3D打印技術(shù)在腰椎滑脫手術(shù)中的應(yīng)用價(jià)值

陳嘉華，鄧 燁，羅立鎮(zhèn)，黃 凱，譚明生，董 亮，姜良海，謝大志

·臨床論著·

3D打印技術(shù)在腰椎滑脫手術(shù)中的應(yīng)用價(jià)值

陳嘉華1，鄧 燁1，羅立鎮(zhèn)1，黃 凱1，譚明生2，董 亮2，姜良海2，謝大志1

目的 探討3D打印技術(shù)在腰椎滑脫手術(shù)中的應(yīng)用價(jià)值。方法 將87例擇期行腰椎滑脫手術(shù)患者隨機(jī)分為觀察組(45例)和對照組(42例)，對照組患者采用傳統(tǒng)椎間融合術(shù)治療，觀察組患者術(shù)前使用3D打印技術(shù)打印個(gè)體化矢狀曲度模棒行椎間融合術(shù)。比較兩組術(shù)中情況和療效。結(jié)果 術(shù)中出血量、術(shù)中透視次數(shù)及手術(shù)時(shí)間觀察組均顯著低于對照組(P<0.05)。術(shù)后椎體滑脫率兩組均較術(shù)前顯著降低(P<0.05)，且觀察組顯著低于對照組(P<0.05)。術(shù)后即刻、術(shù)后12個(gè)月固定節(jié)段矢狀曲度恢復(fù)率觀察組顯著高于對照組(P<0.05)。置釘準(zhǔn)確率觀察組顯著優(yōu)于對照組(P<0.05)。JOA評分優(yōu)良率觀察組顯著高于對照組(P<0.05)；ODI術(shù)后兩組與術(shù)前比較均顯著降低(P<0.05)，且觀察組術(shù)后顯著低于對照組(P<0.05)。結(jié)論 術(shù)前3D打印制作個(gè)性化的腰椎矢狀曲度模棒，有助于腰椎椎弓根釘準(zhǔn)確置入性，更好地恢復(fù)患者正常矢狀曲度。近期療效優(yōu)于傳統(tǒng)手術(shù)。

3D打印技術(shù)；腰椎滑脫；手術(shù)導(dǎo)航

椎弓根螺釘內(nèi)固定治療脊柱骨折、脊柱不穩(wěn)定是一種有效的術(shù)式，由于椎弓根結(jié)構(gòu)多變，給椎弓根螺釘準(zhǔn)確置入帶來一定的挑戰(zhàn)[1]。傳統(tǒng)的漏斗法以及徒手置釘法主要依賴于手術(shù)醫(yī)師的臨床經(jīng)驗(yàn)，其置釘?shù)臏?zhǔn)確率均不高；近年來發(fā)展的導(dǎo)航法雖然能夠有效提高椎弓根螺釘置入的準(zhǔn)確性，但是由于需要購置昂貴的導(dǎo)航設(shè)備，且增加手術(shù)時(shí)間，目前仍然難以推廣應(yīng)用[2]。C臂機(jī)輔助置釘是目前最為常見的置釘方式，置釘?shù)臏?zhǔn)確率較高，但是術(shù)中需要反復(fù)進(jìn)行X線透視，對醫(yī)患均造成一定的輻射危害[3]。通過數(shù)字模型文件打印出3D實(shí)物，能有效提高置釘準(zhǔn)確率，本研究探討3D打印技術(shù)在腰椎滑脫手術(shù)中的應(yīng)用價(jià)值，報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 病例選擇 選擇2014年1月～2015年3月在佛山市禪城區(qū)中心醫(yī)院擇期行腰椎滑脫手術(shù)的87例患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：① 經(jīng)保守治療3個(gè)月以上無效者；② Meyerding腰椎滑脫分度為Ⅰ度或者Ⅱ度的單節(jié)段腰椎滑脫者；③ 存在長期神經(jīng)根性疼痛或長期腰痛且與影像學(xué)定位相符合者；④ 隨訪時(shí)間達(dá)12個(gè)月者。排除標(biāo)準(zhǔn)：① 椎間盤退變需要進(jìn)行多節(jié)段手術(shù)者；② 伴有2節(jié)段及以上腰椎滑脫者；③ 合并有嚴(yán)重骨質(zhì)疏松者；④ 合并有其他內(nèi)科疾病不能夠耐受手術(shù)者；⑤ 合并精神性疾病者。

