脊柱外科杂志  2024, Vol.22 Issue(2): 111-116   PDF    
3D打印个性化导板辅助后路寰枢椎置钉治疗寰枢椎脱位并齿突骨折
余海林1, 顾小荣2, 郑贵浩1     
1. 上饶市人民医院骨科,上饶 334099;
2. 广丰区中医院骨科,上饶 334699
摘要: 目的 评价3D打印个性化导板辅助后路寰枢椎置钉治疗寰枢椎脱位并齿突骨折的临床疗效。方法 选取2018年1月—2022年6月在上饶市人民医院接受治疗的20例寰枢椎脱位并齿突骨折患者,按照随机数字表法分为3D组和对照组,每组10例,3D组在3D打印个性化导板辅助下置钉,对照组采用徒手置钉。记录并比较2组手术时间、置钉时间、术中出血量、术中透视次数、置钉优良率及并发症发生情况。术前和术后1、6、12个月时采用疼痛视觉模拟量表(VAS)评分评估疼痛程度,采用日本骨科学会(JOA)评分评估颈椎功能。术后复查CT评价螺钉位置准确性。结果 所有手术顺利完成,所有患者术后随访 > 6个月。术中共置入椎弓根螺钉80枚,无血管、神经损伤等并发症发生。3D组手术时间、置钉时间、术中出血量、术中透视次数、置钉优良率明显优于对照组,差异均有统计学意义(P < 0.05)。2组术后各随访时间点VAS评分和JOA评分较术前明显改善,3D组术后6、12个月VAS评分及术后1、6、12个月JOA评分较对照组改善更明显,差异均有统计学意义(P < 0.05)。结论 3D打印个性化导板辅助后路寰枢椎置钉治疗寰枢椎脱位并齿突骨折可显著提升安全性和便捷性。
关键词: 寰椎    枢椎    脱位    脊柱骨折    内固定器    计算机辅助设计    成像,三维    
3D printing personalized guided plate assisted posterior atlantoaxial screw placement in treatment of atlantoaxial dislocation with odontoid fracture
Yu Hailin1, Gu Xiaorong2, Zheng Guihao1     
1. Department of Orthopaedics, Shangrao People's Hospital, Shangrao 334099, Jiangxi, China;
2. Department of Orthopaedics, Guangfeng District Hospital of Traditional Chinese Medicine, Shangrao 334699, Jiangxi, China
Abstract: Objective To evaluate the clinical effect of 3D printing personalized guided plate assisted posterior atlantoaxial screw placement in the treatment of atlantoaxial dislocation with odontoid fracture. Methods From January 2018 to June 2022, a total of 20 patients diagnosed as atlantoaxial dislocation with odontoid fracture treated in Shangrao People's Hospital were enrolled and divided into the 3D group and the control group according to the random number table, with 10 cases in each group. The screws placement was assisted by 3D printing personalized guided plate in the 3D group, while the control group with freehand. The operation time, screw placement time, intraoperative blood loss, intraoperative fluoroscopy frequency, excellent and good rate of screw placement and complications were recorded and compared between the 2 groups. At pre-operation and postoperative1, 6, and 12 months, the pain intensity was assessed by visual analogue scale (VAS) score, and the cervical function was assessed by Japanese Orthopaedic Society (JOA) score. The accuracy of screw position was evaluated by CT after operation. Results All the operations were successfully completed, and all the patients were followed up for more than 6 months. A total of 80 pedicle screws were inserted during the operation, and no complications such as vascular and nerve injury occurred. The operation time, screw placement time, intraoperative blood loss, intraoperative fluoroscopy frequency and excellent and good rate of screw placement in the 3D group were significantly better than those in the control group, and the differences were statistically significant (P < 0.05). The VAS and JOA scores of the 2 groups were significantly improved at each follow-up time point after surgery, and the VAS score at postoperative 6 and 12 months and JOA scores at postoperative 1, 6 and 12 months in the 3D group were significantly improved compared with the control group, all with a statistical significance (P < 0.05). Conclusion 3D printing personalized guided plate technology can significantly improve the safety and convenience of posterior cervical atlantoaxial screw placement in the treatment of atlantoaxial dislocation with odontoid fracture.
Key words: Atlas    Axis    Dislocations    Spinal fractures    Internal fixators    Computer-aided design    Imaging, three-dimensional    

