3D打印技術在胸腰椎骨折的椎弓根螺釘置入術中的應用效果

楊學軍　陳曉東　蔚辰強　舒高　梁鵬展　李全修

【摘要】 目的：探究3D打印技術在胸腰椎骨折的椎弓根螺釘置入術中的應用效果。方法：選取50例在本院行胸腰椎骨折的椎弓根螺釘置入術患者，將其隨機分為研究組與對照組，研究組行3D打印技術輔助治療，對照組行常規治療。比較兩組手術和術后恢復情況。結果：研究組手術時間、術中使用X線次數及術中出血量均明顯低于對照組（P<0.05），且術后3個月，兩組傷椎高度比及Cobb角均比術前有明顯改善（P<0.05），但術后3個月兩組傷椎高度比及Cobb角比較，差異均無統計學意義（P>0.05）。研究組一次性置釘成功率（96.00%）及置釘準確率（95.03%）均明顯優于對照組（76.00%、80.98%），差異均有統計學意義（P<0.05）。研究組術后3個月VAS評分為（3.16±0.22）分，明顯優于對照組的（3.38±0.19）分，差異有統計學意義（P<0.05）。結論：對胸腰椎骨折的椎弓根螺釘置入術中使用3D打印技術輔助治療，能夠有效提高術中置釘成功率，并降低術中X線使用頻率，提高手術效率，且該治療方法能夠在保證治療效果的同時有效降低患者術后疼痛情況，值得推廣。

【關鍵詞】 3D打印技術; 胸腰椎骨折; 椎弓根螺釘置入術; 脊髓損傷; VAS評分

Application Effect of 3D Printing Technology in Pedicle Screw Placement for Thoracolumbar Fracture/YANG Xuejun，CHEN Xiaodong，WEI Chenqiang，et al.//Medical Innovation of China，2019，16（18）：-142

【Abstract】 Objective：To explore the application effect of 3D printing technology in pedicle screw placement for thoracolumbar fracture.Method：A total of 50 patients with thoracolumbar fracture for pedicle screw placement in our hospital were selected and randomly divided into study group and control group.The study group was treated with 3D printing technology，and the control group was treated with conventional treatment.The operation and postoperative recovery of two groups were compared.Result：The operation time，the number of intraoperative X-ray and intraoperative blood loss in the study group were significantly lower than those in the control group（P<0.05）.3 months after surgery，the injured vertebra height ratio and the Cobb angle between two groups were improved significantly than before surgery（P<0.05），but the vertebral recovery index such as Cobb angle between two groups at 3 months after surgery were improved，but the differences were no statistically significant（P>0.05）.The success rate of one-time nail placement（96.00%）and nailing accuracy（95.03%）in the study group were significantly better than those of the control group（76.00%，80.98%），the differences were statistically significant（P<0.05）.The VAS score of the study group（3.16±0.22）scores at 3 months after surgery，it was significantly better than（3.38±0.19）scores of the control group，the difference was statistically significant（P<0.05）.Conclusion：The application of 3D printing technology in the treatment of thoracolumbar fracture pedicle screw placement can effectively improve the success rate of intraoperative nail placement，reduce the frequency of intraoperative X-ray and improve the efficiency of surgery.And the treatment can ensure guarantee treatment effect and reduce the postoperative pain of patients at the same time，it is worthy of promotion.

【Key words】 3D printing technology; Thoracolumbar fractures; Pedicle screw placement; Spinal cord injury; VAS score

First-authors address：TCM Peoples Hospital in Luohu District of Shenzhen，Shenzhen 518000，China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2019.18.037

