趙 暉，鄒 明，胡 偉，劉向陽，吳建明

亳州市人民醫(yī)院脊柱外科 安徽亳州 236803

3D打印技術又稱快速成型技術，是一種以計算機數(shù)字化模型為基礎，在其控制下利用光敏材料逐層黏合打印的逆向增材工程技術[1]。近年來3D打印技術迅猛發(fā)展，在醫(yī)學領域的應用也更為廣泛[2-4]。2016年1月至2018年5月，我院有20例老年退變性腰椎側彎患者接受聯(lián)合3D打印腰椎模型和術中椎弓根定位-定向導板的腰椎后路減壓植骨融合椎弓根螺釘內固定側彎糾正術，20例接受常規(guī)手術治療，本研究比較了兩組患者的療效及手術相關指標，評價3D打印技術在老年退變性腰椎側彎手術中的臨床價值。

1 對象與方法

1.1研究對象40例老年退變性腰椎側彎患者均符合以下標準:①年齡60～80歲。②術前行脊柱全長Bending位X線片，腰椎CT、MRI檢查，查體確認癥狀、體征與影像學表現(xiàn)相符合，明確診斷為退變性腰椎側彎。③術前完善相關檢查，必要時由相關科室會診，綜合評估為可耐受手術和麻醉者；術前充分溝通，手術意愿強烈，可以接受手術風險的患者。20例采取常規(guī)腰椎后路減壓植骨融合椎弓根螺釘內固定側彎糾正術(對照組)，男11例，女9例，61～80歲。另外20例采取聯(lián)合3D打印腰椎模型和術中椎弓根定位-定向導板的后路減壓植骨融合椎弓根螺釘內固定側彎糾正術(研究組)，男12例，女8例，60～80歲。兩組年齡、性別分布及術前疼痛視覺模擬評分(visual analogue scale，VAS)、腰椎功能障礙指數(shù)(Oswestry disability index,ODI[5])等一般資料比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

1.23D打印腰椎模型和導板的制作研究組采用西門子64排CT薄層掃描患者腰椎，掃描層厚0.6 mm，掃描圖像以Dicom格式保存后通過處理軟件Mimics17.0(比利時Materialise公司)導入3D圖像生成及編輯處，設計出卡在雙側關節(jié)突關節(jié)處的椎弓根定位-定向導板(圖1A)，導板直徑為3.5 mm。椎弓根螺釘走行設計平行于椎弓根，橫截面上沿椎弓根方向進針。術前計算機上初步模擬觀察直徑6.5 mm(視實際椎弓根螺釘直徑調整)椎弓根置釘?shù)氖笭钗?圖1B)、軸狀位釘?shù)?圖1C)與椎弓根的位置關系，并作出相應精細調整，設計出滿意的定位-定向導板數(shù)據(jù)，以STL格式導入上海麥遞途公司生產的盤古4.0系3D打印機，打印出1∶1的腰椎椎體和模型導板，同時也為椎弓根螺釘大小的選擇提供參考。

1.3手術方法和術后處理研究組：麻醉后取俯臥位，腹部懸空，常規(guī)消毒鋪巾，以側彎頂點為中心縱行逐層切開皮膚、皮下及淺深筋膜，骨膜下剝離骶棘肌，顯露需要置釘固定的椎體棘突、椎板、關節(jié)突關節(jié)及橫突；徹底去除關節(jié)突關節(jié)的軟組織，充分暴露；取出低溫消毒后的3D打印椎體，觀察和患者椎體是否完全一致；將消毒后的定點-定向導板卡在相應椎體的關節(jié)突關節(jié)上，固定牢靠，避免導板移位。根據(jù)預先在1∶1腰椎模型上測量的椎弓根螺釘長度，在導板引導下使用電鉆，安裝直徑3.0 mm、相應長度的限深鉆頭，緩慢鉆孔(圖1D)，鉆孔成功后球探探查四壁均為骨道，插入定位針。透視見定位針位置良好，攻絲，再次探查四壁均為骨質，置入椎弓根螺釘。需要減壓椎體，咬骨鉗咬除相應椎體棘突、雙側椎板及部分增生內聚的關節(jié)突關節(jié)，擴大狹窄的側隱窩，徹底減壓。切開狹窄椎體間椎間盤，撐開器逐步撐開，刮刀刮除腰椎間軟骨板，將咬除的骨質塞入合適的融合器中。置入預彎鈦棒，適當撐開，擰緊螺塞。再次透視見椎弓根螺釘及融合器位置良好，生理弧度恢復佳，側彎得到矯正。再次探查見硬膜搏動良好，神經根松弛。超聲磨鉆打磨固定椎體關節(jié)突關節(jié)及椎板，將減壓碎骨置入雙側腰椎橫突間、關節(jié)突關節(jié)及椎板后方。清點器械敷料無誤后，內置引流管1根，逐層縫合傷口，無菌敷料包扎。術后送麻醉恢復室，患者蘇醒后，送入脊柱外科病房，髓核送病理。

對照組手術方法：按照常規(guī)的“人”字棘頂點進針，通過術前閱片和手術經驗調整頭、尾傾和外展角度置釘，余手術步驟同研究組。

術后處理：術后患者均采用平臥位休息，軸向翻身；觀察手術切口負壓引流管引流量，24 h引流量<50 mL、無腦脊液漏的患者拔出引流管。術后使用頭孢呋辛鈉24～48 h，激素3～5 d，脫水藥、質子泵抑制劑3～5 d，有神經癥狀的患者加用神經營養(yǎng)藥物。

