3D打印導板輔助經皮微創椎弓根螺釘置入治療多節段腰椎骨折的療效

楊鎮源 張繼偉 鄧強

甘肅省中醫院1脊柱骨二科，2修復重建骨科（蘭州 730050）

腰椎骨折是常見脊柱骨折之一，隨著高能量創傷事故增加，多節段脊柱骨折發生率逐漸升高［1-2］。多節段腰椎骨折常合并脊柱不穩，多需手術治療。目前經后路椎弓根螺釘內固定術為其主要治療方式，傳統方式有Wiltse 椎旁入路、后正中入路等，但因其固定節段長，對椎旁軟組織損傷較大，術后常引起嚴重疼痛、肌肉萎縮，增加術區感染風險，不利于術后康復［3-5］。微創經皮椎弓根螺釘置入內固定術具有術中出血少、術后康復快等優點，但因手術時間長、術中需反復透視、首次置釘準確率不高等問題，應用于多節段腰椎骨折治療較困難［6-7］。基于此，本研究自主研發一種角度控制椎弓根螺釘植入工具（專利號：ZL201420307008.8），并進行臨床應用研究，能顯著提高置釘準確性，但目前在多節段腰椎骨折上的應用價值尚不明確［8］。基于此，本研究特通過3D 打印導板結合角度控制組合式椎弓根置入工具輔助治療多節段腰椎骨折，分析其治療效果，以期探討其臨床應用價值，報告如下。

1 資料與方法

1.1 病例資料選取2019年6月至2020年1月在我院行腰椎手術椎弓根螺釘內固定術的多節段腰椎骨折患者60 例，根據手術方案將其分為對照組和研究組，對照組30例，研究組30例，兩組性別、年齡等一般資料比較，差異無統計學意義（P>0.05），具有可比性。見表1。本研究已經醫院醫學倫理委員會批準同意，并得到患者知情同意。

表1 兩組一般資料比較Tab.1 Comparison of general data between the two groups

1.2 納入及排除標準納入標準：（1）符合多節段腰椎骨折診斷標準［9］；（2）臨床資料完整；（3）原發性骨折；（4）行腰椎后路椎弓根螺釘內固定術；（5）對手術耐受者。

排除標準：（1）隨訪時間<12 個月；（2）陳舊性骨折；（3）后方韌帶復合體損傷；（4）伴有馬尾、圓錐、骨髓及神經根等損傷；（5）合并嚴重心肝腎疾病；（6）嚴重骨質疏松癥者；（7）合并嚴重精神類疾病、免疫性疾病。

1.3 方法術前準備：所有患者均按照腰椎后路術前常規準備，行腰椎正側位及動力位X 線、CT 檢查，確認骨折部位。3D 打印導板：研究組患者術前CT 掃描，掃描參數：層厚0.625 mm、矩陣512×512，以Dicom 格式輸入Mimics Research 21.0 軟件（比利時Materialize 公司）中，重建腰椎三維數字化模型。根據擬固定椎體椎弓根最佳進釘位置及螺釘通道方向設計導向孔，完成導板設計，利用3D打印快速成型技術（美國3D SYSTEMS 公司，3DS 3600）及光敏樹脂材料，打印1∶1 導板。將制備好的腰椎模型及導板送至手術室滅菌處理，備用。

