个体化3D打印技术辅助空心加压螺钉治疗AndersonⅡ型齿状突骨折的临床应用

2017-05-11梁亮科禤天航

中国医药导报 2017年9期

梁亮科+禤天航

[摘要] 目的觀察个体化3D打印技术辅助空心加压螺钉治疗AndersonⅡ型齿状突骨折的临床效果。方法选择2015年1月～2016年12月佛山市中医院AndersonⅡ型齿状突基底骨折的40例患，者按随机数字表法分为治疗组和实验组，每组各20例。治疗组患者采用个体化3D打印技术辅助空心加压螺钉置钉术，对照组患者采用常规齿状空心加压螺钉置钉术。比较两组患者手术操作情况（手术时间、术中出血量、透视时间、置钉准确率）以及术后融合效果（包括枢椎愈合情况、螺钉松动或断裂发生率）。结果手术情况：治疗组在手术时间、术中出血量、透视时间和置钉准确率均优于对照组，差异有统计学意义（P < 0.05）。术后融合效果：治疗组所有病例均得到骨性融合，无断裂或松动，对照组有4例患者出现骨折不融合，3例伴有螺钉松动，1例出现螺钉断裂，治疗组的骨性融合率、螺钉松动或断裂发生率优于对照组，差异有统计学意义（P < 0.05）。结论个体化3D打印技术导板钉道置钉手术操作简单，置钉精确性高，能减少医生操作时间，提高术后骨折融合率，对临床上治疗AndersonⅡ型齿状突骨折有指导作用。

[关键词] 3D打印技术；加压空心螺钉；型齿状突骨折；

[中图分类号] R687.3 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2017）03（c）-0098-05

Clinical application of individual 3D printing auxiliary compressed hollow screws surgery treating of AndersonⅡ type odontoid fracture

LIANG Liangke XUAN Tianhang▲

Department of Orthopaedics， Foshan Hospital of TCM， Guangdong Province， Foshan 528000， China

[Abstract] Objective To observe the clinical effect of individual 3D printing auxiliary compressed hollow screws surgery treating Anderson Ⅱ type odontoid fracture. Methods From January 2015 to December 2016， in Foshan Hospital of TCM， 40 patients with AndersonⅡ type odontoid fracture criteria were selected， they were divided into two groups by random number table， with 20 cases in each group. Treatment group was given individual 3D printing auxiliary compressed hollow screws surgery， control group was given convention compressed hollow screws way. The operation situation （surgery time， intranperative bleeding， X-ray times and accuracy rate） and postoperative fusion effect （included odontoid fusion rates， loose or screws extraction rates） of two groups were campared. Results On operation situation： intranperative bleeding， X-ray times and accuracy rate in treatment group were better than those in control group， the differences were statistically significant （P < 0.05）. On postoperative fusion effect： all patients in treatment group received odontoid fusion， without loose or screws extraction； there were 4 unfusion cases， 3 loosing cases and 1 screws extraction case in control group， odontoid fusion rates， loose or screws extraction rates in treatmnet group were better than those in control group， the differences were statistically significant （P < 0.05）. Conclusion The method of individual 3D printing auxiliary compressed hollow screws has a guiding role on treating AndersonⅡ type odontoid fracture， which is easy for operate， accurate inserting， shortening times and improving fusion rates.

[Key words] 3D printing； Compressed hollow screws； AndersonⅡ type odontoid fracture