寰枢椎脱位是由多种病因导致的寰枢椎关节间稳定性丧失,可造成脊髓神经损伤,常表现为肢体乏力、麻木、锥体束征阳性、颈部疼痛和活动受限等,影响患者生活质量,严重者甚至危及生命,常见原因为创伤、先天发育畸形、肿瘤、类风湿关节炎和骨质退行性变等[1-7]。根据寰枢椎脱位的方向,可分为前脱位、后脱位、侧方脱位和旋转脱位[8-11]。根据牵引状态下寰枢椎复位的难易程度,可分为可复性、难复性及不可复性脱位。近年来,随着手术技术的不断进步,后路手术复位在寰枢椎脱位的治疗中发挥着越来越重要的作用,但后路手术治疗可复性寰枢椎脱位存在手术时间长、术中透视次数多、置钉位置难把控和对手术医师技术和经验要求较高等难题[12-13]

3D打印技术也被称为快速成型技术,是以数字模型文件为基础,采用计算机建立三维模型并打印实物,是一种低成本、高效率、高可变性的转化方式[14-17]。近年来,3D打印技术被广泛用于辅助手术治疗,术前可参照个体化等比例的3D解剖模型进行评估并模拟手术,使手术向着更安全、更高效的方向发展[14-16, 18-19]。本研究采用3D打印个性化导板辅助治疗寰枢椎脱位并齿突骨折,旨在探讨该技术在术中辅助置钉的安全性及便捷性。

1 资料与方法 1.1 一般资料

纳入标准:①影像学确诊为寰枢椎脱位并齿突骨折;②分型为可复性脱位。排除标准:①合并严重疾病无法耐受全身麻醉和手术;②主观不愿意参加本研究,不能配合随访。根据上述标准,选取2018年1月—2022年6月在上饶市人民医院诊断为寰枢椎脱位并齿突骨折的20例患者,按照随机数字表法分为3D组和对照组,每组10例。3D组男5例,女5例,年龄为(44.5±2.09)岁,合并类风湿关节炎1例,合并寰枢椎不稳2例;对照组男6例,女4例,年龄为(49.6±2.46)岁,合并类风湿关节炎2例,合并寰枢椎不稳1例。3D组在3D打印个性化导板辅助下置钉,对照组采用徒手置钉。所有患者均签署知情同意书,本研究经上饶市人民医院医学伦理委员会审核备案。

1.2 3D个性化导板的制作

所有患者术前常规行颈椎正侧位X线、过伸过屈位X线、颈椎CT平扫及三维重建和颈椎MRI检查。将3D组患者术前颈椎CT平扫(层厚0.5 mm)数据导入三维重建软件(Mimics 17.0)重建寰枢椎3D模型,将重建的模型导入3-Matic 21.0软件并模拟螺钉的位置、方向、直径,设计出最优钉道,提取寰枢椎棘突、椎板和侧块的解剖形态,设计与上述解剖形态一致的反向模板并将其与最优钉道拟合为一体,最终形成带有4个定位导向孔的导板。将寰枢椎3D模型及导板文件以stl格式保存后输入3DS Proiect 3600型光敏树脂打印设备,打印寰枢椎3D模型及导航模板(图 1)。

图 1 寰枢椎3D模型、个性化导板及术中应用 Fig. 1 Atlantoaxial 3D model, personalized guide plate and intraoperative application a、b:寰枢椎3D模型和个性化导板   c:术中应用 a, b: Atlantoaxial 3D model and personalized guide plate   c: Intraoperative application
1.3 手术方法及术后处理

