數字化設計結合3D打印技術在脊柱壓縮性骨折手術治療中的應用

蘇福錦 黃國福 何 忠 李偉光

廣西壯族自治區北流市人民醫院，廣西北流 537400

椎體壓縮性骨折多發生于腰椎、胸椎，為臨床中常見的骨折類型，可引起局部疼痛、功能受限、脊柱畸形等，以往保守治療主要采用臥床休息、藥物緩解疼痛等對癥措施，大多情況下治療效果欠佳，后來發展的椎體成形術的可以明顯提高臨床治療效果[1-2]。其中，經皮椎體成形術（PVP）是治療椎體壓縮性骨折常用的微創外科手術方法，具有創傷小、住院時間短、適用性強等優勢，在治療椎體壓縮性骨折方面效果顯著，得到臨床很好的推廣應用[3]。然而，傳統的PVP手術在操作過程中，常因患者脊柱局部解剖結構的個體差異性，很容易引起骨水泥滲漏、損傷脊髓等諸多嚴重并發癥，是制約椎體成形術的難點。

數字化設計結合3D打印技術加速了精準手術新時代的到來，醫生可通過在3D打印模型上模擬手術操作，進而提高手術治療效果[4-5]。數字化設計結合3D打印技術目前較少應用于壓縮性椎體骨折手術治療過程中。筆者致力于脊柱壓縮性骨折手術的治療研究，本課題旨在評價數字化設計結合3D打印技術輔助的PVP的安全性、可靠性以及在基層醫院的應用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2018年1月～2019年11月于我院骨科住院治療的椎體壓縮性骨折患者共80例作為研究對象，將其隨機分為觀察組（40例）和對照組（40例）。觀察組男19例，女21例；年齡30～72歲，平均（45.3±12.2）歲；其中，壓縮性骨折累及1個椎體23例，2個椎體10例，3個椎體7例；外傷性骨折27例，骨質疏松性骨折13例。對照組男22例，女18例；年齡30～71歲，平均（46.4±10.1）歲；其中，骨折累及1個椎體25例，2個椎體8例，3個椎體7例；外傷性骨折23例，骨質疏松性骨折17例。兩組患者的性別、年齡、骨折類型等一般資料比較，差異無統計學意義（P＞0.05），具有可比性。本研究已經過本院醫學倫理委員會批準。

納入標準：（1）影像學確診為椎體壓縮性骨折者；（2）受傷時間在1周內者；（3）無神經損傷者；（4）符合手術指征，且患者及家屬均簽署知情同意書。

排除標準：（1）存在嚴重心血管疾病、感染、慢性阻塞性肺疾病等基礎病者；（2）爆裂性骨折或不穩定性骨折者；（3）存在脊髓神經損傷者；（4）腫瘤性脊柱骨折者；（5）因存在手術禁忌證而無法進行手術治療者。

1.2 數字化設計的3D模型與打印

觀察組患者在放射科做CT檢查的掃描文件以DICOM格式保存，并導入mimics 20.0軟件構建3D模型。采用3D打印機按1∶1比例打印傷椎的骨折模型，材料為ABS光敏樹脂。此外，根據數字化三維模型，通過電腦模擬傷椎手術修復過程，并以此初步制訂周全的手術方案。

1.3 治療方法

確診病患在術前完善相關檢查，并對傷椎位置做體表標記。手術中患者取俯臥位，并通過放置橫枕于胸骨柄、髂前上棘處，以維持傷椎處于過伸位。手術、麻醉等均由同組醫護人員操作。

對照組運用常規椎體成形術治療，常規進行消毒鋪巾后，沿著椎弓根方向經皮穿刺深入至椎體，在C型臂機透視監視下，緩慢地將骨水泥經穿刺針注入傷椎內，待骨水泥浸潤椎體骨小梁間隙，且與骨皮質邊緣平齊時即可，每個傷椎大約注射4mL骨水泥。待骨水泥硬化以及患者生命體征無異常后，可將穿刺針拔出，結束手術。在骨水泥注入治療過程中，若患者出現異常滲漏或者出現異常的生命體征時，應立即停止操作，并進一步調整手術方案。

觀察組在上述手術治療方案的基礎上，通過構建損傷錐體的3D模型，并通過數字化測量，提前確定骨性穿刺進針點、外展角度、頭傾角度以及穿刺深度等一系列參數。病灶實際情況可以通過3D打印傷椎模型評估，進一步明確病灶的空間范圍，在模型上探討個性化手術方案，最后再依據術前設計的個性化方案，進行穿刺和灌注骨水泥。

所有患者于手術結束后常規制動以及平臥6h，并在嚴密保護下鼓勵患者于術后24h進行離床活動，以促進患者盡早康復。此外，還應在術后根據患者個體情況及時給予抗感染、康復理療等治療。

1.4 觀察指標及評價標準

在手術前、術后1個月以及術后3個月時分別進行疼痛視覺模擬評分法評分（VAS評分，為臨床公認的疼痛評定量表）、功能障礙指數評分（ODI評分，常用的高準確性椎體功能障礙評價量表）、圍術期相關指標（手術時間和透視次數），同時詳細記錄術后相關不良事件發生情況，主要包括骨水泥滲漏、神經根損傷發生情況。

1.5 統計學分析

采用SPSS19.0統計學軟件進行數據分析，計量資料以（）表示，組間比較采用t檢驗，計數資料以[n（%）]表示，組間比較采用χ2檢驗，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組患者圍術期指標比較

本課題成功對80例脊柱壓縮性骨折患者實施單側入路PVP椎體成形術的治療。觀察組患者的手術時間短于對照組，透視次數少于對照組，差異均有統計學意義（P＜0.05），見表1。

