3D 打印導(dǎo)航模板輔助置釘在兒童寰樞椎脫位治療中的應(yīng)用

徐嘉偉 李楠 楊寶輝 李浩鵬

寰樞椎脫位率約占所有頸椎損傷的6.1%[1]。后路椎弓 根螺釘技術(shù)治療成人寰樞椎脫位在我國相對成熟，然而由于兒童寰樞椎相對纖細，手術(shù)操作技術(shù)要求更高，故開展的醫(yī)療機構(gòu)并不多，相關(guān)文獻較少。如何完美地置入兒童寰樞椎椎弓根螺釘是各位學(xué)者所追求的目標之一，既往有不少3D打印導(dǎo)航模板輔助置釘?shù)姆绞皆诔扇隋緲凶得撐恢袘?yīng)用，但對于兒童的應(yīng)用，未見報道。為此，2015年1月至2019年6月，本科室應(yīng)用3D 打印導(dǎo)航模板輔助置釘來治療兒童寰樞椎脫位，評價其可行性及應(yīng)用價值，經(jīng)驗證效果良好，現(xiàn)報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

納入標準: 頸椎過屈過伸側(cè)位、張口位，三維重建及MRI 等檢查明確存在寰樞椎脫位且伴有臨床癥狀者。排除標準: 炎癥、感染、腫瘤等所致的寰樞椎脫位； 寰樞椎椎弓根缺如、術(shù)前CT 測量寰樞椎椎弓根高度＜2.5 mm 和明顯椎動脈高跨者。

本組共納入病例16 例，男10 例，女6 例；年齡3 ～12歲，平均9.6歲； 游離齒狀突8 例，齒狀突缺如1 例，寰樞椎旋轉(zhuǎn)固定脫位2 例，顱底凹陷癥伴寰樞椎脫位4 例，齒狀突骨折1 例。臨床表現(xiàn)主要為頸部疼痛，活動受限，10 例患者存在頸髓壓迫癥狀，其中美國脊髓損傷協(xié)會（American spinal injury association，ASIA）分級C 級6 例，D 級4 例。該組病例中1 例曾誤診為脊髓炎，1 例以呼吸困難、嗆咳為首發(fā)表現(xiàn)，1 例以間斷性頭痛為首發(fā)表現(xiàn)。術(shù)前均常規(guī)行頸椎過屈過伸側(cè)位、張口位，三維重建及MRI 等檢查，明確脫位程度，是否為可復(fù)性及是否存在頸髓壓迫等，同時對寰樞椎部位進行層厚1 mm 的CT 平掃，制作3D 寰樞椎椎弓根導(dǎo)航模板。

1.2 方法

3D 導(dǎo)航模板的制作:對患者上頸椎區(qū)域行薄層（1 mm）掃描，將CT 斷層數(shù)據(jù)以DICOM 格式進行儲存，導(dǎo)入醫(yī)學(xué)交互式軟件Mimics 15（Materialise 公司，比利時）中，使用Calculate 3D 功能建立目標節(jié)段的3D 模型，并以STL 格式保存。同時，使用MedCAD 模塊建立直徑為4 mm 的圓柱體以模擬螺釘，并以STL 格式保存，將STL 格式的3D模型導(dǎo)入Geomagic Studio 12 軟件（Geomagic 公司，美國）。模型視窗調(diào)至透視狀態(tài)，以便后續(xù)觀察椎弓根和圓柱體（PS釘?shù)溃┑奈恢藐P(guān)系。將圓柱體導(dǎo)入Geomagic Studio 12。根據(jù)椎弓根位置調(diào)整圓柱體至最佳位置，以模擬最佳進釘點和進釘角度（見圖1、圖2）。提取部分棘突、椎板、側(cè)塊的三角面片及椎體外部的圓柱體，通過shell 工具獲得厚度為2 mm 的RPDT 3D 模型。將模型保存為STL 格式導(dǎo)入Cura 14.01 軟件（華森，中國），調(diào)整模型的位置以適應(yīng)3D打印的要求。以Gcode 格式導(dǎo)入SPR4003D 打印機（華森，中國），最終獲得實體模型。

圖1 椎弓根螺釘最佳進釘點

圖2 椎弓根螺釘最佳進針角度

患兒全麻滿意后，對于術(shù)前X 線觀察為過伸側(cè)位可復(fù)位的9 例直接行后路手術(shù)； 對于術(shù)前X 線顯示過伸位無法滿意復(fù)位者進行顱骨牽引，其中6 例達到復(fù)位效果者同樣行復(fù)位后路植骨融合內(nèi)固定術(shù)，其余1 例顱骨牽引無任何復(fù)位跡象者，先前路經(jīng)口松解寰樞椎之間的關(guān)節(jié)囊、雙側(cè)部分頸長肌、頭長肌及瘢痕組織等，再次牽引復(fù)位，透視顯示可基本復(fù)位，閉合前路切口后翻身行后路手術(shù)。

