数字化颈前路螺钉内固定方案设计：Ⅱ型齿状突骨折的临床应用

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2013.26.024

中国组织工程研究

• 骨与关节学术探讨 academic discussion of the bone and joint • 上一篇下一篇

数字化颈前路螺钉内固定方案设计：Ⅱ型齿状突骨折的临床应用

陈宣煌，张国栋，吴长福，林海滨

莆田学院附属医院骨科，福建省莆田市 351100

收稿日期:2013-01-18 修回日期:2013-04-27 出版日期:2013-06-25 发布日期:2013-06-25
通讯作者: 林海滨，硕士，教授，主任医师，博士生导师，莆田学院附属医院，福建省莆田市 351100 ptyygk@163.com
作者简介:陈宣煌★，男，1975年生，福建省仙游县人，汉族，2007年福建医科大学毕业，硕士，主治医师，主要从事数字化骨科学研究。 ptyygk@163.com

Design of digitized anterior approach screw fixation program: Clinical
application in the treatment of type Ⅱ odontoid fractures

Chen Xuan-huang, Zhang Guo-dong, Wu Chang-fu, Lin Hai-bin

Department of Orthopedics, the Affiliated Hospital of Putian University, Putian 351100, Fujian Province, China

Received:2013-01-18 Revised:2013-04-27 Online:2013-06-25 Published:2013-06-25
Contact: Lin Hai-bin, Master, Professor, Chief physician, Doctoral supervisor, Department of Orthopedics, the Affiliated Hospital of Putian University, Putian 351100, Fujian Province, China ptyygk@163.com
About author:Chen Xuan-huang★, Master, Attending physician, Department of Orthopedics, the Affiliated Hospital of Putian University, Putian 351100, Fujian Province, China ptyygk@163.com

摘要/Abstract

摘要：

背景：Ⅱ型齿状突骨折的治疗存在难度大、风险高以及颈椎稳定性和颈椎活动度之间的选择难点。
目的：探讨计算机软件应用于Ⅱ型齿状突骨折三维重建、复位以及数字化内固定设计的方法和临床应用。
方法：将1具颈椎标本制作成Ⅱ型齿状突骨折类型，进行高速CT薄层扫描，在Mimics中对骨折模型进行重建、复位，以Solidworks进行螺钉的设计，并在骨折复位三维模型上进行虚拟内固定，以此指导临床。
结果与结论：对骨折标本模型进行了三维重建、复位，根据三维模型测量数据，完成虚拟螺钉内固定，并成功指导临床手术。结果显示，应用Mimics及Solidworks可在计算机上设计出用于治疗Ⅱ型齿状突骨折的数字化螺钉固定，对临床手术有很好的参考意义。

关键词: 骨关节植入物, 骨与关节学术探讨, Ⅱ型齿状突骨折, 数字化设计, 三维重建, 螺钉, 内固定, 生物力学

Abstract:

BACKGROUND: The treatment of type Ⅱ odontoid fractures has the difficulties of difficult, high risk and the choice between cervical spine stability and cervical activity.
OBJECTIVE: To investigate the method and clinical application of computer in the three-dimensional construction of type Ⅱ odontoid fractures, reduction and design of digitized fixation.
METHODS: One cervical specimen was used to prepare the type Ⅱ odontoid fractures model for high-speed thin CT scan. The model was reconstructed and reseted in the Mimics. The Solidworks was used to design the screw and performed virtual simulation on the three-dimensional model of fracture reduction in order to guide the clinical application.
RESULTS AND CONCLUSION: Three-dimensional reconstruction and reduction were performed on the fracture model, and the virtual screw fixation was completed according to the three-dimensional measurement data thus guiding the clinical surgery successfully. The results show that digitized screw fixation that used in the treatment of type Ⅱ odontoid fractures can be designed on the computer with Mimics and Solidworks, which has good reference value to the clinical surgery.

Key words: bone and joint implants, academic discussion of bone and joint, type Ⅱ odontoid fracture, digital design, three-dimensional reconstruction, screws, internal fixation, biomechanics

中图分类号:

R318

陈宣煌，张国栋，吴长福，林海滨. 数字化颈前路螺钉内固定方案设计：Ⅱ型齿状突骨折的临床应用[J]. 中国组织工程研究, doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2013.26.024.

Chen Xuan-huang, Zhang Guo-dong, Wu Chang-fu, Lin Hai-bin. Design of digitized anterior approach screw fixation program: Clinical
application in the treatment of type Ⅱ odontoid fractures[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2013.26.024.

