寰枢椎椎弓根螺钉内固定是治疗寰枢椎脱位的有效内固定技术，已广泛应用于临床^[1-4]。与寰椎侧块置钉技术相比，寰椎椎弓根置钉进钉点上移到寰椎后弓，避免了侧块置钉显露进钉点时造成的寰枢间静脉丛和C₂神经根的损伤，因而寰椎椎弓根置钉可减少术中出血及C₂神经根损伤造成的枕部疼

痛^[5-7]。然而，寰枢椎解剖结构复杂，徒手经寰枢椎椎弓根置钉难度较大，一旦置钉出现偏差即有损伤椎动脉、脊髓、神经根及静脉丛的风险^[8-10]。本研究采用标杆型3D打印导板辅助寰枢椎椎弓根置钉治疗寰枢椎脱位，术后对患者进行随访并测量寰枢椎椎弓根置钉准确度，旨在验证标杆型3D打印导板辅助寰枢椎椎弓根置钉的可行性，并分析置钉准确度。

2014年6月—2015年8月，本院收治寰枢椎脱位患者21例，男12例，女9例；年龄12~54岁，平均42.6岁。21例患者根据TOI分型^[11]，T型（牵引复位型）13例，O型（手术复位型）2例，I型（不可复位型）6例。寰枢椎脱位的原因：枕颈部畸形（9例），创伤所致横韧带断裂或撕脱骨折（7例），强直性脊柱炎（2例），类风湿关节炎（3例）。患者均存在不同程度的枕颈部疼痛和双上肢感觉运动障碍，部分患者存在双下肢感觉运动障碍。

所有患者术前均行颈椎CT平扫，扫描层厚1.0 mm。将CT扫描图像以Dicom格式保存，导入3D图像生成及编辑软件Mimics 17.0（Materialise公司，比利时），重建寰枢椎三维模型（图 1a）。在Med CAD模块中，以直径为3.0 mm的圆柱体模拟椎弓根螺钉，沿平行于椎弓根的方向模拟寰枢椎椎弓根置钉，并在3D界面（横断面、矢状面、冠状面）对钉道进行细致调整，确保钉道不突破椎弓根骨皮质而侵入椎孔和椎动脉孔。

将寰枢椎模型及圆柱体数据导入3-matic 9.0（Materialise公司，比利时）软件，提取寰椎后弓及枢椎棘突、椎板、侧块的表面形态，使之向外增厚3.0 mm，建立与其解剖形态相对应的反向模板。依据预设圆柱体的轴线重新生成直径为3.0 mm的圆柱体导向标杆，通过布尔运算，反向模板减去圆柱体标杆生成直径为3.0 mm的进钉定位孔。将圆柱体标杆向内侧平移10.0 mm，再次通过布尔运算将标杆与反向模板拟合为一体，最终生成带有定位孔和导向标杆的寰枢椎椎弓根置钉导板（图 1b）。将标杆型导板文件输入Form1+3D打印机（Formlabs，美国），打印出寰枢椎椎弓根置钉导板（图 1c）。

图 1

Figure 1

a：寰枢椎重建模型 b：寰枢椎及标杆型导板模型 c：3D打印寰枢椎及标杆型导板 a：Atlantoaxial 3D model b：Atlantoaxial 3D model and template c：3D printing atlantoaxial model and template 图 1 寰枢椎模型与标杆型导板 Figure 1 Atlantoaxial 3D model and navigational template with 2 guide rods

依据寰枢椎脱位TOI分型及其处理对策^[11-12]，O型患者行经口腔松解联合后路复位内固定术，T型和I型患者行后路复位内固定术。后路手术时，患者全麻后俯卧位，用头架固定头部于轻度屈曲位。取颈后部正中切口，逐层分离，充分显露寰椎后弓及枢椎棘突、椎管、侧块。将消毒后的标杆型3D打印导板紧密贴附于寰椎后弓及枢椎椎板、棘突，定位孔的位置即为最佳进钉点，导向标杆的方向即为最佳进钉方向。以超声骨刀通过定位孔钻破表层骨皮质，使用手钻以平行于标杆的方向钻探椎弓根钉道。如果术者认为导向标杆的方向存在较大偏差，则进行术中透视。如果透视证实钉道方向存在偏差，则术者结合自身徒手置钉经验在标杆方向的基础上调整置钉方向。置钉完成后，再次透视证实椎弓根螺钉位置良好。依据TOI分型^[11]对不同患者进行寰枢椎非融合固定、寰枢椎融合固定或枕颈融合固定。最后留置引流管，逐层闭合切口。