1.4觀察指標采用Kawaguchi等[6]的方法評價置釘精準度。0級：螺釘完全在椎弓根內；1級：螺釘穿出椎弓壁不超過2 mm，未出現(xiàn)并發(fā)癥；2級：螺釘穿出椎弓根壁超過2 mm，未出現(xiàn)并發(fā)癥；3級：出現(xiàn)臨床并發(fā)癥，如神經刺激或損傷癥狀。記錄兩組病例的手術時間、術中出血量、術中C臂機透視次數(shù)；術后6個月隨訪，再次行VAS、ODI評價。

A：術前設計的定位-定向導板；B:術前模擬椎弓根置釘矢狀位的位置；C:術前模擬椎弓根置釘軸狀位的位置；D:術中電鉆安裝直徑3.0 mm的鉆頭穿刺

圖1術前設計

1.5統(tǒng)計學處理采用SPSS 19.0處理數(shù)據(jù)。采用兩獨立樣本t檢驗比較兩組手術時間、術中出血量、術中C臂機透視次數(shù)，術后6個月與術前VAS及ODI差值的差異，采用χ2檢驗比較兩組椎弓根螺釘置釘0級率，檢驗水準α=0.05。

2 結果

研究組典型病例術前術后影像見圖2。與對照組相比，研究組手術時間縮短，術中出血量及術中C臂機透視次數(shù)減少；但兩組術后6個月與術前VAS評分及ODI評分的差值差異均無統(tǒng)計學意義，見表1。對照組置釘0級率為91.9%(193/210)，研究組為98.1%(212/216), 差異有統(tǒng)計學意義(χ2=8.856，P=0.003)。兩組病例均獲骨性融合，均未出現(xiàn)神經癥狀，也未見內固定裝置松動、斷裂等并發(fā)癥。

A:患者術前腰椎側凸Cobb角60°；B：術后腰椎側凸完全矯正，Cobb角0°

圖2 研究組典型病例術前術后影像

3 討論

3.1應用3D打印腰椎椎體及椎弓根導板在老年退變性腰椎側彎手術中的優(yōu)勢退變性腰椎側彎是老年人常見的疾病，隨著社會老齡化的加劇，發(fā)病率逐年增高[7]。術前即3D打印出1∶1的老年退變性腰椎側彎椎體模型和椎弓根導板，方便和患者及家屬溝通[8]，可以讓患者及家屬直觀地感受手術操作步驟，理解手術可能會出現(xiàn)的風險；可以在計算機上預先設計出手術方式、減壓和固定范圍，判斷術后側彎矯正的滿意度，“個性化”地模擬手術[9]，甚至遇到較大解剖變異的患者，手術內固定器材可以“私人定制”。老年性退變性腰椎側彎畸形，椎體左、右側高度不對稱且伴有旋轉畸形，椎弓根同樣隨著椎體的變異而變異較大，關節(jié)突關節(jié)內聚明顯，這些均給椎弓根螺釘?shù)闹萌霂砝щy。據(jù)Mason等[10]報道腰椎傳統(tǒng)置釘方法存在30%～40%的誤置率。對于老年性退變性腰椎側彎畸形患者，使用普遍性的理論指導個體化的置釘是誤置發(fā)生的根本原因[11]；且老年人椎弓根骨質疏松，置釘要求較高，多次穿刺后椎弓根把持力較差，凸側抱緊和凹側撐開時易導致椎弓根爆裂，失去原本的固定作用，因此椎弓根螺釘穿刺要求最好一次性成功，避免反復調整。使用3D打印技術，可于術前在椎體上進行模擬置釘，保證螺釘均在椎弓根內，幾乎無偏差，基本上可以做到一次穿刺成功。這樣不僅減少創(chuàng)傷、出血，同時可以節(jié)約手術時間。我們的研究證實使用3D打印導板的研究組手術時間為(240.5±40.1) min、術中出血量為(910.1±92.3) mL，和對照組比較，手術時間和術中出血均減少。此外，由于3D打印的椎弓根導板精確度較高，可以減少術中透視次數(shù)，從而減少患者和醫(yī)務人員的術中輻射量。

3.2應用3D打印腰椎椎體及椎弓根導板的注意事項術前所獲取的CT平掃數(shù)據(jù)要以Dicom格式保存，且平掃厚度至少要小于1 mm，層厚越小越精確。我們所使用的西門子公司生產的64排雙源CT，層厚為0.6 mm。術前一定在計算機上反復測試椎弓根螺釘?shù)闹睆胶烷L度及螺釘在軸狀位、矢狀位的位置，確保螺釘大小、位置完全合適，方可逆向設計相應導板，確保導板精確無誤。術中要解剖清楚，尤其是椎弓根導板所要卡的關節(jié)突部位，徹底剔除軟組織，避免導板放置偏差影響椎弓根螺釘置入的準確性。在放置好椎弓根導板后，要固定牢靠，防止導板在使用過程中發(fā)生移位。

3.3本研究的局限性本研究打印腰椎椎體和椎弓根導板所使用的醫(yī)用光敏樹脂是否可以進行低溫消毒，消毒時是否會發(fā)生化學變化，消毒后的光敏樹脂導板接觸人體是否有害，均有待進一步長期研究。另外，本研究樣本量較小，隨訪時間較短，遠期效果有待進一步觀察。

總之，3D打印技術可以個性化設計和制作腰椎模型及椎弓根導板，提高老年退變性腰椎側彎手術椎弓根螺釘置入的精確性，節(jié)約手術時間，減少術中出血，減少術中C臂機透視次數(shù)，值得推薦應用。