3D打印技術結合椎弓根螺釘治療老年胸腰段脊柱骨折的臨床效果

羅安玉 李景峰 劉瀚霖 謝小飛 黃琛 張軍

(1武漢科技大學附屬漢陽醫院骨二科，湖北 武漢 430050；2武漢大學中南醫院骨科)

胸腰段脊柱骨折若未能及時接受有效治療，會增加患者致殘率及病死率〔1,2〕。椎弓根螺釘內固定術是目前臨床中治療胸腰段脊柱骨折的常用方法，具有穩定骨塊及完成解剖結構復位的重要作用〔3〕。但常規的椎弓根螺釘內固定易導致固定螺釘發生偏差，易誘發神經損傷、腦脊液漏及固定失敗等不良情況，尤其以老年患者最為凸顯，主要因老年患者機體各項功能下降，術后恢復能力較差，嚴重影響老年患者的預后〔4,5〕。因此，在椎弓根螺釘內固定術基礎上給予有效的輔助治療方案尤為重要。3D打印技術主要借助影像學數據，提前了解脊椎損傷情況，通過精準計算打印出個體化、精準化手術輔助固定釘，通過脊柱進行特異性嵌合，以達到輔助治療目的，減少術后并發癥，且3D打印技術準確性及安全性較高〔6,7〕。近年來，針對3D打印技術結合椎弓根螺釘治療老年胸腰段脊柱骨折應用相關研究較少。本研究擬進一步分析3D打印技術結合椎弓根螺釘治療老年胸腰段脊柱骨折的臨床效果。

1 資料與方法

1.1一般資料 回顧性分析2018年4月至2019年10月武漢科技大學附屬漢陽醫院收治的老年胸腰段脊柱骨折患者(102例的臨床資料，行椎弓根螺釘內固定術患者51例為對照組，行3D打印技術結合椎弓根螺釘內固定術患者51例為觀察組。對照組男31例，女20例；年齡60～78歲，平均(68.64±7.36)歲；受傷至手術時間2～7 d，平均(3.89±2.67)d；骨折部位：T11 10例、T12 13例、T1 8例、T2 9例、T3 11例；致傷原因：車禍傷13例，摔傷11例，重物砸傷14例，高處墜落傷13例。觀察組男33例，女18例；年齡60～79歲，平均(69.34±7.41)歲；受傷至手術時間2～6 d，平均(3.91±2.71)d；骨折部位：T11 12例、T12 12例、T1 9例、T2 10例、T3 8例；致傷原因：車禍傷15例，摔傷11例，重物砸傷14例，高處墜落傷11例。兩組一般資料比較差異無統計學意義(P>0.05)，具有可比性。

1.2納入條件 ①經X線、CT及磁共振成像(MRI)等影像學診斷確診為單純閉合性胸腰椎骨折；②均為新鮮骨折者；③均符合椎弓根螺釘置釘內定術適應證者；④椎體壓縮超過椎體高度1/3，且Cobb角<15°且無脊髓及神經損傷者；⑤臨床資料完整。

1.3排除條件 ①術前合并嚴重心、肝、腎等臟器功能障礙者；②合并凝血功能障礙者；③手術不耐受者；④合并嚴重腦血管疾病者；⑤合并嚴重骨質疏松者。

1.4手術方法 觀察組實施3D打印技術術前對患者進行高分辨X線及CT掃描檢查，在完成檢查后重建骨窗和軟組織窗，并將掃描數據以Dicom格式進行存儲，并導入Mimics17.0中，并采用閥值分割及區域增長功能，檢測得出胸腰椎三維模型中，最終以STL格式輸出檢測數據。采用Maker Bot Desktop軟件，采集STL文件檢出數據，將胸腰椎情況通過三維模型顯示，適當調整模型空間位置，以將其落在平臺適當位置，層厚設置為0.1 mm，溫度為230℃，增加支撐平臺，生成X3g文件，將其存儲于SD卡中。將獲得SD卡插入3D三維打印機中，應用聚乳酸材料(PLA)，采用熔融沉積制造技術逐層加工1∶1胸腰椎模型(見圖1)。椎弓根螺釘內固定術操作：手術均由本院同一名醫師完成，患者取俯臥位于脊柱手術床，根據患者具體脊柱弧度調節臥位，保持腹部懸空，以減少術中出血量，采用全麻，于后正中位置(脊柱傷椎椎體中心)做一切口，逐層分離皮下肌肉直至脊柱椎體，緩慢分離椎旁組織及神經血管，觀察組按照術前設計好的進釘點和方向置釘，對照組根據上下關節突殘留關節間隙，胸椎則采用Roy-Camille法進釘，腰椎則采用人字嵴頂點法進釘。于傷椎上下固定2～3個椎體，在C型臂X線機確定椎弓根螺釘位置良好，安裝釘尾，以保障傷椎椎體撐開后與螺帽連接。在完成固定后，在C型臂X線機下，觀察以確定傷椎復位良好后，清洗切口，放置引流管，縫合切口。兩組術后均給予抗生素治療，密切監測患者術后引流情況，于48 h后移除引流管，患者在臥床休息4 w后佩戴護具進行下地康復訓練，需佩戴護具3個月，且術后常規X射線，以確定螺釘有無松動及愈合情況，觀察愈合情況良好后即可將腰圍護具去除。