后正中切口充分顯露手術(shù)節(jié)段后方結(jié)構(gòu)至兩側(cè)預(yù)定范圍，將后方結(jié)構(gòu)充分顯露清楚后，先由一助將定點導(dǎo)板分別置于寰椎后弓、樞椎椎板棘突上，見貼附滿意，術(shù)者用磨鉆將進針點骨皮質(zhì)磨去，寰椎部位需穿過后弓，后更換定向?qū)О?，一助維持導(dǎo)板穩(wěn)定，術(shù)中沿開口部位用椎弓根擴大器繼續(xù)進入合適深度，探針探查釘?shù)浪谋诩肮堑捉Y(jié)構(gòu)，術(shù)中透視，若位置滿意，依次攻絲及擰入合適位置螺釘，復(fù)位寰樞椎，安裝連接鈦棒，擰緊尾帽，再次透視復(fù)位情況及內(nèi)固定位置，磨鉆打磨寰椎后弓及樞椎椎板表面骨皮質(zhì)至點狀出血，自體骨植骨，沖洗傷口，放置引流，依次縫合。

1.3 置釘安全性評價

行頸椎CT 薄層掃描，觀察螺釘位置，并根據(jù)Miyamoto等[2]提出的頸椎螺釘分級評估系統(tǒng)，將螺釘位置分為4 級:0 級，螺釘位于骨性釘?shù)纼?nèi)；1 級，在橫斷面或矢狀面上，螺釘穿破骨皮質(zhì)＜50%； 2 級，在橫斷面或矢狀面上，螺釘穿破骨皮質(zhì)≥50%； 3 級，螺釘完全穿破骨皮質(zhì)。

2 結(jié)果

16 例患者共置入椎弓根螺釘64 枚，寰椎和樞椎分別32枚。寰椎安全性評估系統(tǒng)結(jié)果為: 0 級螺釘28 枚，1 級螺釘2 枚，2 級螺釘2 枚。樞椎安全性評估系統(tǒng)結(jié)果為: 0 級螺釘30 枚，1 級螺釘2 枚。術(shù)中無脊髓、神經(jīng)根及椎動脈損傷等并發(fā)癥發(fā)生，每例患者平均術(shù)中透視5 次，手術(shù)時間90 ～150 min。16 例患者均獲得隨訪，隨訪時間5 ～24個月。15例患者在術(shù)后3個月左右后方植骨達到骨性融合； 1 例齒狀突骨折患者手術(shù)中后方未進行植骨，術(shù)后5個月復(fù)查可見齒狀突愈合，于術(shù)后1年拆除內(nèi)固定物。隨訪期間，所有患者螺釘位置良好，無斷釘及松動等情況發(fā)生； 末次隨訪，患者頸部疼痛癥狀緩解，10 例存在脊髓受壓表現(xiàn)者神經(jīng)功能均恢復(fù)至ASIA 分級E 級。

典型病例: 患者，男，6歲，以“進行性四肢無力伴行走障礙”入院。入院后查體: 頸后部正中壓痛，頸部活動未見受限，四肢肌力Ⅳ級，四肢肌張力增高，感覺查體未見明顯異常，左側(cè)巴氏征陽性，右側(cè)巴氏征可疑，入院診斷“游離齒狀突、脊髓受壓并不全癱瘓”，行寰樞椎復(fù)位植骨融合內(nèi)固定術(shù)。術(shù)后3個月復(fù)查，可見患者四肢肌力Ⅴ級，感覺正常，神經(jīng)功能由術(shù)前的ASIA 分級D 級恢復(fù)至術(shù)后E 級（見圖3）。

圖3 A. 術(shù)前矢狀面CT 可見游離齒狀突形成； B. 術(shù)前MRI 可見脊髓受壓、變細，局部脊髓出現(xiàn)變性； C、D. 術(shù)前CT 三維重建可見齒狀突游離；E.術(shù)中應(yīng)用3D 導(dǎo)航模板輔助置釘；F、G.術(shù)后1個月CT 軸位可見寰椎及樞椎螺釘位置滿意，安全性評估均為0 級；H.術(shù)后3個月復(fù)查可見寰樞后方植骨已經(jīng)融合；G.術(shù)后3個月復(fù)查MRI 見脊髓受壓解除，脊髓變性區(qū)域范圍減小