1.2 病例資料 本組87例，男51例，女36例，年齡25～78(55.12±9.83)歲。病程6個(gè)月～9年(4.19±1.24)年。腰椎滑脫分型：峽部裂型59例，退變型28例?；摴?jié)段：L4～556例，L5～S131例。Meyerding椎體滑移程度：Ⅰ度63例，Ⅱ度24例。按照隨機(jī)數(shù)字表法將87例患者分為兩組：觀察組(45例)術(shù)前使用3D打印技術(shù)打印個(gè)體化矢狀曲度模棒行椎間融合術(shù)，對照組(42例)采用傳統(tǒng)椎間融合術(shù)，兩組一般資料比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，見表1。

表1 兩組患者術(shù)前一般資料

1.3 模擬手術(shù)及3D打印模板制作 為了幫助患者更好地恢復(fù)矢狀曲度，術(shù)前需要獲得患者正常矢狀曲度的相關(guān)數(shù)據(jù)，使用Mimics 15.0軟件進(jìn)行手術(shù)模擬操作，以模擬手術(shù)恢復(fù)患者脫位及正常矢狀曲度的重建。① 術(shù)前采用63層螺旋CT進(jìn)行腰椎掃描，獲取數(shù)據(jù)并將其導(dǎo)入Mimics 15.0軟件當(dāng)中，對患者所需固定節(jié)段腰骶椎進(jìn)行三維模型重建，并在此三維模型上測量患者鄰近椎間隙的前、后緣高度。② 在上述建立的三維模型上，使用移動工具(Move)糾正椎體的脫位，然后再使用旋轉(zhuǎn)工具(Rotate)使脫位的椎體在矢狀面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)時(shí)以椎關(guān)節(jié)突作為旋轉(zhuǎn)中心，最終旋轉(zhuǎn)的角度以上、下鄰近椎間隙的前、后緣高度平均值為脫位椎體椎間隙前、后緣高度。模擬手術(shù)完成后，測量患者的正常的矢狀曲度(即患者脫位椎體及其尾側(cè)鄰近椎體上終板的垂直夾角)。③ 將上述模擬手術(shù)復(fù)位作為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)最佳的椎體椎弓根螺釘?shù)倪M(jìn)釘點(diǎn)以及方向；采用Geomagic Studio 2013軟件，制作一個(gè) ? 6 mm的三維模型，保存為.stl格式并傳入FORMIGA P 110激光快速成型機(jī)，進(jìn)行3D實(shí)物打印，實(shí)物打印使用PA 2200型光敏樹脂材料。見圖1～3。

1.4 手術(shù)方法 全身麻醉?；颊吒┡P位并懸空腹部。以患者滑脫椎體為中心后正中切口，暴露滑脫椎體棘突、關(guān)節(jié)突及椎板，兩組均采用GSS椎弓根釘以及椎間融合手術(shù)。① 對照組：將滑脫椎體的兩側(cè)關(guān)節(jié)突松解，以椎板邊緣對腰椎椎弓根進(jìn)釘點(diǎn)個(gè)體定位法行椎弓根螺釘置入手術(shù)，根據(jù)醫(yī)師經(jīng)驗(yàn)選擇長度適合的連接棒并將其進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)彎，然后進(jìn)行撐開、旋棒等相應(yīng)的復(fù)位。通過C臂機(jī)透視顯示復(fù)位情況基本滿意后則可鎖緊螺帽，斜向插入與撐開器同號、填充自體碎骨屑的插入型椎間融合器，安置負(fù)壓引流管。② 觀察組：將上述3D打印制作的矢狀曲度模棒術(shù)前進(jìn)行等離子消毒備用。將固定參考架安置于需要固定節(jié)段頭側(cè)棘突，對所需固定節(jié)段進(jìn)行正、側(cè)位透視，并在計(jì)算機(jī)工作站上，于正、側(cè)位透視圖上引導(dǎo)釘?shù)赖慕⒁约奥葆數(shù)闹萌?，注意螺釘植入方向需要與椎體上終板嚴(yán)格平衡，椎間隙處理以及減壓操作同對照組。按照預(yù)先制作出的矢狀曲度模棒將連接棒進(jìn)行預(yù)彎，并安置預(yù)彎后的連接棒，行提拉復(fù)位。最后使用實(shí)現(xiàn)制作的矢狀曲度模棒驗(yàn)證患者矢狀曲度的恢復(fù)情況，置入椎間融合器以及患者術(shù)后處理均同對照組。

