寰樞椎椎弓根釘個(gè)體化置入技術(shù)在寰樞椎骨折脫位治療中的應(yīng)用

趙保輝，張韶輝，崔青，張建華

河北省滄州中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院 脊柱關(guān)節(jié)科，河北 滄州 061001

寰樞椎椎弓根釘個(gè)體化置入技術(shù)在寰樞椎骨折脫位治療中的應(yīng)用

趙保輝，張韶輝，崔青，張建華

河北省滄州中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院 脊柱關(guān)節(jié)科，河北 滄州 061001

目的 探討寰樞椎椎弓根釘個(gè)體化置入技術(shù)在寰樞椎骨折脫位治療中的臨床價(jià)值。方法 對(duì)5例成人寰樞椎標(biāo)本行CT掃描，將掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入M im ics軟件對(duì)標(biāo)本進(jìn)行三維重建，并利用M im ics相關(guān)功能在三維重建圖像上尋找寰樞椎椎弓根螺釘置入的最佳軸線并測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)。然后以重建的椎體三維圖形為模板，以寰椎后弓及樞椎棘突為解剖標(biāo)志設(shè)計(jì)螺釘置入導(dǎo)向模塊，將重建椎體模型及導(dǎo)向模塊圖像以STL格式導(dǎo)入三維打印機(jī)，制作出椎體模型及導(dǎo)向模塊，并借助導(dǎo)向模塊行術(shù)中椎弓根螺釘置入。結(jié)果 成功建立了與標(biāo)本相似度極高的寰樞椎三維重建圖像和實(shí)物模型，并制作了置釘導(dǎo)向模塊，于置釘導(dǎo)向模塊輔助下對(duì)5例患者共置入10枚椎弓根螺釘，CT掃描顯示螺釘位置滿意。結(jié)論 利用M im ics軟件對(duì)寰樞椎進(jìn)行三維立體重建，并以其為標(biāo)本制作置釘導(dǎo)向模塊來輔助置釘，是一種寰樞椎椎弓根螺釘置入的個(gè)體化方法，可明顯提高置釘安全性。

寰樞椎骨折脫位；M im ics軟件；三維重建；置釘導(dǎo)向模塊；椎弓根螺釘置入

由于人體寰樞椎位置特殊，其骨折脫位常累及延髓生命中樞與椎-基底動(dòng)脈，可導(dǎo)致患者嚴(yán)重殘疾，甚至威脅

其生命，故寰樞椎骨折、外傷后不穩(wěn)或脫位常需外科治療。寰樞椎骨折固定有很多方法，椎弓根螺釘固定為其中一種。椎弓根螺釘固定能夠提供其他固定方式無法比擬的三維立體穩(wěn)定性[1-3]，更有利于頸椎術(shù)后的穩(wěn)定性和骨性融合。但由于該部位的手術(shù)難度大、風(fēng)險(xiǎn)高，是外科手術(shù)的“危險(xiǎn)區(qū)”，因此，尋求一種安全的個(gè)體化置釘方法一直是臨床十分關(guān)注的問題。本研究利用Mimics軟件的三維重建、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（MeCAD）功能和快速成型（RP）技術(shù)相結(jié)合，制作頸椎實(shí)體模型及置釘導(dǎo)向模塊，用于輔助術(shù)中內(nèi)固定，探索了新穎的寰樞椎椎弓根螺釘個(gè)體化置入方法，報(bào)道如下。

1 寰樞椎椎弓根螺釘個(gè)體化置入技術(shù)設(shè)計(jì)

1.1 上頸椎實(shí)體模型的制作

對(duì)寰樞椎以2 mm層厚行CT（美國GE）連續(xù)掃描獲取CT數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)以Dicom格式保存，隨后將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics10.01軟件。首先調(diào)節(jié)閾值獲取最佳骨組織閾值，再利用三維區(qū)域增長技術(shù)單獨(dú)提取頸椎輪廓區(qū)域。隨后利用軟件的三維重建功能默認(rèn)的最佳重建質(zhì)量對(duì)所選取的頸椎結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，從而得到寰樞椎模型。最后進(jìn)入軟件的Madics 9.9界面，對(duì)三維圖形進(jìn)行局部修補(bǔ)及平滑處理，將重建模型以STL格式導(dǎo)出。

