3D打印結合椎弓根螺釘雙皮質固定治療合并骨質疏松的腰椎不穩癥的臨床研究

摘要 目的：探究3D打印結合椎弓根螺釘雙皮質固定治療腰椎不穩癥合并骨質疏松的臨床效果。方法：選取2019年5月—2020年5月本院收治的96例腰椎不穩癥合并骨質疏松患者，采用隨機數字表法將其分為研究組（n=48）和對照組（n=48）。兩組患者均采用椎弓根螺釘雙皮質固定治療，對照組于X線輔助下行手術治療，研究組結合3D打印技術行手術治療。比較兩組手術情況、住院時間、并發癥發生率、腰椎功能優良率、植骨融合率、手術前后影像學復位情況（傷椎高度、傷椎前緣高度壓縮比、Cobb角）、炎性-應激因子[CRP、TNF-α、P物質（SP）、前列腺素E2（PGE2）]、疼痛程度（VAS評分）、腰椎功能（ODI評分）。結果：相較于對照組，研究組手術時間、住院時間和術中出血量明顯下降（Plt;0.05），而置釘準確率顯著升高（Plt;0.05）；3D打印技術模擬的傷椎高度、傷椎前緣壓縮比、Cobb 角與實際值的差異無統計學意義（Pgt;0.05）；相較于術前，兩組患者術后即刻傷椎高度明顯升高（Plt;0.05），而傷椎前緣高度壓縮比、Cobb角顯著下降（Plt;0.05），且研究組改善情況明顯優于對照組（Plt;0.05）；兩組患者術后的炎癥因子均升高，但是研究組患者各時間點的升高趨勢均明顯低于對照組（Plt;0.05）；兩組患者術后1個月、6個月、12個月VAS、ODI評分均低于術前，且研究組患者術后1個月評分改善情況優于對照組（Plt;0.05），兩組患者術后6個月、12個月VAS、ODI評分比較，差異無統計學意義（Pgt;0.05）；研究組患者術后12個月腰椎功能優良率、植骨融合率與對照組比較，差異無統計學意義（Pgt;0.05）；研究組患者術后并發癥發生率與對照組比較，差異無統計學意義（Pgt;0.05）。結論：3D打印結合椎弓根螺釘雙皮質固定治療腰椎不穩癥合并骨質疏松患者的臨床效果好、并發癥少，能更有效降低手術創傷引起的炎癥、應激反應，具有較高的推廣和應用價值。

關鍵詞 腰椎不穩癥；骨質疏松；3D打??；椎弓根螺釘雙皮質固定；腰椎功能

中圖分類號 R683 文獻標識碼 A 文章編號 2096-7721（2025）03-0355-07

Clinical study of 3D printing combined with pedicle screw bicortical fixation in the treatment of lumbar spine instability with osteoporosis

Abstract Objective： To explore the clinical effect of 3D printing combined with pedicle screw bicortical fixation in the treatment of lumbar spine instability with osteoporosis. Methods： 96 patients with lumbar spine instability combined with osteoporosis who were treated in the Sixth Affiliated Hospital of Jinan University from May 2019 to May 2020 were selected. They were divided into the study group （n=48） and the control group （n=48） using a random number table. Both groups were treated with pedicle screw bicortical fixation， while the control group was treated under the assistance of X-ray， and the study group was assisted with 3D printing technology. The operative conditions， length of hospital stay， incidence rate of complications， good and excellent rate of lumbar spine function， bone graft fusion rate， imaging reduction before and after operation （injured vertebra height， anterior edge height compression ratio， Cobb angle）， inflammatory- stress factors [C reactive protein （CRP）， tumor necrosis factor-α （TNF-α）， substance P （SP）， prostaglandin E2 （PGE2）]， VAS score， Oswestry Disability Index （ODI） of patients in the two groups were compared. Results： Compared with the control group， the study group showed a significant decrease in operative time， length of hospital stay， and intraoperative bleeding （Plt;0.05）， while the accuracy of nail placement was significantly increased （Plt;0.05）. There was no statistically significant difference in the simulated height of the injured vertebra， compression ratio of the anterior edge of the injured vertebra， and Cobb angle between 3D printing and the actual values （Pgt;0.05）. Compared to that before surgery， the height of the injured vertebrae in the two groups immediately after surgery was significantly increased （Plt;0.05）， while the compression ratio of the anterior edge height of the injured vertebrae and Cobb angle were significantly reduced （Plt;0.05）， and the improvement of patients in the study group was significantly better than that in the control group （Plt;0.05）. The inflammatory factors in the two groups of patients increased after surgery， but the increasing trend of the study group was significantly lower than that in the control group at different timepoints （Plt;0.05）. The VAS and ODI scores of patients in the two groups at 1 month， 6 months， and 12 months after operation were lower than those before operation， and the improvement in the scores of the study group at 1 month after surgery was better than that of the control group （Plt;0.05）. There was no statistically significant difference in VAS and ODI scores at 6 months and 12 months after operation （Pgt;0.05）. The difference in the good and excellent rate of lumbar spine function and bone graft fusion rate at 12 months after operation between the two groups of patients was not statistically significant （Pgt;0.05）， and there was no statistically significant difference in incidence rate of postoperative complications between the two groups of patients （Pgt;0.05）. Conclusion： 3D printing combined with pedicle screw bicortical fixation has a good clinical effect and fewer complications in the treatment of patients with lumbar spine instability and osteoporosis， it could more effectively reduce the inflammation and stress response caused by surgical trauma， which is of high promotion and application value.

