3d打印技術(shù)在脊柱外科中的應(yīng)用

蔣歡 羅德發(fā) 歐亞新 石壽勇 趙清源 陳明薺

（貴州省大方縣人民醫(yī)院 貴州 大方 556100）

脊柱手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)高、手術(shù)難度大，對(duì)醫(yī)生的心理素質(zhì)、空間想象能力以及解剖知識(shí)等方面具有極高的要求。即便醫(yī)生具備了上述知識(shí)、技術(shù)以及心理素質(zhì)，也會(huì)因不同患者的脊柱個(gè)性化、不同脊柱骨折部位而出現(xiàn)困擾。對(duì)于脊柱手術(shù)來(lái)說(shuō)，脊柱內(nèi)固定是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，置釘位置準(zhǔn)確性、手術(shù)部位與內(nèi)固定物的匹配程度與手術(shù)成功率之間密切相關(guān)。

1.3d打印技術(shù)簡(jiǎn)介

3d打印技術(shù)也成為快速成型技術(shù)，這屬于新型增材制造技術(shù)的一種，其以三維數(shù)字模型為基準(zhǔn)，通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)進(jìn)行分層加工、疊加等方式制造物體。與減材制造技術(shù)相比較，3d打印技術(shù)在產(chǎn)品成型過(guò)程中無(wú)需模具支持，只利用CAD圖形就可設(shè)計(jì)產(chǎn)品，大大提高了制圖效率。3d打印技術(shù)通過(guò)個(gè)性化的導(dǎo)航模板、針對(duì)性內(nèi)置物以及脊柱實(shí)物模型，為醫(yī)生了解骨折部位解剖結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)手術(shù)方案、模擬手術(shù)過(guò)程、進(jìn)行手術(shù)參照、設(shè)計(jì)個(gè)性化內(nèi)置物、輔助置釘?shù)忍峁┝撕?jiǎn)單、有效、直接、客觀的數(shù)據(jù)支持。

2.3d打印技術(shù)在脊柱外科中的應(yīng)用

2.1 輔助椎弓根置釘

①3d打印技術(shù)輔助椎弓根置釘?；颊呓邮芗怪舐纷倒葆斨踩胄g(shù)，先進(jìn)行螺旋CT掃描處理，獲得相關(guān)文件后導(dǎo)入形成椎體斷層圖像，通過(guò)調(diào)整對(duì)比度以及灰度等方式，去除影響手術(shù)操作和視野的結(jié)構(gòu)。設(shè)定目標(biāo)窗口椎體圖像閾值，及時(shí)修補(bǔ)和擦除椎體斷面影像部分，然后充分利用conclude 3D獲得完成的三維圖像模型。使用STL模式將其導(dǎo)入到打印機(jī)中進(jìn)行模型打印?？茖W(xué)評(píng)估3D打印圖像，確定精準(zhǔn)的進(jìn)釘方向、進(jìn)針點(diǎn)一級(jí)螺釘在椎弓根中的具體位置。將上述圖像進(jìn)行低溫消毒處理，帶入手術(shù)臺(tái)，指導(dǎo)整個(gè)手術(shù)操作過(guò)程。劉正蓬、王雅輝、明穎等人的研究指出：觀察組（使用3d打印技術(shù)）置釘準(zhǔn)確率100%、并發(fā)癥幾率8.6%，對(duì)照組（未用3d打印技術(shù)）置釘準(zhǔn)確率91.4%，觀察組對(duì)照組并發(fā)癥幾率20.0%，組間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）[1]。②3d打印技術(shù)在頸椎手術(shù)中的應(yīng)用。眾所周知，頸椎部位的解剖結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜、進(jìn)行手術(shù)操作的風(fēng)險(xiǎn)非常高，而且，很容易并發(fā)神經(jīng)血管并發(fā)癥。3d打印技術(shù)在頸椎手術(shù)中的應(yīng)用能全面提升頸椎手術(shù)的準(zhǔn)確性和安全性。相關(guān)研究學(xué)者使用3d打印技術(shù)輔助頸二椎板關(guān)節(jié)突螺絲內(nèi)固定治療寰樞椎不穩(wěn)，結(jié)果3d打印技術(shù)輔助置釘后的螺釘位置均在允許范圍內(nèi)[2]。③3d打印技術(shù)在胸椎手術(shù)中的應(yīng)用。相比于頸椎和腰椎部位的生理結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，胸椎部位的椎弓根更細(xì)、更小，在置釘過(guò)程中很容易累及周圍的神經(jīng)、脊髓、主動(dòng)脈等組織。而通過(guò)胸椎個(gè)體化到肝及時(shí)的應(yīng)用，能全面提升胸椎置釘?shù)臏?zhǔn)確性。我國(guó)研究學(xué)者通過(guò)胸椎個(gè)體化導(dǎo)板輔助胸椎椎弓根置釘，螺釘均穿破椎弓根骨皮質(zhì)，置釘成功率高達(dá)100%，提示：個(gè)體化導(dǎo)向模板在胸椎手術(shù)中的重要性及價(jià)值[3]。④3d打印技術(shù)在腰骶椎手術(shù)中的應(yīng)用 腰骶椎的椎弓根比較粗，故而，在腰骶椎手術(shù)中很少用到個(gè)體化定位導(dǎo)向技術(shù)。但大量臨床實(shí)踐證實(shí)，在腰椎手術(shù)中使用3d打印技術(shù)，能有效提高穿刺準(zhǔn)確性，縮短置釘時(shí)間，盡可能降低突破椎弓根皮質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)。有研究學(xué)者將腰椎患者20例納入研究，隨機(jī)分為兩組，對(duì)照組接受傳統(tǒng)質(zhì)量，觀察組接受3d個(gè)體化導(dǎo)板輔助治療，結(jié)果觀察組的置釘時(shí)間顯著低于對(duì)照組，置釘準(zhǔn)確率顯著高于對(duì)照組[4]。