所有患者术前均行颌枕带或颅骨牵引,新鲜齿突骨折一般行颌枕带牵引,并注意避免继发性损伤。牵引质量为2.5 ~ 3.0 kg;牵引时间为2 ~ 9 d,平均5 d。

对照组患者行气管插管全身麻醉,取俯卧位,头部安置在头架上,保持颅骨牵引,颈椎保持适度前屈,C形臂X线机透视观察C1,2。在颈椎后正中做一长约8 cm的纵向切口,由枕骨后隆突切开至C4棘突,骨膜下剥离,向两侧显露枕骨、C1后弓外侧、C2侧块、C3,4椎板,准备C1,2螺钉钉道。C1后弓上缘向两侧剥离应 < 1.5 cm,以免损伤椎动脉。用神经剥离子沿C1后弓下缘探查C1侧块及C1椎管内侧壁,将C1侧块中轴线与C1后弓下缘上2 mm交点处作为C1椎弓根螺钉进钉点,在C2椎板外上缘用神经剥离子探查C2椎弓根上缘及内侧缘后,直视下进钉,进行钉道准备,拧入合适长度的螺钉,牵引下寰枢椎复位后,置入预弯的连接棒或固定板,取自体髂骨松质骨以颗粒状植入寰枢椎后弓间隙以提高融合率,最后透视确认寰枢椎复位满意后放置引流管1根,逐层缝合切口。

3D组术前将寰枢椎3D模型、3D打印个性化导板经等离子灭菌,于3D模型上模拟预置钉。术中充分显露寰枢椎棘突、椎板和侧块,将导板紧密贴附于寰枢椎后表面,使用高速钻头沿着导向孔方向钻出螺钉轨迹,探针探查四壁安全后攻丝并置入合适长度椎弓根螺钉。术中其余操作均与对照组一致。

术后密切观察患者生命体征及切口引流情况,使用抗生素3 d、激素3 ~ 5 d、脱水3 ~ 5 d,持续使用营养神经药物,术后拔除引流管后患者可在颈围保护下下床活动。术后1周内复查颈椎X线片、CT,并于术后1、6、12个月再次进行影像学检查,评估内固定稳定性及寰枢椎复位效果。

1.4 观察指标

记录并比较2组手术时间、置钉时间、术中出血量、术中透视次数、置钉优良率及并发症发生情况。术前和术后1、6、12个月时采用疼痛视觉模拟量表(VAS)评分[20]评估疼痛程度,采用日本骨科学会(JOA)评分[21]评估颈椎功能。术后采用CT评价螺钉位置的准确性,根据螺钉位置进行分级:优,螺钉完全位于椎弓根内;良,螺钉侵入骨皮质≤2 mm;中,螺钉侵入骨皮质 > 2 mm;差,螺钉引起椎弓根骨折。

1.5 统计学处理

采用SPSS 23.0软件对数据进行统计分析,计量资料以x±s表示,组间比较采用独立样本t检验或Mann-Whitney U检验,组内各时间点数据比较采用方差分析;计数资料以例数或百分比表示,采用χ2检验;以P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

所有手术顺利完成,所有患者术后随访 > 6个月。术中共置入椎弓根螺钉80枚,无血管、神经损伤等并发症发生。3D组手术时间、置钉时间、术中出血量、术中透视次数、置钉优良率明显优于对照组,差异均有统计学意义(P < 0.05,表 1)。2组术后各随访时间点VAS和JOA评分较术前明显改善,3D组术后6、12个月VAS评分及术后1、6、12个月JOA评分较对照组改善更明显,差异均有统计学意义(P < 0.05,表 1)。3D组典型病例影像学资料见图 2

表 1 2组疗效指标对比 Tab. 1 Comparison of efficacy indexes between 2 groups

图 2 3D组典型病例影像学资料 Fig. 2 Imaging data of a typical case in 3D group a ~ c:术前颈椎X线片和MRI示枢椎齿突基底部骨折伴椎管轻度狭窄、寰枢椎脱位   d、e:术后X线片示钉道位置优良 a-c: Preoperative roentgenographs and MRI show a fracture at base of axial odontoid process with mild spinal stenosis and atlantoaxial dislocation   d, e: Postoperative roentgenographs show excellent screw placement
3 讨论

