3D打印定向導板聯合低劑量氨甲環酸治療脊柱畸形

伍濤 顏學亮 曹奇 唐國軍 陳亮元

南華大學附屬第二醫院脊柱外科（湖南衡陽421000）

脊柱畸形是指人體脊柱的軸向位、矢狀位或者冠狀位發生偏離，形態上發生異常［1］。隨病情進展出現脊柱失衡，引發脊髓、神經壓迫癥狀，嚴重者致患者心肺功能衰竭危及生命［1-2］。當前主要依賴于X 線、CT 及MRI 等資料，制定手術方案。傳統的影像學資料，無法系統闡釋骨科疾病的三維解剖和病理機制［3］，在反映脊柱畸形的病理生理仍缺乏直觀性。

3D 打印技術，以數字文件為基礎，逐層疊加塑料或金屬粉末等特殊材料，制作實物模型［4］。通過3D 打印機制作脊柱模型，可使術者明確脊柱畸形的特點。并根據特定的影像學資料及定向導板制定手術方案，以降低手術風險［5-6］。研究稱3D 打印定向導板可提高椎弓根置釘的安全性及準確率，大幅度減少手術并發癥［7-9］。3D 定制截骨工具可以明確截骨范圍，提高手術的安全性及精準性［10-11］。

脊柱截骨矯形術包括內固定植入、截骨矯形、脊柱去旋轉及加壓等操作。術中常伴隨大量出血，常要術中、術后輸血［8］。術中靜滴氨甲環酸（tranexamic acid，TXA）有助于減少手術失血以及輸血，但業內TXA 的最佳靜脈給藥方案尚不清楚。研究證實低劑量方案并不增加血栓栓塞及癲癇發作的幾率［12］。回顧文獻發現，目前暫無3D 打印定向導板技術聯合低劑量TXA 治療脊柱畸形的相關報道。本研究基于脊柱畸形特殊的病理結構，采取3D 打印定向導板技術為該病患者定制設置個性化、精準化的手術方案，聯合使用低劑量TXA 降低手術出血量及輸血風險，療效滿意，報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料選取2014年5月至2017年5月我科收治的113 例脊柱畸形患者為研究對象，男68 例，女45例，年齡18 ～59歲，平均（32.32±6.81）歲。以隨機數字表法隨機分為對照組和觀察組，觀察組56 例，采取3D 打印定向導板技術聯合低劑量氨甲環酸治療，對照組57 例，采取常規手術治療。本研究經本院倫理委員會審理批準。兩組患者一般臨床資料差異無統計學意義（P＞0.05），具有可比性，見表1。

表1 兩組患者一般資料對比分析Tab.1 Patients with comparative analysis of general information in two groups ±s>

表1 兩組患者一般資料對比分析Tab.1 Patients with comparative analysis of general information in two groups ±s>

組別觀察組對照組t/χ2值P 值例數56 57男/女33/23 35/22 0.112 0.681年齡（歲）32.67±7.02 32.06±5.92 0.096 0.775體質量（kg/m2）23.62±2.26 22.83±2.42 0.246 0.597病程（月）8.72±2.66 8.96±2.85 0.034 0.934病因（例）陳舊結核性7 7 0.103 0.344陳舊創傷性16 18先天性33 32病椎分布（例）單純胸段6 6 0.101 0.351下腰21 22胸腰29 29

1.2 樣本納入排除標準納入標準：有明確的神經癥狀或體征；經X 線及CT 檢查明確胸、腰椎Cobb 角＞50°為脊柱畸形患者；無精神病者；患者未患有心肝腎衰竭、凝血功能障礙重大內科等疾病；同意參加本次研究；入本院之前未進行其他治療；無過敏體質者。