术后行颈部CT平扫，扫描层厚1.0 mm。将CT扫描图像以Dicom格式导入Mimics 17.0软件，重建术后寰枢椎三维模型及实际椎弓根螺钉。同时将术前的寰枢椎三维模型及圆柱体导入软件，把手术前后的寰枢椎三维模型进行完全拟合（图 2a）。拟合后可见实际螺钉与圆柱体的位置偏差，即为实际钉道与预设最佳钉道的偏差。分别在横断面、矢状面测量实际钉道和预设最佳钉道的内倾角、头倾角（图 2b~2d）。

调整Mimics软件3D视图中的空间坐标，以寰椎前结节最突出的点为原点。在冠状面，过原点作平行于寰椎两侧下关节突最低点连线的平行线为X轴；在冠状面，过原点作垂直于X轴的直线为Y轴；过原点作垂直于冠状面的直线为Z轴。使用Mimics 17.0软件中的测量工具，分别测量寰枢椎两侧实际进钉点、预设最佳进钉点的三维坐标，实际进钉点与预设最佳进钉点的偏差以两者三维坐标的差值表示（图 2b~2c）。

图 2

Figure 2

a：术前与术后椎体模型完全拟合 b：预设钉道的内倾角，箭头所示为预设进钉点 c：实际钉道的内倾角，箭头所示为实际进钉点 d：预设钉道的头倾角 a：Matching the positions of preoperative and postoperative 3D atlantoaxial models b：Transverse angle and entry point（arrow） of ideal trajectory c：Transverse angle and entry point（arrow） of actual trajectory d：Sagittal angle of ideal trajectory 图 2 预设和实际钉道的方向及进钉点坐标 Figure 2 Direction and entry points of ideal and actual screw trajectories

使用SPSS 19.0（SPSS公司，美国）软件进行数据分析，计量资料以x±s表示。采用配对样本t检验比较实际进钉点与预设最佳进钉点的三维坐标，以P < 0.05为差异具有统计学意义。

21例患者均接受标杆型导板辅助下寰枢椎椎弓根置钉内固定术，手术顺利。其中，4例行寰枢椎非融合固定，11例行寰枢椎融合固定，6例行枕颈融合固定。6例枕颈融合固定的患者仅行枢椎椎弓根置钉，同时行寰椎后弓部分切除，达到减压的目的。最终21例患者共置入寰椎椎弓根螺钉30枚，枢椎椎弓根螺钉42枚，典型病例影像学资料见图 3。

图 3

Figure 3

a，b：过屈、过伸位X线片示寰枢椎脱位 c：术前MRI示寰齿间距增宽，脊髓受压，脊髓信号改变 d ~ f：术后X线及CT示寰枢椎椎弓根螺钉位置良好 a，b：Flexion-extension roentgenographs show atlantoaxial dislocation c：Preoperative sagittal MRI shows evidence of atlantoaxial dislocation and compression of cervicomedullary junction d-f：Postoperative roentgenograph and CTs confirm accuracy of atlantoaxial pedicle screw placement 图 3 寰枢椎脱位患者（男，44岁）在标杆型导板辅助下行寰枢椎椎弓根内固定 Figure 3 A 44-year-old male patiant underwent atlantoaxial pedicle screw fixation aided by navigational template with 2 guide rods

术中发现充分剥离寰枢椎后方软组织后，标杆型导板与寰椎后弓、枢椎椎板和棘突贴合紧密。术中置钉时，21例患者中，5例术中透视后发现钉道出现偏差，调整钉道钻探方向后最终达到满意结果。21例患者手术时间为（193±51） min，术中出血量为（384±127） mL，术中透视（2.36±0.95） 次。软组织剥离过程中，6例患者出现局部静脉丛损伤出血，术中未出现椎动脉、神经根损伤。

术后CT检查发现除2枚寰椎椎弓根螺钉侵入椎管≤2 mm外，其他螺钉均位于椎弓根骨皮质内。寰椎左右侧预设钉道和实际钉道的内倾角、头倾角差异均无统计学意义（P > 0.05，表 1），左右侧预设和实际进钉点坐标差异亦无统计学意义（P > 0.05，表 2）。枢椎左右侧预设和实际钉道的内倾角、头倾角差异均无统计学意义（P > 0.05，表 3），左右侧预设和实际进钉点坐标差异亦无统计学意义（P > 0.05，表 4）。

表 1(Table 1)

表 1 寰椎预设钉道和实际钉道的内倾角、头倾角比较 Table 1 Comparison of transverse and sagittal angles between ideal and actual trajectories in atlas N=30，x±s，（°） 钉道 Trajectory 左侧 Left 右侧 Right 内倾角 Transverse angle 头倾角 Sagittal angle 内倾角 Transverse angle 头倾角 Sagittal angle 预设 Ideal 9.4±1.8 8.9±2.5 9.8±1.6 8.8±2.3 实际 Actual 8.7±1.6 9.3±2.9 10.6±2.2 9.4±3.5