图/表（结果） 5

2.1 Ⅱ型齿状突骨折及复位后三维模型各骨折块可指派不同的颜色以方便辨认。运行Reposition命令，对骨折块进行复位，运行Boolean运算，将各骨折块合并成一个三维模型。在Mimics中可以任意角度旋转、观察，方便下一步将螺钉模板移动至骨面，观察模板与骨面的位置关系，可以进行长度、角度、面积等多种项目测量。避免了CT工作站上不能动态观察的缺点。见图1。

2.2 三维模型测量在该模型上可进行长度、角度、直径等多种项目测量，见图2。

2.3 Solidworks零件文件在Solidworks中，可以按照手术的需要设计不同规格的植入螺钉，见图3。

2.4 虚拟内固定过程及临床应用空心螺钉之Stl文件输入Mimics，运行Reposition命令，通过旋转、移动方式完成对骨折模型进行虚拟固定。文章标本模型选用左侧空心螺钉规格为 (Ф3.5 mm) 32 mm，右侧为 (Ф3.5 mm) 30 mm。

自2007年3月至2011年3月，莆田学院附属医院对具备颈前路螺钉内固定手术适应证的46例Ⅱ型齿状突骨折患者，随机分为2组。采用数字化设计螺钉内固定方案指导治疗23例(数字化设计组)，采用传统经验植钉治疗23例(传统组)。所有患者气管全麻成功后取仰卧位，颅脑中立，颈椎适度后伸，保持颅骨牵引，调整颈椎屈伸情况以取得良好的复位，C型臂透视下复位满意后再行手术，予C₄平面横切口，经内脏鞘和血管鞘间隙达椎体前方，定位颈椎中线，在C臂透视下于C₂椎体下缘中点瞄准齿状突钻入导针，然后沿导针置入中空拉力螺钉，术后常规佩戴颈托3个月，术后3个月随访复查X射线片，治疗前年龄、性别、操作者年资经验、切口暴露、进针点、植入螺钉枚数对比无显著性意义。比较两组患者的植钉时间、出血量、射线照射时间和植钉结果差异。数字化设计组治疗前应用计算机技术对采集的CT图像在Mimics中进行三维重建，Solidworks绘制、设计内固定物，完成虚拟内固定，使内固定物位置精准。治疗时按事先设计的进钉点、进钉方向、进钉深度、螺钉直径等选钉、置钉，固定牢靠。治疗后侧位、开口位X射线片或CT示螺钉位置良好，未发生与螺钉相关的神经血管并发症，无内固定松动或断钉现象，见图4。两组患者的治疗时间、出血量、射线照射时间和植钉结果差异有显著性意义，见表1。

2.5 与其他齿状突骨折颈前路螺钉内固定方案数字化三维重建设计的研究结果比较

2.5.1 相关研究资料的获取检索CNKI数据库和SCI数据库的方法获取相关研究文献^[11-12]。检索时间范围1990至2012年，检索词为“齿状突骨折（odontoid fractures）；数字化设计（digital design）；计算机软件(computer software)；骨折(fracture)；三维重建(three-dimensional reconstruction)；螺钉(screw)；内固定(internal fixation)；临床应用(clinical application)”，检索出相关文献37篇，其中CNKI数据库文献25篇，学术期刊20篇，学位论文3篇，会议论文2篇。SCI数据库文献12篇。纳入研究的文献共15篇^[13-27]。

2.5.2 入选标准 ①研究的主题包括齿状突骨折的分型、颈前路螺钉内固定方案的优势、数字化三维重建设计的优越性、影响齿状突骨折颈前路螺钉内固定方法选择的因素等。检索的文献中排除与研究主题无关的文献23篇。②研究所撰写的文章类型包括原著、实验分析及病例分析等。检索文献中排除综述类文章5篇。③文献内容筛选如下，检索的文献中探讨用于固定齿状突骨折的螺钉选择研究文献共4篇，4篇文献为同一实验项目，且为同一组实验人员进行的研究，定为重复研究文献，选取其中1篇进行深入分析。同样分析应尽量选择前路螺钉内固定研究的3篇文献也为重复文献，选取其中1篇进行深入分析。在探讨影响齿状突骨折愈合的因素研究中，同样检索出重复的2篇研究文献，选取其中1篇进行深入分析。

2.5.3 质量评估符合纳入标准的15篇研究文献中，文献分析了齿状突骨折颈前路螺钉内固定方案的优势^[13-18]；文献探讨了颈前路螺钉内固定方案的数字化三维重建设计的优越性^[19-20]；文献分析了影响齿状突骨折颈前路螺钉内固定方法选择的因素^[21-27]。