排除標準：患者診斷、治療等病歷資料不全者；影像學表現不典型者；患有嚴重心肺等其他疾病的患者；無法參與研究的；中途退出研究的；孕婦或哺乳期婦女；有手術禁忌者。

1.3 研究方法

1.3.1 觀察組觀察組采用3D 打印定向截骨導板技術治療。使用128 排螺旋CT 機（Philips Brilliance 256 荷蘭）對患者脊柱全程掃描，以預設參數采集掃描圖像。將采集圖像導入Materialise 公司研發的Mimics 20.0 軟件，構建畸形脊柱的三維圖形，并確定螺釘相關參數。將構建三維圖形以STL 格式，導入DP002 光固化3D 打印機（創想三維科技深圳），使用熔融沉積技術打印手術定向導板。患者取俯臥位，全麻插管，消毒鋪單。常規顯露術野，按照預設手術方案，以3D 打印模型為參考，置入椎弓根螺釘。再行楔形截骨術，矯正畸形后切口內留置引流管，逐層縫合切口。觀察組患者術前30 min，以劑量為50 mg/kg 的TXA 于30 min 內靜脈滴注完畢。然后以5 mg/（kg·h）的速度輸注直至皮膚閉合。

1.3.2 對照組對照組采取常規手術治療。術前行X 線、CT 檢查，醫師根據影像學數據對脊柱畸形進行評估和測量。確定截骨矯形方案，具體手術方法與觀察組一致。但缺少3D 打印模型參考、截骨方案設計以及術前模擬固定等，主要是由術者根據術中具體情況判定。對照組患者術前30 min，以劑量為100 mg/kg 靜脈滴注TXA，并于30 min 內滴注完畢。術中以10 mg/（kg·h）靜脈維持直至關閉傷口。觀察組及對照組均由同一高年資主任醫師主刀完成手術。

1.4 觀察指標觀察記錄患者的姓名、年齡、身高、體質量、病程、性別等基本信息，記錄患者手術時間、術中出血量、引流管保留時間、住院天數、并發癥發生情況和引流量。術后2 個月、1年進行隨訪，記錄患者脊柱可負重活動時間、不良事件、末次隨訪患者基本情況。采取視覺模擬評分（visual analogue scale，VAS）、Oswestry 功能障礙指數（oswestry disability index，ODI）評估患者疼痛強度及腰椎功能障礙。使用ASIA 神經損害評級標準評定患者手術前后神經損害情況。記錄患者影像學結果，X 線檢查測量Cobb 角，Cobb 角矯正率=（手術之前患者Cobb 角-隨訪1年患者Cobb 角）/手術之前患者Cobb 角×100%。CT 測量螺釘偏差距離，評估螺釘置入結果，分為4 級。由優到差分別為：A 級：椎弓根內；B 級：偏差距離≤2 mm；C 級：偏差距離2 ～4 mm；D 級：偏差距離≥4 mm，并計算成功率。

1.5 統計學方法采用SPSS 21.0 統計軟件對采集到的數據資料作統計學分析，計量資料（>）表示，單因素方差和t檢驗，不同時間數據采用重復測量方差檢驗，計數資料χ2檢驗，等級資料采用秩合檢驗，均以P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組患者圍術期情況對比分析觀察組患者手術時間、出血量、引流量、術后住院時間和引流管保留時間均短于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05），見表2。

表2 兩組患者圍術期情況對比分析Tab.2 Contrastive analysis of perioperative conditions of two groups of patients ±s>

表2 兩組患者圍術期情況對比分析Tab.2 Contrastive analysis of perioperative conditions of two groups of patients ±s>

組別觀察組對照組t 值P 值例數56 57手術時間（min）195.67±62.54 299.96±66.97 5.253 0.013出血量（mL）304.21±54.72 688.66±69.50 6.995 0.003引流量（mL）286.06±46.61 580.42±40.21 6.001 0.006術后住院時間（d）12.01±2.31 15.99±3.02 3.587 0.026引流管保留時間（h）23.11±2.06 48.29±3.17 3.142 0.022

2.2 兩組患者隨訪結果分析隨訪中兩組患者均無螺釘穿破骨皮質、斷裂、松動等情況。術后1年隨訪，觀察組患者均無明顯不適。其中50 例彎腰活動良好，6 例患者彎腰活動輕度受限；4 例完全生活自理，24 例可從事較輕體力勞動，28 例可從事重體力勞動。對照組49 例彎腰活動良好，8 例患者彎腰活動輕度受限；9 例完全生活自理，28 例可從事較輕體力勞動，20 例可從事重體力勞動。

