3-D打印技術(shù)結(jié)合經(jīng)皮椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)治療中老年胸腰椎爆裂骨折的療效分析

穆懷昭，趙佳佳，楊朝昕，潘玉軍，汪顏龍，曹 勝，趙景新，金 宇

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，意外事故造成的脊柱爆裂骨折發(fā)生率越來越高，尤其以胸腰段骨折最為常見，AO分型中A型胸腰段脊柱骨折采用后路切開復(fù)位椎弓根釘棒系統(tǒng)內(nèi)固定治療需要廣泛剝離肌肉軟組織有可能導(dǎo)致術(shù)后患者出現(xiàn)腰背痛[1-2]，微創(chuàng)經(jīng)皮椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)技術(shù)則大大降低了開放性手術(shù)并發(fā)癥，取得了良好的臨床療效[3]，Lee 等[4-5]研究認(rèn)為微創(chuàng)手術(shù)術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率低，但手術(shù)操作難度大，對(duì)骨科醫(yī)生專業(yè)水平要求更高，因此我院在此類患者診治過程中引入了3D打印技術(shù)。3D打印現(xiàn)階段高端科技領(lǐng)域逐漸應(yīng)用的一種基于三維計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助制造相結(jié)合的一種快速成型技術(shù)，基于光固化快速成形、激光粉末成形、噴墨印刷等步驟將計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)堆疊成實(shí)物模型[6]。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域可利用3D打印技術(shù)將 CT、MRI等掃描影像學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化后進(jìn)行3D 打印，為患者制定個(gè)性化治療方案，為手術(shù)操作提供參考[7]。2014年1月—2016年6月，我們將3D打印技術(shù)應(yīng)用于21例A3.1型胸腰椎體骨折的治療中，現(xiàn)回顧分析患者臨床資料，探討3D打印技術(shù)在經(jīng)皮椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)治療胸腰椎爆裂骨折手術(shù)中的應(yīng)用價(jià)值。報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 2014年1月—2016年6月共28例患者符合研究納入標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)入課題研究，其中男性11例，女性17例；年齡52～65歲，平均56.4歲。骨折部位：T11 3例，T12 6 例，L1 9例，L2 7例，L3 3例。骨折分型：AO分型：A3. 1型。CT示椎管占位＜30%，無脊髓及神經(jīng)根損傷表現(xiàn)。

1.2 患者納入及排除標(biāo)準(zhǔn) 納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）年齡50～65歲中老年患者。（2）影像學(xué)等檢查確診為胸腰椎爆裂性骨折，AO分型為A3. 1型。（3）椎管占位率＜30%，無脊髓及神經(jīng)根損傷表現(xiàn)。（4）具有完整的臨床資料，患者簽訂知情同意書，隨訪時(shí)間＞12個(gè)月。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）多節(jié)段骨折及多發(fā)性骨折；（2）合并嚴(yán)重的軟組織損傷者；（3）合并嚴(yán)重的骨質(zhì)疏松者；（4）椎體解剖結(jié)構(gòu)異常者；（5）合并嚴(yán)重內(nèi)科疾病。