兩組均行腰椎后路椎弓根螺釘植入內固定術。患者行全麻，取俯臥位，腹部懸空，C 臂機定位傷椎及相鄰頭尾側椎體的椎弓根，記號筆標記其體表投影。常規消毒鋪巾，根據術前標記點做2.0 cm 左右縱形切口，切開皮膚、皮下及深筋膜，電凝止血，鈍性分離肌層至關節突。兩組均采用Weinstein 法置入椎弓根螺釘。待全部螺釘置入完成后，選擇適宜長度鈦棒預彎。擰入螺釘尾帽，采用配套撐開裝置適當撐開復位椎體，復位滿意后鎖緊螺釘尾帽，折斷釘尾。閉合切口。研究組采用3D 打印導板輔助經皮微創椎弓根螺釘置入：體表定位操作與上述對照組一致，采用環氧乙烷嚴格消毒處理導航模塊，術中“人”字嵴完全暴露后，將消毒導航模塊貼附于相應椎體的椎板、棘突，確認與腰椎緊密貼合后固定，確定置釘點，使用角度控制組合式椎弓根置入工具，全程（開口、定位針、開路、置釘）可視控制椎弓根螺釘植入水平面角度（transverse section angle，TSA）、矢狀面角度（sagtial section angle，SSA）；進行螺釘置入（見圖1、2、3）。其他操作與對照組一致。

圖1 角度控制工具實物圖Fig.1 Physical drawing of angle control tool

術后處理：術后48 h 引流量< 50 mL 時拔除引流管，靜脈注射抗生素預防感染；術后3 d 臥床休息，拔除引流管后患者可佩戴支具嘗試下地活動，鼓勵患者早期功能鍛煉；術后2 周拆線，出院3 個月后拆除支具，定期門診隨訪，至骨折愈合將內固定物拆除。

1.4 觀察指標（1）圍術期指標：統計兩組患者置釘時間、術中出血量、手術時間及透視時間。（2）置釘準確率［10］：置釘準確：螺釘完全處于椎弓根內，或螺釘穿出椎弓根皮質<2 mm，置釘準確率=置釘準確數量/椎弓根螺釘總數量×100%。（3）腰椎功能：采用Oswestry 功能障礙指數（oswestry disability index，ODI）問卷表［11］評價腰椎功能。（4）疼痛：采用疼痛視覺模擬（visual analogue scale，VAS）評分［12］評估兩組患者術前和術后疼痛程度。（5）不良反應：術后記錄兩組不良反應發生情況。（6）根據術前術后骨折節段矢狀面后凸Cobb 角及椎體前緣高度比評價內固定物、骨折椎體復位情況；后凸Cobb 角：傷椎上位椎體終版和下位椎體終板之間夾角；椎體前緣高度比=［傷椎前緣高度/上下鄰近正常椎體前緣高度之和］×100%。

1.5 統計學方法SPSS 24.0軟件統計分析數據，計量資料以（）表示，采用t檢驗，不同時段間比較采用重復測量資料方差分析；計數資料以例（%）表示，采用χ2檢驗。P<0.05 為差異有統計學意義。

圖2 術前導板及術前模擬置釘Fig.2 Preoperative guide plate and preoperative simulated nail placement

圖3 術中導板輔助建立釘道及術中使用角度控制工具置入螺釘Fig.3 Intraoperative guide plate was used to assist the establishment of the nail passage and the Angle control tool was used to place the screw

2 結果

2.1 圍術期指標研究組置釘時間、術中出血量、手術時間、透視時間及置釘準確率均優于對照組（P<0.05）。見表2。

表2 兩組圍術期指標比較Tab.2 Comparison of perioperative indicators between the two groups ±s

表2 兩組圍術期指標比較Tab.2 Comparison of perioperative indicators between the two groups ±s

指標置釘準確率［例（%）］置釘時間（min/枚）術中出血量（mL）手術時間（min）透視時間（min）對照組（n=30）178（97.27）3.04±1.49 74.31±20.32 83.90±18.94 3.53±0.47研究組（n=30）159（87.85）2.27±1.14 62.25±17.04 71.14±11.77 2.33±0.74 χ2/t值16.392 2.248 2.491 3.134 7.498 P值<0.001 0.028 0.016 0.003<0.001

2.2 腰椎功能及疼痛程度指標術后3 個月，兩組ODI 及VAS 評分較術前均降低、研究組ODI 及VAS 評分較對照組更低（P<0.05）；末次隨訪，兩組ODI 及VAS 評分較術后3 個月均降低（P< 0.05），但兩組間ODI 及VAS 評分比較，差異無統計學意義（P>0.05）。見表3。

