三維打印導板在腰椎后路椎弓根螺釘固定中的臨床應用

韋武，楊淵，寧金沛，梁柱德，何恩謀，潘式新，黃巍峰，謝琦

(1.廣西醫科大學附屬埌東醫院，廣西南寧 530000；2.梧州市工人醫院，廣西梧州 543000；3.梧州市紅十字會醫院，廣西梧州 543000)

近年來，椎弓根螺釘固定技術發展迅速，已廣泛應用于腰椎間盤突出癥、腰椎管狹窄癥、腰椎滑脫等多種腰椎疾病[1]。雖然目前多數脊柱外科醫師熟練掌握椎弓根螺釘置入技術，但因椎弓根解剖結構的多樣性和神經根血管損傷、椎弓根損傷等潛在并發癥，精確置釘和減少并發癥仍然是脊柱外科醫師面臨的挑戰[2]。3D打印已經廣泛用于臨床醫學領域，研究顯示，將3D打印制作的脊柱手術導板用于頸、胸椎椎體手術中，術前可以估算螺釘的直徑和長度，并在個性化設計3D打印導板的輔助下進行置釘，可縮短手術時間，提高螺釘置入的準確性，減少并發癥[3-4]。本研究將3D打印技術應用于后路腰椎椎弓根螺釘固定導航模板的制作中，探討其應用價值，現報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2016年9月～2018年11月在本院接受后路腰椎椎弓根螺釘固定術的患者作為研究對象。納入標準：①保守治療無效且有手術指征的腰椎間盤突出證、腰椎管狹窄癥、腰椎滑脫癥等患者；②全身體質較好，無嚴重臟器病變，可耐受手術，積極配合治療；③無明顯骨質疏松；④腰椎無明顯畸形，椎板發育良好；⑤患者對研究知情并簽署知情同意書。排除標準：①合并嚴重心、肝、腎、肺等重要臟器疾病或凝血機制障礙者；②嚴重髖膝關節病變或偏癱、小兒麻痹等疾病導致下肢功能障礙者；③嚴重精神疾病，不能正確理解研究內容者。共納入患者58例，根據治療方法分為傳統組和3D組各29例。傳統組29例，其中男13例，女16例；年齡34～69歲，平均(54.28±10.29)歲；體質量指數18.2～29.3 kg/m2，平均(23.28±3.97)kg/m2；疾病類型：腰椎間盤突出癥15例，腰椎管狹窄癥9例，腰椎滑脫5例。3D組29例，其中男11例，女18例；年齡35～71歲，平均(55.03±11.47)歲；體質量指數17.9～29.0 kg/m2，平均(23.51±3.85)kg/m2；疾病類型：腰椎間盤突出癥14例，腰椎管狹窄癥11例，腰椎滑脫4例。兩組患者性別、年齡、體質量指數、疾病類型等一般資料比較，差異均無統計學意義(P>0.05)，有可比性。

1.2 研究方法

所有患者均接受影像學檢查，如腰椎后前位/側位片、屈伸X線片、腰椎MRI和腰椎CT以明確診斷。3D組采用1 mm層厚腰椎CT三維重建，使用MEDCAD建立手術椎體模型上的虛擬螺旋路徑，使路徑平行于椎弓根的長軸，根據圖像數據重建與椎體相對應的3D椎弓根螺釘導板，在相應椎弓根螺釘導板的幫助下建立椎弓根釘路徑，并用同樣方法處理另一側，使用德國EOS公司的P1003D打印機，打印材料為聚酰PA220。兩組患者均由同一組醫師完成手術，切開腰背部皮膚和筋膜，剝離椎旁肌，充分顯露脊柱后部的棘突、椎板、關節突等骨結構，充分暴露后，將3D打印導板緊貼手術節段腰椎椎板上緣，將克氏針插入導板上的針孔內，獲得放置角度。通過3D打印導板確定插入點，電刀標記，打開椎體切口，先將導板稍微往一側移動，參照克氏針對側方向完成螺釘路徑的準備，然后置入椎弓根螺釘。另一側的椎弓根螺釘以同樣方式插入。通過術中C型臂透視確定放置螺釘的角度、位置和程度。若椎弓根螺釘位置錯誤，則調整螺釘路徑和角度以重復放置螺釘。傳統組則采用傳統X線輔助后路腰椎椎弓根螺釘內固定。