1.5 觀察指標(biāo)及療效評價(jià) ① 兩組患者均于術(shù)前、術(shù)后3 d行正、側(cè)位X線及CT檢查，并將CT資料錄入Mimics 15.0軟件當(dāng)中，以測量各項(xiàng)指標(biāo)。② 兩組術(shù)中出血量、術(shù)中透視次數(shù)以及手術(shù)時(shí)間。③ 兩組椎體滑脫率(上位椎體在下位椎體上前后或側(cè)方的相對脫位距離/上位椎體前后徑或冠狀面長徑×100%)、固定節(jié)段矢狀曲度恢復(fù)率(患者術(shù)后固定節(jié)段矢狀曲度/患者術(shù)前模擬手術(shù)所得到的固定節(jié)段正常矢狀曲度×100%)以及置釘準(zhǔn)確率(通過CT圖像評估患者椎弓根皮質(zhì)與螺釘?shù)年P(guān)系，分為3級：Ⅰ級：椎弓根釘完整在椎弓根內(nèi)；Ⅱ級：椎弓根釘突破皮質(zhì)≤2 mm；Ⅲ級：椎弓根釘突破皮質(zhì)>2 mm)。④ 術(shù)后12個(gè)月采用JOA下腰痛評分系統(tǒng)對患者進(jìn)行療效評定。⑤ 采用ODI對患者手術(shù)前后腰椎功能進(jìn)行評分。

2 結(jié)果

兩組患者均獲得12個(gè)月隨訪。

2.1 手術(shù)指標(biāo) 觀察組患者術(shù)中出血量、術(shù)中透視次數(shù)及手術(shù)時(shí)間均顯著少于對照組(P<0.05)，見表2。

表2 兩組術(shù)中出血量、術(shù)中透視次數(shù)及手術(shù)時(shí)間比較±s)

2.2 椎體滑脫率 兩組患者術(shù)前椎體滑脫率比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，術(shù)后兩組椎體滑脫率較術(shù)前明顯降低(P<0.05)；觀察組術(shù)后椎體滑脫率顯著低于對照組(P<0.05)。見表3。

表3 兩組患者治療前后椎體滑脫率比較±s)

與術(shù)前比較：*P<0.05；與對照組比較：△P<0.05

2.3 固定節(jié)段矢狀曲度恢復(fù)率 觀察組患者術(shù)后即刻、術(shù)后12個(gè)月固定節(jié)段矢狀曲度恢復(fù)率顯著高于對照組(P<0.05)。兩組術(shù)后12個(gè)月恢復(fù)率與術(shù)后即刻比較均有丟失，但觀察組差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，而對照組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見表4。

表4 兩組患者固定節(jié)段矢狀曲度恢復(fù)率±s)

與術(shù)后即刻比較：*P<0.05

2.4 置釘準(zhǔn)確率 觀察組Ⅰ級35例(77.78%)、Ⅱ級8例(17.78%)、Ⅲ級2例(4.44%)；對照組Ⅰ級25例(59.52%)、Ⅱ級10例(23.81%)、Ⅲ級7例(16.67%)。觀察組置釘準(zhǔn)確率顯著優(yōu)于對照組(Z=-1.989，P<0.05)。