2.2 準(zhǔn)確劃定截骨減壓范圍

在脊柱后路減壓、脊柱畸形等手術(shù)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)需要截骨治療。由于脊柱部位的神經(jīng)密集，這對(duì)手術(shù)醫(yī)生的操作技術(shù)提出了較高要求，稍有不慎，就可能導(dǎo)致失血過(guò)多，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致患者癱瘓。在傳統(tǒng)手術(shù)過(guò)程中，手術(shù)人員通過(guò)影像學(xué)資料輔助確定這些規(guī)劃，依靠醫(yī)生的肉眼判斷和經(jīng)驗(yàn)確定截骨線位置，再加上患者脊柱個(gè)體化差異大，醫(yī)生無(wú)法獲得準(zhǔn)確的脊柱三維解剖圖像，故而手術(shù)凈賺度比較差，手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)較高。通過(guò)3d打印技術(shù)的應(yīng)用，能及時(shí)還原患者脊柱實(shí)物模型，從而更加精確、科學(xué)的設(shè)計(jì)截骨線。相關(guān)研究學(xué)者指出，在脊柱截骨減壓手術(shù)中，使用3d打印截骨導(dǎo)板的觀察組其手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量以及手術(shù)費(fèi)用均低于傳統(tǒng)截骨方式的對(duì)照組，組間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜ 0.05）[5]。

2.3 個(gè)體化內(nèi)置物定制

個(gè)體化內(nèi)置物定制需要滿足多向性、復(fù)雜性以及快速性等特點(diǎn)。有研究學(xué)者通過(guò)3d打印技術(shù)打印椎體，然后將其置入到實(shí)驗(yàn)豬體內(nèi)，結(jié)果實(shí)驗(yàn)豬后腿感覺(jué)性以及活動(dòng)性良好，置入的椎體位置正常[6]。而且，3d打印內(nèi)置物更滿足生物力學(xué)、解剖學(xué)以及生態(tài)學(xué)等需求。3d打印技術(shù)和生物力學(xué)的聯(lián)合，更符合有機(jī)體生理特點(diǎn)，且制作更加簡(jiǎn)便。

綜上所述，脊柱骨折是臨床發(fā)病率較高的骨折類型，隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，植入椎弓根螺釘技術(shù)因生物力學(xué)性能良好得到了廣泛應(yīng)用并取得了良好效果[1]。但脊髓部位、神經(jīng)部位與椎弓根結(jié)構(gòu)相鄰，再加上不同患者脊柱直徑與方向存在明顯差異，在置入椎弓根螺釘時(shí)難度較大。3d打印技術(shù)在脊柱外科中的應(yīng)用效果顯著，能有效提升置釘準(zhǔn)確率，大幅度降低并發(fā)癥幾率，提高手術(shù)成功率，值得臨床推廣。