3D打印技術(shù)結(jié)合椎弓根螺釘治療老年胸腰段脊柱骨折的臨床效果

羅安玉 李景峰 劉瀚霖 謝小飛 黃琛 張軍

(1武漢科技大學(xué)附屬漢陽醫(yī)院骨二科，湖北 武漢 430050；2武漢大學(xué)中南醫(yī)院骨科)

胸腰段脊柱骨折若未能及時(shí)接受有效治療，會(huì)增加患者致殘率及病死率〔1,2〕。椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)是目前臨床中治療胸腰段脊柱骨折的常用方法，具有穩(wěn)定骨塊及完成解剖結(jié)構(gòu)復(fù)位的重要作用〔3〕。但常規(guī)的椎弓根螺釘內(nèi)固定易導(dǎo)致固定螺釘發(fā)生偏差，易誘發(fā)神經(jīng)損傷、腦脊液漏及固定失敗等不良情況，尤其以老年患者最為凸顯，主要因老年患者機(jī)體各項(xiàng)功能下降，術(shù)后恢復(fù)能力較差，嚴(yán)重影響老年患者的預(yù)后〔4,5〕。因此，在椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)基礎(chǔ)上給予有效的輔助治療方案尤為重要。3D打印技術(shù)主要借助影像學(xué)數(shù)據(jù)，提前了解脊椎損傷情況，通過精準(zhǔn)計(jì)算打印出個(gè)體化、精準(zhǔn)化手術(shù)輔助固定釘，通過脊柱進(jìn)行特異性嵌合，以達(dá)到輔助治療目的，減少術(shù)后并發(fā)癥，且3D打印技術(shù)準(zhǔn)確性及安全性較高〔6,7〕。近年來，針對(duì)3D打印技術(shù)結(jié)合椎弓根螺釘治療老年胸腰段脊柱骨折應(yīng)用相關(guān)研究較少。本研究擬進(jìn)一步分析3D打印技術(shù)結(jié)合椎弓根螺釘治療老年胸腰段脊柱骨折的臨床效果。

1 資料與方法

1.1一般資料 回顧性分析2018年4月至2019年10月武漢科技大學(xué)附屬漢陽醫(yī)院收治的老年胸腰段脊柱骨折患者(102例的臨床資料，行椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)患者51例為對(duì)照組，行3D打印技術(shù)結(jié)合椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)患者51例為觀察組。對(duì)照組男31例，女20例；年齡60～78歲，平均(68.64±7.36)歲；受傷至手術(shù)時(shí)間2～7 d，平均(3.89±2.67)d；骨折部位：T11 10例、T12 13例、T1 8例、T2 9例、T3 11例；致傷原因：車禍傷13例，摔傷11例，重物砸傷14例，高處墜落傷13例。觀察組男33例，女18例；年齡60～79歲，平均(69.34±7.41)歲；受傷至手術(shù)時(shí)間2～6 d，平均(3.91±2.71)d；骨折部位：T11 12例、T12 12例、T1 9例、T2 10例、T3 8例；致傷原因：車禍傷15例，摔傷11例，重物砸傷14例，高處墜落傷11例。兩組一般資料比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，具有可比性。

1.2納入條件 ①經(jīng)X線、CT及磁共振成像(MRI)等影像學(xué)診斷確診為單純閉合性胸腰椎骨折；②均為新鮮骨折者；③均符合椎弓根螺釘置釘內(nèi)定術(shù)適應(yīng)證者；④椎體壓縮超過椎體高度1/3，且Cobb角<15°且無脊髓及神經(jīng)損傷者；⑤臨床資料完整。

1.3排除條件 ①術(shù)前合并嚴(yán)重心、肝、腎等臟器功能障礙者；②合并凝血功能障礙者；③手術(shù)不耐受者；④合并嚴(yán)重腦血管疾病者；⑤合并嚴(yán)重骨質(zhì)疏松者。