表 1 寰椎预设钉道和实际钉道的内倾角、头倾角比较 Table 1 Comparison of transverse and sagittal angles between ideal and actual trajectories in atlas

表 2(Table 2)

表 2 寰椎预设进钉点和实际进钉点的坐标比较 Table 2 Comparison of entry points between ideal and actual trajectories in atlas N=30，x±s，mm 进钉点 Entry point 左侧 Left 右侧 Right X Y Z X Y Z 预设 Ideal 16.4±1.2 31.3±1.2 0.3±0.6 -14.3±1.4 34.3±1.6 1.9±0.7 实际 Actual 15.9±1.4 31.8±1.3 0.4±0.5 -13.7±1.2 33.9±1.3 1.7±0.6

表 2 寰椎预设进钉点和实际进钉点的坐标比较 Table 2 Comparison of entry points between ideal and actual trajectories in atlas

表 3(Table 3)

表 3 枢椎预设钉道和实际钉道的内倾角、头倾角比较 Table 3 Comparison of transverse and sagittal angles between ideal and actual trajectories in axis N=42，x±s，（°） 钉道 Trajectory 左侧 Left 右侧 Right 内倾角 Transverse angle 头倾角 Sagittal angle 内倾角 Transverse angle 头倾角 Sagittal angle 预设 Ideal 21.9±6.6 23.7±7.3 22.4±6.9 24.2±7.2 实际 Actual 24.1±6.3 22.1±7.9 20.8±6.4 22.3±7.6

表 3 枢椎预设钉道和实际钉道的内倾角、头倾角比较 Table 3 Comparison of transverse and sagittal angles between ideal and actual trajectories in axis

表 4(Table 4)

表 4 枢椎预设进钉点和实际进钉点的坐标比较 Table 4 Comparison of entry points between ideal and actual trajectories in axis N=42，x±s，mm 进钉点 Entry point 左侧 Left 右侧 Right X Y Z X Y Z 预设 Ideal 16.1±1.7 33.2±1.4 -8.2±1.6 -15.2±1.6 35.5±1.8 -8.2±1.4 实际 Actual 15.7±1.5 33.6±1.6 -7.6±1.5 -14.8±1.5 36.1±1.6 -7.6±1.7

表 4 枢椎预设进钉点和实际进钉点的坐标比较 Table 4 Comparison of entry points between ideal and actual trajectories in axis

1998年，Radermacher等^[13]率先使用3D打印导板辅助腰椎椎弓根置钉，证实了导板辅助脊柱置钉的可行性。此后，随着3D打印技术的发展和3D软件的不断研发，越来越多制作精细、设计合理的3D打印导板开始应用于辅助脊柱外科置钉。目前应用较多的脊柱置钉导板是结合逆向工程原理设计的通道型导板^[14-18]。通道型导板两侧含有导向套筒，将导板贴附于椎体后方的骨性结构，术者只需沿导向套筒钻探即可获得理想的进钉通道。

然而，本课题组在使用通道型3D打印导板辅助寰枢椎椎弓根置钉时发现，一旦出现导板与椎体后方骨性结构贴合不紧密，即会出现置钉的偏差，而此时术者无法在通道型导板引导基础上调整进钉的方向，只能去除导板进行徒手置钉。因此，本课题组成员在通道型导板的基础上进行改良，设计出标杆型3D打印导板。在构造上，标杆型导板去除了两侧的导向套筒，增加了两侧的定位孔和导向标杆。定位孔为术前预设的最佳进钉点，导向标杆的方向为平行于预设最佳钉道的方向，导向标杆的位置在定位孔内侧约10.0 mm。使用标杆型导板辅助寰枢椎置钉时，将导板与椎体后方骨性结构紧密贴附后，用超声骨刀通道定位孔钻破表层骨皮质，用手钻以平行于导向标杆的方向钻探，即可获得理想进钉通道。如果术中透视出现因软组织剥离不充分等造成的钉道钻探偏差时，术者可在导板标杆引导基础上，结合徒手置钉经验调整钻探方向，获取满意钉道。

