M im ics軟件聯(lián)合快速成型技術(shù)在椎弓根螺釘固定術(shù)中的應(yīng)用

趙保輝，張韶輝，崔青，張建華，張金彪

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

M im ics軟件聯(lián)合快速成型技術(shù)在椎弓根螺釘固定術(shù)中的應(yīng)用

趙保輝，張韶輝，崔青，張建華，張金彪

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M im ics軟件聯(lián)合快速成型技術(shù)輔助椎弓根螺釘固定術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。方法 利用M im ics軟件聯(lián)合快速成型技術(shù)設(shè)計(jì)并制作寰樞椎模型及置釘導(dǎo)向器，選取11例寰樞椎椎體骨折患者作為研究組，在置釘導(dǎo)向器輔助下行椎弓根螺釘固定術(shù)；選取20例行傳統(tǒng)椎弓根螺釘固定術(shù)的患者作為對(duì)照組，比較兩組的治療效果。結(jié)果 研究組置釘可接受率為100％，對(duì)照組置釘可接受率為87.5％，組間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。研究組術(shù)后JOA評(píng)分顯著高于對(duì)照組（P＜0.05）。結(jié)論 通過M im ics軟件結(jié)合快速成型技術(shù)設(shè)計(jì)并制作置釘導(dǎo)向器，輔助寰樞椎骨折患者行椎弓根螺釘固定術(shù)，能夠獲得更好的手術(shù)效果。

M imics軟件；快速成型技術(shù)；椎弓根螺釘固定術(shù)；置釘導(dǎo)向器

臨床上由于先天發(fā)育不良及類風(fēng)濕等疾病造成寰樞椎不穩(wěn)或脫位的情況較為常見，這類患者必須進(jìn)行內(nèi)固定治療[1]。治療方法一般采用經(jīng)后路椎弓根螺釘內(nèi)固定，該方法雖有一定治療效果，但是在椎弓根螺釘?shù)闹萌脒^程中容易損傷椎動(dòng)脈或脊髓[2]，進(jìn)而導(dǎo)致手術(shù)意外。本文通過M imics軟件結(jié)合快速成型技術(shù)設(shè)計(jì)并制作置釘導(dǎo)向器，輔助寰樞椎骨折患者行椎弓根螺釘固定術(shù)，取得了較好的手術(shù)效果，報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

選取本院11例寰樞椎椎體骨折，在置釘導(dǎo)向器輔助下行椎弓根螺釘固定術(shù)的患者作為研究組，20例行傳統(tǒng)椎弓根螺釘固定術(shù)的患者作為對(duì)照組。研究組11例患者，其中男7例，女4例，年齡38～69歲，平均（48.1±10.5）歲；對(duì)照組20例患者，其中男12例，女8例，年齡26～59歲，平均（41.5±11.3）歲。研究組患者均為寰樞椎骨折脫位，術(shù)前脊髓損傷的美國(guó)脊髓損傷協(xié)會(huì)（American Spinal Cord Injury Association，ASIA）分級(jí)為：C級(jí)5例、D級(jí)6例；對(duì)照組患者均為寰樞椎骨折脫位，ASIA分級(jí)為：C級(jí)11例、D級(jí)9例。兩組患者的年齡、性別及一般資料等差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

1.2 手術(shù)治療

1.2.1 置入導(dǎo)向器制作

通過CT掃描收集患者數(shù)據(jù)，采用M imics軟件對(duì)其寰樞椎標(biāo)本進(jìn)行三維重建，然后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，再將重建椎體模型及3D導(dǎo)向器圖像導(dǎo)入3D打印機(jī)，制作出椎體模型和導(dǎo)向器。

1.2.2 手術(shù)方法

對(duì)照組行傳統(tǒng)椎弓根螺釘固定術(shù)。

研究組手術(shù)方法如下：①待患者及麻醉師做好術(shù)前準(zhǔn)備后，將已消毒的置釘導(dǎo)向器與寰樞椎后方結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合，確保其與寰樞椎結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確區(qū)配，同時(shí)采用克氏針輔助固定置釘導(dǎo)向器；②在置釘導(dǎo)向器輔助下進(jìn)行椎弓根開孔，分別建立寰樞椎的椎弓根釘?shù)?，先置入樞椎椎弓根螺釘，然后植入寰椎椎弓根螺釘，每種螺釘兩枚；③根據(jù)患者病灶脫位的具體情況，將預(yù)彎好的鈦棒放置于椎弓根螺釘?shù)奈膊?，上螺帽并擰緊，在此過程中逐漸復(fù)位寰樞椎；④取髂骨行椎板間植骨融合。術(shù)后放置引流管引流，縫合切口。