2.5 JOA評分優(yōu)良率 觀察組優(yōu)30例，良12例，可3例，優(yōu)良率93.33%；對照組優(yōu)11例，良21例，可10例，優(yōu)良率76.19%。觀察組治療優(yōu)良率顯著高于對照組(χ2=5.023，P<0.05)。

2.6 腰椎功能改善情況 兩組術(shù)前ODI比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，兩組術(shù)后ODI均較術(shù)前顯著降低(P<0.05)，觀察組術(shù)后ODI顯著低于對照組(P<0.05)。見表5。

表5 兩組患者ODI比較(分，

與術(shù)前比較：*P<0.05

2.7 兩組典型病例 見圖4、5。

3 討論

腰椎滑脫手術(shù)治療目的為恢復(fù)患者腰椎的正常序列、解除椎間盤以及滑脫腰椎對于患者神經(jīng)的壓迫，并穩(wěn)定脊柱預(yù)防滑脫進(jìn)展[4]，進(jìn)行椎弓根螺釘內(nèi)固定手術(shù)以糾正滑脫的腰椎并回復(fù)腰椎的正常矢狀曲度。對于腰椎滑脫手術(shù)是否需要進(jìn)行復(fù)位目前仍然存在一定的爭議，大部分學(xué)者認(rèn)為[5-6]，椎體的滑移不穩(wěn)是導(dǎo)致腰椎滑脫的病理基礎(chǔ)，對滑脫椎體不復(fù)位則不能夠有效解除患者椎管狹窄等癥狀，同時(shí)椎間融合接觸面也有所減少，不利于椎間植骨融合，因此椎體復(fù)位仍然是腰椎滑脫手術(shù)的常規(guī)項(xiàng)目之一。對于患者腰椎矢狀曲度的恢復(fù)，學(xué)者的意見較為統(tǒng)一[7]：即若矢狀角度未恢復(fù)，其相鄰節(jié)段的矢狀曲度將會發(fā)生代償性改變，引起術(shù)后相鄰節(jié)段腰椎活動度增大、椎間隙不穩(wěn)、應(yīng)力增加，從而導(dǎo)致鄰近節(jié)段的退行性病變，術(shù)后遠(yuǎn)期可能發(fā)生內(nèi)固定斷裂、松動，進(jìn)而導(dǎo)致手術(shù)失敗。因此，腰椎滑脫內(nèi)固定手術(shù)的一個(gè)重要步驟即為恢復(fù)腰椎的正常矢狀曲度。但是由于不同患者其腰椎正常矢狀曲度變化范圍較大，目前尚無統(tǒng)一的曲度標(biāo)準(zhǔn)。本研究中，術(shù)前對不同患者進(jìn)行個(gè)性化的三維模型重建，從而準(zhǔn)確獲得患者需固定節(jié)段的正常矢狀曲度數(shù)據(jù)，并通過3D打印技術(shù)打印出相應(yīng)的矢狀曲度模棒，并將其運(yùn)用于術(shù)中患者矢狀曲度的恢復(fù)指導(dǎo)當(dāng)中。

圖1 術(shù)前3D打印模型 圖2 術(shù)前3D打印導(dǎo)板 圖3 術(shù)前模擬置釘 圖4 觀察組患者，女，56歲，L4椎體Ⅰ度滑脫 A．術(shù)前正、側(cè)位X線片，顯示L4Ⅰ度滑脫；B．術(shù)后正、側(cè)位X線片，顯示L4滑脫復(fù)位，內(nèi)固定位置良好 圖5 觀察組患者，男，68歲，L5椎體Ⅱ度滑脫 A.術(shù)前正、側(cè)位X線片，顯示L5Ⅱ度滑脫；B.術(shù)后正、側(cè)位X線片，顯示L5滑脫復(fù)位，內(nèi)固定位置良好