1.5評價指標 (1)手術相關指標：記錄兩組手術時間、術中出血量、術中X線透視次數。(2)傷椎復位情況：CT測量患者術前及術后6個月傷椎前后高度比低于觀察組，矢狀位后凸Cobb角。(3)腰椎功能：采用日本骨科協會評估治療分數(JOA)〔8〕評估患者術前及術后1、3、6個月腰椎功能恢復情況，主要從主觀癥狀、臨床體征、日常活動受限度及膀胱功能4個方面進行評價，總分29分，評分越高腰椎功能越好。(4)并發癥：包括術后感染、出血、腦脊液漏及神經損傷等。

1.6統計學方法 采用SPSS23.0軟件進行t檢驗、χ2檢驗。

圖1 3D打印椎體模型

2 結 果

2.1手術相關指標 與對照組相比，觀察組手術時間、術中出血量、術中X線透視次數低，差異有統計學意義(P<0.05)。見表1。

表1 兩組手術相關指標對比

2.2傷椎復位情況 兩組術前傷椎前后高度比及矢狀位后凸Cobb角比較差異無統計學意義(P>0.05)；術后6個月，對照組傷椎前后高度比低于觀察組及矢狀位后凸Cobb角高于觀察組，差異有統計學意義(P<0.05)。見表2。

表2 兩組術前及6個月傷椎前后高度比及矢狀位后凸Cobb角對比

2.3腰椎功能 兩組術前及術后1個月JOA評分比較差異無統計學意義(P>0.05)；術后3個月、6個月，對照組JOA評分低于觀察組，差異有統計學意義(P<0.05)。見表3。

表3 兩組術前、術后1、3、6個月JOA評分對比分,n=51)

2.4并發癥 對照組術后并發癥發生率略高于觀察組，但差異無統計學意義(P>0.05)。見表4。

表4 兩組并發癥發生率對比〔n(%),n=51〕

3 討 論

椎弓根螺釘置入固定術是脊柱類手術中重要的一項技術工具，通過關節突、人字脊及橫突根等解剖為選擇適宜入釘點，在C型臂X線輔助下確定置入位置后，置入螺釘以固定傷椎，使其恢復正常屈伸、旋轉及側彎活動，達到有效矯正胸腰椎畸形，恢復傷椎的穩定性，最大程度保留胸腰部運動節段的目的〔9，10〕。但在螺釘本身會對患者機體造成一定程度的損傷，且在螺釘置入過程中，若打入位置不對，會導致螺釘擊穿椎體，損傷臟器，增加術后并發癥的發生風險。因此，如何精準確定螺釘置入的位置及角度是臨床研究的熱點問題〔11〕。

3D打印技術是一種新興的快速成型技術，其核心是通過CT及X線等影像檢查技術輔助下，獲得組織臟器結構相關三維數據，并在相關圖像軟件中完成三維模型構建，通過3D打印技術進行分層實體制造，打印精準的1∶1骨骼模型，將骨骼具體情況形象地展示在醫生患者面前，詳細進行術前手術計劃及手術模擬，以保證手術的安全及精準性，繼而減少手術并發癥風險，提高手術的治療效果〔12～14〕。本研究結果表明，與椎弓根螺釘單一治療相比，結合3D打印技術治療，更利于促進老年胸腰段脊柱骨折患者術后腰椎功能恢復。分析其原因可能為3D打印技術為椎弓根螺釘內固定術安全準確的實施提供有效輔助作用，主要原因與以下幾點有關：(1)1∶1打印的腰椎3D模型能夠將腰椎骨折椎體具體形態清晰展示，為術前充分了解手術椎體解剖位及病情的分析提供客觀依據，提高臨床診斷準確率〔15〕。(2)術前可根據3D模型制定個性化手術方案，明確掌握置入螺釘最佳位置，降低手術對組織臟器及神經的損傷，減少術后并發癥發生〔16〕。(3)3D模型為醫生術前精準測量螺釘長度、直徑、方向等提供依據，利于減少術中對腰椎組織的過度分離，繼而降低術中出血量，減少手術對腰椎組織的損傷，利于術后腰椎功能恢復〔17〕。(4)術前經過3D模型觀察得以明確置釘位置，使術中操作更加簡便，無法使用計算機輔助導航系統等設備進行術前模擬，不僅提高了置釘的精準度，且降低術中X線使用頻率，減少X線輻射對機體的損傷〔18〕。(5)3D打印實物模型，利于患者及其家屬更加確切了解自身病情及理解治療方案，利于獲得患者更好的配合。因此，臨床中推薦3D打印技術聯合椎弓根螺釘應用于老年胸腰段脊柱骨折患者臨床治療中，以減少術后對老年患者機體的損傷，促進患者術后脊椎功能的恢復，改善老年患者預后。本研究仍具有一定局限性，如納入研究樣本量較少，且本研究為回顧性分析，獲取相關數據可能與當前數據存在差異，在一定程度上影響研究數據結果的真實性及可信度，日后仍需進一步增加研究樣本，進行前瞻性分析。