1.4手術(shù)方法 觀察組實(shí)施3D打印技術(shù)術(shù)前對(duì)患者進(jìn)行高分辨X線及CT掃描檢查，在完成檢查后重建骨窗和軟組織窗，并將掃描數(shù)據(jù)以Dicom格式進(jìn)行存儲(chǔ)，并導(dǎo)入Mimics17.0中，并采用閥值分割及區(qū)域增長功能，檢測得出胸腰椎三維模型中，最終以STL格式輸出檢測數(shù)據(jù)。采用Maker Bot Desktop軟件，采集STL文件檢出數(shù)據(jù)，將胸腰椎情況通過三維模型顯示，適當(dāng)調(diào)整模型空間位置，以將其落在平臺(tái)適當(dāng)位置，層厚設(shè)置為0.1 mm，溫度為230℃，增加支撐平臺(tái)，生成X3g文件，將其存儲(chǔ)于SD卡中。將獲得SD卡插入3D三維打印機(jī)中，應(yīng)用聚乳酸材料(PLA)，采用熔融沉積制造技術(shù)逐層加工1∶1胸腰椎模型(見圖1)。椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)操作：手術(shù)均由本院同一名醫(yī)師完成，患者取俯臥位于脊柱手術(shù)床，根據(jù)患者具體脊柱弧度調(diào)節(jié)臥位，保持腹部懸空，以減少術(shù)中出血量，采用全麻，于后正中位置(脊柱傷椎椎體中心)做一切口，逐層分離皮下肌肉直至脊柱椎體，緩慢分離椎旁組織及神經(jīng)血管，觀察組按照術(shù)前設(shè)計(jì)好的進(jìn)釘點(diǎn)和方向置釘，對(duì)照組根據(jù)上下關(guān)節(jié)突殘留關(guān)節(jié)間隙，胸椎則采用Roy-Camille法進(jìn)釘，腰椎則采用人字嵴頂點(diǎn)法進(jìn)釘。于傷椎上下固定2～3個(gè)椎體，在C型臂X線機(jī)確定椎弓根螺釘位置良好，安裝釘尾，以保障傷椎椎體撐開后與螺帽連接。在完成固定后，在C型臂X線機(jī)下，觀察以確定傷椎復(fù)位良好后，清洗切口，放置引流管，縫合切口。兩組術(shù)后均給予抗生素治療，密切監(jiān)測患者術(shù)后引流情況，于48 h后移除引流管，患者在臥床休息4 w后佩戴護(hù)具進(jìn)行下地康復(fù)訓(xùn)練，需佩戴護(hù)具3個(gè)月，且術(shù)后常規(guī)X射線，以確定螺釘有無松動(dòng)及愈合情況，觀察愈合情況良好后即可將腰圍護(hù)具去除。

1.5評(píng)價(jià)指標(biāo) (1)手術(shù)相關(guān)指標(biāo)：記錄兩組手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、術(shù)中X線透視次數(shù)。(2)傷椎復(fù)位情況：CT測量患者術(shù)前及術(shù)后6個(gè)月傷椎前后高度比低于觀察組，矢狀位后凸Cobb角。(3)腰椎功能：采用日本骨科協(xié)會(huì)評(píng)估治療分?jǐn)?shù)(JOA)〔8〕評(píng)估患者術(shù)前及術(shù)后1、3、6個(gè)月腰椎功能恢復(fù)情況，主要從主觀癥狀、臨床體征、日常活動(dòng)受限度及膀胱功能4個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，總分29分，評(píng)分越高腰椎功能越好。(4)并發(fā)癥：包括術(shù)后感染、出血、腦脊液漏及神經(jīng)損傷等。

1.6統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS23.0軟件進(jìn)行t檢驗(yàn)、χ2檢驗(yàn)。

圖1 3D打印椎體模型

2 結(jié) 果

2.1手術(shù)相關(guān)指標(biāo) 與對(duì)照組相比，觀察組手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、術(shù)中X線透視次數(shù)低，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見表1。

表1 兩組手術(shù)相關(guān)指標(biāo)對(duì)比

2.2傷椎復(fù)位情況 兩組術(shù)前傷椎前后高度比及矢狀位后凸Cobb角比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；術(shù)后6個(gè)月，對(duì)照組傷椎前后高度比低于觀察組及矢狀位后凸Cobb角高于觀察組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見表2。

表2 兩組術(shù)前及6個(gè)月傷椎前后高度比及矢狀位后凸Cobb角對(duì)比

2.3腰椎功能 兩組術(shù)前及術(shù)后1個(gè)月JOA評(píng)分比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；術(shù)后3個(gè)月、6個(gè)月，對(duì)照組JOA評(píng)分低于觀察組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見表3。

表3 兩組術(shù)前、術(shù)后1、3、6個(gè)月JOA評(píng)分對(duì)比分,n=51)

2.4并發(fā)癥 對(duì)照組術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率略高于觀察組，但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見表4。

