3D打印技術在上頸椎手術中的應用研究

任厚相 謝大偉(通信作者) 熊飛龍 李江龍 劉繼波

562400興義市人民醫院脊柱外科，貴州興義

轉移性腫瘤在臨床較為常見，且骨為好發部位，在腫瘤骨轉移中，常見脊柱轉移，其概率占50%，而脊柱轉移性腫瘤中10%為頸椎轉移，臨床主要采用外科手術切除治療。但是在手術切除時，無論哪一種轉移性腫瘤，組織來源均較為復雜，位置深，與重要血管毗鄰，神經結構復雜，運用傳統手術方法難以剝離完整的腫瘤，對周圍組織結構損傷較大，基于此臨床采用3D 打印技術。3D 打印技術是計算機飛速發展的產物，近年來該項技術已廣泛應用于醫學領域，其應用能將上頸椎骨骼以模型的形式真實呈現，為醫生提供真實的骨骼結構，使臨床更為直觀地觀察患者的病變情況與嚴重程度，從而準確了解患者的發病原因與機制，并進行分型和診斷，同時根據患者情況進行計劃與模擬手術，為醫生提前練習提供良好機會。房亞峰等[1]指出3D打印技術能使患者的手術時間與手術步驟減少，避免在術中遭受較大的透視輻射，有效提高手術治療安全性。而頸椎腫瘤患者在手術過程中使用3D 打印技術，具有更高的安全性與高效性。術前，臨床醫師可以參照個體化等比例3D 解剖模型給予疾病評估，開展模擬手術。個體化內植物因為契合患者上下椎體，對脊柱融合孔隙結構有利，個體化人工椎體使用持久穩定。本文為了解3D 打印技術在上頸椎手術中的應用效果，選擇上頸椎手術患者20 例作為研究對象，探討3D 打印技術的應用價值，現報告如下。

資料與方法

2018年1月-2020年12月收治上頸椎手術患者20例，根據有無運用3D 打印技術將患者分為對照組與觀察組，各10例。對照組男6例，女4例；年齡40～55 歲，平均年齡(45.28±1.23)歲。觀察組男5 例，女5例；年齡41～54 歲，平均年齡(45.16±1.05)歲。兩組患者一般資料比較，差異無統計學意義(P＞0.05)，具有可比性。

納入標準：①經CT、MRI 等影像學檢查確診為上頸椎損傷；②患者及家屬對本研究內容知情，并簽署知情同意書；③臨床資料完整。

排除標準：①身體狀態欠佳，不能耐受手術治療者；②合并其他部位損傷者；③病理性骨折。

方法：①對照組應用傳統方法直接行上頸椎手術治療，根據患者的病情進行個體化治療。②觀察組運用3D 打印技術建模后行上頸椎手術治療，首先對患者上頸椎部位進行X 線和CT 檢查，將CT 檢查結果輸入mimics軟件建模后輸入3D打印系統中，通過3D打印機采用PLA 材料打印出1∶1 的上頸椎模型，由手術醫生在模型上模擬手術操作，然后再為患者進行實際手術操作。

觀察指標：①記錄兩組患者手術時間和住院時間，測量術中出血量；②評價患者術前和術后3、6、12 個月的疼痛程度，采用視覺模擬評分法(VAS)評價[2]，評分范圍0～10 分，得分越高說明疼痛程度越重；③評價患者術前與術后3、6、12 個月的頸椎功能，采用頸椎神經功能(JOA)評分評價[3]，評分范圍0～29分，得分越高說明頸椎功能越好。

統計學處理：數據采用SPSS 23.0 統計學軟件進行分析；計數資料以[n(%)]表示，采用χ2檢驗；計量資料以(±s)表示，采用t檢驗；P＜0.05 為差異有統計學意義。

結 果

兩組患者手術時間、住院時間及術中出血量比較：觀察組手術時間和住院時間均短于對照組，術中出血量少于對照組，差異有統計學意義(P＜0.05)。見表1。

表1 兩組患者手術時間、住院時間及術中出血量比較(±s)

表1 兩組患者手術時間、住院時間及術中出血量比較(±s)

組別 n 手術時間(min) 術中出血量(mL) 住院時間(d)對照組 10 154.10±20.86 189.45±20.31 6.29±1.17觀察組 10 129.47±25.04 109.56±18.35 4.80±1.25 t 2.390 9.230 2.752 P 0.028 0.000 0.013

兩組患者手術前后疼痛程度比較：兩組術前VAS評分比較，差異無統計學意義(P＞0.05)；兩組術后3、6、12 個月VAS 評分均低于術前，且觀察組低于對照組，差異有統計學意義(P＜0.05)。見表2。