2.5.4 颈前路螺钉内固定方案数字化三维重建设计的优势

颈前路螺钉内固定方案的优势：前路螺钉内固定治疗齿状突骨折自20世纪80年代初报道后已在临床逐渐应用，这一技术显然具有其独特的优越性，如不需植骨、不需坚强外固定等，更重要的是这一技术能在最大限度保存寰枢椎正常生理活动范围的同时直接对骨折进行内固定，从而有效的促进骨折愈合^[13]。Morandi等^[14]报道了在1989至1997年，用前路螺钉内固定的方法治疗了17例齿状突骨折患者，其中骨折线水平3例，斜向下和向后14例。除1例患者螺钉向后方移位外，所有患者均复位良好并得到愈合，功能恢复除2例有不显著的颈部旋转障碍外，其余均恢复满意。Chang等^[15]用1枚双螺纹的压缩螺钉治疗完全复位及某些部位的Ⅱ型齿状突骨折，随访骨折愈合率为100%，平均愈合时间为4.1个月，认为骨折愈合与颈椎旋转的保存率100%是这种治疗方法的主要优点。Rainov等^[16]用单枚螺钉前路固定治疗了38例齿状突骨折患者，治疗后新鲜骨折的愈合率为100%，约12%的患者治疗后出现如轻微的减少头部转动或颈部疼痛等并发症。因此，认为颈前路螺钉内固定在早期活动的患者，外科治疗创伤轻微增加了这种方案的应用价值。

施行前路螺钉内固定治疗时，应认真掌握治疗适应证。当齿状突骨折合并横韧带断裂时，单纯前路齿状突螺钉固定应为禁忌，此时可行后路寰枢椎融合或前路经寰枢关节螺钉内固定及融合手术，也可在前路螺钉内固定基础上再行后路寰枢椎融合术。此外，齿状突骨折的骨折线走行方向也可能对前路螺钉内固定的效果产生一定影响。近年来，为进一步减少手术的创伤，部分学者正在探讨通过微创的方法以前路植入螺钉固定骨折之齿状突。Kazan等^[17]描述了1个新的仪器和齿状突骨折闭合前路内固定方案。在6具Ⅱ型齿状突骨折的尸体标本，治疗后从螺钉进入的途径分析，这个程序后，发现没有咽旁及颈部血管神经损伤的发生。因此，认为仪器和技术作为一个整体可靠的适用于齿状突骨折内固定，进一步提高前路齿状突螺钉内固定的成功率，简化治疗方式。Horgan等^[18]尝试内窥镜引入进行前路螺钉内固定治疗齿状突骨

折，在尸体标本上通过影像弱强器的引导下模拟前方移位后的齿状突骨折，用1枚导针、1个塑料套管内内窥镜将1枚实心的45 mm长度螺钉顺利地植入齿状突，结果发现没有明显的并发症，不损伤周围重要结构。

数字化三维重建设计的优越性：数字化三维重建设计是立体定向技术、现代影像诊断技术、微创治疗技术、电子计算机技术和人工智能技术结合的产物。近年来，数字化三维重建设计被用于前路齿状突骨折螺钉内固定治疗中，确定进钉点及全程监测螺钉轨迹。数字化三维重建设计具有定位精确、减少神经副损伤、缩短治疗时间、减少治疗创伤、提高外科医生对治疗部位脊柱解剖结构的辨别能力等优点。早在1996年，Sherburn等^[19]就报道了7岁以下儿童的齿状突骨折发生在透明软骨，普通X射线可明确诊断，但是，在最初的X射线诊断中，延误诊断是经常的。其中1例2岁的儿童齿状突骨折X射线和普通CT均误诊，但是CT三维重建能明确的阐明这种损伤，认为数字化三维重建在评价儿童齿状突骨折中是一种有价值的工具，对小儿齿突软骨骨折治疗的颈椎固定有指导意义。2002年，Geusens等^[20]报道了在探查低位齿状突骨折中发现CT三维重建是非常重要的，是齿状突骨折唯一的放射征象。

2.5.5 影响齿状突骨折颈前路螺钉内固定方法的选择

骨折类型：目前临床多采用Anderson和D'Alonzo分类方法，即根据骨折发生的部位分成3型。Ⅰ型：又称齿突尖骨折。临床较少见，约占4%，主要是翼状韧带传导牵拉外力所引起，通常对寰枢关节的稳定性并无影响。如果伴有齿突尖韧带及翼状韧带的损伤，则有寰枢关节潜在不稳定的可能。Ⅱ型：又称齿状突基底部骨折。为齿状突与枢椎椎体连接处的骨折，寰枢关节的稳定性因此遭到破坏。最为常见，约占65%。Ⅱ型骨折韧带附着或绕过近侧骨折段上，寰椎与齿状突二者由韧带联结成一体，故颅骨牵引可导致齿状突折块分离移位。Ⅲ型：为齿状突骨折线累及枢椎椎体。骨折端下方有一大的松质骨基底，骨折线常涉及一侧或两侧的枢椎上关节面，并破坏了寰枢关节的稳定性，约占31%。Ⅲ型骨折虽同样有韧带牵拉，但骨折的接触面积较大，屈曲外力作用时断面发生嵌压，愈合率较高，非手术治疗效果好^[21]。

