3D 打印导航模板辅助置钉在儿童寰枢椎脱位治疗中的应用

徐嘉伟 李楠 杨宝辉 李浩鹏

寰枢椎脱位率约占所有颈椎损伤的6.1%[1]。后路椎弓 根螺钉技术治疗成人寰枢椎脱位在我国相对成熟，然而由于儿童寰枢椎相对纤细，手术操作技术要求更高，故开展的医疗机构并不多，相关文献较少。如何完美地置入儿童寰枢椎椎弓根螺钉是各位学者所追求的目标之一，既往有不少3D打印导航模板辅助置钉的方式在成人寰枢椎脱位中应用，但对于儿童的应用，未见报道。为此，2015年1月至2019年6月，本科室应用3D 打印导航模板辅助置钉来治疗儿童寰枢椎脱位，评价其可行性及应用价值，经验证效果良好，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

纳入标准: 颈椎过屈过伸侧位、张口位，三维重建及MRI 等检查明确存在寰枢椎脱位且伴有临床症状者。排除标准: 炎症、感染、肿瘤等所致的寰枢椎脱位； 寰枢椎椎弓根缺如、术前CT 测量寰枢椎椎弓根高度＜2.5 mm 和明显椎动脉高跨者。

本组共纳入病例16 例，男10 例，女6 例；年龄3 ～12岁，平均9.6岁； 游离齿状突8 例，齿状突缺如1 例，寰枢椎旋转固定脱位2 例，颅底凹陷症伴寰枢椎脱位4 例，齿状突骨折1 例。临床表现主要为颈部疼痛，活动受限，10 例患者存在颈髓压迫症状，其中美国脊髓损伤协会（American spinal injury association，ASIA）分级C 级6 例，D 级4 例。该组病例中1 例曾误诊为脊髓炎，1 例以呼吸困难、呛咳为首发表现，1 例以间断性头痛为首发表现。术前均常规行颈椎过屈过伸侧位、张口位，三维重建及MRI 等检查，明确脱位程度，是否为可复性及是否存在颈髓压迫等，同时对寰枢椎部位进行层厚1 mm 的CT 平扫，制作3D 寰枢椎椎弓根导航模板。

1.2 方法

3D 导航模板的制作:对患者上颈椎区域行薄层（1 mm）扫描，将CT 断层数据以DICOM 格式进行储存，导入医学交互式软件Mimics 15（Materialise 公司，比利时）中，使用Calculate 3D 功能建立目标节段的3D 模型，并以STL 格式保存。同时，使用MedCAD 模块建立直径为4 mm 的圆柱体以模拟螺钉，并以STL 格式保存，将STL 格式的3D模型导入Geomagic Studio 12 软件（Geomagic 公司，美国）。模型视窗调至透视状态，以便后续观察椎弓根和圆柱体（PS钉道）的位置关系。将圆柱体导入Geomagic Studio 12。根据椎弓根位置调整圆柱体至最佳位置，以模拟最佳进钉点和进钉角度（见图1、图2）。提取部分棘突、椎板、侧块的三角面片及椎体外部的圆柱体，通过shell 工具获得厚度为2 mm 的RPDT 3D 模型。将模型保存为STL 格式导入Cura 14.01 软件（华森，中国），调整模型的位置以适应3D打印的要求。以Gcode 格式导入SPR4003D 打印机（华森，中国），最终获得实体模型。

图1 椎弓根螺钉最佳进钉点

图2 椎弓根螺钉最佳进针角度

患儿全麻满意后，对于术前X 线观察为过伸侧位可复位的9 例直接行后路手术； 对于术前X 线显示过伸位无法满意复位者进行颅骨牵引，其中6 例达到复位效果者同样行复位后路植骨融合内固定术，其余1 例颅骨牵引无任何复位迹象者，先前路经口松解寰枢椎之间的关节囊、双侧部分颈长肌、头长肌及瘢痕组织等，再次牵引复位，透视显示可基本复位，闭合前路切口后翻身行后路手术。

后正中切口充分显露手术节段后方结构至两侧预定范围，将后方结构充分显露清楚后，先由一助将定点导板分别置于寰椎后弓、枢椎椎板棘突上，见贴附满意，术者用磨钻将进针点骨皮质磨去，寰椎部位需穿过后弓，后更换定向导板，一助维持导板稳定，术中沿开口部位用椎弓根扩大器继续进入合适深度，探针探查钉道四壁及骨底结构，术中透视，若位置满意，依次攻丝及拧入合适位置螺钉，复位寰枢椎，安装连接钛棒，拧紧尾帽，再次透视复位情况及内固定位置，磨钻打磨寰椎后弓及枢椎椎板表面骨皮质至点状出血，自体骨植骨，冲洗伤口，放置引流，依次缝合。

