3D打印导向器椎弓根螺钉固定寰枢椎骨折脱位

周建国，段永壮

（1.商丘市第一人民医院骨科，河南 商丘 476000；2.郑州大学第一附属医院骨科，河南 郑州 450000）

寰枢椎骨折、脱位是常见的颈椎损伤类型，以椎弓根螺钉内固定为主的外科方案是其主要治疗术式，但术后的断层拍片及CT扫描提示，仍有部分寰枢椎存在细微结构损伤或螺钉位置偏离，寰椎爆裂骨折患者还可能因韧带撕裂及修复不佳，而出现颈部持续僵硬、疼痛［1］。张树芳等［2］尝试借助计算机辅助导航技 术 （computer assisted surgery navigation system,CASNS）来提高置钉的准确性，虽显著提高了临床疗效，但因费用高、难度大而不利于临床推广［3］。标杆型3D打印导向器是可快速成型的导向模型，既降低了CASNS的体位要求与费用，也提高了术中椎弓根螺钉内固定的精准性［4］。然而标杆型3D打印导向器对颈椎功能的改善尚未完全明确，故本文通过病历资料回顾性分析研究标杆型3D打印导向器在寰枢椎骨折、脱位椎弓根螺钉内固定手术的应用价值。

1 资料与方法

1.1 纳入与排除标准

纳入标准：（1）有明确外伤史；（2）影像确诊为寰枢椎骨折、脱位。

排除标准：（1）合并神经、脊髓损伤；（2）合并颈椎发育畸形；（3）合并其他严重内科疾病者；（4）椎弓根细小，不耐受椎弓根螺钉内固定手术；（5）患有严重骨质疏松、颈椎结核、肿瘤者。

1.2 一般资料

回顾性分析2016年12月—2018年11月本院诊治的寰枢椎骨折、脱位患者的资料，共80例符合上述标准，纳入本研究。依据医患沟通结果将患者分为两组，两组患者术前一般资料见表1，两组患者在性别构成、年龄、损伤类型和损伤至手术时间的差异均无统计学意义（P＞0.05）。本研究获医院医学伦理委员会审批，所有患者均对手术方案知情同意。

表1 两组患者术前一般资料与比较

1.3 手术方法

导向器组：术前行CT扫描，图像以Dicom格式保存并录入三维重建软件，Minics17.0生成三维模型，用直径3.0 mm的圆柱体模拟螺钉，平行椎弓根初步模拟置钉，再根据3D界面对钉道和椎弓根的位置进行调整，钉道不突破椎弓根骨皮质。将椎体模型及圆柱体数据以STL格式保存及录入3-Matic系统，获得寰枢椎体、棘突、侧块3D模型，建立与解剖形态一致的反向模板。根据圆柱体的轴心线建立直径3.0 mm圆柱体标杆，通过布尔运算，反向模板与圆柱体标杆相减得到直径3.0 mm的置钉定位孔。圆柱体标杆向模板内侧平移8～10 mm，后将标杆、反向模板拟合为一体，采用3D打印出带有定位孔和导向标杆的导向器。全麻后患者取俯卧位，根据C形臂下寰枢椎骨折、脱位情况调整颈椎伸屈程度，再通过脊髓监护系统保护神经、血管。消毒后取后正中切口，逐层显露椎体后部结构；充分剥离椎板、棘突表面的肌肉、韧带，将消毒后的标杆型3D打印导向器紧密贴合于目标椎体的椎板、棘突，妥善固定；用超声骨钻经定位孔准确钻破椎板骨皮质，平行导向器标杆方向钻出螺钉通道；在C形臂下确定钉道无误后常规置入椎弓根螺钉，再根据手术椎体的韧带、筋膜等损伤情况进行修复或植骨融合。清洗、引流、逐层缝合切口。术后1～3 d卧床，使用抗生素、脱水剂等，术后3～5 d戴颈托进行平地活动，术后3个月进行复查。