1.3 治療方法

1.3.1 術(shù)前處理 患者入院后完善影像學(xué)資料，詳細(xì)診斷傷椎及上下相鄰椎體，評(píng)價(jià)患者的肺部情況、手術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)性及手術(shù)的可行性。術(shù)前記錄患者視覺模擬評(píng)分(VAS)。X線測(cè)量傷椎壓縮率和Cobb角，CT資料測(cè)量椎管占位率。3D建模步驟：（1）數(shù)據(jù)導(dǎo)入。獲取的患者CT數(shù)據(jù)以Dicom格式存儲(chǔ)并導(dǎo)入到Mimics15.0軟件（比利時(shí)Materialise公司）；（2）數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)：選取局部增長(zhǎng)和閾值劃分進(jìn)行三維重建，初步完成計(jì)算機(jī)三維重建模型，應(yīng)用網(wǎng)格化及平滑處理工具對(duì)計(jì)算機(jī)三維模型進(jìn)行進(jìn)一步精細(xì)處理，仔細(xì)觀察模型確認(rèn)無缺損和遺漏后數(shù)據(jù)以STL格式保存。（3）3D打印：模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入到3D打印機(jī)（型號(hào)：MAKERBOT-Z18，美國(guó)MAKERBOT工業(yè)公司），打印格式設(shè)置層厚0.1 mm，應(yīng)用聚乳酸材料打印出1∶1脊柱骨折模型，低溫高壓消毒備用；（4）實(shí)物模擬手術(shù)：術(shù)前在骨折模型上行骨折觀察再分型、模擬手術(shù)、選擇最適宜內(nèi)固定物、設(shè)計(jì)入釘棒角度及深度，記錄相關(guān)數(shù)值，最終設(shè)計(jì)出適宜且完整的手術(shù)治療方案。（5）器械準(zhǔn)備：將設(shè)計(jì)好的內(nèi)固定物經(jīng)高壓消毒后手術(shù)備用。

1.3.2 手術(shù)方法 手術(shù)均由同一組高年資脊柱骨科醫(yī)師完成，本研究組患者均于受傷3天內(nèi)手術(shù)。椎弓根螺釘系統(tǒng)均使用同一公司經(jīng)皮椎弓根螺釘系統(tǒng)。患者于全麻（16例）、局部麻醉（5例）下行手術(shù)治療，患者俯臥位于脊柱手術(shù)床上，恢復(fù)脊柱生理弧度，C型臂機(jī)透示椎體情況，標(biāo)記傷椎及鄰椎椎弓根外上緣進(jìn)針點(diǎn)。完成消毒鋪巾，以標(biāo)記點(diǎn)為中心行1.5～2 cm切口，在參照3D骨折模型及C型臂機(jī)定位下將穿刺針、導(dǎo)針頭依次置入目標(biāo)點(diǎn)，C型臂透視滿意后將預(yù)先選擇好的空心經(jīng)皮椎弓根螺釘擰入椎體內(nèi)，并盡量保持內(nèi)固定螺釘平行于椎體上終板的方向，安放預(yù)先塑形好的固定棒，擰緊螺帽，撐開復(fù)位固定。內(nèi)固定安裝完畢后，再次透視確認(rèn)內(nèi)固定位置，術(shù)畢取出滑環(huán)和牽開器葉片，留置引流管，逐層縫合。

1.4 術(shù)后處理及療效評(píng)價(jià)指標(biāo) 術(shù)后記錄手術(shù)時(shí)間、出血量、術(shù)后引流量、住院時(shí)間、住院期間并發(fā)癥發(fā)生情況。術(shù)后第1周、6個(gè)月、12個(gè)月進(jìn)行VAS評(píng)分，評(píng)估腰背部疼痛情況?；颊哂谛g(shù)后2天，2、6、12 個(gè)月復(fù)查X線片及CT，測(cè)量Cobb角、椎管占位率。門診定期隨訪復(fù)查X線片及CT并計(jì)算和記錄Cobb角、椎管占位率。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 使用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。計(jì)量資料（如VAS評(píng)分、Cobb角和椎管占位率）采用均值加減標(biāo)準(zhǔn)差（）表示，使用重復(fù)測(cè)量設(shè)計(jì)方差分析比較不同時(shí)間點(diǎn)的VAS評(píng)分、Cobb角、椎管占位率的差異。研究設(shè)定檢驗(yàn)水準(zhǔn)a=0.05，P＜0.05認(rèn)為差異存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 手術(shù)一般情況及住院期間并發(fā)癥發(fā)生情況 手術(shù)時(shí)間平均(58.37±10.43) min，術(shù)中失血量平均(51.93±7.65) mL，術(shù)后切口引流量平均(32.41 ±12.19) mL，住院時(shí)間平均(9.53±2.48)d，所有患者圍手術(shù)期無切口感染、肺部感染、尿路感染等并發(fā)癥。