1.3 置钉安全性评价

行颈椎CT 薄层扫描，观察螺钉位置，并根据Miyamoto等[2]提出的颈椎螺钉分级评估系统，将螺钉位置分为4 级:0 级，螺钉位于骨性钉道内；1 级，在横断面或矢状面上，螺钉穿破骨皮质＜50%； 2 级，在横断面或矢状面上，螺钉穿破骨皮质≥50%； 3 级，螺钉完全穿破骨皮质。

2 结果

16 例患者共置入椎弓根螺钉64 枚，寰椎和枢椎分别32枚。寰椎安全性评估系统结果为: 0 级螺钉28 枚，1 级螺钉2 枚，2 级螺钉2 枚。枢椎安全性评估系统结果为: 0 级螺钉30 枚，1 级螺钉2 枚。术中无脊髓、神经根及椎动脉损伤等并发症发生，每例患者平均术中透视5 次，手术时间90 ～150 min。16 例患者均获得随访，随访时间5 ～24个月。15例患者在术后3个月左右后方植骨达到骨性融合； 1 例齿状突骨折患者手术中后方未进行植骨，术后5个月复查可见齿状突愈合，于术后1年拆除内固定物。随访期间，所有患者螺钉位置良好，无断钉及松动等情况发生； 末次随访，患者颈部疼痛症状缓解，10 例存在脊髓受压表现者神经功能均恢复至ASIA 分级E 级。

典型病例: 患者，男，6岁，以“进行性四肢无力伴行走障碍”入院。入院后查体: 颈后部正中压痛，颈部活动未见受限，四肢肌力Ⅳ级，四肢肌张力增高，感觉查体未见明显异常，左侧巴氏征阳性，右侧巴氏征可疑，入院诊断“游离齿状突、脊髓受压并不全瘫痪”，行寰枢椎复位植骨融合内固定术。术后3个月复查，可见患者四肢肌力Ⅴ级，感觉正常，神经功能由术前的ASIA 分级D 级恢复至术后E 级（见图3）。

图3 A. 术前矢状面CT 可见游离齿状突形成； B. 术前MRI 可见脊髓受压、变细，局部脊髓出现变性； C、D. 术前CT 三维重建可见齿状突游离；E.术中应用3D 导航模板辅助置钉；F、G.术后1个月CT 轴位可见寰椎及枢椎螺钉位置满意，安全性评估均为0 级；H.术后3个月复查可见寰枢后方植骨已经融合；G.术后3个月复查MRI 见脊髓受压解除，脊髓变性区域范围减小

3 讨论

3.1 儿童寰枢椎脱位的特点

儿童关节囊和韧带弹性较大，头部较大，颈部软组织较弱，寰枢椎关节面相对浅，咽部炎症易累及关节囊和韧带，不良姿势等容易诱发小关节过度运动，以上生理及病理因素常导致儿童寰枢椎脱位的发生。其病因可分为先天性和外伤性，从本组资料看以先天性居多，其中最常见的为游离齿状突。患者临床表现方面各异，主要为颈部疼痛、僵硬等不适，伴有神经功能障碍者往往起病较急，以进行性四肢无力为主要表现。由于儿童往往表述不清，且查体配合度较低，常存在误诊等情况，首次就诊科室往往非脊柱外科，本组病例中，其中1 例在当地诊断为“脊髓炎”，并进行相关治疗，治疗期间，患儿神经症状进行性加重，经本院进一步检查明确为“寰枢椎脱位”； 1 例患者以间断性头痛为首要表现，并以“感冒、癫痫”等诊断于神经内科多次治疗； 1 例患者以呼吸困难为首要表现，并于呼吸内科进行相关治疗，故对于该类患者应想到寰枢椎脱位可能，避免漏诊或误诊情况的发生。对于儿童寰枢椎脱位者，如果能够早发现、早治疗，一般愈后良好，本组病例中术前ASIA 分级C 级6 例，D 级4例，末次随访当中ASIA 分级均恢复至E 级。同时，谭明生等[3]发现，即使儿童进行寰枢椎脱位复位植骨融合术，患者术后颈椎旋转等功能影响，可能原因在于下颈椎的代偿机制较成人强。