3 討論

3.1 兒童寰樞椎脫位的特點

兒童關(guān)節(jié)囊和韌帶彈性較大，頭部較大，頸部軟組織較弱，寰樞椎關(guān)節(jié)面相對淺，咽部炎癥易累及關(guān)節(jié)囊和韌帶，不良姿勢等容易誘發(fā)小關(guān)節(jié)過度運動，以上生理及病理因素常導(dǎo)致兒童寰樞椎脫位的發(fā)生。其病因可分為先天性和外傷性，從本組資料看以先天性居多，其中最常見的為游離齒狀突。患者臨床表現(xiàn)方面各異，主要為頸部疼痛、僵硬等不適，伴有神經(jīng)功能障礙者往往起病較急，以進行性四肢無力為主要表現(xiàn)。由于兒童往往表述不清，且查體配合度較低，常存在誤診等情況，首次就診科室往往非脊柱外科，本組病例中，其中1 例在當?shù)卦\斷為“脊髓炎”，并進行相關(guān)治療，治療期間，患兒神經(jīng)癥狀進行性加重，經(jīng)本院進一步檢查明確為“寰樞椎脫位”； 1 例患者以間斷性頭痛為首要表現(xiàn)，并以“感冒、癲癇”等診斷于神經(jīng)內(nèi)科多次治療； 1 例患者以呼吸困難為首要表現(xiàn)，并于呼吸內(nèi)科進行相關(guān)治療，故對于該類患者應(yīng)想到寰樞椎脫位可能，避免漏診或誤診情況的發(fā)生。對于兒童寰樞椎脫位者，如果能夠早發(fā)現(xiàn)、早治療，一般愈后良好，本組病例中術(shù)前ASIA 分級C 級6 例，D 級4例，末次隨訪當中ASIA 分級均恢復(fù)至E 級。同時，譚明生等[3]發(fā)現(xiàn)，即使兒童進行寰樞椎脫位復(fù)位植骨融合術(shù)，患者術(shù)后頸椎旋轉(zhuǎn)等功能影響，可能原因在于下頸椎的代償機制較成人強。

3.2 兒童寰椎椎弓根的特點

成人寰樞椎脫位的椎弓根螺釘技術(shù)在我國已經(jīng)相對成熟，然而兒童寰樞椎椎弓根發(fā)育尚未完全成熟，與成人椎弓根相比，兒童寰樞椎椎弓根十分細小，各個年齡段椎弓根的內(nèi)外徑，高度均小于成人[4]，故置釘難度大大增加。雖然難度增加，但并非無法實施，張躍輝等[5]實踐證實，術(shù)前CT測量寰樞椎椎弓根高度＞2.5 mm的患兒均能順利置入直徑為3.5 mm 的椎弓根螺釘。Lin 等[6]對兒童腦死亡尸體標本10具（6 ～8歲）寰樞椎椎弓根相關(guān)結(jié)構(gòu)行數(shù)字化測量，認為其寰樞椎椎弓根容納直徑3.5 mm 的螺釘是可行的。吳春立等[7]應(yīng)用CT 掃描對60 例3 ～6歲兒童寰樞椎椎弓根形態(tài)，包括椎弓根寬、椎弓根高和椎弓根骨通道全長進行測量，結(jié)果表明，椎弓根各徑線總體隨年齡增長呈遞增趨勢。于永濤等[8]通過CT 三維影像觀測學(xué)齡期兒童（7 ～12歲）寰樞椎形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，椎弓根寬度、椎弓根全長、椎弓根高度隨年齡遞增呈增加趨勢。以上各研究為兒童寰樞椎脫位安全置釘提供了理論依據(jù)。

3.3 3D 打印導(dǎo)航模板適應(yīng)證、禁忌證及優(yōu)勢

既往文獻已經(jīng)明確CT 測量寰樞椎椎弓根高度＞2.5 mm的患兒均能順利置入直徑為3.5 mm 的椎弓根螺釘[5]。因此，在術(shù)前CT 測量寰樞椎椎弓根高度＞2.5 mm，并且無發(fā)育性異常者均為3D 打印導(dǎo)板模板適應(yīng)證，但對于寰椎后弓缺如、樞椎椎弓根缺如，以及術(shù)前CT 測量寰樞椎椎弓根高度＜2.5 mm 的患兒、明顯椎動脈高跨者應(yīng)列為禁忌證，需改用其他方式治療。