2.2 兩組患者并發癥發生情況比較

觀察組患者的骨水泥滲漏發生率低于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05）；但兩組患者的神經根損傷發生率比較，差異無統計學意義（P＞0.05），見表2。

表1 兩組患者圍術期指標比較（±s）

表1 兩組患者圍術期指標比較（±s）

組別 n 手術時間（min） 透視次數（次）觀察組 40 14.74±5.79 9.89±3.49對照組 40 28.24±8.62 19.82±4.91 t 7.530 12.120 P 0.015 0.012

表2 兩組患者并發癥發生情況比較[個（%）]

2.3 兩組患者手術前后ODI評分比較

觀察組患者術前、術后3d及3個月的ODI評分與對照組比較，差異均無統計學意義（P＞0.05），見表3。

表3 兩組患者手術前后ODI評分比較（±s，分）

表3 兩組患者手術前后ODI評分比較（±s，分）

組別 n 術前 術后3d 術后3個月觀察組 40 42.13±2.23 17.52±3.42 12.17±1.83對照組 40 43.05±2.17 17.87±4.18 12.04±0.89 t 1.870 0.410 0.404 P 0.065 0.683 0.688

2.4 兩組患者手術前后VAS評分比較

觀察組患者術前、術后3d及3個月的VAS評分與對照組比較，差異均無統計學意義（P＞0.05），見表4。

表4 兩組患者手術前后VAS評分比較（±s，分）

表4 兩組患者手術前后VAS評分比較（±s，分）

組別 n 術前 術后3d 術后3個月觀察組 40 8.87±1.85 4.22±0.71 3.22±0.46對照組 40 8.91±1.75 4.12±0.56 3.17±0.42 t 0.099 0.699 0.508 P 0.921 0.486 0.618

3 討論

椎體壓縮性骨折常見于外傷、老年人骨質密度下降后自發性引起等。椎體壓縮性骨折可對人體脊柱的力學性能、生理功能造成嚴重損害，如脊柱畸形、腰背頑固性疼痛、影響胃腸功能等，不僅嚴重影響患者的生活質量，而且還增加了老年患者的死亡風險[6-12]。保守治療曾是治療脊柱壓縮性骨折的主要措施，但其存在許多實際性的局限，目前已經鮮有應用?，F今隨著醫療技術水平的不斷提高，椎體壓縮性骨折主要采用PVP治療，該手術方法是通過穿刺針將骨水泥注入傷椎，進而可以有效減輕局部疼痛、恢復椎體形狀、穩定脊柱力學性能，并能促進患者疾病盡早康復、改善其生活質量、降低并發癥發生率，從而降低醫療費用等[13-15]。

相比較其他部位的骨折，脊柱椎體骨折會直接導致脊柱功能異常，還會誘發心、肺功能功能損害[16]。同時，椎體解剖結構比較特殊，為使骨水泥在椎體內達到均勻分布的目的，傳統治療多采用雙側PVP手術方式，但其具有較單側創傷大、手術耗時長等不足，現已逐漸被臨床醫生棄用。然而，單側PVP手術對臨床醫生的穿刺水平提出了更高的要求，首先是需要確當的穿刺外展角度才可以促使骨水泥在椎體內均勻分布，且穿刺角不能過小、也不能過大，否則容易損傷心肺、血管等胸腔內器官組織，或損傷脊髓，因而該方法風險極高[17]。此外，由于不同個體、不同椎體的解剖結構具有一定的差異性，且穿刺角度和方向也有差異，因此如何讓該手術精準化與個性化是目前臨床亟待解決的重要問題。

3D打印技術已在骨科領域發揮著重要的診療價值。本課題擬將CT掃描影像學資料與骨科數字軟件相結合，建立損傷椎體的3D數字模型，進而在術前進行評估，以全面了解其骨折類型、骨質破損程度和范圍，以及椎體的解剖特點等，并通過數字化測量技術確定手術各項操作參數，最終達到制訂合適手術方案的目的[4-5]。此外，術前還可以采用3D打印等比例傷椎模型做預手術操練，模擬術中進針方向和角度，積累術前實踐經驗，進而縮短手術時間、減輕醫源性傷害，促進患者早日康復。本研究成功對80例脊柱壓縮性骨折患者實施單側入路PVP的治療，其中，觀察組給予數字化設計結合3D打印技術聯合PVP治療，對照組僅給予PVP治療，從疼痛與功能兩項指標進行比較，前者未能明顯提高療效。然而，與對照組比較，觀察組仍具有非常重要的優勢，在本課題的試驗數據分析中發現，觀察組患者的治療方案具有手術時間短、透視次數少、骨水泥滲漏發生率低等優點。該研究結果與以往類似臨床研究報道相似，如唐向盛等[18]的少樣本臨床分析中發現，從ODI評分和VAS評分兩項指標來看，三維打印技術在中上胸椎壓縮性骨折椎體成形術中不能明顯提高臨床治療效果。張志強等[19]觀察3D數字打印技術在胸椎重度骨質疏松骨折中的臨床價值，結果發現與單純PVP相比，3D打印輔助能夠顯著減少患者的手術時間、透視次數、骨水泥滲漏發生率，并且能提高骨水泥分布，具有很好的安全性。

綜上所述，本研究得出結果比較樂觀，雖然從疼痛、功能兩項指標來看，數字化設計結合3D打印輔助PVP治療不能有效提高手術效果，但其仍具有非常重要的優勢，包括縮短手術時間、減少透視次數、降低骨水泥滲漏發生率，具有很好的安全性，值得在基層醫院臨床治療中推廣運用。