3D打印人工椎體在脊柱腫瘤全椎體切除術中的療效評價

孫越，王海瑞，劉艷成，張凈宇，李爽，胡永成△

脊柱腫瘤是指生長于脊髓或脊髓鄰近組織（包括脊髓實質、脊髓外鞘囊內或鞘囊外等）的原發或繼發性腫瘤［1］。原發性脊柱腫瘤是中樞神經系統的罕見腫瘤，占中樞神經系統腫瘤的2%～4%［2］。臨床中常見的脊柱腫瘤多由乳腺癌、腎癌、前列腺癌等轉移而來，為繼發性腫瘤。目前，治療脊柱腫瘤或緩解其癥狀的首選方法是脊柱腫瘤全椎切除術［3］。然而，該手術易對患者脊柱、椎體造成損傷，影響脊柱的穩定性［4］。因此，脊柱腫瘤全椎切除術后需進行脊柱重建，以保證脊柱恢復效果良好，降低術后復發率，改善預后。3D打印技術是一種新興的以數學模型為基礎，應用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，以逐層累積的方式構造物體的技術［5］。3D打印的人工椎體與術中切除病灶的契合度較高，且可重建脊柱的生理曲度以及穩定性，對于脊柱腫瘤術后重建具有十分重要的意義［6］。目前，關于3D打印人工椎體在脊柱腫瘤全椎切除術中的應用研究較少且不深入。本研究探討3D打印人工椎體用于脊柱腫瘤全椎切除術后脊柱重建的可行性及臨床效果。

1 對象與方法

1.1 研究對象 選取2020年1月—2021年3月于內蒙古醫科大學附屬人民醫院就診的脊柱腫瘤并行全椎切除術患者11例，其中男5例，女6例，年齡17～70歲，平均（43.50±8.45）歲，病程3～14個月，平均（8.50±2.11）個月。脊柱腫瘤診斷符合《脊柱腫瘤的診斷和外科治療》中的診斷標準［7］。納入標準：確診為椎體原發惡性腫瘤或惡性轉移性腫瘤患者；臨床表現為持續性、無法緩解的疼痛，且隨著病程的延長疼痛癥狀加重。排除標準：合并嚴重骨質疏松癥；具有凝血障礙和免疫系統疾病；無法耐受手術者；具有精神類疾病；生命體征不穩定；依從性不佳。本研究經醫院倫理委員會批準，患者知情同意并簽署知情同意書。

1.2 3D打印人工椎體 3D打印人工椎體由北京愛康宜誠醫療器械有限公司設計并制造。根據患者擬切除椎體的部位分為3D打印人工胸椎椎體和3D打印人工腰椎椎體。椎體采用圓柱體設計，腰椎人工椎體面積24 mm×18 mm，胸椎人工椎體面積21 mm×15 mm。3D打印人工椎體胸椎單節段高度為25～35 mm，雙節段高度為40～55 mm；腰椎單節段高度為40～50 mm；根據術前CT測量病椎高度進行設計，并以此高度及±2 mm制作3個人工椎體以備術中使用。

1.3 手術方法 患者取俯臥位，常規消毒、鋪巾。按標記切開皮膚、皮下組織及深筋膜，顯露病變節段椎板和上、下需要固定的關節突。分別于病椎的上、下椎體植入椎弓根螺釘。切斷肋骨并沿病椎雙側橫突向外剝離，將雙側肋骨頭切除3～4 cm，切斷雙側肋間神經根。對椎板切除減壓，切除病椎椎弓根及上、下關節突關節。用雙手沿病椎側方鈍性向椎體前方游離大血管，直至雙手在椎體前交匯，將紗布從椎體前方繞過，對病椎上、下椎間盤進行鈍性分離。安裝一側臨時棒，使用“S”型拉鉤放置于椎體前方與血管之間進行保護，使用骨鑿由后向前將病椎上、下椎間盤進行截斷，保護好脊髓后，將椎體從一側轉出。選擇合適大小的3D打印人工椎體植入重建。

1.4 結果觀察（1）手術一般情況，記錄患者手術時間、術中出血量、住院時間；觀察內固定穩定程度，患者術后均行X線檢查，術后6個月和末次隨訪時行X線檢查評價內固定穩定程度；若椎弓根釘周圍無吸收帶、無位置移動和斷裂，假體無脫位，均視為內固定穩定。（2）疼痛評分。分別于術前、術后24 h、術后6個月及末次隨訪采用視覺模擬評分（VAS）對疼痛程度進行評估，評分0～10分，分數越高，疼痛程度越重［8］。（3）脊柱功能評估。分別于術前、術后24 h、術后6個月及末次隨訪時采用日本骨科協會評估治療分數（JOA）評估脊柱功能，分值0～29分，分值越高，脊柱功能越強。（4）神經功能評估。采用Frankel分級法評估術前及末次隨訪脊髓損傷情況。A級：損傷平面下方所有感覺均消失；B級：損傷平面下方感覺消失，但部分骶區仍有感覺；C級：損傷平面以下部分肌肉功能存在，但對患者活動無作用；D級：損傷平面以下肌肉功能不完整，可扶拐行走；E級：感覺及肌肉功能完好，有病理刺激反應。（5）并發癥。觀察術中和術后隨訪期間并發癥的發生情況。

1.5 統計學方法 采用SPSS 19.0軟件進行數據分析。符合正態分布的計量資料采用±s表示，多組間比較采用重復測量資料的方差分析，組間多重比較采用LSD-t法，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 手術一般情況 患者手術時間277.02～363.40 min，平 均（320.21±43.21）min；出 血 量1252.70～1455.86 mL，平均（1354.28±101.54）mL；住院時間11.97～32.45 d，平均（22.21±10.24）d。內固定穩定程度：11例患者中3例僅發生椎體破壞，各使用12枚椎弓根螺釘固定；余8例為全椎體受累，各用8枚椎弓根螺釘固定。前方病椎切除術后，患者均使用3D打印多孔人工椎體進行重建。術后X線片和CT顯示，3D打印人工椎體和椎弓根螺釘位置滿意。隨訪時間8～15個月，平均11個月，隨訪期間患者均未出現椎弓根螺釘位置移動和斷裂，假體無脫位。典型患者，見圖1。