將重建頸椎模型的STL文件導(dǎo)入Dimension三維打印機(jī)，運(yùn)用熔融堆積技術(shù)，采用水性丙烯酸脂為材料對(duì)上頸椎實(shí)體模型進(jìn)行快速成型制作。制作好的上頸椎實(shí)體模型示意圖，見圖1。

圖1 上頸椎實(shí)體模型示意圖

1.2 導(dǎo)向模塊的制作

首先進(jìn)入Mimics10.01軟件，在MedCAD模塊組中設(shè)計(jì)出相應(yīng)直徑的模擬螺釘，在軟件中模擬寰、樞椎椎弓根置釘，在各個(gè)層面觀察置釘安全后，以寰椎后弓及樞椎椎板、棘突為解剖標(biāo)志，利用增量法制作與寰椎后弓及樞椎棘突相貼合的陰模。修整簡(jiǎn)化陰模，利用Mimics10.01去除模擬螺釘即得到置釘?shù)膶?dǎo)向模板。在寰椎后弓及側(cè)塊、樞椎椎弓根上設(shè)計(jì)出最長、安全的置釘通道；而后以寰椎后弓及樞椎棘突為解剖標(biāo)志，制作與寰椎后弓及樞椎棘突相匹配的模塊。隨后將設(shè)計(jì)的置釘通道向?qū)蚰K延伸。最后將上述數(shù)據(jù)導(dǎo)入Dimension三維打印機(jī)，運(yùn)用熔融堆積技術(shù)，采用聚乳酸（PLA）為材料對(duì)置釘導(dǎo)向模塊進(jìn)行快速成型制作（圖2）。

圖2 置釘導(dǎo)向模塊的快速成型示意圖

2 臨床應(yīng)用

2.1 一般資料

本組5例患者，其中男3例，女2例；年齡22～61歲，平均年齡37.2歲；陳舊性寰樞椎旋轉(zhuǎn)脫位者2例，齒突骨折不愈合者1例，外傷后導(dǎo)致寰椎橫韌帶斷裂或松弛2例。5例患者術(shù)前均表現(xiàn)為頸后疼痛以及活動(dòng)受限，JOA評(píng)分為7～15分，平均12.1分。

2.2 操作方法

（1）囑患者術(shù)前定期復(fù)查X線片了解復(fù)位情況，盡可能達(dá)到寰樞椎復(fù)位，對(duì)患者寰樞椎以2 mm層厚進(jìn)行CT（美國GE）掃描獲取影像數(shù)據(jù)，以Dicom格式保存；將數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)中的Mimics軟件，運(yùn)用閾值選取技術(shù)獲取頸椎原始蒙罩（Mask）后，再利用三維區(qū)域增長技術(shù)對(duì)原始蒙罩進(jìn)行修改，得到新蒙罩；隨后采用Caleulate 3D功能，以軟件默認(rèn)的最佳重建質(zhì)量模式對(duì)所選取的實(shí)體結(jié)構(gòu)區(qū)域進(jìn)行三維重建；最后進(jìn)入Madics 9.9界面，對(duì)三維圖形進(jìn)行平滑處理，將重建圖像以STL格式導(dǎo)出。

（2）根據(jù)上述方法制作出各患者的上頸椎實(shí)體模型以及導(dǎo)向模塊，在Mimics軟件、頸椎模型以及置釘導(dǎo)向模塊輔助下為患者行后路椎弓根螺釘棒內(nèi)固定技術(shù)。