目前，臨床常用的椎弓根螺釘置釘方法有徒手置釘、計算機輔助置釘和導(dǎo)航模板輔助置釘?shù)确绞?。徒手置釘需要醫(yī)師有很高的手術(shù)經(jīng)驗和技巧，計算機輔助置釘技術(shù)的安全性及準確性較高，但機器價格昂貴，具體操作過程中受體位和椎體受力后位置和方向等影響[9]。而3D 打印導(dǎo)航模板費用相對低廉，準確性也較高，已經(jīng)有較多的報道，袁振山等[10]對照性研究了56 例寰樞椎不穩(wěn)者，結(jié)果顯示: 與傳統(tǒng)后路椎弓根螺釘置釘技術(shù)相比較，導(dǎo)向模板輔助置釘技術(shù)具有更高的安全率（兩組之間=0.019），并且減少了手術(shù)時間（=0.009）和透視次數(shù)（＜0.0001）。筆者既往應(yīng)用導(dǎo)航模板對于寰樞椎的研究同樣取得良好的效果，同時也為兒童寰樞椎脫位的治療奠定了實踐基礎(chǔ)[11-12]。在本組病例中共置釘64 枚，58 枚達到滿意的置釘效果，可見其安全性及精確性。同時，在本組病例中安全性評價中2 級有2 枚螺釘，分析原因在于小兒頸部較小，手術(shù)視野相對較小，在有限空間中，助手需維持導(dǎo)板，術(shù)者要進行操作，出現(xiàn)導(dǎo)板的微小滑動等情況不能隨時發(fā)現(xiàn)。為避免該類情況發(fā)生，建議在鉆孔過程中: 一方面，應(yīng)保證術(shù)中能隨時看清操作； 另一方面，術(shù)中應(yīng)注意鉆孔過程中的手感。在本組病例中，未出現(xiàn)如椎動脈損傷的嚴重并發(fā)癥，但應(yīng)警惕該嚴重并發(fā)癥發(fā)生的可能，一旦椎動脈損傷，尤其優(yōu)勢側(cè)損傷，可能造成腦梗等情況，對于患兒及家庭均為災(zāi)難性損害。因此，操作中術(shù)者和助手的良好配合是手術(shù)成功的關(guān)鍵。

術(shù)中體會: 剝離軟組織應(yīng)嚴格骨膜下剝離，充分地剔除骨性標志表面的軟組織，這樣可以保證導(dǎo)板有更好的貼附，減少了釘?shù)赖钠?。助手在扶持?dǎo)板中起了很大作用，應(yīng)持續(xù)穩(wěn)定維持導(dǎo)板，避免術(shù)中應(yīng)用磨鉆或擴大器擴大時造成導(dǎo)板移位等情況的發(fā)生。在7歲以下兒童寰樞椎結(jié)構(gòu)可表現(xiàn)較大年齡的差異，同時操作空間較小，難度相對更大，故更應(yīng)保持高度警惕。由于兒童寰樞椎發(fā)育較小，同時骨質(zhì)較韌，螺釘?shù)陌殉至τ邢?，故?yīng)盡可能避免依靠螺釘內(nèi)固定來強行復(fù)位。另外，因為寰椎無棘突，因此寰椎后弓成為放置定向?qū)О宓闹匾Y(jié)構(gòu)標志，為避免導(dǎo)板的滑動，放置定點導(dǎo)板后，可在其兩側(cè)各扎入1 枚直徑2 mm 克氏針通過定點板于寰椎后弓，作為標記，移除定點導(dǎo)板，磨鉆于標記部位即進針點磨除骨皮質(zhì)，放置定向?qū)О?，助手維持穩(wěn)定，一側(cè)繼續(xù)鉆入預(yù)定深度，并于該側(cè)置入2.6 mm 克氏針將導(dǎo)板和寰椎固定，隨后進行對側(cè)操作。助手在維持導(dǎo)板穩(wěn)定性的同時，需時刻提醒自己導(dǎo)板放置寧下勿上的原則，避免對椎動脈的損傷。

本研究的不足之處在于病例數(shù)相對較少，同時缺乏與徒手置釘?shù)燃夹g(shù)的對照性研究。綜上所述，椎弓根螺釘內(nèi)固定治療兒童寰樞椎脫位是行之有效的治療方式，應(yīng)用3D 打印導(dǎo)航模板輔助置釘，可提高置釘?shù)臏蚀_性，減少電離輻射，減少手術(shù)時間，在兒童寰樞椎脫位手術(shù)中有較高的應(yīng)用價值。