3.2 儿童寰椎椎弓根的特点

成人寰枢椎脱位的椎弓根螺钉技术在我国已经相对成熟，然而儿童寰枢椎椎弓根发育尚未完全成熟，与成人椎弓根相比，儿童寰枢椎椎弓根十分细小，各个年龄段椎弓根的内外径，高度均小于成人[4]，故置钉难度大大增加。虽然难度增加，但并非无法实施，张跃辉等[5]实践证实，术前CT测量寰枢椎椎弓根高度＞2.5 mm的患儿均能顺利置入直径为3.5 mm 的椎弓根螺钉。Lin 等[6]对儿童脑死亡尸体标本10具（6 ～8岁）寰枢椎椎弓根相关结构行数字化测量，认为其寰枢椎椎弓根容纳直径3.5 mm 的螺钉是可行的。吴春立等[7]应用CT 扫描对60 例3 ～6岁儿童寰枢椎椎弓根形态，包括椎弓根宽、椎弓根高和椎弓根骨通道全长进行测量，结果表明，椎弓根各径线总体随年龄增长呈递增趋势。于永涛等[8]通过CT 三维影像观测学龄期儿童（7 ～12岁）寰枢椎形态结构发现，椎弓根宽度、椎弓根全长、椎弓根高度随年龄递增呈增加趋势。以上各研究为儿童寰枢椎脱位安全置钉提供了理论依据。

3.3 3D 打印导航模板适应证、禁忌证及优势

既往文献已经明确CT 测量寰枢椎椎弓根高度＞2.5 mm的患儿均能顺利置入直径为3.5 mm 的椎弓根螺钉[5]。因此，在术前CT 测量寰枢椎椎弓根高度＞2.5 mm，并且无发育性异常者均为3D 打印导板模板适应证，但对于寰椎后弓缺如、枢椎椎弓根缺如，以及术前CT 测量寰枢椎椎弓根高度＜2.5 mm 的患儿、明显椎动脉高跨者应列为禁忌证，需改用其他方式治疗。

目前，临床常用的椎弓根螺钉置钉方法有徒手置钉、计算机辅助置钉和导航模板辅助置钉等方式。徒手置钉需要医师有很高的手术经验和技巧，计算机辅助置钉技术的安全性及准确性较高，但机器价格昂贵，具体操作过程中受体位和椎体受力后位置和方向等影响[9]。而3D 打印导航模板费用相对低廉，准确性也较高，已经有较多的报道，袁振山等[10]对照性研究了56 例寰枢椎不稳者，结果显示: 与传统后路椎弓根螺钉置钉技术相比较，导向模板辅助置钉技术具有更高的安全率（两组之间=0.019），并且减少了手术时间（=0.009）和透视次数（＜0.0001）。笔者既往应用导航模板对于寰枢椎的研究同样取得良好的效果，同时也为儿童寰枢椎脱位的治疗奠定了实践基础[11-12]。在本组病例中共置钉64 枚，58 枚达到满意的置钉效果，可见其安全性及精确性。同时，在本组病例中安全性评价中2 级有2 枚螺钉，分析原因在于小儿颈部较小，手术视野相对较小，在有限空间中，助手需维持导板，术者要进行操作，出现导板的微小滑动等情况不能随时发现。为避免该类情况发生，建议在钻孔过程中: 一方面，应保证术中能随时看清操作； 另一方面，术中应注意钻孔过程中的手感。在本组病例中，未出现如椎动脉损伤的严重并发症，但应警惕该严重并发症发生的可能，一旦椎动脉损伤，尤其优势侧损伤，可能造成脑梗等情况，对于患儿及家庭均为灾难性损害。因此，操作中术者和助手的良好配合是手术成功的关键。

术中体会: 剥离软组织应严格骨膜下剥离，充分地剔除骨性标志表面的软组织，这样可以保证导板有更好的贴附，减少了钉道的偏移。助手在扶持导板中起了很大作用，应持续稳定维持导板，避免术中应用磨钻或扩大器扩大时造成导板移位等情况的发生。在7岁以下儿童寰枢椎结构可表现较大年龄的差异，同时操作空间较小，难度相对更大，故更应保持高度警惕。由于儿童寰枢椎发育较小，同时骨质较韧，螺钉的把持力有限，故应尽可能避免依靠螺钉内固定来强行复位。另外，因为寰椎无棘突，因此寰椎后弓成为放置定向导板的重要结构标志，为避免导板的滑动，放置定点导板后，可在其两侧各扎入1 枚直径2 mm 克氏针通过定点板于寰椎后弓，作为标记，移除定点导板，磨钻于标记部位即进针点磨除骨皮质，放置定向导板，助手维持稳定，一侧继续钻入预定深度，并于该侧置入2.6 mm 克氏针将导板和寰椎固定，随后进行对侧操作。助手在维持导板稳定性的同时，需时刻提醒自己导板放置宁下勿上的原则，避免对椎动脉的损伤。

本研究的不足之处在于病例数相对较少，同时缺乏与徒手置钉等技术的对照性研究。综上所述，椎弓根螺钉内固定治疗儿童寰枢椎脱位是行之有效的治疗方式，应用3D 打印导航模板辅助置钉，可提高置钉的准确性，减少电离辐射，减少手术时间，在儿童寰枢椎脱位手术中有较高的应用价值。