常规组：术前未制备导向器，麻醉与体位同上，行后侧正中切口，显露棘突、椎板后，进钉选择侧块外上限中点处，以手钻缓慢置入，C形臂反复透视，术者根据经验调节方向，直到确定最佳通道，用探针探査孔道四周，明确无穿破后置入椎弓根钉。其余手术步骤同上。

1.4 评价指标

记录围手术期资料；采用疼痛视觉模拟评分（visual analogue scale,VAS）［5］、日本骨科协会（Japa⁃nese Orthopaedic Association,JOA）颈椎评分评价临床效果。行影像检查，评价椎弓根螺钉位置。0级：螺钉完全在椎弓根内；I级：螺钉穿透椎弓根皮质＜1 mm；II级：1 mm≤螺钉穿透椎弓根皮质＜2 mm，寰枢椎体固定良好；III级：螺钉穿透椎弓根皮质≥2 mm。

1.5 统计学方法

2 结 果

2.1 围手术期情况

两组患者均顺利完成手术，导向器组术中1例，常规组3例患者出现静脉丛损伤，少量出血，采用明胶海绵压迫止血后出血停止；术中无动脉、神经损伤，无脑脊液漏发生。两组围手术期资料见表2。导向器组手术时间、术中出血量、透视次数均显著优于常规组（P＜0.05），两组手术切口长度的差异无统计学意义（P＞0.05）。导向器组1例，常规组2例术后发生浅表切口感染，经清创、抗感染治疗后切口愈合；其余患者手术切口均一期愈合。常规组1例患者发生肺炎，给予全身性抗生素治疗5 d后呼吸道症状基本消失；常规组术后1例老年患者发生肩胛部压疮，采取翻身、减压、湿敷等措施处理后好转。

表2 两组患者围手术期情况（±s）与比较

表2 两组患者围手术期情况（±s）与比较

images/BZ_39_204_379_515_446.pngimages/BZ_39_204_512_515_578.pngimages/BZ_39_515_379_798_446.pngimages/BZ_39_515_512_798_578.pngimages/BZ_39_798_379_1046_446.pngimages/BZ_39_798_512_1046_578.pngimages/BZ_39_1046_379_1186_446.pngimages/BZ_39_1046_512_1186_578.png手术时间（min）112.13±24.33135.98±27.54＜0.001images/BZ_39_204_645_515_711.png术中出血量（ml）images/BZ_39_515_645_798_711.png210.33±19.22images/BZ_39_798_645_1046_711.png235.31±21.92images/BZ_39_1046_645_1186_711.png＜0.001

2.2 随访结果

所有患者术后随访2～4年，平均（3.12±0.28）年，术后患者颈部疼痛、颈椎活动功能等均显著改善。两组患者VAS和JOA评分结果见表3。随时间推移，两组患者VAS评分显著降低（P＜0.05），而JOA评分显著增加（P＜0.05）。相应时间点，两组间VAS和JOA评分的差异均无统计学意义（P＞0.05）。

表3 两组患者随访结果（分，±s）与比较

表3 两组患者随访结果（分，±s）与比较

images/BZ_39_1294_383_1531_453.pngimages/BZ_39_1294_522_1531_592.pngimages/BZ_39_1543_383_1847_453.pngimages/BZ_39_1543_522_1847_592.pngimages/BZ_39_1847_383_2129_453.pngimages/BZ_39_1847_522_2129_592.pngimages/BZ_39_2129_383_2276_453.pngimages/BZ_39_2129_522_2276_592.pngVAS评分images/BZ_39_1294_662_2276_732.png2.04±0.27＜0.001 2.09±0.26＜0.001images/BZ_39_1294_802_1543_871.png0.403images/BZ_39_1543_802_2276_871.pngimages/BZ_39_1294_941_2276_1011.png0.368images/BZ_39_1294_1081_1531_1151.png术后3个月P值术前末次随访images/BZ_39_1531_1081_1847_1151.png15.76±2.76 25.87±1.76images/BZ_39_1847_1081_2129_1151.png16.02±2.58 25.56±1.22images/BZ_39_2129_1081_2276_1151.png