表4 兩組并發(fā)癥發(fā)生率對(duì)比〔n(%),n=51〕

3 討 論

椎弓根螺釘置入固定術(shù)是脊柱類手術(shù)中重要的一項(xiàng)技術(shù)工具，通過關(guān)節(jié)突、人字脊及橫突根等解剖為選擇適宜入釘點(diǎn)，在C型臂X線輔助下確定置入位置后，置入螺釘以固定傷椎，使其恢復(fù)正常屈伸、旋轉(zhuǎn)及側(cè)彎活動(dòng)，達(dá)到有效矯正胸腰椎畸形，恢復(fù)傷椎的穩(wěn)定性，最大程度保留胸腰部運(yùn)動(dòng)節(jié)段的目的〔9，10〕。但在螺釘本身會(huì)對(duì)患者機(jī)體造成一定程度的損傷，且在螺釘置入過程中，若打入位置不對(duì)，會(huì)導(dǎo)致螺釘擊穿椎體，損傷臟器，增加術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。因此，如何精準(zhǔn)確定螺釘置入的位置及角度是臨床研究的熱點(diǎn)問題〔11〕。

3D打印技術(shù)是一種新興的快速成型技術(shù)，其核心是通過CT及X線等影像檢查技術(shù)輔助下，獲得組織臟器結(jié)構(gòu)相關(guān)三維數(shù)據(jù)，并在相關(guān)圖像軟件中完成三維模型構(gòu)建，通過3D打印技術(shù)進(jìn)行分層實(shí)體制造，打印精準(zhǔn)的1∶1骨骼模型，將骨骼具體情況形象地展示在醫(yī)生患者面前，詳細(xì)進(jìn)行術(shù)前手術(shù)計(jì)劃及手術(shù)模擬，以保證手術(shù)的安全及精準(zhǔn)性，繼而減少手術(shù)并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)，提高手術(shù)的治療效果〔12～14〕。本研究結(jié)果表明，與椎弓根螺釘單一治療相比，結(jié)合3D打印技術(shù)治療，更利于促進(jìn)老年胸腰段脊柱骨折患者術(shù)后腰椎功能恢復(fù)。分析其原因可能為3D打印技術(shù)為椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)安全準(zhǔn)確的實(shí)施提供有效輔助作用，主要原因與以下幾點(diǎn)有關(guān)：(1)1∶1打印的腰椎3D模型能夠?qū)⒀倒钦圩刁w具體形態(tài)清晰展示，為術(shù)前充分了解手術(shù)椎體解剖位及病情的分析提供客觀依據(jù)，提高臨床診斷準(zhǔn)確率〔15〕。(2)術(shù)前可根據(jù)3D模型制定個(gè)性化手術(shù)方案，明確掌握置入螺釘最佳位置，降低手術(shù)對(duì)組織臟器及神經(jīng)的損傷，減少術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生〔16〕。(3)3D模型為醫(yī)生術(shù)前精準(zhǔn)測量螺釘長度、直徑、方向等提供依據(jù)，利于減少術(shù)中對(duì)腰椎組織的過度分離，繼而降低術(shù)中出血量，減少手術(shù)對(duì)腰椎組織的損傷，利于術(shù)后腰椎功能恢復(fù)〔17〕。(4)術(shù)前經(jīng)過3D模型觀察得以明確置釘位置，使術(shù)中操作更加簡便，無法使用計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航系統(tǒng)等設(shè)備進(jìn)行術(shù)前模擬，不僅提高了置釘?shù)木珳?zhǔn)度，且降低術(shù)中X線使用頻率，減少X線輻射對(duì)機(jī)體的損傷〔18〕。(5)3D打印實(shí)物模型，利于患者及其家屬更加確切了解自身病情及理解治療方案，利于獲得患者更好的配合。因此，臨床中推薦3D打印技術(shù)聯(lián)合椎弓根螺釘應(yīng)用于老年胸腰段脊柱骨折患者臨床治療中，以減少術(shù)后對(duì)老年患者機(jī)體的損傷，促進(jìn)患者術(shù)后脊椎功能的恢復(fù)，改善老年患者預(yù)后。本研究仍具有一定局限性，如納入研究樣本量較少，且本研究為回顧性分析，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)可能與當(dāng)前數(shù)據(jù)存在差異，在一定程度上影響研究數(shù)據(jù)結(jié)果的真實(shí)性及可信度，日后仍需進(jìn)一步增加研究樣本，進(jìn)行前瞻性分析。