胸腰椎骨折作為臨床常見脊柱損傷類型，臨床常通過經弓根螺釘內固定對該類患者進行治療，其能夠有效恢復患者胸腰椎椎體生理弧度及高度，使出現移位的骨塊得到良好的固定，使其恢復原有解剖學結構[1-2]。但臨床經驗表明，該治療方法置釘準確率較低[3-4]。隨著近些年醫療技術的發展，3D打印技術在骨科治療中的應用，顯著提高了對該類患者的治療效果，有學者指出，采用3D打印技術能夠順利完成胸腰椎骨折椎弓根釘置入術，顯著改善患者癥狀，且降低了并發癥發生率[4-6]。為探究其應用效果，特選取2015年6月-2018年6月在本院行胸腰椎骨折治療的50例患者進行對比研究，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2015年6月-2018年6月在本院行胸腰椎骨折的椎弓根螺釘置入術患者

50例，其中男29例，女21例;年齡29～54歲，平均（37.59±5.97）歲;致傷原因：交通事故23例，砸傷9例，高處墜落18例;Frankel分級：B級11例、C級9例、D級14例、E級16例。納入標準：（1）經檢查均為單純閉合胸腰椎壓縮性骨折;（2）椎體壓縮>椎體高度1/3;（3）受傷椎體椎弓根無骨折;（4）椎體骨折部位無明顯錯位;（5）受傷至接受治療時間<14 d;（6）年齡>18歲且<65歲。排除標準：（1）伴有嚴重骨質疏松;（2）伴有嚴重心血管疾病或凝血功能異常等對本次研究可能產生影響的疾病;（3）伴在受傷前伴有脊柱結核、脊柱側彎等癥狀。隨機分為研究組與對照組，每組25例。患者及家屬均知情同意并簽署知情同意書，本研究經醫院倫理委員會批準。

1.2 方法 （1）術前準備：研究組采用3D打印技術進行輔助治療，即對患者胸腰椎骨折部位進行CT掃描，并將數據輸入Mimics 13.0軟件，經3D計算建立胸腰椎骨折三維數字化模型，并對模型進行分割處理（包括劈裂及突入的骨塊），之后以三維數字化模型使用Marke Bot 3D打印機打印出骨折的胸腰椎模型，材料為聚乳酸材料。并使用3D打印技術打印患者仿真腰椎椎體模型，并提前進行模擬手術，將椎弓根釘置入患者最佳位置，并對其螺釘進入方向、螺釘長度、角度設計等數據進行測量，術前對模型椎弓根針點、椎弓根螺釘向頭傾斜角（f角）、螺釘內斜角（e角）、椎弓根釘長度進行評估[7-8]。通過術前評估及虛擬手術提供的數據制定最終手術方案。對照組進行CT及X線等影像學檢查，以確定其f角、e角及釘體置入深度。（2）手術方法：對兩組患者均進行全身麻醉，并采用氣管插管進行輔助呼吸，具體操作方法：①確定受傷椎體，術中采用C臂及直視對受傷椎體進行定位。

②確定進針位置，根據術前評價結果，以患者腰椎椎弓根類圓形投影中心及關鍵突、橫突等位置為進針部位。③對f角、e角及釘體置入深度進行測量。④將進針部位皮質骨咬除，之后使用開口器將切口拉開，并將恒力穩持開路器置入，期間保證動作緩慢[9]。在進針前，抵用探針對釘道周圍進行探查，如骨質感較為明顯，則表明釘到在椎弓根內，之后可按術前預測角度將螺釘擰入。⑤將椎弓根螺釘置入預計位置。

1.3 觀察指標與判定標準 進行3個月的隨訪，比較兩組手術情況及置釘準確率，并分別在術前及術后3個月，使用CT對患者脊椎損傷處進行檢查，采用專業處理系統比較治療前后傷椎高度比及矢狀位后凸Cobb角，以評價其傷椎復位情況，同時比較兩組治療前后JOA評分及VAS評分，JOA評分越高，表明患者恢復情況越好，VAS評分越低，表明患者疼痛程度越輕[10-11]。