2.2 VAS、JOA評分 術前、術后24 h及術后6個月的VAS評分呈依次降低趨勢（P＜0.01），但末次隨訪VAS評分與術后6個月比較差異無統計學意義；除術前與術后24 h JOA評分差異無統計學意義外，其余各時點JOA評分呈依次升高趨勢（P＜0.01），見表1。

2.3 神經功能恢復情況 術前Frankel分級A級、B級、C級、D級、E級的患者數分別為1、3、3、3、1；末次隨訪時A級、B級、C級、D級、E級的患者數分別為0、0、1、5、5例；6例有1個等級改善，3例有2個等級改善，1例有3個等級改善，1例患者術前為E級，末次隨訪時無變化。

Fig.1 X-ray,CT and MRI images of the vertebral body in a patient with typical giant cell tumor of bone圖1 典型骨巨細胞瘤患者椎體X線、CT及MRI影像

Tab.1 VAS scores and JOA scores of patients before and after operation表1 患者術前及術后VAS評分、JOA評分情況（n=11，分，±s）

Tab.1 VAS scores and JOA scores of patients before and after operation表1 患者術前及術后VAS評分、JOA評分情況（n=11，分，±s）

**P＜0.01；a與術前比較，b與術后24 h比較，c與術后6個月比較

時間術前術后24 h術后6個月末次隨訪F VAS 6.18±1.335.00±1.10a 3.36±0.92ab 2.63±1.03ab 23.103**JOA 9.18±2.4010.90±2.6617.81±3.22ab 21.55±2.87abc 47.179**

2.4 并發癥 11例患者術中有2例出現胸膜破裂，均進行術中縫合修補，未行胸腔閉式引流。1例腎癌L4椎體轉移患者術后右側下肢脛前肌肌力由術前4級下降至3級，考慮為術中神經過度牽拉所致，及時給予靜脈神經營養及脫水藥物治療，術后1.5個月恢復至4級；余10例患者術后無神經損傷等嚴重并發癥的發生。1例骨巨細胞瘤患者術后3個月復發，轉他院治療；1例脊柱繼發甲狀腺癌患者術后9個月死亡。

3 討論

目前，脊柱腫瘤切除術逐漸成為治療脊柱腫瘤的首選方法之一，此手術要求快速、精確地切除腫瘤，且確保不傷及血管、脊髓等，否則將直接影響患者的長期預后［9］。另外，脊柱腫瘤成功切除后，患者往往存在骨質流失和脊柱結構不穩定的問題［10］。因此，術后需對患者進行有效的脊柱重建，以維持其正常的穩定性，改善預后。脊柱重建在脊柱外科中是一個具有挑戰性的課題。術后重建的目標是恢復前柱的承載能力，填補流失的骨質，矯正由疾病引起的畸形。

人工椎體與宿主骨整合的能力是長期保持重建成功的關鍵因素。目前可應用于脊髓重建的材料有骨移植物、網狀籠、碳纖維可堆疊籠或可擴展籠等，但這些材料各有其局限性［11-12］。現代科技的發展使3D打印技術逐漸完善，且不斷被應用于骨骼支撐或缺損組織替代物［13］。張亞等［14］研究顯示，3D打印技術輔助脊柱腫瘤手術治療可縮短手術時間和住院時間，減少術中出血量。本研究中11例患者手術時間、住院時間及術中出血量均在臨床可接受范圍，且較張亞等［14］研究中的效果更理想，患者均未出現椎弓根螺釘位置移動和斷裂，假體無脫位；術后隨訪期間僅1例骨巨細胞瘤患者術后復發，1例脊柱繼發甲狀腺癌患者死亡。有研究表明，3D打印人工椎體重建技術有助于醫師根據患者腫瘤與附近神經、血管的實際情況制定針對性的手術方案，在保證完整、精準地切除腫瘤的同時，能更好地減少神經及血管損傷［15］。本研究結果也提示，3D打印人工椎體用于脊柱腫瘤全椎切除術后重建，短期效果顯著，安全性較高。

目前，VAS評分廣泛用于評估患者疼痛改善情況［16-17］。JOA評分是用于評價人體功能性障礙的量表，是評估患者脊髓功能的標準工具［18］。本研究中，患者術前、術后24 h及術后6個月的VAS評分呈依次降低趨勢，末次隨訪VAS評分與術后6個月比較差異無統計學意義，表明應用3D打印人工椎體進行脊髓重建后患者疼痛情況逐漸好轉，6個月內基本可以改善患者癥狀，有利于患者早期康復。另外，JOA評分呈依次升高趨勢，但術前與術后24 h的JOA評分差異無統計學意義，提示患者在術后24 h開始脊髓功能逐漸恢復，考慮可能與患者術后麻醉恢復期或術后疼痛造成的一過性的功能障礙有關。

Frankel脊髓損傷分級是神經外科常用評分系統。本研究11例患者中有9例術前Frankel分級集中在B～D級，表明多數患者在神經功能損壞早期即接受了手術治療。術后Frankel分級的變化再次證實3D打印人工椎體可顯著改善脊髓損傷，促進神經功能恢復。

綜上所述，脊柱腫瘤全椎切除術后應用3D打印人工椎體重建，穩定性高，并發癥少，安全性較高，預后良好，有望于臨床普及應用。