Key words Lumbar Spine Instability; Osteoporosis; 3D Printing; Bicortical Fixation with Pedicle Screw; Lumbar Spine Function

腰椎不穩癥是腰部椎間關節無法承受正常負荷引起的腰椎退變疾病，輕微的活動即引起腰痛、進行性畸形及神經壓迫，導致患者的日常生活活動無法正常進行[1-2]。目前，臨床上可通過復位固定術來進行復位，其效果較好且固定牢靠，但多數中老年腰椎不穩癥患者伴有骨質疏松，導致固定結構把持力不夠，易導致拔釘、滑脫椎體復位失敗等情況[3]。有學者指出，腰椎不穩癥合并骨質疏松的患者應用椎弓根螺釘雙皮質固定術治療，術后均未出現椎弓根螺釘松動、拔出及斷裂等并發癥，能顯著改善患者腰椎功能[4]。此外，近年來3D打印技術在骨科得到了廣泛應用，可于術前對病變部位建模，從而直觀地分析病變情況，指導醫生制定更精準的手術方案[5-6]。然而，目前關于3D打印技術應用于腰椎不穩癥合并骨質疏松患者的研究較少?；诖耍狙芯刻骄苛?D打印結合椎弓根螺釘雙皮質固定治療腰椎不穩癥合并骨質疏松的臨床效果，現

報道如下。

1 資料與方法

1.1一般資料 選取2019年5月—2020年5月本院收治的96例腰椎不穩癥合并骨質疏松患者為研究對象，采用隨機數字表法將其分為研究組（n=48）和對照組（n=48），兩組患者一般資料[7]比較，差異無統計學意義（Pgt;0.05），見表1。本研究過程符合相關倫理規定。納入標準：①經X線、CT檢查診斷為腰椎不穩癥，且伴有骨質疏松[8]；②單節段腰椎不穩；③經規范性保守治療療效不佳或無效；④ASA分級Ⅰ～Ⅱ級；⑤自主行為能力良好，無溝通交流障礙；⑥手術接受度較高；⑦簽署手術知情同意書。排除標準：①有胸腰椎手術史者；②脊柱畸形患者；③心臟、肝、腎功能異常者；④合并免疫性疾病、感染性疾病和血液疾病者；⑤合并惡性腫瘤者；⑥骨折患者。

1.2方法 兩組患者均參照《原發性骨質疏松癥基層診療指南（實踐版·2019）》[9]常規行抗骨質疏松治療，擇期行椎弓根螺釘雙皮質固定治療。術前常規禁飲食，患者取俯臥位，全身麻醉，麻醉成功后，選擇病變節段椎體為中心，做正中縱形切口，將關節突和椎板暴露出來，剝離兩側軟組織，進針點選擇腰椎人字嵴頂點，確認釘道周邊均為骨質后，將導針置入其中。對照組于X線輔助下行手術治療，X線下明確椎弓根位置、深度、椎弓根前后緣距離，選擇合適釘道置入，直至出現突破感，表明手錐已經穿透椎體前壁，椎弓根螺釘的長度要比椎體前壁至椎弓根進釘點長度長2～3 mm，置入后再次使用X線確認位置和深度，確認效果滿意后安裝預彎的連接棒，椎管和神經根管常規減壓，把病變椎間盤切除，再融合。研究組結合3D打印技術行手術治療，術前行腰椎薄層CT掃描，將掃描數據以DICOM格式導入Mimics 17.0軟件構建三維模型，隨后以STL格式導入Geomagic 13.0軟件，應用HY-5000FDM專業3D打印機把PLA材料按照1∶1的比例打印，獲得腰椎部位的三維模型實體。于三維模型實體模擬手術操作，明確進釘點、方向、長度等情況。研究組手術操作步驟與對照組基本相同，不同之處在于研究組結合術前3D打印三維模型實體制定了精準手術規劃，按照規劃進行手術操作（如圖1）。

