗超跃2)) 史锡文2)张佳栋2)赵黎明2)常运光1)邓欢欢2)

R687.3

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1673-5110(2016)07-0088-03