齿状突骨折脱位对生命中枢威胁很大，有人称之为“上颈椎危象”。齿状突骨折是影响寰枢椎稳定性的严重损伤，可引起急性或慢性迟发性高位脊髓压迫，甚至危及生命。临床上最常用的是Anderson-D′ Alonozo[1]分类方法：Ⅰ型为齿状突尖端骨折，Ⅱ型为齿状突基底骨折，Ⅲ型为枢椎体部骨折。其中Ⅱ型骨折且最难愈合。AndersonⅡ型齿状突骨折一般采用C臂透视下空心加压螺钉治疗，但是因上颈椎解剖复杂、手术操作难度大等原因，目前此项技术存在以下不足：①透视次数多；②确定导针进针点以及进针角度非常困难；③手术时间长；④空心螺钉的直径和长度难以估计。针对以上目前存在的不足，笔者拟将3D打印技术辅助空心加压螺钉置钉技术用于治疗AndersonⅡ型齿状突骨折，为临床提供治疗依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2015年1月到～2016年12月佛山市中医院AndersonⅡ型齿状突基底骨折40例患者，按随机数字表法分为治疗组和对照组，每组各20例。治疗组男15例，女5例，年龄23～65岁，平均年龄（44.5±2.09）岁，其中坠落伤8例，压榨伤3例，交通伤9例，骨折无移位6例，骨折移位14例，有神经症状5例；对照组男14例，女6例，年龄26～70岁，平均年龄（49.6±2.46）岁，其中坠落伤7例，压榨伤5例，交通伤8例，骨折无移位5例，骨折移位15例，有神经症状4例；两组性别、年龄、骨折原因等一般资料比较，差异无统计学意义（P > 0.05），具有可比性。所有患者均在术前行颈椎正侧位、开口位、CT四维重建和MRI检查。本研究经医院医学伦理委员会批准同意，所有入组患者均签署知情同意书。

1.2 纳入和排除标准

纳入标准：①符合齿状突骨折的诊断标准；②根据CT结果：显示有齿状基底部骨折突骨折线为横行，符合AndersonⅡ型；③全身基础情况支持手术者排除标准：（1）X线及CT结果显示：①骨折移位>5 mm或成角>10°；②枢椎椎体有骨折，属于AndersonⅠ型或者Ⅲ型骨折；③患者合并有椎管狭窄；④合并邻近部位骨折，如Jefferson 骨折；⑤难复型寰枢关节脱位。（2）不能坚持手术或不配合者。

1.3 手术方法

1.3.1 治疗组

采用3D打印配合空心加压螺钉，治疗干预步骤和方案。

1.3.1.1 患者枢椎的CT扫描及数据提取采用本院SIMENS-Definition双源64排CT机进行扫描，扫描条件为120 kV，166 mAs，层厚0.8 mm，扫描数据以DICOM格式输出。将CT扫描数据导入Mimics软件进行初步处理，将DICOM数据导入后显示出某一断层的原始图像。运用Mimics软件的阈值分割功能设置阈值值：260～1484，使高密度的骨组织从周围低密度的软组织中分割出来，产生蒙版图像。

1.3.1.2 上颈椎逆向工程建模对Mimics断层图像编辑完成后，运用Mimics软“动态区域生成”功能初步建立患者枢椎的三维模型（图1）。

图1 Mimics建立三维脊椎模型

1.3.1.3 制作枢椎3D打印全真模型通过3D打印技术[立体光刻或激光光化成型（stereo-lithography，SL）]制作出腰椎实物模型（图2）。因为SL在制作精度、表而质量、强度等方而有很大优势，恰好可以满足实验的需要。

图2 3D打印全真上颈椎模型

1.3.1.4 制订手术方案并实施预手术（模拟手术）操作通过对患者枢椎SL模型直观、全方位的观察、研究，获取X线片、CT，MRI等影像学资料无法显示的解剖信息，并制订方案。预手术步骤：①于C2椎体正中逐渐将导针钻入枢椎体，并保证导针在冠状面及矢状面均位于齿状突的中轴线上，直到导针至齿状突的顶部（导针转入过程中保证侧位上位导针后倾10°～15°），并測量记录导针的进针位置（图3）（以C2椎体下终板下缘作为进针位置参照，如进针点位置C2椎体下终板下缘上“x”cm）和进针角度（进针角度以导针与C2椎体前缘连线的夹角）。②测量导针钻入C2椎体的深度。③以中空钻头沿导针钻孔后，用丝攻打孔扩开通道。④选择合适直径和长度的中空加压松质骨螺钉沿导板（图4）拧入，注意保证螺钉头端螺纹过骨折线，螺钉尾端进入枢椎体下缘。⑤确认骨折复位满意，拔出螺钉，记录螺钉的长度、直径和编号。⑥确认并记录导针的进针位置，以及导针的进针角度。⑦将确认完毕的螺钉送至供应室消毒，作为正式手术的内固定物植入材料。