2.2 影像學(xué)情況 所有患者術(shù)后隨訪14～19個(gè)月，平均15.7個(gè)月。重復(fù)測(cè)量方差分析結(jié)果顯示：（1）三個(gè)時(shí)間點(diǎn)的Cobb角存在差異（F=92.624，P＜0.001），兩兩比較發(fā)現(xiàn)：術(shù)前和術(shù)后2天比較差異存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），術(shù)前和術(shù)后12個(gè)月比較差異存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），術(shù)后2天和術(shù)后12個(gè)月比較差異存無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；（2）三個(gè)時(shí)間點(diǎn)的椎管占位率存在差異（F=399.265，P＜0.001），兩兩比較發(fā)現(xiàn)：術(shù)前和術(shù)后2天比較差異存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），術(shù)前和術(shù)后12個(gè)月比較差異存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）, 術(shù)后2天和術(shù)后12個(gè)月比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。詳細(xì)結(jié)果如表1所示。

表1 不同時(shí)間點(diǎn)臨床指標(biāo)（Cobb角、椎管占位率）重復(fù)測(cè)量設(shè)計(jì)方差分析

2.3 術(shù)后VAS評(píng)分 重復(fù)測(cè)量方差分析結(jié)果顯示：三個(gè)時(shí)間點(diǎn)的VAS評(píng)分存在差異（F=551.181，P＜0.001），兩兩比較發(fā)現(xiàn)：術(shù)前和術(shù)后1周比較差異存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），術(shù)前和術(shù)后12個(gè)月比較差異存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）,術(shù)后1周和術(shù)后12個(gè)月比較差異存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。詳細(xì)結(jié)果如表2所示。

2.4 隨訪期間并發(fā)癥發(fā)生情況 28例患者中有1例于術(shù)后12個(gè)月出現(xiàn)腰背部慢性疼痛，給與口服非甾體類止疼藥，癥狀明顯緩解。所有患者均無斷釘及內(nèi)固定物松動(dòng)、傷椎再骨折、感染、下肢深靜脈血栓等并發(fā)癥。典型病例見圖1。

表2 不同時(shí)間點(diǎn)的VAS評(píng)分重復(fù)測(cè)量設(shè)計(jì)方差分析

圖1 3D打印技術(shù)結(jié)合經(jīng)皮椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)治療胸腰椎爆裂骨折病例

3 討論

隨著脊柱外科微創(chuàng)技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)皮椎弓根釘內(nèi)固定技術(shù)逐漸應(yīng)用于臨床，該技術(shù)將固定棒置于 肌肉深層，避免了固定棒較淺導(dǎo)致的疼痛和皮膚軟組織壞死等并發(fā)癥，同時(shí)預(yù)彎好的連接棒，具有更好的生物力學(xué)穩(wěn)定性，Magerl[8]最先采用外固定架的形式進(jìn)行經(jīng)皮穿刺螺釘外固定損傷脊柱，并取得了較為理想的治療效果，之后許多學(xué)者發(fā)現(xiàn)經(jīng)皮椎弓根螺釘治療胸腰椎爆裂性骨折不僅手術(shù)創(chuàng)傷小、恢復(fù)快，治療效果與傳統(tǒng)開放手術(shù)無明顯區(qū)別[9-10]。故微創(chuàng)手術(shù)是治療胸腰椎爆裂性骨折一個(gè)好的治療方法，筆者認(rèn)為經(jīng)皮椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)適用于無脊髓神經(jīng)損傷的骨折患者，而對(duì)于術(shù)前存在神經(jīng)損傷及明顯脫位患者，不建議選擇此術(shù)式。近年來發(fā)現(xiàn)經(jīng)皮椎弓根螺釘手術(shù)出現(xiàn)斷釘、椎體高度丟失、脊柱后凸畸形再發(fā)等并發(fā)癥國(guó)內(nèi)外間有報(bào)道，國(guó)內(nèi)外學(xué)者[11]研究認(rèn)為，微創(chuàng)術(shù)和傳統(tǒng)手術(shù)臨床療效相當(dāng)，術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率低，但是手術(shù)時(shí)間長(zhǎng)，手術(shù)操作難度較大，對(duì)醫(yī)生專業(yè)水平以及手術(shù)操作技術(shù)要求更高。皮椎弓根螺釘手術(shù)適應(yīng)癥較窄，目前只適用與無神經(jīng)受壓，無需椎管減壓者，對(duì)于胸腰段脊柱骨折存在嚴(yán)重脊柱不穩(wěn)、脫位等情況仍需選擇開放性手術(shù)。

