3D打印技術在脊柱畸形矯正手術中的應用研究

曾芳俊 陳榮春 游輝

3D打印技術在脊柱畸形矯正手術中的應用研究

曾芳俊 陳榮春 游輝

目的 探討3D打印技術在脊柱畸形矯正手術中的應用效果。方法 將42例半椎體畸形患者納入本研究，其中20例在3D打印技術指導下行脊柱畸形矯正手術的患者歸為實驗組，其余22例在CT三維掃描重建指導下行脊柱畸形矯正手術的患者歸為對照組，觀察2組患者手術情況、術后側凸及后凸矯正效果、弓根釘位置準確率以及并發癥發生情況。結果 實驗組手術時間及術中出血量均明顯低于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05）；2組患者術后側凸及后凸Cobb角均明顯低于同組術前，差異有統計學意義（P＜0.05）；實驗組患者術后側凸及后凸Cobb角均明顯低于對照組，側凸及后凸矯正率明顯高于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05）；實驗組患者椎弓根釘位置準確率明顯高于對照組，并發癥發生率明顯低于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05）。結論 在脊柱畸形矯正手術中應用3D打印技術能夠顯著縮短手術時間，減少術中出血量，提高側凸、后凸矯正效果以及弓根釘位置準確率，減少并發癥發生，應用價值較高。

脊柱畸形；3D打印技術；矯正手術

脊柱畸形是由于椎體形態嚴重失常引起，臨床上主要表現為側凸、后凸、前凸以及旋轉等多種復雜畸形[1]。脊柱畸形患者由于解剖結構和解剖標志嚴重變異難以發揮正常支撐和運動功能，需及時實施手術進行畸形矯正[2]。常規的CT及MRI三維掃描能夠指導手術實施，但由于技術限制難以全面評估脊柱畸形情況，也不能在術中作為實時指導，導致內固定放置精確度不足，影響手術效果[3]。本院通過將CT掃描三維重建數據通過3D技術實現脊柱畸形的真實模擬，短時間內做出相應的模型，提高內固定準確性，降低手術風險，提高預后效果。現將其臨床優勢進行總結分析，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 將2011年12月～2015年12月來本院接受治療的42例半椎體畸形患者納入本研究。其中20例在3D打印技術指導下行脊柱畸形矯正手術的患者歸為實驗組，其余22例在CT三維掃描重建指導下行脊柱畸形矯正手術的患者歸為對照組。所有患者均經常規CT及MRI檢查確診，符合手術適應證；排除合并其他嚴重急慢性疾病或器質性病變者。實驗組男11例，女9例，年齡12～45歲，平均年齡（27.62±6.53）歲，側凸Cobb角30°～130°，后凸Cobb角45°～145°，8例患者存在脊髓受壓；對照組男12例，女10例，年齡12～45歲，平均年齡（27.53±6.44）歲，側凸Cobb角31°～133°，后凸Cobb角44°～142°，9例患者存在脊髓受壓。2組患者的性別比例、年齡構成等資料差異無統計學意義，具有可比性。

1.2 方法 對照組患者使用飛利浦EPIQ 7型螺旋CT掃描機進行脊柱畸形及上下相鄰區域CT斷層掃描，層厚設定為1.0 mm，螺距設定為1.0。掃描完畢后數據輸入至配套系統中進行數字化三維重建和矢量測量。臨床醫師從不同角度觀察病變情況，依據脊柱側凸、后凸測量數據以及畸形程度擬定手術方案，明確椎弓根方向、角度和直徑，以此為指導實施椎弓根內固定矯形治療。

實驗組患者CT掃描和三維重建與對照組相同，之后將數據輸入快速3 D成型設備中制成丙烯晴-丁二烯-苯乙烯高分子塑料3 D模型，并經消毒處理后直接在手術臺上作為手術操作指導，實施椎弓根內固定矯形治療。

1.3 觀察指標 觀察2組患者手術情況、術后側凸及后凸矯正效果、弓根釘位置準確率以及并發癥發生情況。

1.4 統計學方法 使用IBM SPSS Statistics 22統計學軟件進行本研究數據分析，計量資料采用“x±s”表示，組間比較采用t檢驗；計數資料用例數（n）表示，計數資料組間率（%）的比較采用χ2檢驗；以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 手術情況 實驗組手術時間及術中出血量均明顯低于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05）。見表1。

表1 手術情況（s）

表1 手術情況（s）

注：與對照組對比，aP＜0.05

組別例數手術時間（min）術中出血量（mL）實驗組20150.62±26.89a722.62±85.75a對照組22212.62±30.671 098.76±96.17

2.2 側凸及后凸矯正效果 2組患者術后側凸及后凸Cobb角均明顯低于同組術前，差異有統計學意義（P＜0.05）；實驗組患者術后側凸及后凸Cobb角均明顯低于對照組，側凸及后凸矯正率明顯高于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05）。見表2。

