3D打印技术在寰枢椎椎弓根置钉中的应用

王宇飞，秦聪聪，张亚宁

（临汾市人民医院 骨外科，山西 临汾 041000）

自从Leconte[1]于1964年提出应用枢椎椎弓根螺钉技术来治疗枢椎创伤性滑脱以来，寰枢椎椎弓根螺钉技术已逐渐发展成为了高位颈椎后路手术中一项基本技术。寰枢椎的解剖结构比较复杂且变异多，徒手置入寰枢椎的椎弓根钉有较大的难度和风险，容易伤及椎动脉、脊髓和颈神经根，后果极严重。随着3D打印的技术发展，将该技术应用到椎弓根螺钉技术中，提高置钉的准确性，我们采用该技术打印与上颈椎相同大小的模型，设计了个体化的导向模板，用于降低术中上颈椎椎弓根螺钉的置入损伤周围组织的风险，报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2017年5月～2019年6月我科收治的上颈椎不稳的病人11例，其中，男性为8例，女性为3例；年龄：42～69岁，平均为56.3岁。寰椎骨折者4例，Ⅱ型齿状突骨折者5例，陈旧性齿状突骨折者2例。所以病人都有程度不等的枕颈部的疼痛与双上肢的感觉活动障碍，部分病人有双下肢的感觉和运动障碍。

1.2 方法

利用患者三维重建薄层（1 mm）CT平扫颈椎所得到的源文件，提取目的颈椎后部的解剖形状，然后建立反向模板，之后将进针导管和反向模板结合，形成一个个体化的进针导板，再将椎体的三维模型与导向模板的文件导入到3D打印机中，使用树脂材料，等大小3D打印颈椎模型与导向模板，在体外证实导板与颈椎后部对应的骨性解剖结构紧密结合，消毒导板后备用。

1.3 手术方法

全身麻醉后取俯卧位，固定病人头部，颈部保持屈曲位。颈后中线长约12～15 cm手术切口，仔细逐层分离，充分显露暴露寰椎的后弓及与枢椎的棘突、和侧块。把将消毒好的3D打印导向导板结合到寰椎的后弓和枢椎的椎板及棘突上，定位孔位置应为最佳进钉位置，导向标杆的指向应为最好的置钉方向。用直径2.0 mm的克氏针通过其中心方向，手钻钻椎弓根的钉道，然后去除导板，再攻丝，仔细测深，小心拧入椎弓根螺钉，C形臂透视，证实螺钉在椎弓根内，连接合适长度钛棒，使用磨钻磨去寰椎的后弓和枢椎的椎板表面的皮质，准备好植骨床，然后在髂后上嵴取自体松质骨骨植骨。充分止血，留置引流后缝合伤口。

1.4 评估椎弓根钉的安全性和准确性

手术结束后复查颈椎CT，依据CT片上显示的螺钉和椎弓根的位置，采用Kawaquchi法评估置入的椎弓根螺钉的位置。0级为椎弓根钉完全在椎弓根之内；l级为椎弓根钉穿出椎弓根壁在2 mm以内，且没有发现并发症；2级为椎弓根钉穿出椎弓根壁大于2 mm；3级：发现临床并发症（椎动脉、神经损伤等）[2]。

2 结 果

本研究中置入螺钉共44枚，其中寰椎为22枚，枢椎为22枚，椎弓根钉的位置分级：0级者44枚，均未穿破椎弓根内、外侧骨皮质。手术时间100～140 min，术中出血量100～460 ml。术中及术后均未发现神经血和管损伤。术中透视使用C形臂2～3次，术后复查发现螺钉位置好和方向好，长度和直径选择合适。

3 讨 论

传统寰枢椎后路椎弓根螺钉的徒手置钉技术，主要参照平面影像学资料和术中解剖学标记指导置钉，需要很高的手术技巧和经验，椎弓根螺钉置入的失误率高达近40%。一旦发现血管或颈髓或神经根的损伤就会引起非常严重的结果[3]。3D打印技术经过了多年的完善与发展，已经越来越多的被应用在骨科技术之中。其主要包含：数据的采集、数据的处理和3D打印。3D打印技术的主要流程是首先先使用CT扫描器官的解剖结构，获取三维数据，然后输入到计算机，使用医学图像处理软件，组建出器官的形态曲面，然后重建三维模型。并在三维模型的基础上使用计算机来设计具体的手术方案，并且制造出个体化的3D打印的导航模板，之后使用3D打印机使用分层、实体制造方法打印出来实体模型，以此作手术模拟与术中参照。和传统的徒手置钉相比较，此技术辅助下置入椎弓根钉，准确度高，按照导板指导的方向拧入椎弓根螺钉，可以获得最佳位置；个体化原则，3D打印的导板的制造来自于病人的CT图形，置钉的钉道经过充分考虑每个病人不同的解剖形态的基础上制造，针对性较强；在脊椎的重建与特定导板的制造中，可以更加清楚地发现解剖变异，例如寰枕融合椎动脉沟桥、寰枕融合以及寰椎后弓的部分缺如等，并针对椎体的解剖变异来设计钉道的具体位置，避免并发症的发生[4]。现在此技术在寰枢椎等高风险手术中的使用多处在探索阶段，目前需要在临床中来证实有效性、其安全性以及可行性及。所以本研究具有非常重要的临床价值。Lu S等设计的椎弓根导航模板系统在人体的颈椎标本中进行的实验，寰枢的椎椎弓根钉全部在椎弓根内，均没有穿破椎弓根的骨皮质，证明了此技术在寰枢椎的椎弓根钉置入过程中使用是安全性的[5]。黄轩等人也经实验研究证明此技术确实是提供了一个新的选择。之后又有学者使用用数字化的3D打印导向模板帮助助下置入螺钉来治疗上颈椎不稳症的病人，并并仔细分析了与疗效相关的干预因素，其研究表明在控制主观因素后，可以明显改善置钉的准确度，提高颈椎手术的安全性。该组患者手术过程中，所置椎弓根螺钉位置满意，均未穿破椎弓根内、外侧骨皮质，无相关手术并发症出现。我们认为：术前3D打印技术可以清晰地了解寰枢椎部位，充分的完善术前准备，使治疗不再盲目，有效的提高了椎弓根螺钉置入的准确性，降低了椎动脉、神经根和脊髓损伤的风险，从而降低了手术的风险，为提供良好的临床治疗效果提供帮助，是一种安全的、有效的新方法。