1.4 統計學處理 采用SPSS 18.0軟件對所得數據進行統計分析，計量資料用（x±s）表示，組間比較采用t檢驗，組內比較采用配對t檢驗;計數資料以率（%）表示，比較采用字2檢驗。以P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組一般資料比較 研究組男14例，女11例;平均年齡（37.14±6.16）歲;致傷原因：交通事故11例，砸傷5例，高處墜落9例;Frankel分級：B級5例、C級4例、D級7例、E級9例。對照組男15例，女10例;平均年齡（37.96±5.71）歲;致傷原因：交通事故12例，砸傷4例，高處墜落9例;Frankel分級：B級6例、C級5例、D級7例、E級7例。兩組性別、年齡、致傷原因及Frankel分級等一般資料比較，差異均無統計學意義（P>0.05），具有可比性。

2.2 兩組手術情況比較 研究組手術時間、術中使用X線次數及術中出血量均明顯低于對照組，差異均有統計學意義（P<0.05），見表1。

2.3 兩組傷椎恢復情況比較 兩組術后3個月，傷椎高度比及Cobb角比術前均有明顯改善，差異均有統計學意義（P<0.05），但術后3個月兩組傷椎高度比及Cobb角比較，差異均無統計學意義（P>0.05）。見表2。

2.4 兩組置釘準確率比較 研究組一次性置釘成功24例（96.00%），置釘準確率95.03%（153/161）均明顯優于對照組的19例（76.00%）、80.98%（132/163），差異均有統計學意義（P<0.05）。

2.5 兩組JOA評分及VAS評分比較 兩組術后

3個月，JOA評分與VAS評分比術前均有明顯改善，且研究組術后3個月VAS評分明顯優于對照組，差異均有統計學意義（P<0.05）。見表3。

3 討論

椎弓根螺釘置入術作為目前治療胸腰椎骨折的常用方法，具有對患者創傷較小，治療效果較為良好等特征[12]。該方法常規在術中通過對患者局部肌肉進行剝離，以其人字脊、橫突跟等解剖學標志為參考進行置釘，并通過X線對患者傷椎及置釘位置進行探查，提高置釘的準確性，進而使患者恢復脊柱屈伸、側彎及旋轉等功能[13-14]。但臨床經驗表明，如在術中因未能有效探查傷椎或置釘位置不當，可對患者胸腔內臟器造成嚴重影響[15-16]。

隨著科學技術的發展，采用3D打印技術對手術進行輔助成為可能，該技術通過在術前對患者傷椎進行造模，醫護人員可在術前使用模型進行模擬手術練習，以更好地掌握患者具體病情及治療方法，對提高治療的準確率具有重要益處[17]。同時，醫護人員能夠在計算機輔助下，通過對置釘方法進行研究，以確定最有效的治療方法，對提高治療的可行性也具有重要意義[12]。本研究結果顯示，研究組手術時間、術中使用X線次數及術中出血量均明顯低于對照組（P<0.05），表明通過3D打印技術，進而在術前對患者進行模擬治療，能夠使醫務人員對患者傷椎及其周圍組織更為熟悉[18]。因此術中使用X線使用頻率明顯降低，有效提高了手術效率，并降低了多次X線照射對患者造成的損傷[19]。而術后3個月，兩組傷椎高度比及Cobb角比術前均有明顯改善（P<0.05），但術后3個月兩組傷椎高度比及Cobb角比較，差異均無統計學意義（P>0.05），這是由于雖然兩組患者在術前檢查時存在差異，但在進行手術時，其操作方法基本相同，因此術后治療效果基本相同。同時，研究組一次性置釘成功率及置釘準確率分別為96.00%、95.03%，均明顯優于對照組（P<0.05），表明術前對患者進行造模及模擬練習，能夠切實提高治療準確性，另外，研究組術后3個月VAS評分降低至（3.16±0.22）分，明顯優于對照組（P<0.05），這是由于對患者在術前進行有效探查及模擬練習，進而能夠降低術中對患者治療的失誤性及不必要的創傷，以降低患者術后疼痛程度[20]。

綜上所述，對胸腰椎骨折的椎弓根螺釘置入術中使用3D打印技術輔助治療，能夠有效提高術中置釘成功率，并降低術中X線使用頻率，提高手術效率，且該治療方法能夠在保證治療效果的同時，有效降低患者術后疼痛情況，值得推廣。

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