1939年Gallie[22]提出了颈椎后路线缆技术治疗寰枢椎脱位,1978年Brooks等[23]对该技术进行改良,并增强了其抗旋转稳定性,但该术式存在较大的脊髓损伤风险,且生物力学稳定性较差[12]。此后,Halifax椎板钩技术问世,此技术使用简单的固定器械,无需锁紧装置,更符合椎板的正常解剖结构,增强了稳定性,提高了融合率[24]。但椎板钩技术在颈椎旋转及平移方面能力较差,术后仍需要借助外固定才能维持稳定[12]。1985年,Magerl等[25]提出经寰枢关节螺钉内固定术治疗寰枢椎脱位,该术式得到了广泛应用并成为寰枢椎内固定术的“金标准”,但该术式对术者的手术经验和技巧要求较高,且C2椎动脉“高跨”为手术禁忌证,易导致融合失败。Harms等[13]于2001年报道了采用钉棒内固定系统治疗寰枢椎脱位,并在此后衍生出多种改良术式。寰枢椎脱位的治疗目前有前路和后路2种入路,前路手术具有手术时间短、术中出血量少等优点,但容易受到患者个体特点限制,如骨折形态、横韧带断裂、远端损伤、颈短或无法伸颈等[5, 26],并可能发生感染、吞咽困难和声带麻痹等并发症[4];后路手术适用于更多病例,但同时也存在螺钉置入困难、手术时间相对较长等缺点[27]。谭明生等[28]的研究发现,经寰椎椎弓根入路可在直视下置钉,且具有短节段固定、术中复位和融合率高等优点,是治疗寰枢椎脱位的理想术式,且椎弓根显露置钉法可操作性强,置钉准确、安全,对C1后方高度 < 4 mm的患者和儿童患者尤其适用[29]

近年来,随着3D打印技术在手术中的应用逐渐增多,后路手术的缺点进一步减少。有研究[30-31]显示,3D打印导板的应用可显著提升后路寰枢椎置钉精准度,术中出血量也更少。钟鸣亮等[18]的研究显示,采用3D打印定位导板固定螺钉具有创伤小、出血量少等优势,值得临床推广。术者只需将3D打印导板贴合于术前规划的术野,按照术前规划进行定位,可准确地确定截骨面,引导钉道方向、深度和角度,缩短手术时间、减少术中出血量、提高手术安全性,使寰枢椎这类结构复杂、操作困难部位的手术难度降低,极大提高了医疗质量。但同时需要注意,某些寰枢椎脱位,如齿突骨折合并枢椎峡部骨折或寰椎后弓骨折,可能影响导板的精确度。

本研究结果显示,与对照组相比,运用3D打印技术可大幅度降低手术时间、置钉时间,减少术中透视次数,降低患者术中出血量;2组术后各时间点的VAS和JOA评分较术前均显著改善,与张树芳等[32]的研究结果一致。但同时本研究结果也提示,3D组术后6、12个月VAS评分较对照组显著改善,而术后1个月VAS评分与对照组无明显差异,提示3D打印技术在术后早期改善疼痛方面不具有优势;但3D组术后1个月JOA评分较对照组明显改善,提示3D打印技术在术后早期改善颈椎功能方面存在一定优势。考虑可能原因为3D组术中操作更快、手术更精准、创伤更小,故术后早期功能恢复更好。本研究中,3D组术后1、6个月的JOA评分改善率分别为51.0%和77.6%,对照组分别为28.8%和55.0%,提示3D组较对照组术后颈椎功能恢复更佳。本研究结果还提示,随着随访时间的延长,VAS和JOA评分均进一步改善,说明未来有必要延长随访时间获得更有利的证据进一步验证结论。除此之外,动态导航/机器人置钉亦是近年来数字化骨科背景下的新兴技术,与徒手置钉相比,动态导航/机器人和3D打印导板都具有更精确的特点,但动态导航/机器人存在着初期成本高、学习曲线陡峭等缺点,目前主要在大型医疗中心开展[33]

本研究的不足之处:①样本量小,仅纳入20例患者,且为单中心研究;②疾病类型较单一,大多为外伤、车祸伤及高处坠落伤导致的颈椎齿突骨折合并寰枢椎脱位;③3D快速成型机本身的成型精度相对较低,可能使本研究结果产生一定偏倚;④患者术后随访时间较短,对于后期恢复情况预估缺乏有力证据。综上,3D打印个性化导板辅助后路寰枢椎置钉治疗寰枢椎脱位可显著提高手术安全性和便捷性,未来仍需要大样本量、多中心、长期随访的对照研究来证实本研究结果的可靠性。

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