多数作者认为在这一分类系统基础上，结合患者的年龄、骨折段移位的方向等因素能够判断骨折的预后并选择有效治疗方法。一般认为，Ⅰ型齿状突骨折由于周围多数韧带仍保持完整，因而为稳定性骨折。除非合并寰枕或寰枢关节脱位，采用简单的局部制动骨折一般均能愈合而无后遗症，即使骨折不愈合亦不会出现临床症状^[22]。Ⅲ型齿状突骨折经外固定治疗大多可愈合，当骨折移位或成角明显无法复位甚至引起神经损害症状时可考虑手术治疗。相比之下，Ⅱ型齿状突骨折不愈合的发生率最高，其需要手术治疗的机会也更多^[23]。

骨折移位情况：骨折移位能否获得稳定的骨性愈合与骨折移位与否及移位程度有密切关系，但对骨折移位方向与骨折愈合的关系仍有争论^[24]。一般认为齿状突后移位是导致骨折不愈合的最重要因素，当骨折发生移位时骨折不愈合的发生率远高于未发生移位的患者，而骨折向后方移位不愈合率要明显高于向前方移位者^[25]。

患者年龄因素：年龄小于7岁的大齿状突骨折称骺分离，即齿状突基底部与枢椎体尚未骨化的软骨板的损伤，对此类骨折应给予保守治疗，即使骨折未完全复位，在以后的发育中也能获得重塑。老年人齿状突骨折病情多危重，全身情况差，故选择治疗方法的余地小，预后也相对较差。据Hanigan等^[26]回顾性分析描述了治疗19例80岁以上的齿状突骨折的疗效，80岁以上老年人齿状突骨折19例中，就有5例在创伤后早期死亡，死亡原因主要为呼吸系统并发症。认为老年人齿状突骨折具有以下特点：①造成齿状突骨折并不一定需要很强的暴力，患者在就诊时常不如交通事故致伤者那样受到重视，故很容易被漏诊。②Ⅱ型骨折病情多较严重，可能与老年人齿状突骨折后骨折向后移位相对多见有关。向后移位不仅可造成较严重的神经症状，而且容易导致骨不连。③骨折不愈合率较高。Frangen等^[27]最近报道老年患者手术治疗效果要优于非手术治疗。

参考文献

[1] White AP,Hashimoto R,Norvell DC,et al.Morbidity and mortality related to odontoid fracture surgery in the elderly population.Spine.2010;35(9):146-157.

[2] Reynier Y,Lena G,Diaz-Vazquez P,et al.Evaluation of 138 fractures of the cervical spine during a recent 5-year period (1979 to 1983). Therapeutic approaches.Neurochirurgie. 1985;31(2):153-160.

[3] 曹正霖,钟世镇,徐达传.寰枢椎的解剖学测量及其临床意义[J].中国临床解剖学杂志,2000,18(4):299-301.

[4] 郝定均,贺宝荣,许正伟,等.寰椎“椎弓根”三维CT重建测量及分型的临床意义[J].中国脊柱脊髓杂志,2012,22(2):142-146.

[5] 林锋,池永龙,许崇永,等.国人寰枢椎影像解剖测量及其临床意义[J].温州医学院学报,2004,34(4):304-305.

[6] Müller EJ,Wick M,Russe O,et al.Management of odontoid fractures in the elderly.Eur Spine J.1999;8(5):360-365.

[7] Pryputniewicz DM,Hadley MN.Axis fractures.Neurosurgery. 2010;66(3):68-82.

[8] Anderson LD,D'Alonzo RT.Fractures of the odontoid process of the axis.J Bone Joint Surg Am.1974;56(8): 1663-1674.

[9] Böhler J.Screw-osteosynthesis of fractures of the dens axis (author's transl)].Unfallheilkunde.1981;84(6):221-223.

[10] Rajasekaran S,Kamath V,Avadhani A.Odontoid anterior screw fixation.Eur Spine J.2010;19(2):339-340.

[11] 中国知网.中国学术期刊总库[DB/OL].2013-02-10. https://www.cnki.net

[12] SCI数据库.Web of Sciencevia ISI Web of Knowledge[DB/OL]. 2013-02-10.http://ip-science.thomsonreuters.com/mjl

[13] Aebi M,Etter C,Coscia M.Fractures of the odontoid process. Treatment with anterior screw fixation.Spine.1989;14(10): 1065-1070.