1.3 術(shù)后評(píng)估

置釘分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)采用Andrew椎弓根螺釘位置分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[3]：Ⅰ級(jí)：螺釘完全在椎弓根內(nèi)；Ⅱ級(jí)：置入螺釘穿出椎弓根皮質(zhì)＜2 mm；Ⅲ級(jí)：置入椎弓根螺釘穿出椎弓根皮質(zhì)距離為≥2 mm且＜4 mm；Ⅳ級(jí)：置入椎弓根螺釘穿出椎弓根皮質(zhì)距離≥4 mm。其中Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)為可接受置入螺釘，Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)為不可接受置入螺釘。神經(jīng)功能評(píng)定采用日本矯形外科協(xié)會(huì)（Japanese Orthopaedic Association，JOA）的評(píng)分方法，JOA總評(píng)分最高為29分，最低0分，分?jǐn)?shù)越低表明功能障礙越明顯。神經(jīng)功能恢復(fù)采用ASIA的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí)判定。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果

2.1 置釘效果比較

研究組11例患者共計(jì)置入20枚椎弓根螺釘，其中達(dá)到Ⅰ級(jí)置釘標(biāo)準(zhǔn)的有14枚（70％）、Ⅱ級(jí)置釘標(biāo)準(zhǔn)的有6枚（30％），置釘可接受率為100％。對(duì)照組20例患者共計(jì)置入40枚椎弓根螺釘，其中達(dá)到Ⅰ級(jí)置釘標(biāo)準(zhǔn)的有18枚（45％）、Ⅱ級(jí)置釘標(biāo)準(zhǔn)的有17枚（42.5％）、Ⅲ級(jí)的有5枚（12.5％），置釘可接受率為87.5％。研究組置釘效果顯著優(yōu)于對(duì)照組（P＜0.05）。具體結(jié)果見表1。

表1 兩組患者置釘效果比較 n（％）

2.2 手術(shù)前后的JOA評(píng)分變化

表2 兩組患者手術(shù)前后的JOA評(píng)分變化

2.3 手術(shù)前后的ASIA分級(jí)變化

術(shù)前研究組和對(duì)照組的ASIA分級(jí)主要分布在C、D級(jí)，術(shù)后兩組患者的ASIA分級(jí)主要集中在D、E級(jí)，說明術(shù)后兩組患者的脊髓損傷較術(shù)前有所恢復(fù)。具體結(jié)果見表3。

表3 兩組患者手術(shù)前后的ASIA分級(jí)變化 n（％）

3 討論

寰樞椎脫位患者的頸部存在不同程度的疼痛，同時(shí)伴頸部向一側(cè)傾斜及頸椎活動(dòng)受限，嚴(yán)重時(shí)可危及患者生命。臨床上該類疾病的主要治療目標(biāo)是穩(wěn)定寰樞椎，重建寰樞椎的正常序列解剖，同時(shí)行寰樞椎融合，重現(xiàn)該脊椎的穩(wěn)定性[4]。手術(shù)是寰樞椎脫位的必要治療手段，手術(shù)治療可分為前路和后路兩類。后路技術(shù)顯露較簡(jiǎn)單，便于內(nèi)固定及植骨塊的安置，臨床上應(yīng)用較多。但寰樞椎解剖結(jié)構(gòu)特殊，椎弓根變異性大，且與重要組織結(jié)構(gòu)和器官毗鄰，常導(dǎo)致螺釘置入困難，嚴(yán)重時(shí)甚至可損傷患者神經(jīng)血管從而導(dǎo)致嚴(yán)重后果，限制了其手術(shù)治療。

目前，快速成型模型在脊柱外科中已廣泛應(yīng)用于術(shù)前規(guī)劃、手術(shù)操作指導(dǎo)、內(nèi)固定裝置定制等方面[5]。采用計(jì)算機(jī)三維重建技術(shù)構(gòu)建的脊柱實(shí)物模型可使主刀醫(yī)生在手術(shù)前對(duì)病灶的具體情況及手術(shù)操作有一定的了解，可大大減少脊柱手術(shù)時(shí)間，降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，提高手術(shù)的安全性[6]，并有利于醫(yī)生術(shù)前與患者進(jìn)行溝通。筆者借助計(jì)算機(jī)的三維成像技術(shù)，在術(shù)前確定最佳的置釘通道以及置釘導(dǎo)向器和寰樞椎的三維互補(bǔ)模版，然后在置釘導(dǎo)向器輔助下行椎弓根螺釘置入，取得了良好的手術(shù)效果。該措施的優(yōu)點(diǎn)有：①通過計(jì)算機(jī)可精準(zhǔn)地設(shè)計(jì)螺釘置入的角度和置入點(diǎn)，通過導(dǎo)向器可確立最佳的螺釘置入路徑，解決了傳統(tǒng)螺釘置入手術(shù)過程中目測(cè)判斷水平面角度（Transverse Section Angle，TSA）和矢狀面角度（Sagtial Section Angle，SSA）誤差的問題[7]，從而提高了椎弓根螺釘置入的安全性和準(zhǔn)確性；②計(jì)算機(jī)可根據(jù)TSA和SSA進(jìn)行個(gè)體化三維設(shè)計(jì)，從而避免寰樞椎解剖結(jié)構(gòu)差異對(duì)手術(shù)效果造成影響。