表3 兩組術前術后ODI 及VAS 評分比較Tab.3 Comparison of ODI and VAS scores before and after surgery between the two groups ±s，分

表3 兩組術前術后ODI 及VAS 評分比較Tab.3 Comparison of ODI and VAS scores before and after surgery between the two groups ±s，分

注：與同組術前比較，*P < 0.05；與同組術后3 個月比較，#P<0.05

指標ODI 評分t 值0.366 4.323 0.606 P 值0.716<0.001 0.547 VAS 評分時間術前術后3 個月末次隨訪F 值P 值術前術后3 個月末次隨訪F 值P 值對照組（n=30）77.66±12.33 28.24±6.33*4.07±0.92*#656.305<0.001 7.98±1.81 2.14±0.75*1.34±0.59*#282.449<0.001研究組（n=30）76.53±11.59 21.34±6.03*3.93±0.87*#754.157<0.001 7.79±1.33 1.73±0.72*1.18±0.58*#461.475<0.001 0.463 2.160 1.059 0.645 0.035 0.294

2.3 不良反應研究組術后并發癥總發生率低于對照組（P>0.05）。見表4。

表4 兩組不良反應總發生率比較Tab.4 Comparison of the total incidence of adverse reactions between the two groups 例（%）

2.4 預后隨訪指標術后即刻，兩組后凸Cobb 角較術前均減小、椎體前緣高度比較術前均增加，研究組后凸Cobb 角較對照組更小、椎體前緣高度比較對照組更大（P< 0.05）；末次隨訪，兩組后凸Cobb 角、椎體前緣高度較術后即刻及兩組間比較，差異均無統計學意義（P> 0.05），但研究組后凸Cobb 角較對照組更小（P<0.05）。見表5和圖4。

表5 兩組術前術后后凸Cobb 角及椎體前緣高度比比較Tab.5 Comparison of kyphotic Cobb angle and anterior vertebral height ratio between the two groups before and after surgery ±s

表5 兩組術前術后后凸Cobb 角及椎體前緣高度比比較Tab.5 Comparison of kyphotic Cobb angle and anterior vertebral height ratio between the two groups before and after surgery ±s

注：與同組術前比較，*P<0.05

指標后凸Cobb角（°）t值0.090 2.336 2.396 P值0.929 0.023 0.020椎體前緣高度比（%）時間術前術后即刻末次隨訪F值P值術前術后即刻末次隨訪F值P值對照組（n=30）12.73±1.73 3.81±0.92*4.18±1.06*461.844<0.001 63.76±6.31 89.80±5.03*91.83±3.69*280.084<0.001研究組（n=30）12.69±1.71 3.27±0.85*3.58±0.87*585.300<0.001 64.13±6.36 95.33±5.05*93.13±3.19*358.464<0.001 0.226 4.250 1.460 0.822<0.001 0.150

圖4 典型病例Fig.4 Typical case

3 討論

隨著交通經濟不斷發展，多節段腰椎骨折發生率逐年上升，占全部脊柱骨折3%～5%［13］。因此，該類骨折診斷及治療已被臨床重視。目前臨床上多采用手術治療多節段腰椎骨折，椎弓根螺釘固定是目前腰椎“金標準”［14］。腰椎椎弓根結構復雜、位置特殊，周圍存在較多神經血管，且與脊髓相鄰，為取得最佳效果，必須將椎弓根螺釘準確放置于椎弓根內，且不能超出椎弓根界限，若椎弓根螺釘穿透椎弓根壁，可能會產生嚴重神經血管損傷并發癥，影響預后［15］。經皮微創置釘雖能有效減小創傷及出血量，但需在透視反復進行置釘點確認及進針操作，術者及患者術中射線暴露過多，且徒手置釘難度較大，易導致釘道松動，影響內固定穩定［16］。故減少術中輻射、提高置釘準確性及安全性、縮短手術學習曲線是該術式需克服的難點問題。