[14] Morandi X,Hanna A,Hamlat A,et al.Anterior screw fixation of odontoid fractures.Surg Neurol.1999;51(3):236-240.

[15] Chang KW,Liu YW,Cheng PG,et al.One Herbert double-threaded compression screw fixation of displaced type II odontoid fractures.J Spinal Disord.1994;7(1):62-69.

[16] Rainov NG,Heidecke V,Burkert W.Direct anterior fixation of odontoid fractures with a hollow spreading screw system.Acta Neurochir.1996;138(2):146-153.

[17] Kazan S,Tuncer R,Sindel M.Percutaneous anterior odontoid screw fixation technique. A new instrument and a cadaveric study.Acta Neurochir.1999;141(5):521-524.

[18] Horgan MA,Hsu FP,Frank EH.A novel endoscopic approach to anterior odontoid screw fixation: technical note.Minim Invasive Neurosurg.1999;42(3):142-145.

[19] Sherburn EW,Day RA,Kaufman BA,et al.Subdental synchondrosis fracture in children: the value of 3-dimensional computerized tomography.Pediatr Neurosurg.1996;25(5): 256-259.

[20] Geusens E,Pans S,Brys P,et al.The axis ring: a forgotten semiologic sign in the detection of low odontoid fractures. JBR-BTR.2002;85(5):241-245.

[21] 池永龙.经皮上颈椎螺钉内固定手术的并发症及其防范措施[J].中国脊柱脊髓杂志,2008,18(5):327-328.

[22] 倪斌,陶春生,郭翔,等.双侧寰椎椎板钩及枢椎椎弓根内固定在寰枢椎融合术中的初步应用[J].脊柱外科杂志,2007,5(3):129-131.

[23] 杨双石,刘景发,吴增晖,等.齿状突Ⅱ型骨折加压螺丝钉内固定的实验和临床研究[J].中华创伤杂志,2000,16(1):20-22.

[24] 谭明生,唐向盛,王文军,等.寰枢椎椎弓根螺钉内固定术治疗儿童寰枢椎脱位的初步报告[J].中国脊柱脊髓杂志,2012,22(2): 131-136.

[25] 王超,闫明,周海涛,等.前路松解复位后路内固定治疗难复性寰枢关节脱位[J].中国脊柱脊髓杂志,2003,13(10):583-586.

[26] Hanigan WC,Powell FC,Elwood PW,et al.Odontoid fractures in elderly patients.J Neurosurg.1993;78(1):32-35.

[27] Frangen TM,Zilkens C,Muhr G,et al.Odontoid fractures in the elderly: dorsal C1/C2 fusion is superior to halo-vest immobilization.J Trauma.2007;63(1):83-89.

[28] 刘登均,贺小兵,王明贵,等.Mimics软件在腰椎转移性肿瘤治疗前评估中的应用[J].中国数字医学,2011,6(1):102-105.

[29] Klein S,Whyne CM,Rush R,et al.CT-based patient-specific simulation software for pedicle screw insertion.J Spinal Disord Tech.2009;22(7):502-506.

[30] Song KJ,Lee KB,Kim KN.Treatment of odontoid fractures with single anterior screw fixation.J Clin Neurosci.2007;14(9): 824-830.

[31] Agrillo A,Russo N,Marotta N,et al.Treatment of remote type ii axis fractures in the elderly: feasibility of anterior odontoid screw fixation.Neurosurgery.2008;63(6):1145-1150.

[32] Platzer P,Thalhammer G,Ostermann R,et al.Anterior screw fixation of odontoid fractures comparing younger and elderly patients.Spine.2007;32(16):1714-1720.

[33] Tun K,Kaptanoglu E,Cemil B,et al.Anatomical study of axis for odontoid screw thickness, length, and angle.Eur Spine J. 2009;18(2):271-275.

[34] Platzer P,Eipeldauer S,Vécsei V.Odontoid plate fixation without C1-C2 arthrodesis: biomechanical testing of a novel surgical technique and comparison to the conventional screw fixation procedure.Clin Biomech.2010;25(7):623-627.

[35] Yamazaki M,Okawa A,Kadota R,et al.Surgical simulation of circumferential osteotomy and correction of cervico-thoracic kyphoscoliosis for an irreducible old C6-C7 fracture dislocation.Acta Neurochir.2009;151(7):867-872.

[36] Rajasekaran S,Vidyadhara S,Ramesh P,et al.Randomized clinical study to compare the accuracy of navigated and non-navigated thoracic pedicle screws in deformity correction surgeries.Spine.2007;32(2):56-64.