本組研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，研究組置釘可接受率為100％，顯著高于對(duì)照組的87.5％，且研究組術(shù)后患者JOA評(píng)分更高，與相關(guān)研究結(jié)果一致[8]。由此可見，通過計(jì)算機(jī)三維重建技術(shù)、M im ics軟件和快速成型技術(shù)可以根據(jù)患者術(shù)前CT、MRI等影像學(xué)檢查提取有用的參數(shù)，從而直接構(gòu)建寰樞椎椎弓根模型進(jìn)行模擬手術(shù)，從而顯著提高真實(shí)手術(shù)的效果。

[1]譚明生,移平,楊峰,等.寰樞椎脫位翻修手術(shù)的臨床療效觀察[J].中國(guó)脊柱脊髓雜志,2012,22（2）：106-112.

[2]王建華,尹慶水,夏虹,等.伴寰樞椎脫位顱底凹陷癥患者后路減壓失敗的再手術(shù)治療[J].中國(guó)脊柱脊髓雜志,2012,22（2）：113-117.

[3]Youkilis AS,Quint DJ,M cGillicuddy JE,et al.Stereotactic navigation for placement of pedicle screws in the thoracic spine[J].Neurosurgery,2001,48（4）：778-779.

[4]尹一恒,余新光,喬廣宇,等.采用C1-2釘棒復(fù)位技術(shù)治療難復(fù)性寰樞椎脫位及顱底陷入[J].中華醫(yī)學(xué)雜志,2014,94（41）：3248-3251.

[5]張敏,王玉強(qiáng),譚洪宇,等.手術(shù)顯微鏡輔助下經(jīng)口入路寰樞關(guān)節(jié)成形術(shù)17例分析[J].中華顯微外科雜志,2014,37（2）：134-138.

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[8]郭勝利,張遠(yuǎn)征,周定標(biāo),等.應(yīng)用C1-2螺釘棒系統(tǒng)行后路復(fù)位、固定和融合治療合并寰-樞椎脫位的顱底凹陷癥[J].中華神經(jīng)外科疾病研究雜志,2014,13（5）：412-415.

Application of Combination of M im ics Software and Rapid Prototyping Technology in Pedicle Screw Fixation

ZHAO Bao-hui, ZHANG Shao-hui, CUI Q ing, ZHANG Jian-hua, ZHANG Jin-biao
Department of Spinal Joints, Hebei Province Cangzhou Hospital of Integrated Traditional and Western M edicine, Cangzhou Hebei 061001, China

Objective To explore the effectiveness of application of combination of M im ics software and rapid prototyping technology in pedicle screw fixation.Methods W ith application of combination of M imics software and rapid prototyping technology, the atlanto-axial model and the screw-guiding device were designed and made.Eleven patients w ith atlanto-axial vertebral fractures were selected as Experiment Group and underwent pedicle screw fixation under the guidance of the screw-guiding device.Another 20 patients who had been treated w ith traditional pedicle screw fi xation were involved in this research as Control Group so as to make a comparison of the therapeutical effect between two groups.Results The acceptable rate for patients in Experiment Group was 100％ versus 87.5％ in Control Group w ith statistically significant differences（P＜0.05）.The Experiment Group showed remarkably higher postoperative JOA score than Control Group with statistically signi fi cant differences（P ＜0.05）.Conclusion The screw-guiding device that was made by using the M im ics software in combination w ith the rapid prototyping technology could be utilized to provide guidance for patients w ith atlanto-axial vertebral fractures during pedicle screw fi xation, which had proven itself w ith excellent therapeutical outcome.

M im ics software；rapid prototyping technology；pedicle screw fixation；screw-guiding devices

R683.2

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.12.039

1674-1633（2015）12-0125-02

2015-08-03

滄州市科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（20130089）。

作者郵箱：zjb7829325@163.com。