目前已有研究［17-18］指出，3D 成像和虛擬導航下能明顯提高椎弓根螺釘置入準確率，減少術中出血量及手術時間。但由于3D 導板是根據患者腰背部皮膚作為模板做的個性化設計，與術中實際操作具有較大差異，導致定位精準度較低，置釘準確率效果不佳［19］。因此，在椎弓根螺釘置入過程中，應注重提高置釘點和置釘角度準確性。已有多項研究［20-21］表明，3D 打印導板輔助椎弓根螺釘置入能顯著減少脊柱畸形手術時間及失血量。本研究結果顯示，研究組置釘時間、術中出血量、手術時間、透視時間及置釘準確率均優于對照組，表明3D 打印導板結合角度控制組合式椎弓根螺釘置入工具可有效提高多節段腰椎骨折患者置釘效率，增加置釘準確性，減少術中射線暴露。角度控制組合式椎弓根螺釘置入工具刻度表采用“不倒翁效應”實際原理，可隨著指定角度調整，角度表盤上發生偏轉而指針保持垂直，然后在表上獨處置入工具桿偏轉角度；結合術前椎體CT 三維重建及術前患者體位水平儀測量角度差，得出所需置釘角度，醫者可通過兩角度表所讀取數值準確控制進釘角度［20］。通過該工具能更為精準確認置釘點及角度；同時導板與椎體一一對應，避免了因體位變化而影響相鄰皮外導板，3D 打印導板輔助下視野更清晰，兩者結合有效增加置釘準確率。

王雅輝等［22］研究證實，3D 打印技術能有效減少腰椎椎體間壓迫癥狀，利于腰椎功能恢復。本研究結果顯示，術后3 個月兩組ODI 及VAS 評分較術前均降低、研究組ODI 及VAS 評分較對照組更低，末次隨訪兩組ODI 及VAS 評分較術后3 個月均降低，表明3D 打印導板結合角度控制組合式椎弓根螺釘置入工具能有效改善多節段腰椎骨折患者神經、腰椎功能，減輕患者疼痛。分析原因為角度控制組合式椎弓根螺釘置入工具能從三維立體空間控制椎弓根螺釘植入角度；而3D 打印導板技術可精準確定置釘點，方便快捷地幫助術者獲得合適的置釘位置［23］，兩者結合可大幅度提高置釘準確性，減少腰椎椎體間壓迫癥狀，避免神經血管損傷，恢復腰椎生理彎曲，促進患者早期功能鍛煉，從而利于腰椎功能恢復。吳超等［24］研究表明，皮外導板能較好地控制定位導針矢狀位角度。本研究結果還顯示，術后即刻研究組后凸Cobb 角較對照組更小、椎體前緣高度比較對照組更大，末次隨訪研究組后凸Cobb 角較對照組更小，術后并發癥總發生率比較差異無統計學意義，進一步表明3D打印導板結合角度控制組合式椎弓根螺釘置入工具矯正效果佳，安全性較好。研究組在操作過程中需通過C 臂機確定椎弓根中螺釘位置，C 臂機角度發生偏移及患者體位改變均會對影像效果造成影響［25］。此外，醫師對角度控制工具的熟練度也會影響螺釘置入準確性。因此，在應用3D 打印導板結合角度控制組合式椎弓根螺釘置入工具時應嚴格按照規范操作，仔細檢查椎弓根釘道是否完整，避免椎弓根螺釘穿出。

綜上，3D 打印導板結合角度控制組合式椎弓根螺釘置入工具輔助經皮微創椎弓根螺釘置入治療多節段腰椎骨折，可有效提高置釘準確率和手術效率，改善患者腰椎功能，療效良好，安全性佳。本研究尚存不足：納入樣本量較小，單中心樣本研究，未來需擴大樣本量、納入多中心樣本研究，以進一步驗證本研究結論。