[37] Blemker SS,Asakawa DS,Gold GE,et al.Image-based musculoskeletal modeling: applications, advances, and future opportunities.J Magn Reson Imaging.2007;25(2):441-451.

[38] Aurouer N,Obeid I,Gille O,et al.Computerized preoperative planning for correction of sagittal deformity of the spine.Surg Radiol Anat.2009;31(10):781-792.

[39] Klein S,Whyne CM,Rush R,et al.CT-based patient-specific simulation software for pedicle screw insertion.J Spinal Disord Tech.2009;22(7):502-506.

引言

齿状突骨折是临床较为常见的颈椎骨折，齿状突骨折占脊柱骨折的1%-2%，占颈椎骨折的9%-15%^[1]。Reynier等^[2]通过统计，致伤原因有66.6%主要为交通事故，其次为坠落伤、潜水，发病年龄峰值在20-30岁。齿状突骨折发生率高有其解剖学基础^[3-4]：①基底是从密质骨为主的齿突与松质骨椎体的移行部位，也是应力交接处。②齿突为高出的圆柱状骨，基底部较上方的齿突膨和下方的枢椎体细，是力学薄弱处。③齿突尖及膨大部分别有翼状韧带等贴附，起到一定的保护作用，而基底部无类似韧带结构的支持。④齿突和枢椎椎体分别来自不同的骨化中心，在齿突与椎体结合部有软骨联合，约12岁发生骨性融合，但有1/4的软骨板骨化不全，残留于齿突与枢椎椎体之间，受到水平剪切力与轴向压缩力的作用发生骨折。小于7岁的儿童齿突骨折特点为^[5]：①骨折线多在骨骺线上，甚至低至椎体内。②绝大多数系屈曲型损伤，前脱位最多见，而后脱位甚少。③骨折愈合好，很少出现再移位，日后颈部活动多不受影响，晚期脊髓受压情况甚少。成人齿突骨折与儿童相反，骨折平面较高，多在骨骺线平面之上，如枢椎内遗留有软骨岛，则证明此点。仅少数患者骨折线位于枢椎椎体部。成人骨折线部位的骨密质较薄，其骨松质也较疏松，故容易发生骨折，骨折愈合亦较差。Muller等^[6]认为大于70岁的老年人发生齿状突骨折是常见的，且Ⅱ型骨折占95%，是伴有高并发症率为52.2%和高死亡率为34.8%的一组。

1974年，Anderson和D'Alonzo对齿状突骨折进行了X射线分型，一直沿用至今^[7]。Anderson 和D’Alonzo法齿状突骨折分型中，Ⅱ型骨折最为常见，占54%-60%^[8]。如何根据患者的年龄、骨折类型、伴随损伤、骨折移位情况等多种因素选择合适的治疗方案，是降低不愈合率、减少并发症的关键。自1981年开始，Böhler^[9]发现应用颈前路中空螺钉内固定治疗创伤小，治疗后患者痛苦较小，是国内外治疗Ⅱ型齿状突骨折较为流行的方法^[10]。

影响骨折愈合的因素有哪些？与其他治疗方案相比，CT三维重建有何优越性？齿状突骨折治疗方法的选择取决于多种因素，如骨折类型、寰枢关节稳定性、并发损伤、年龄、解剖变异等。Ⅱ型齿状突骨折因为复位后难以维持其正常位置，因而多主张手术治疗。得益于数字化骨科技术的高速发展，目前计算机利用软件已可完成骨骼三维重建工作，进行骨折块的复位，设计数字钢板、螺钉并完成虚拟内固定，从而指导临床制定更为合理的个体化治疗方案、缩短手术进程，减少外科治疗风险。文章应用数字化研究方法指导临床治疗前设计治疗方案，效果良好。

材料方法

1.1 材料

实验标本：新鲜成人尸体颈椎标本1具，来自解放军南京军区临床解剖学研究中心。

软件环境：Windows XP Professional SP3；Mimics10.1；Solidworks2007。

硬件环境：CPU-Intel 酷睿2 E8200；内存-DDR2 800共4G；图形加速卡-Nvidia 8800GT×2；硬盘- Seagate SATA 1T。

仪器：64排128层容积CT(VCT)。

1.2 方法

标本制作：将颈椎标本肌肉、血管、神经等软组织切除，保留颈椎周围韧带。以骨凿、显微外科器械将标本制成Ⅱ型齿状突骨折模型。

CT扫描：扫描条件设置为120 kV，250 mA，层距0.625 mm，扫描时间1.5 s，采集Dicom格式图像分别为A组229张、B组263张、C组305张，所有图像象素均为1 024×1 024，以刻录DVD光盘的形式输出保存。