本研究結(jié)果顯示，觀察組患者術(shù)中出血量、術(shù)中透視次數(shù)、手術(shù)時(shí)間、術(shù)后椎體滑脫率、固定節(jié)段矢狀曲度恢復(fù)率以及置釘準(zhǔn)確率均顯著優(yōu)于對照組(P<0.05)，提示將快速成型導(dǎo)向模板技術(shù)應(yīng)用于脊柱螺釘?shù)闹冕斒中g(shù)中，能夠提高置釘?shù)臏?zhǔn)確性，從而獲得較為良好的手術(shù)效果。3D打印技術(shù)可制備出個(gè)性化的模版，具有著簡單、直觀的臨床特點(diǎn)，減少對術(shù)者臨床經(jīng)驗(yàn)的依賴，對于初學(xué)內(nèi)固定置釘?shù)男g(shù)者尤為適用。

本研究術(shù)后12個(gè)月隨訪，結(jié)果顯示，觀察組治療優(yōu)良率顯著高于對照組(P<0.05)，且觀察組患者腰椎功能恢復(fù)情況顯著優(yōu)于對照組(P<0.05)，提示3D打印技術(shù)應(yīng)用于腰椎滑脫手術(shù)有助于患者腰椎功能的恢復(fù)，臨床療效良好。但是本研究隨訪時(shí)間不長，尚需延長隨訪，進(jìn)一步分析遠(yuǎn)期療效。

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(接收日期：2016-12-08)

Application value of 3D printing technique in the operation of lumbar spondylolisthesis

CHENJia-hua,DENGYe,LUOLi-zhen,HUANGKai,TANMing-sheng,DONGLiang,JIANGLiang-hai,XIEDa-zhi

(DeptofSpinalSurgery,FoshanChanchengDistrictCentralHospital,Foshan,Guangdong528000,China)

Objective To investigate the application value of 3D printing technique in the operation of lumbar spondylolisthesis.Methods Eighty-seven cases underwent surgery of lumbar spondylolisthesis patients, which were randomly divided into observation group (45 cases) and control group (42 cases), control group was treated by traditional lumbar interbody fusion and the observation group was treated with 3D printing technique to print individual sagittal curvature mode rods for intervertebral fusion, intraoperative situation and effect were compared between the two groups of patients. Results In the observation group, the volume of bleeding during operation, the perspective times of operation and the operation time were significantly lower than those of the control group (P<0.05). The spondylolisthesis rate was lower postoperative than preoperative in both groups(P<0.05), the rate of spondylolisthesis in the observation group was significantly lower than that in the control group (P<0.05). The observation group patients immediately after surgery and postoperative 12 months fixed segment sagittal curvature recovery rate was significantly higher than the control group (P<0.05). The accuracy rate of the observation group was significantly higher than that of the control group (P<0.05); the JOA score system was used to evaluate the effect of the patients, and the excellent and good rate of the observation group was significantly higher than that in the control group (P<0.05). The Oswestry index of the two groups were significantly lower than that of the preoperative (P<0.05), and the index was significantly lower in the observation group than that in the control group (P<0.05). Conclusions Using 3D printing technique of making personalized lumbar sagittal curvature mode rod guide pedicle screw internal fixation, contribute to the lumbar pedicle nail placement accuracy improve, better recovery in patients with normal sagittal curvature and has a good curative effect, less complications and other clinical advantages, is conducive to the recovery of the patients with lumbar function.

3D printing technique;lumbar spondylolisthesis;surgical navigation

10.3969/j.issn.1008-0287.2017.01.003

2015年佛山市醫(yī)學(xué)類科技攻關(guān)項(xiàng)目(編號：2015 AB001621)

1佛山市禪城區(qū)中心醫(yī)院脊柱外科，廣東 佛山 5280002中日友好醫(yī)院脊柱外科，北京 100029

陳嘉華，男，副主任醫(yī)師，主要從事脊柱外科研究，E-mail：chenjiahua@medmail.com.cn

R 681.5；R 687.3

A

1008-0287(2017)01-0005-04