在本研究中，术后CT检查证实除2枚寰椎椎弓根螺钉侵入椎管≤2 mm外，其他螺钉均位于椎弓根骨皮质内，寰枢椎预设钉道和实际钉道的内倾角、头倾角、进钉点坐标的差异均无统计学意义，说明此种标杆型3D打印导板辅助寰枢椎椎弓根置钉具有可行性，可获得较高的置钉准确率。本研究中有2枚轻微侵入椎管的螺钉，主要考虑是由软组织没有充分剥离造成的。只有充分剥离软组织，导板与椎体后方骨性结构才能贴合紧密，最终获取预设最佳钉道。另有5例患者术中透视后发现钉道出现偏差，术者在导向标杆引导的基础上结合自身置钉经验，调整钉道钻探方向后最终达到满意结果。使用这种标杆型导板，术者能够在必要时调整进钉方向，进一步提高置钉准确率。

此前，曾有学者证实通道型3D打印导板辅助颈椎椎弓根置钉可获得较高的置钉准确率。Lu等^[19]使用通道型导板辅助对颈椎标本置入C1~7椎弓根钉84枚，结果显示82枚螺钉完全在椎弓根内，2枚螺钉突破椎弓根≤2 mm。Kawaguchi等^[18]使用通道型导板辅助对11例患者置入C₂~7椎弓根钉44枚，结果42枚完全在椎弓根内，2枚突破椎弓根≤2 mm。Hu等^[20]使用通道型导板辅助对32例标本置入寰枢椎椎弓根螺钉，并对置钉偏差进行分析，结果显示所有螺钉均未突破椎弓根骨皮质，术后和术前的螺钉方向、进钉点差异均无统计学意义。本研究对象为临床患者，软组织韧性好，剥离难度更大，术中为减少出血也会限制软组织的剥离，最终影响置钉精确度。此外，本研究仅为导板辅助下寰枢椎置钉，而Kawaguchi等^[18]和Lu等^[19]的研究包含下颈椎置钉，本研究的寰枢椎置钉难度更大。在置钉难度更大的情况下，本研究使用标杆型3D导板辅助置钉的准确率与以上通道型导板的研究相似，说明该技术具有较高的置钉准确率。

与徒手置钉相比，标杆型3D打印导板和通道型导板辅助置钉具有一些共同的优点。①提高置钉准确率。通过术前设计最佳置钉通道并制作导板，术中将导板与椎体后方骨性结构紧密贴合后，依照导板引导方向置钉即可获得最佳置钉通道。②个体化原则。3D打印导板的制作源于患者个体的CT资料，预设钉道是在充分考虑患者个体椎体解剖结构的基础上制作的，制作的导板仅供单个患者使用，针对性好。③辅助解剖变异椎体置钉。在椎体重建和导板制作过程中，能够更清楚地认识部分寰枢椎的解剖变异，如椎动脉沟桥、寰椎后弓部分缺如、寰枕融合等，同时针对解剖变异设计钉道，规避风险^[21]。

与通道型3D打印辅助置钉相比，标杆型3D打印导板辅助置钉具有以下优点。①置钉方向可调整性。术中以平行于导向标杆的方向钻探钉道，如果透视出现因软组织剥离不充分等造成的钉道钻探偏差时，术者可在导板标杆引导基础上，结合徒手置钉经验调整钻探方向，获取满意钉道。而使用通道型导板不能在导板引导基础上调整钻探方向，只能去除导板，单纯凭借徒手置钉经验钻探钉道。②减少软组织剥离。下颈椎后方肌肉较厚，在通道型导板辅助置钉时，由于两侧套筒撑开的空间较大，术中需要剥离的软组织较多，以妥善安放导板。而标杆型导板以内移的标杆代替了套筒，两侧标杆撑开空间较小，减少了术中对手术空间的需求，因而术中需要剥离的软组织相对较少，进而可减少术中出血。

标杆型导板与通道型导板设计原理相似，在辅助置钉时有一些共同的注意事项。①椎体显露时，只有充分剥离软组织，导板才能与椎体后方骨性结构紧密贴合，导板引导的进钉通道才是预设的最佳进钉通道。②在钉道钻探过程中，需要维持导板与椎体后方骨性结构的紧密贴合。如果导板出现松动，其引导的钻探方向就会出现偏差，最终导致置钉偏差。③3D打印导板的制作原理是采集椎体后表面的解剖形态，逆向增厚生成导板，因此导板置钉不适于严重骨质增生、肿瘤转移骨质破坏等造成骨表面原有解剖形态丢失的椎体节段。

总之，本研究使用标杆型3D打印导板辅助寰枢椎椎弓根置钉，术后实际钉道与术前预设最佳钉道的钉道方向、进钉点坐标差异均无统计学意义。使用标杆型3D打印导板辅助置钉，置钉的方向可调整性好，为临床寰枢椎置钉提供了一种新的方法。标杆型3D打印导板辅助寰枢椎置钉的有效性和安全性尚需进一步观察研究。