1.3 三维重建

骨折三维模型重建：输入并组织图像(Import imgaes, Organize images)。输入图像后通过Organize images可删除与骨折关系不大的层面以减少工作量，但试验保留全部层面；设定阈值(Thresholding)：设定阈值可将同属某一灰度值范围的组织提取至操作蒙版(Mask)中，阈值过低可致Mask增大，过高则会丢失信息致Mask减小。试验按照Mimics设定的Bone(CT) Scale，即226-3 071 Hu进行设定；重建三维模型(Calculate 3D)即可得到骨折的初步三维模型，可随时对Mask进行三维重建以了解进程并定位。所有过程中产生的Mask以及3D模型均须及时命名以免发生错漏，临时产生的Mask以及3D模型可不必保留。

骨折碎片分解：利用Mimics的Edit Masks、 Boolean Operations、Region Growing等功能进行。以Region Growing命令对骨折碎片分解成为独立的Mask；运行Edit Masks命令，运行Calculate 3D即可得相应的三维模型，不同骨折片可指定任意颜色。对于骨折线不明确或骨折片重叠的情况需根据经验进行人工判断，故要求操作者有一定的CT图像阅读能力。

骨折模型复位：运行Mimics的Reposition命令，对各骨折块进行复位。此操作要点为选择最大的骨块作为基准，先对容易对位的、较大的骨折块进行复位，逐一耐心、细致的进行，避免顾此失彼，重复劳动，保证骨折块对应的面、边缘较为满意地吻合。

1.4 螺钉的三维构建

螺钉模板制作：针对试验需要，构建空心螺钉，如需不同规格，仅需修改草图，颇为方便。

合并骨折复位后三维模型：运行Boolean运算，将分离出来的所有骨块合并成为一个三维模型。Mimics的3D测量只能针对某一个三维模型进行，测量跨越不同三维模型，即跨越不同的骨折块，其测量的位置不能固定，导致三维模型旋转、移动后测量数据改变。将骨折块合并为一个三维模型，方便进行测量，合并后的模型与分开的各个模型之间位置是重叠的，其空间位置并无移位。

测量：利用Mimics中Tools，在合并后的三维模型中，在预计进行内固定的位置进行角度和长度的测量，以方便进钉位置、方向的选择，可暂时将测量数据留在骨面上，作为内固定定位的参考。

1.5 螺钉的虚拟内固定 将在Solidworks中加工好的螺钉以Stl文件输入至Mimics中，运行Reposition命令，将螺钉固定到预定的位置；可以任意角度旋转、观察，反复调整螺钉取得最佳通道之螺钉位置，以Tools中测量工具可确定螺钉进钉孔眼到对侧骨面的距离以及进钉轴线，输入合适长度、口径的螺钉进行固定。至此完成虚拟内固定，用该方法指导临床成功实施手术。

讨论

数字化三维医学影像交互式控制软件系统(materialise’s interactive medical image control system，Mimics软件)能对CT断层图像进行后续分析

和仿真设计，为医学三维重建与CAD、有限元分析之间进行沟通的桥梁^[28]。Solidworks软件为目前市场占有率最高的机械设计软件，其曲面设计工具对设计治疗内固定物非常有利。Solidworks软件将螺钉、内固定器械以Stl文件引进Mimics，使得骨骼容易形成可以编辑的实体，不易变形，也就是说，容易对骨骼进行切割、钻孔、内固定等操作。两种软件仅需普通PC即可运行，结合应用于数字化设计，具有界面友好、互动性好、上手容易的特点^[29]。

颈椎解剖复杂、毗邻生命中枢，系高危险、高难度治疗部位之一，单枚或双枚中空螺钉内固定治疗齿状突骨折，不破坏寰枢关节的正常结构，符合人体解剖学，最大限度保留了颈部的活动范围^[30-32]；螺钉内固定的同时对骨折进行直接复位，在骨折断端间具有加压作用，获得骨折的即刻稳定，可促进骨折愈合，符合AO原则，其骨折愈合率高，治疗后颈椎功能基本不丢失，较好的解决了颈椎稳定性与活动度的矛盾，被认为是Ⅱ型齿状突骨折最好的选择^[33]。虽然无论单枚或双枚螺钉在生物力学上还是临床疗效方面没有差异^[34]，但治疗过程中若置入钉位置稍有偏差，即有损伤脊髓、神经根和血管的可能。目前很多治疗操作主要依赖传统经验和通用解剖学数据指导，无法实现个体化。治疗中往往需要反复、不断X射线透视引导，术者及患者受射线损害可能性大。随着电子信息科技高速发展，三维重建技术的应用对临床制定脊柱治疗方案、判断预后起到了很大的作用。通过治疗前模拟操作，治疗中医生能够清楚治疗节段周围的解剖标志点，以便治疗过程顺利^[35-36]。因此，治疗前直观了解颈椎的解剖情况，熟悉正确的钉道尤为必要。因此，认为治疗前对患者损伤部位进行必需的CT薄层扫描，然后Mimics三维重建、分析，不仅对有些隐匿性骨折可以明确诊断，显示椎管内碎骨片形态、位置、数量，椎管狭窄程度，脊髓受损情况，而且按照这样的方法在治疗前可使医生完成治疗方案的设计，参考选择适当规格的螺钉并设计好进钉位置、角度；避免术中无的放矢、损伤周围结构，可缩短治疗时间，减少术野暴露、出血和软组织的损伤等，减少治疗风险。