1.3 觀察指標 觀察指標主要包括：①兩組患者手術情況和住院時間；②術中出血量（一是吸引器直接吸引的血量，二是使用紗布估算法計算，先將無菌紗布稱重，然后將手術過程中使用過的紗布再次進行稱重，兩者相差的數值，加上吸引器中的失血量即為術中失血量）；③患者的出院指征（患者腰痛癥狀緩解，腰椎X線未觀察到椎間隙異常，無牽引性骨刺及脊柱序列不良現象，伸屈側位X線片可觀察到穩定旋轉和滑移，椎體前屈時無異常的前傾活動）；④兩組患者術前、術后即刻影像學復位情況；⑤兩組患者術前、術后1 d、3 d、7 d炎性-應激因子，包括CRP、TNF-α、P物質（Substance P，SP）、前列腺素E2（Prostaglandin E2，PGE2），以術前炎癥指標水平為初始值，對比不同時間點與術前的差值；⑥兩組患者術前、術后1個月、6個月、12個月疼痛程度、腰椎功能[采用視覺模擬評分法（Visual Analogue Scale，VAS）[10]評估疼痛程度，總分為0～10分，得分越高，疼痛感越強；采用Oswestry功能障礙指數（Oswestry Dysfunction Index，ODI）[11]評估腰椎功能，分值范圍0～100分，分值越低表示腰椎功能越好]；⑦兩組患者術后12個月腰椎功能優良率、植骨融合率[參照Nakai標準判定腰椎功能優良率，優為腰痛癥狀消失，工作生活恢復正常；良為腰痛癥狀消失或有明顯減輕，勞累后有腰痛，但不影響工作；差為腰痛無明顯改善。優良率=（優+良）/總例數×100%[12]。腰椎側位X線片判定植骨融合情況，融合節段周邊有連續骨橋連接或植骨間隙有連續骨小梁通過，且無內固定物松動、植骨塊移位等，則可判定為植骨融合[13]。影像學結果由3位高資歷的影像科醫生在設盲條件下進行“背靠背”測量后得出]；⑧兩組患者術后并發癥發生率，包括切口感染、腦脊液漏、切口出血、螺釘松動。

1.4統計學方法 所有數據采用SPSS 22.0軟件進行統

計學處理，計數資料用例數（百分比）[n（%）]表示，組間比較采用 χ2檢驗。分別采用Bartlett檢驗與Kolmogorov-Smirnov檢驗確認計量資料的方差齊性和正態性，用均數±標準差（x±s）表示，組間比較和組內比較分別采用獨立樣本t檢驗和配對樣本t檢驗。以Plt;0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1手術情況和住院時間比較 相較于對照組，研究組手術時間、術中出血量和住院時間明顯下降（Plt;0.05），而置釘準確率顯著升高（Plt;0.05），見表2。

2.2 3D打印模擬與實際操作中的影像學指標差異 應用3D打印技術在術前模擬的傷椎高度、傷椎前緣壓縮比、Cobb 角和術前實際操作中的數據相比，差異無統計學意義（Pgt;0.05）。

2.3影像學復位情況比較 兩組患者術前影像學指標差異無統計學意義（Pgt;0.05）；相較于術前，兩組患者術后即刻傷椎高度明顯升高（Plt;0.05），而傷椎前緣高度壓縮比、Cobb角顯著下降（Plt;0.05），且研究組患者的改善情況明顯優于對照組（Plt;0.05）。見表3。典型病例手術后X線圖像如圖2～3。

2.4炎性-應激因子比較 兩組患者術后的炎癥因子均升高，但是研究組患者各時間點的升高趨勢均明顯低于對照組（Plt;0.05），見表4。

2.5疼痛程度及腰椎功能比較 術前、術后6個月、12個月，兩組患者VAS、ODI評分差異無統計學意義（Pgt;0.05）；兩組患者術后各時間點VAS、ODI評分均較術前降低，且研究組術后1個月疼痛程度、腰椎功能改善情況優于對照組（Plt;0.05），見表5。

2.6腰椎功能優良率及植骨融合率比較 兩組術后12個月腰椎功能優良率、植骨融合率比較，差異無統計學意義（Pgt;0.05），見表6。

2.7術后并發癥比較 兩組患者術后并發癥發生率比較，差異無統計學意義（Pgt;0.05），見表7。

3 討論

腰椎不穩癥的發病機制與腰椎退變、創傷等有關，是引起慢性腰痛的常見原因[14]。椎弓根螺釘雙皮質固定能夠有效提高腰椎不穩癥患者的臨床療效，但椎弓根螺釘雙皮質固定的手術操作一般于X線輔助下完成，椎旁肌剝離范圍廣、手術創傷大，不利于患者術后康復。