1.3 觀察指標

觀察兩組患者術中出血量、置釘時間、平均X線透視次數、置釘準確性。采用Richter法對置入的準確性進行評價：①優良：螺釘完全位于椎弓根內；②良好：只有螺紋穿過椎弓根峽部皮質(小于螺釘直徑的1/4)，對周圍神經和血管無危害；③不良：螺釘明顯穿透椎弓根峽部皮質(大于螺釘直徑的1/4)，損傷周圍神經血管。

1.4 統計學方法

2 結果

傳統組置入椎弓根螺釘128枚，3D組置入124枚。3D組患者均未出現明顯神經、血管、內臟并發癥；傳統組4例置入準確性不良，其中3例出現神經損傷，差異無統計學意義(P>0.05)。

3D組患者術中出血量、單枚螺釘置入時間和透視次數均顯著少于傳統組，差異均有統計學意義(P<0.05)。見表1。3D組螺釘置入的優良率高于傳統組，但無沒有統計學意義(P>0.05)。見表2。

表1 兩組術中指標相比較

表2 兩組患者螺釘置入準確性相比較[例(%)]

3 討論

隨著數字技術的飛速發展，3D打印技術在脊柱疾病中的應用日益廣泛[5]。在脊柱手術中，通過CT掃描圖像，利用計算機軟件重建目標椎體，設計相應的模板、棘突等骨結構的母體模型，椎體母模打印好后，外科醫師可在直接觀察下進行螺釘置入手術[6]。研究顯示，根據CT掃描圖像建立螺釘定位的個性化導向板，可提高脊柱椎板的內螺紋固定放置精度[7]。Yang等[8]在Lenke Ⅰ型青少年特發性脊柱側凸手術中應用3D打印技術制作椎體模型，結果顯示，3D打印雖然可縮短手術時間、降低術中出血量，但置釘準確性沒有明顯提高。

由于腰椎椎弓根螺釘固定的學習曲線長、手術風險高，部分研究報道了計算機輔助固定的應用。Steinmann等于上世紀90年代在脊柱外科首先采用計算機輔助手術導航系統，提高了椎弓根釘置入的準確性，但計算機輔助手術導航系統價格高、操作系統復雜，操作成本高，不利于在基層醫院推廣應用[9]。Ruatti等[10]采用CT導航，但只能確定切入點，不能確定植入角度。Kraus等[11]通過CT掃描獲取患者數據，并用快速成型技術打印輔助置釘，但導板僅附著在腰椎椎弓根一側，容易移位，尤其是在椎體畸形導致骨標志物丟失時，導板難以準確定位。3D打印技術則具有操作簡便快捷、成本低廉等優點，具有明顯的優勢[12]。本研究3D打印輔助導板系附于腰椎椎弓根兩側，易找到標志物，且接觸面積較大，可同時放置于兩側，螺釘不易移動。本研究結果顯示，3D組平均放置時間、出血量、平均螺釘置入的透視次數均少于傳統組，結果表明，3D打印術中應用方便，可縮短手術時間，減少出血量。與傳統治療組相比較，可減少透視次數，并可間接提高放置的成功率，減少X線暴露。考慮到第二次穿刺會損傷骨結構，第一次穿刺留下的假通道會干擾第二次穿刺，使第二次穿刺困難，降低螺釘的握持，因此，3D打印導板增加穿刺成功率具有較高的臨床價值。

既往腰椎內固定手術中，術者完全依賴于椎板解剖標志的位置，螺釘置入的準確性很大程度上受到術者經驗等主觀因素的影響[13]。3D打印技術將手術從經驗轉變為數字、精確和個性化的方法，有利于縮短脊柱手術和手術風險的學習曲線[14]。3D打印技術在腰椎內固定術中應用的關鍵是導向板的制作，需要以高速薄層CT獲得的骨數據為基礎，盡可能精確地制作出母體模型，與椎體完美匹配，術中根據導向板置入椎弓根螺釘，可降低螺釘路徑偏離和穿透椎板皮質的風險[15]。本研究中，3D組患者螺釘置入準確度高于傳統組，但兩組優良率無明顯差異，其原因可能是對于沒有解剖異常的手術患者，傳統組根據醫師經驗可滿足放置的準確率，因此使用3D打印導板未明顯提高置入準確率。

綜上所述，本研究結果顯示，3D打印導板可縮短手術時間，減少出血量，減少透視次數，但不能顯著提高螺釘置入的準確率。