目前，基于CT图像的骨骼数字化研究已在国内外开展^[37]，有关治疗方案设计、培训的软件不断开发，相信会有更多、更合理的研究方法、设计方案出现^[38-39]。

数字化颈前路螺钉内固定方案设计：Ⅱ型齿状突骨折的临床应用

Design of digitized anterior approach screw fixation program: Clinical
application in the treatment of type Ⅱ odontoid fractures

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[1]	徐峰, 康辉, 魏坦军, 席金涛. 椎弓根螺钉不同固定方法治疗胸腰椎骨折的生物力学分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1313-1317.
[2]	张同同, 王中华, 文杰, 宋玉鑫, 刘林. 3D打印模型在颈椎肿瘤手术切除与重建中的应用[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1335-1339.
[3]	陈心敏, 李文标, 熊凯凯, 熊晓燕, 郑利钦, 李木生, 郑永泽, 林梓凌. 钉道强化股骨近端防旋髓内钉治疗老年A3.3型股骨转子间骨折：最佳骨水泥量有限元分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1404-1409.
[4]	杜秀鹏, 杨朝晖. 65岁以下嵌插型股骨颈骨折初始畸形程度对颈缩短的影响[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1410-1416.
[5]	张尚普, 鞠晓东, 宋恒义, 董智, 王晨, 孙国栋. 关节镜下带线锚钉缝线桥缝合固定治疗肩锁关节脱位[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1417-1422.
[6]	周继辉, 李新志, 周游, 黄卫, 陈文瑶. 髌骨骨折修复内植物选择的多重问题[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1440-1445.
[7]	陈俊名, 岳辰, 何沛霖, 张俊涛, 孙墨渊, 刘又文. 髋关节置换与股骨近端防旋髓内钉内固定修复高龄股骨转子间骨折效果的Meta分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1452-1457.
[8]	胡凯, 乔晓红, 张永红, 王栋, 秦泗河. 空心螺钉和钢板内固定修复移位型跟骨关节内骨折：基于15篇随机对照试验的Meta分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1465-1470.
[9]	许玉林, 沈师, 卓乃强, 杨惠麟, 杨超, 李洋, 赵恒, 赵露. 髋臼后柱骨折3种不同钢板固定后站立及坐立位下的生物力学比较[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 826-830.
[10]	蔡群斌, 邹霞, 胡剑涛, 陈心敏, 郑利钦, 黄培镇, 林梓凌, 姜自伟. 有限元法分析尖顶距与股骨近端防旋髓内钉固定股骨转子间骨折稳定性的关系[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 831-836.
[11]	侯广原, 张继学, 张志军, 孟祥晖, 段文, 高维陆. 骨水泥强化椎弓根螺钉内固定治疗伴骨质疏松腰椎退行性疾病的1年随访[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 878-883.
[12]	和利, 田维, 徐嵩, 赵晓宇, 苗军, 贾健. 影响髂腰内固定治疗创伤性脊柱骨盆分离疗效的因素[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 884-889.
[13]	杨卫强, 丁童, 杨卫可, 蒋振刚. 组合式可变应力接骨板内固定干预山羊股骨骨折断端的骨组织细胞功能及骨密度变化[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 890-894.
[14]	张磊, 马丽, 扶世杰, 周鑫, 喻林, 郭晓光. 肩关节镜下双排锚钉固定治疗肩关节前脱位伴肱骨大结节撕脱骨折[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 895-900.
[15]	吴刚, 陈建文, 王世隆, 段笑然, 刘海军, 董建峰. 单纯HyProCure跗骨螺钉治疗青少年柔韧性平足合并痛性副舟骨[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 901-905.

数字化颈前路螺钉内固定方案设计：Ⅱ型齿状突骨折的临床应用

Design of digitized anterior approach screw fixation program: Clinical application in the treatment of type Ⅱ odontoid fractures

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