兩組患者VAS 評分和ODI 指數均下降，不同時間點相比差異有統計學意義（P＜0.05），但同一時間點，兩組患者VAS 評分和ODI 指數無明顯差異（P＞0.05），見表3。術前兩組患者ASIA 評分無明顯差異。末次隨訪兩組患者均明顯改善，差異無統計學意義（P＞0.05），見表4。

2.3 兩組患者影像學結果對比分析術后CT 顯示觀察組椎弓釘置入評定均為A，優良率100%，對照組椎弓釘置入評定為A 患者48 例，優良率為84.21%，差異有統計學意義（χ2=4.031，P=0.022）。兩組患者術后Cobb 角均小于術前，差異有統計學意義（P＜0.05），術前兩組之間Cobb 角差異無統計學意義（P＞0.05），術后2 個月、術后1年，觀察組Cobb 角均小于對照組，觀察組術后1年矯正率明顯高于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05），見表5。

表3 兩組患者不同時間點VAS 評分和ODI 指數結果分析（分）Tab.3 Visual analogue score and Oswestry dysfunction index at different time points in two groups ±s>

表3 兩組患者不同時間點VAS 評分和ODI 指數結果分析（分）Tab.3 Visual analogue score and Oswestry dysfunction index at different time points in two groups ±s>

組別VAS 評分術前術后2 個月術后1年F 值P 值ODI 指數術前術后2 個月術后1年F 值P 值對照組（n=57）8.72±3.51 2.33±1.22 1.95±1.01 8.951 0.004 57.94±13.11 30.65±12.24 28.86±12.13 9.012 0.003觀察組（n=56）8.63±3.09 2.22±1.06 1.80±1.03 9.908 0.002 58.62±14.25 30.01±10.67 27.08±10.62 8.893 0.005 t 值0.091 0.539 0.381 0.152 0.374 0.291 P 值0.634 0.420 0.227 0.325 0.224 0.288

2.4 兩組患者并發癥發生情況分析觀察組并發癥發生率為0，明顯低于對照組12.28%，差異有統計學意義（P＜0.05），見表6。

表4 兩組患者手術前后ASIA 神經損害得分比較（分）Tab.4 Comparison of ASIA neurological damage scores before and after surgery in two groups

表5 兩組患者不同時間點Cobb 角測量結果與改善情況對比分析Tab.5 Comparison and analysis of Cobb angle measurement and improvement in two groups at different time points

表6 兩組患者并發癥發生情況分析Tab.6 Analysis of complications in two groups 例（%）

2.5 3D 打印定向截骨導板技術治療脊柱畸形過程圖該患者為男性，年齡18 歲，先天性脊柱畸形，治療過程見圖1。

2.6 3D 打印定向截骨導板技術治療脊柱畸形患者圖該患者為女性，年齡20 歲，先天性脊柱畸形，治療過程見圖2。

圖1 3D 打印定向截骨導板技術治療脊柱畸形患者圖Fig.1 3D printed directional osteotomy guide technology for the treatment of patients with spinal deformity

3 討論

圖2 3D 打印定向截骨導板技術治療脊柱畸形患者圖Fig.2 3D printed directional osteotomy guide technology for the treatment of patients with spinal deformity