图3 计划进针角度和螺钉长度

图4 设计C2椎体前路导板

1.3.1.5正式手术操作步骤 ①全麻仰卧位，头颈后伸颅骨牵引。②透视确认齿状突骨折己经或接近解剖复位。③于环甲软骨关节水平做横切口，于颈阔肌下分离。于胸锁乳突肌前缘切开颈深筋膜，在颈动脉鞘与内脏鞘之间分离并牵开保护。④透视确认C2～3椎间隙，显露并切开C2～3椎前筋膜。⑤于C2椎体前缘正中逐渐将导针钻入枢椎体（导针的进针点和角度在预手术中已经确认），同时保证导针在冠状面及矢状面均位于齿状突的中轴线上，直至导针至齿状突的顶部。⑥以中空钻头沿导针开路后，用丝攻沿扩孔，然后沿导针拧入之前预手术确定好的中空加压松质骨螺钉（预手术中螺钉的长度、直径已经确认），头端螺纹过骨折线，螺钉尾端进入枢椎体下缘。⑦最后正侧位透视确认骨折复位满意，螺钉位置好。⑧常规安放负压引流并逐层关闭伤口。术后48 h时内拔除引流，颈围保护后下地活动。

1.3.2 对照组

采用空心加压螺治疗，手术标准过程参照《脊柱外科学》[2]，术后治疗方案同对照组。

1.4 治疗干预后对比评价

术后3个月对每位患者进行X线检查，观察枢椎愈合情况，螺钉有无松动或断裂等。手术螺钉位置分级比较[3]：分为3级，0级，螺钉完全在齿状突的皮质内；1级，螺钉穿出骨皮质≤1 mm；2级，螺钉穿出骨皮质>1 mm。比较两组患者的手术操作情况（包括手术时间、术中出血量、透视次数），以及术后融合效果（包括枢椎愈合情况、螺钉松动或断裂发生率）。

1.5 统计学方法

采用统计软件SPSS 20.0对数据进行分析，正态分布计量资料以均数±标准差（x±s）表示，两组间比较采用t检验；计数资料以率表示，采用χ2检验。以P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

所有手术均按计划顺利完成，术中术后并未出现严重并发症。

2.1 在手术操作情况比较

治疗组在手术时间、术中出血量、透视时间和置钉准确率均优于对照组，差异有统计学意义（P < 0.05）。见表1。

表1 两组手术操作情况比较（x±s）

2.2 在两组螺钉位置分级比较

治疗组螺钉穿出率小于对照组，差异有统计学意义（P < 0.05）。见表2。

表2 术后螺钉位置分级比较（例）

2.3在术后效果方面比较

治疗组未见骨折不愈合螺钉松动或断裂，对照组有4例在3个月内出现骨折不愈合，3例出现螺钉松动，1例螺钉断裂，均再次入院予后路椎弓根钉融合手术。治疗组的骨性融合率、螺钉松动或断裂发生率优于对照组，差异有统计学意义（P < 0.05）。见表3。

表3 两组术后效果比较[n（%）]