2.3 影像评估

两组患者影像检查椎弓钉位置分级结果见表4，导向器组的椎弓钉位置评级显著优于常规组（P＜0.05）。术后影像显示患者寰枢椎畸形显著改善，椎弓根螺钉固定牢固。至末次随访时，所有患者均达到骨性愈合，无内固定物松动、断裂。导向器组典型病例影像见图1。

表4 两组患者螺钉置入位置评级与比较

图1 患者，男，56岁，交通事故致寰枢椎骨折，颈部疼痛伴活动受限，伤后当天入院，伤后3 d行标杆型3D打印导向器辅助椎弓根螺钉内固定术 1a,1b:术前颈椎正侧位X线片示枢椎齿状突骨折 1c:术前CT示枢椎齿状突骨折 1d,1e:术前基于标杆型3D打印模型模拟手术置钉 1f:术后3个月颈椎侧位X线片显示枢椎骨折复位，椎弓根螺钉位置良好 1g,1h:术后3个月CT显示寰枢椎螺钉位置良好

3 讨论

寰枢椎骨折、脱位采用椎弓根螺钉内固定能够有效复位骨折，维持生理曲度，改善疼痛及功能受限情况，临床运用较为广泛，但椎弓根螺钉置钉也不能完全满足复位需求，这主要与螺钉置入位置不佳有关，因此寻找辅助方式提高置钉准确性在寰枢椎骨折、脱位治疗方面具有重要意义［6］。本研究导向器组手术时间、术中出血量、术中透视次数均显著低于常规组，这与唐接福等［7］研究结果一致。其原因在于C形臂X线机透视辅助下徒手置钉主要根据术者的手术经验、技巧进行判定，术中大多需要反复透视，手术时间增加的同时X线暴露量也相应增加。同时本研究采用的标杆型3D打印导向器辅助置钉时受到周围软组织的影响较轻，因此术中放置难度更小，在进钉点确定时也能够对导向孔位置起到直接观察作用，避免常规置钉确定进钉点时因剪力而导致螺钉偏移。在比较两组螺钉置入准确性后发现，导向器组螺钉置入准确度分级优于常规组，提示标杆型3D打印导向器在寰枢椎骨折、脱位椎弓根螺钉内固定手术中有极高的置钉准确性。

标杆型3D打印导向器具有以下优势：（1）术前对置钉通道预设并制作3D打印导向器，术中将导向器紧密贴合于椎体骨性表面，以导向器指引获得理想钉道方向，因此而获得近100%的置钉准确率；（2）导向器辅助置钉具有个性化优势，制作导向器前以患者颈椎CT扫描数据为依据，根据各患者解剖特点设计钉道；（3）使用导向器能够协助医生对发生解剖变异的椎体置钉，在颈椎椎体三维重建时，能清晰观察受伤后颈椎的解剖变异，如寰椎椎动脉沟桥、寰枕融合、部分后弓缺失等，进而能够预设进钉钉道，减少手术风险［8］；（4）导向器将置钉定位孔控制为 3 mm，有效避免了置钉过紧或过松，促进患者术后早期的颈椎功能恢复，也降低螺钉突破椎弓根皮质的概率［9］。两组术后近中期疗效无明显差异，主要原因在于寰枢椎骨折脱位后颈椎功能的恢复受到多种原因的影响，例如术后功能锻炼逐渐规范加之当前寰枢椎徒手置钉虽然不及标杆型3D打印导向器辅助准确，但也极少发生螺钉穿透椎弓根皮质≥2 mm的III级置钉准确度，因此对手术疗效影响并不大。

总之，在寰枢椎骨折、脱位椎弓根螺钉内固定手术中应用标杆型3D打印导向器，术中更清楚受损寰枢椎的解剖结构，可显著提高寰枢椎骨折、脱位椎弓根螺钉内固定术置钉的准确性，提高置钉安全性。