脊柱矯形手術治療目的是矯正脊柱畸形，恢復矢狀位平衡，最終植骨融合，改善神經功能［8，13］。但脊柱畸形手術創傷大、手術范圍寬，術中易損傷脊髓、神經，導致嚴重的神經功能障礙［14］。數據顯示脊柱畸形術后神經功能障礙發生率達6.2%［15］，30%的患者遺留嚴重或永久性的手術并發癥［16］。隨著3D 打印技術的引入，實現了創建病理解剖實物模型的可能性。該模型1∶1 比例還原病變部位，使外科醫生能夠在術前觀察術區的病理學改變和模擬潛在的陷阱，進而完善了術前計劃、減低手術風險［17］，是當前3D打印技術在脊柱外科最常見的應用［18］。該技術的出現從根本上改變了傳統手術模式，使精準化和個體化治療成為現實［1，8-10］。3D 打印的立體模型可以使醫護人員全方位多角度觀察患者病變部位，更直觀和深刻地理解脊柱截骨矯形手術［19］。對于脊柱畸形嚴重的患者，可根據情況設計為多節段截骨方案。運用三維模型及定向導板，反復試驗截骨和固定。既能確定截骨的數量、部位，又可以多次調整內固定的位置，最終選擇最佳進針點，明確螺釘相關參數。

脊柱截骨矯形術廣泛剝離軟組織，長節段固定，大面積椎體截骨，減壓時傷及硬膜外血管，均可導致術中嚴重失血。臨床上采用了多種策略，以最大程度地減少與失血相關的并發癥。包括暴露期間的降壓麻醉，血液稀釋，自體血回收系統和藥物治療等［20］。術中使用TXA 減少出血量，是脊柱外科常用而經濟實惠的方式。研究證實纖維蛋白溶解為脊柱后路手術出血機制之一［21］。氨甲環酸是一種合成的賴氨酸衍生物，能抑制纖溶酶原的激活，直接阻斷纖維蛋白溶解途徑。多個文獻中報道了各種TXA 給藥方案，但尚無確定的指南［20］。本研究觀察組術中使用低劑量TXA，經對比發現觀察組出血量及引流量均小于對照組。筆者分析認為經3D 打印定向導板技術實現術中準確地置釘和截骨，縮短了手術流程、減少手術時間，降低了出血量。研究稱高劑量TXA 心肌梗死及血栓栓塞的發生率比低劑量TXA 更高［22］。故本研究觀察組以50 mg/kg 為首次負荷劑量，之后以5 mg/（kg·h）維持，證實低劑量使用TXA 亦能有效抑制纖維蛋白溶解，達到有效止血的目的，所得實驗結果與既往研究基本一致［20］。本研究并未設置TXA 使用與否的對照試驗及統計兩組患者術中輸血情況或為本研究的缺陷之一。

本研究觀察組圍手術期指標優于對照組。兩組患者VAS 評分和Oswestry 指數均下降，不同時間點相比差異有統計學意義，這與既往的研究結果基本一致［1，9，22-23］。觀察組椎弓釘置入評定均為A，優良率100%，對照組則為84.21%，差異有統計學意義。術后2 個月、術后1年，觀察組Cobb 角均小于對照組，觀察組手術之后1年矯正率明顯高于對照組，這和其他研究結果基本一致［1，9，23-25］。本研究術中并未使用導航系統，僅用3D 定向導板實施椎弓根置釘，術后置釘優良率與導航引導下置釘優良率基本一致［26］。并且3D 定向導板技術沒有復雜的導航校準過程，及因患者的位置變化引起的圖像漂移等缺點，從而減少了術中透視次數及輻射暴露。利用3D 定向導板模擬手術，是脊柱畸形患者手術計劃和徒手置釘的有效工具［27］。該技術可精確地對合骨面，提高融合率，置釘位置明晰，給臨床醫師提供術前演習的機會；還能幫助臨床醫生更好地理解復雜脊柱畸形的病理解剖，使徒手置釘更安全。

本次研究樣本量有限，隨訪時間短，遠期療效需進一步擴大樣本評估；我院3D 打印設備暫不能制作生物仿真模型，無法直觀顯示椎體鄰近軟組織及血管、神經等微觀情況；3D 打印基于患者X線、CT 等影像學數據制作模型及導板，在打印設備精確度、患者自身條件的影響下，模擬效果與術中操作有些許差異。

綜上所述，3D 打印定向導板技術聯合低劑量TXA 可明顯縮短脊柱畸形患者手術時間，減少手術出血量，提高置釘準確性和矯正率，降低并發癥率，取得了令人滿意的臨床療效，具有良好的應用前景。