2.3 應(yīng)用結(jié)果

本組5例患者寰樞椎內(nèi)共置釘10枚，均為一次性置入，并經(jīng)C型臂X線機(jī)監(jiān)測(cè)螺釘置入恰當(dāng)，螺釘直徑3.5 mm，平均長度36 mm（32～40 mm）,手術(shù)時(shí)間平均90 min（81～104 min），平均出血量60 mL（40～90 mL）。術(shù)后所有患者經(jīng)CT復(fù)查證實(shí)，10枚螺釘均位于寰椎側(cè)塊關(guān)節(jié)面內(nèi)，無一例出現(xiàn)螺釘偏入椎管或椎動(dòng)脈，置釘成功率達(dá)100％，未出現(xiàn)血管和神經(jīng)并發(fā)癥。術(shù)后評(píng)估（隨訪4～12個(gè)月）結(jié)果顯示，所有患者手術(shù)切口均I期愈合，無一例出現(xiàn)切口感染；患者無脊髓損害及椎動(dòng)脈損傷等臨床癥狀，術(shù)后4個(gè)月JOA評(píng)分10～18分，平均15分。

3 討論

（1）寰樞椎椎弓根螺釘固定的優(yōu)越性：寰樞椎為顱頸相移行部位，寰樞椎不穩(wěn)定將使頸脊髓處于高危狀態(tài)，并有可能累及延髓生命中樞，故多數(shù)患者需外科治療，通過固定、植骨、融合使寰樞椎保持穩(wěn)定。其中，堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定為植骨及融合的前提。傳統(tǒng)的寰樞椎后路融合術(shù)有多重內(nèi)固定方法和技術(shù)，包括鋼絲捆扎術(shù)、椎板鉤技術(shù)、椎弓根螺釘固定技術(shù)等。其中鋼絲及椎板鉤等方法抗側(cè)區(qū)及旋轉(zhuǎn)能力較差，在無外固定輔助的情況下容易出現(xiàn)內(nèi)固定斷裂或松動(dòng)，導(dǎo)致植骨不融合。而寰樞椎椎弓根螺釘固定技術(shù)，由于其三維立體穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，在臨床上的應(yīng)用越來越廣泛。

（2）傳統(tǒng)椎弓根螺釘固定方法的缺陷：寰樞椎椎弓根固定術(shù)操作的關(guān)鍵是準(zhǔn)確的置釘技術(shù)，進(jìn)釘點(diǎn)的正確選擇是首要因素。然而，由于個(gè)體間寰樞椎椎弓根的體表投影存在差異，難以確定固定的解剖標(biāo)志及數(shù)據(jù)；同時(shí)在顯露及尋找進(jìn)釘位置時(shí)，由于其剝離范圍較大，也相應(yīng)會(huì)增加手術(shù)的難度及手術(shù)并發(fā)癥的發(fā)生率。

（3）應(yīng)用置釘導(dǎo)向模塊的優(yōu)勢(shì)：置釘導(dǎo)向模塊以寰椎后弓及樞椎棘突為解剖標(biāo)志制作，可與寰椎后弓及樞椎椎弓根精確匹配，且其置釘導(dǎo)向孔經(jīng)軟件反復(fù)驗(yàn)證安全、有效。故利用術(shù)前設(shè)計(jì)的導(dǎo)向模塊輔助置釘完全可靠，具有如下優(yōu)勢(shì)：①1：1的椎體模型與患者骨骼的誤差在0.3 mm以內(nèi)[4]，可逼真地反映出患者的骨骼特點(diǎn)，以其為標(biāo)準(zhǔn)制作的置釘導(dǎo)向模塊導(dǎo)向精準(zhǔn)，成本較低，各醫(yī)院均可開展；②使用導(dǎo)向模塊可明顯減小剝離范圍，最大限度地降低置釘及剝離過程中對(duì)神經(jīng)、血管的損傷[5-8]。

4 結(jié)語

本研究應(yīng)用Mimics軟件探討了一種新的寰樞椎椎弓根螺釘個(gè)體化置入方法，并對(duì)應(yīng)用該方法進(jìn)行置釘?shù)?例患者的情況進(jìn)行了詳細(xì)地評(píng)估分析，結(jié)果顯示，該方法在術(shù)前及術(shù)中均能準(zhǔn)確地指導(dǎo)個(gè)體化置釘，提高置釘成功率，但它目前尚處于臨床應(yīng)用的初步階段，需進(jìn)一步驗(yàn)證及完善。

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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

滄州市科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（20130089）。

作者郵箱：214024916@qq．com