3D打印是一種新興的手術輔助技術，該技術將臨床醫生對骨科疾病的觀察從二維層面提升至三維空間，已在跟骨骨折、骨質疏松性椎體壓縮性骨折手術中得到良好應用[15-16]。目前，3D打印技術在腰椎不穩癥手術中也得到了初步應用。梁浩輝等人[17]開展的一項隊列研究納入了48例腰椎不穩癥患者，通過對比分析發現，與X線輔助手術相比，采用CT結合計算機輔助設計聯合3D打印能明顯提高置釘準確率，有效改善患者腰椎活動度。3D打印技術模擬的傷椎高度、傷椎前緣壓縮比、Cobb 角與實際術前的數值差異無統計學意義（Pgt;0.05），表明在術前對椎體模型進行打印，對實際情況模擬程度較高。本研究將3D打印技術應用于腰椎不穩癥合并骨質疏松患者的椎弓根螺釘雙皮質固定術中，結果顯示，3D打印技術也能明顯改善腰椎不穩癥合并骨質疏松患者傷椎高度、傷椎前緣高度壓縮比、Cobb角的復位情況，提高置釘準確率，與上述研究結果相近。本研究還發現，手術中應用3D打印技術后，可以明顯改善術中相關指標，縮短術后住院時間。說明3D打印結合椎弓根螺釘雙皮質固定能提高手術效率，減少創傷，加速康復進程，更有效地改善病椎的生理結構。分析其原因在于，術前通過3D打印技術獲得胸腰椎部位的三維模型實體，醫生可對椎管、小關節解剖及病變情況進行更精確、立體、直觀的評估，據此可制訂更精準的手術規劃，且使手術規劃更加個體化，有助于預知術中情況[18-19]；且在三維模型實體上進行術前練習，能達到精準穿刺、磨除的效果，不僅能最大程度地保證脊柱的完整性及穩定性，還能盡量減少神經根損傷、硬膜破裂，從而促進患者術后康復[20]。

然而，手術創傷作為一種強烈的應激源，不可避免會引起炎癥反應、應激反應[21]。本研究發現，腰椎不穩癥合并骨質疏松患者術后血清CRP、TNF-α、SP、PGE2水平明顯高于術前，而3D打印技術的應用可明顯降低上述指標水平。CRP、TNF-α是臨床常見炎癥因子，CRP是一種急性時相蛋白，機體發生炎癥時其水平迅速升高；TNF-α主要由激活的單核巨噬細胞分泌，參與殺傷靶細胞和加速細胞凋亡的進程，從而激活局部炎癥反應和內皮細胞[22-23]。SP、PGE2屬于應激指標，其中SP通過多種途徑上調谷氨酸等的釋放量而傳遞痛覺，PGE2能促進炎癥細胞的局部浸潤，二者水平的升高均提示手術應激程度加重[24-25]。由此可見，3D打印技術有助于降低手術引起的炎癥、應激反應，這與其能明顯減輕手術創傷有關，或許也能降低術后并發癥的發生率。但本研究結果顯示，3D打印結合椎弓根螺釘雙皮質固定治療的術后并發癥發生率雖低于X線輔助下手術治療，但差異無統計學意義，出現這種結果的原因可能是由于樣本量較少，未來的研究中還需要加大樣本量來進一步驗證。此外，本研究結果中，椎弓根螺釘雙皮質固定過程中應用3D打印技術大幅改善了腰椎不穩癥合并骨質疏松患者術后1個月的疼痛程度和腰椎功能，但兩種手術方法術后6個月、12個月VAS、ODI評分相近，且術后12個月均獲得了較高的腰椎功能優良率及植骨融合率，說明椎弓根螺釘雙皮質固定治療腰椎不穩癥合并骨質疏松可獲得良好的遠期療效，而3D打印技術的應用在改善術后近期療效方面具有明顯優勢。

綜上可知，椎弓根螺釘雙皮質固定是治療腰椎不穩癥合并骨質疏松患者的有效方法，能獲得良好的遠期效果，其聯合應用3D打印結合技術有助于減輕手術創傷引起的炎癥、應激反應，促進患者術后康復，改善術后近期療效，值得臨床推廣應用。但本研究樣本量較少，可能會對研究結果造成影響，后續會繼續增加樣本量，進一步驗證本結論的可靠性。

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