表2 兩組患者手術前后VAS評分比較(±s，分)

表2 兩組患者手術前后VAS評分比較(±s，分)

組別 n 術前 術后3個月 術后6個月 術后12個月對照組 10 7.15±1.12 6.13±1.03 4.58±1.15 2.69±1.16觀察組 10 7.18±1.03 4.04±1.16 2.10±1.23 1.56±1.13 t 0.062 4.260 4.657 2.207 P 0.951 0.000 0.000 0.041

兩組患者手術前后頸椎功能比較：兩組術前JOA評分比較，差異無統計學意義(P＞0.05)；兩組術后3、6、12 個月JOA 評分均高于術前，差異有統計學意義(P＜0.05)；兩組術后3、6、12 個月JOA 評分比較，差異無統計學意義(P＞0.05)。見表3。

表3 兩組患者手術前后JOA評分比較(±s，分)

表3 兩組患者手術前后JOA評分比較(±s，分)

組別 n 術前 術后3個月 術后6個月 術后12個月對照組 10 8.19±1.15 16.17±1.05 19.14±1.20 23.28±2.14觀察組 10 8.25±1.23 15.96±1.28 19.21±1.09 23.34±2.35 t 0.113 0.401 0.137 0.060 P 0.912 0.693 0.893 0.953

討 論

上頸椎一般包括寰椎與樞椎，生理解剖結構復雜，手術治療時需要高度重視患者的組織與神經保護，操作難度大，稍有不慎便會對患者的生命安全造成威脅，臨床治療風險高[4]。由于上頸椎的解剖結構復雜，采用CT、MRI 等影像學檢查不能直觀顯示具體情況，且不能清晰地呈現其三維解剖結構，致使臨床手術中極易發生不良事件[5]。

本研究為患者行上頸椎手術治療前，運用3D 打印技術進行等比例模型打印，為醫生提供模擬手術的機會，從而提高臨床治療效果與手術安全性，以確?；颊叩玫接行Щ謴汀１狙芯拷Y果顯示，運用3D打印技術后患者的手術時間與住院時間均明顯縮短，術中出血量減少，患者術后3、6、12 個月疼痛程度明顯減輕，頸椎功能明顯改善，說明患者順利恢復。

3D 打印技術基礎為數字模型文件，使用計算機將模型建立，然后用塑料粉末、金屬粉末、生物材料等，逐層堆疊累積，對物體進行塑造，制造模型時使用“逐層造型法”，以前常用于工業，現在逐漸用于對人體內一些模擬生物件進行制造，例如病灶體、椎體、牙齒、髖關節等。分析其技術原理，經過電腦設計，3D 打印在軟件上構建其結構，不需要實物，是一種高效、低成本、可變性高的轉化方法。對于3D打印機而言，保存格式為STL，導出三維重建模型信息，依據臨床需要，將合適方式、參數、材料進行選擇，然后打印模型完成，依據應用場景處理模型。3D 打印材料包括層片狀、線絲狀、粉末狀、液體狀，從材料性能來看，材料特性是生物相容性。3D 打印醫學產品過程中，使用鉻鈷合金、鈦合金，生物相容性強，可以對內植人體制件特性要求進行有效滿足。

上頸椎決定人的感覺以及運動功能，由于其解剖關系復雜，相鄰骨件連接時較為復雜，其中有重要脊神經以及血管，相互融合肌肉，當腫瘤在此環境中生長時，借助3D 打印可獲得上頸椎腫瘤三維模型，或者相毗鄰其他解剖結構三維模型，能將腫瘤形態、臨近神經、血管與上頸椎空間關系清楚、精確顯示，手術醫師經臨床觀察以及綜合分析后，提出最優手術方案，并能在三維模型上提前練習操作，避免術中對血管以及神經造成誤傷，最大程度切除腫瘤，縮短手術時間，減少出血量，同時借助模型發揮引導以及參考作用，提前制定患者的術后頸椎重建方案。

3D 打印技術輔助上頸椎手術具有創傷小、恢復快、技術可靠、手術安全等優點，且此項技術已經成熟，能夠協助診斷，效果確切，患者滿意度高[6]。周馳雨等[7]運用3D 打印技術建模后行上頸椎手術治療，結果顯示其能減少患者手術費用與出血量，縮短麻醉時間，從而整體減輕患者經濟負擔。運用3D 打印技術建模后行上頸椎手術治療的目的直接、適應證廣、安全性高、康復快，能提高患者接受手術治療的依從性，可推廣應用[8-10]。

綜上所述，運用3D 打印技術建模后行上頸椎手術的安全性與效果顯著，對患者機體的損傷小，可充分減輕術后疼痛程度，并改善頸椎功能，能使患者的病情得到有效治療與恢復。