3D打印出的模型可清晰且直觀地表現(xiàn)出骨折程度與移位情況，利于明確診斷及骨折分型，可以延展術(shù)前設(shè)計(jì)、精準(zhǔn)手術(shù)過程、明顯縮短手術(shù)時(shí)間、加深醫(yī)患交流程度、減少并發(fā)癥發(fā)生等，有著實(shí)際臨床價(jià)值，Riesenkampff等[12]研究表明3D打印技術(shù)的術(shù)前使用可幫助術(shù)者加深了解骨折的程度、具體類型，為術(shù)中的骨折復(fù)位提供基礎(chǔ)。微創(chuàng)術(shù)和傳統(tǒng)手術(shù)比較，手術(shù)時(shí)間長(zhǎng)，手術(shù)操作難度更大，對(duì)醫(yī)生專業(yè)水平以及手術(shù)操作技術(shù)要求更高，若能引入3D 打印技術(shù)，可以真實(shí)地將胸腰椎骨折脫位情況展現(xiàn)出來，術(shù)者可以直觀地講解關(guān)鍵區(qū)域、手術(shù)操作的方案和步驟、手術(shù)存在的難點(diǎn)與對(duì)應(yīng)的處理方案，有利于患者及家屬了解手術(shù)的必要性、復(fù)雜性和風(fēng)險(xiǎn)性，不僅有利于術(shù)者正確選擇手術(shù)方式、精確確定手術(shù)部位與范圍，而且還可以實(shí)現(xiàn)手術(shù)預(yù)演、預(yù)估手術(shù)難點(diǎn)、判斷術(shù)中要點(diǎn)，便于提前確定預(yù)處理方案、降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)[13]。另外，筆者認(rèn)為在模擬手術(shù)過程中要充分考慮到軟組織、重要神經(jīng)血管、患者體位、具體發(fā)育狀況等的影響，以實(shí)際手術(shù)心態(tài)去實(shí)施每一個(gè)術(shù)前設(shè)計(jì)。

綜上所述，對(duì)于中老年患者中無神經(jīng)癥狀的單節(jié)段胸腰段脊柱爆裂骨折，采用經(jīng)皮短節(jié)段椎弓根螺釘內(nèi)固定手術(shù)治療操作簡(jiǎn)單、創(chuàng)傷小、安全可靠，可起到有效矯正效果，隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展及臨床應(yīng)用日益成熟，其有助于提高經(jīng)皮椎弓跟螺釘內(nèi)固定骨科手術(shù)的精確性，降低手術(shù)并發(fā)癥。但是現(xiàn)階段的3D打印在脊柱外科臨床應(yīng)用中還存在著各種不足，3D打印雖然可以精確的打印出骨骼病變但其無法打印出附著于骨骼周圍的神經(jīng)、血管和其他軟組織模型，由于現(xiàn)階段3D打印機(jī)的打印速度較慢，其在急診手術(shù)中的應(yīng)用受到一定限制，另外3D打印設(shè)備昂貴，在實(shí)際應(yīng)用中難以普及，專業(yè)領(lǐng)域中人才缺乏也限制了其發(fā)展和應(yīng)用速度。隨著醫(yī)學(xué)科技的快速發(fā)展， 3D打印技術(shù)亦將不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，在脊柱外科的應(yīng)用也將越來越廣泛。另外本研究由于病例納入較少、隨訪時(shí)間較短，其遠(yuǎn)期的應(yīng)用效果有待進(jìn)一步研究明確。