2.3 椎弓根釘位置及并發癥 實驗組患者椎弓根釘位置準確率明顯高于對照組，并發癥發生率明顯低于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05）。見表3。

表2 側凸及后凸矯正效果±s）

表2 側凸及后凸矯正效果±s）

注：與同組治療前對比，aP＜0.05；與對照組對比，bP＜0.05

組別例數側凸Cobb角（°）后凸Cobb角（°）術前術后矯正率（%）術前術后矯正率（%）實驗組2075.56±8.3922.56±6.47ab98.22±11.06b80.92±8.5825.33±6.51ab96.75±10.68b對照組2276.15±8.4230.26±6.85a69.97±8.3281.14±8.7733.85±6.91a67.78±8.49

表3 椎弓根釘位置準確率及并發癥發生率［n（%）］

3 討論

脊柱畸形屬人體嚴重復雜畸形，由于患者存在脊柱的側凸、后凸以及旋轉等解剖異常，臨床手術治療難度較高[4]。傳統的X線平片或CT及MRI二維掃描均難以全面評估脊柱畸形情況，不能準確指導手術的實施，隨著影像學技術的發展，CT及MRI三維重建技術的出現有效改善了上述情況，提高了手術準確率，但由于技術限制在精確評估脊柱畸形和指導椎弓根釘置入以及實時指導手術操作方面仍存在缺陷，臨床醫師在脊柱矯正手術中容易遇到困難，影響手術效果[5]。

3D打印技術為工業制造領域的一項新型技術，能夠通過輸入幾何數字信息塑造符合設計者意愿的三維實體模型[6]。目前，3D打印技術已經在國外開始被廣泛應用于醫學領域，國內大量專家也對其在骨科手術治療中的應用前景表示認可[7-8]。本院通過將CT掃描三維重建數據通過3D技術實現脊柱畸形的真實模擬，短時間內做出相應的模型，與傳統手術比較，實現了脊柱矯正手術的個體化手術方案設計→手術預演→精確手術的整體優化過程，大大提高了畸形矯正效果和內固定準確性，降低了手術風險，提高了預后效果[9]。

本研究結果也顯示，實驗組手術時間及術中出血量均明顯低于對照組，術后側凸及后凸Cobb角矯正效果明顯優于對照組，椎弓根釘位置準確率明顯高于對照組，并發癥發生率明顯低于對照組，差異均有統計學意義（P＜0.05）。提示3D打印技術能夠為復雜脊柱畸形患者提供精確的手術指導，從而降低術中創傷和手術風險，提高矯正效果，降低椎體殘留、脊髓神經損傷等的發生風險，保證手術的準確和安全性，與上述研究相符。

綜上所述，在脊柱畸形矯正手術中應用3D打印技術能夠顯著縮短手術時間，減少術中出血量，提高側凸、后凸矯正效果以及弓根釘位置準確率，減少并發癥發生，應用價值較高。

[1] 潘林.手術治療脊柱側凸35例臨床分析[J].當代醫學,2014,20(32): 84.

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[3] 劉欣偉,于海龍,韓天宇,等.3D打印技術在脛骨畸形矯形手術中的應用[J].解放軍醫藥雜志,2015,27(11):26-28.

[4] 韓國嵩,馬廣文,黃斐,等.3D打印技術在骨科中的研究進展[J].安徽醫藥,2015,19(12):2259-2262.

[5] 龐驕陽,趙巖,肖宇龍,等.3D打印技術在脊柱外科的應用[J].中國組織工程研究,2016,20(4):577-582.

[6] 李曙明,李萌,楊益民,等.3D打印及計算機輔助技術在骨科臨床教學中的應用探討—以復雜脊柱畸形治療為例[J].中國醫學教育技術,2015,29(2):191-194.

[7] Hey HW,Teo AQ,Tan KA,et al.How the spine differs in standing and in sitting-important considerations for correction of spinal deformity[J]. Spine J,2016,4(7):28-36.

[8] Demirkiran G,Theologis AA,Pekmezci M,et al.Adult Spinal Deformity Correction with Multi-level Anterior Column Releases:Description of a New Surgical Technique and Literature Review[J].Clin Spine Surg,2016, 29(4):141-149.

[9] 胡堃,李路海,余均武,等.3D打印技術在骨科個性化治療中的應用[J].高分子通報,2015,28(9):61-70.

10.3969/j.issn.1009-4393.2016.36.012

《3D打印技術在脊柱畸形矯正手術中的應用研究》 （GZ2015ZSF171）

江西 341000 江西贛州市人民醫院脊椎外科（曾芳俊 陳榮春游輝）