3 讨论

3.1 AndersonⅡ型齿状突骨折解剖学特征及手术难点

齿状突基底部细，皮质骨薄，松质骨多，是最易骨折的部位，发生率在10%～15%。其骨折不易愈合[4]，其原因有以下几个方面：①骨折移位影响骨折愈合。当骨折后在韧带的牵拉下发生分离移位达4 mm，骨折面的接触面积将减少50%[4]，若合并有侧方移位，则接触面进一步减少，影响骨折愈合。相反，如果侧方移位或前后移位移位均不超过2 mm，接触面积在65%以上[4]。有研究[5]报道，有移位者不愈合率72%，而无移位者只有41.7%。②其次，齿状突骨折后，其血供的破坏也影响其愈合。齿突营养动脉分为两部分[6]，即基底营养动脉和尖部营养动脉，前者从基底部前外侧和背侧中央进入，后者从尖部进入，在齿状突内部成网分布。齿状突上部血管稀疏，基底血管稠密，故基底骨折时，血管网断裂，骨折上端血供不良，易致不愈合。③齿状突与枢椎椎体之间存在残留软骨板[7]，导致骨折不愈合，齿状突和枢椎椎体来自不同的骨化中心，他们之间有软骨联合，出生后6～7岁发生骨性愈合。而过往行齿状突骨折空心钉手术中由于定位及操作不准确，需反复使用导针转入造成齿状突骨折移位加重；有学者[8]通过研究分析，基底部骨折若在术中反复置钉导可能致钉道扩张，内固定失效；也有研究[9]表明，术前规划不足使得螺钉的大小不合适导致骨折不愈合情况的出现。同时齿状突骨折置入1枚还是2枚螺钉一直有争议[10]，1枚螺钉可以增加骨折接触面积，螺钉置入更深，手术时间更短，故风险相对低[11]，但1枚螺钉的置入位置不佳可能导致齿状突旋转，容易导致融合率反而欠佳[11]，而2枚螺钉的置入会增加齿状突内固定的稳定性[12]，但亚洲人齿状突偏小，仅小部分人可以置入3.5 mm螺钉[13]，同时手术可能出现螺钉的拔出、断裂，骨折的不愈合、神经脊髓或血管、食道气道的损伤等等因素，因而手术过程当中需要非常精确的判断以及非常精细的操作才能尽量避免置钉失败。但目前包括昂贵的导航技术也未能有效解决该问题。

3.2 个体化3D打印技术辅助空心加压螺钉治疗AndersonⅡ型齿状突骨折的优势

个体化3D打印技术已经在脊柱、关节、创伤、骨肿瘤等骨科众多领域中广泛使用[14-22]，它在术前规划更直观，术中参数更准确，该项技术用在置入AndersonⅡ型齿状突骨折空心钉有如下优势：①通过打印全真模型后預手术保障手术安全性：3D打印的模型基本上1∶1制作，能真实全方位还原骨折情况，对全真模型进行预手术，能让术者对正式手术流程有着充分的准备，减少正式手术时间；②通过Mimics软件术前进行规划并制作打印出与该骨折模型匹配个体化置钉导板和通道，有效提高手术的精确度，增加手术安全保障，术中操作仅仅是顺着设计好角度及深度的通道进行拧钉，大大降低手术难度，而本研究置钉分级研究结果表明其有更高的准确率；③因为导板辅助下进行置钉，其精确性高，实验表明：能够减少术中出血量，其一次置钉成功率较高，能减少置钉次数，从而减少透视次数，从而提高手术成功率，减轻医生的工作量及降低医患双方的摄入的辐射量；④能够保证较好融合率，降低螺钉松动发生率、螺钉断裂发生率。本研究显示：3D打印导板下精准的手术操作避免反复导针转入造成齿状突骨折移位加重；避免术中反复置钉导致钉道扩张，内固定失效；同时可以避免螺钉的大小不合适导致骨折不愈合，从而保证术后融合成功率、降低螺钉失效发生率。

综上所述，个体化3D打印技术辅助空心加压螺钉治疗AndersonⅡ型齿状突骨折是安全而有效的，可使术者做到术前准备评估设计导板钉道，选择和确定最佳钉道及螺钉长度，在进一步提高置钉的准确度及安全性的同时，使创伤更小、术后并发症更少，大大简化了术中操作、减少术中操作时间及降低了医患双方的射线接受剂量，符合脊柱微创的发展理念，值得进一步研究及临床推广应用。

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