3D打印個體化人工椎體重建用于脊柱腫瘤術(shù)后的臨床價值*

陳政宇, 關(guān)凱, 孫勇偉, 王勁樂, 霍紅軍, 金鑫

咸陽市第一人民醫(yī)院骨科二病區(qū)(陜西咸陽 712000)

脊柱腫瘤的治療是涵蓋了手術(shù)、放化療及輔助治療等多學(xué)科的綜合治療[1]。過去后路椎板減壓、刮除腫瘤是治療脊柱腫瘤的常用方法，該方法有利于減輕脊髓壓迫，緩解患者肌力下降、疼痛等癥狀，但該方法效果有限并且無法完整切除腫瘤，不能獲得良好的腫瘤切除術(shù)后邊界，因此腫瘤局部有發(fā)生轉(zhuǎn)移或復(fù)發(fā)的風(fēng)險[2-3]。與之相比，脊柱腫瘤全切手術(shù)可明顯降低腫瘤轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)率，改善患者預(yù)后，在臨床受到許多脊柱外科醫(yī)生青睞[4]。3D打印技術(shù)既往已在復(fù)雜骨盆骨折、復(fù)雜脛骨平臺骨折等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用也并取得良好效果，隨著該技術(shù)的發(fā)展和推廣，3D打印個體化人工椎體在脊柱腫瘤切除后的重建中應(yīng)用越來越廣泛[5]。本研究以60例脊柱腫瘤患者為研究對象，探究3D打印個體化人工椎體重建用于脊柱腫瘤術(shù)后的臨床價值，報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選擇2017年1月至2021年1月咸陽市第一人民醫(yī)院收治的60例脊柱腫瘤患者為研究對象，使用隨機數(shù)表法將其分為觀察組和對照組，各30例。兩組性別、年齡、病變部位、腫瘤類型等一般資料比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，有可比性，見表1。研究已獲本院倫理委員會批準(2017-23號)。

表1 兩組一般資料比較

1.2 納入標(biāo)準 (1)年齡≥18歲；(2)存在Ⅰ、Ⅱ期原發(fā)脊柱惡性腫瘤；(3)預(yù)期生存時間≥6個月；(4)行多節(jié)段椎體切除術(shù)；(5)患者及其家屬對本研究知情同意。

1.3 排除標(biāo)準 (1)合并肺部及其他器官的轉(zhuǎn)移；(2)存在活動性感染；(3)一般情況較差對手術(shù)不耐受。

1.4 方法 (1)準備植入材料：觀察組采用3D打印人工椎體，使用多孔型鈦合金(金鈦-6鋁-4釩)，頸椎人工椎體高度為12～90 mm(遞增2 mm)，直徑為12/14 mm；胸腰椎人工椎體高度為25～120 mm(遞增5/10 mm)，直徑12×18 mm～18×24 mm。對照組采用鈦網(wǎng)，材料為圓柱形鈦合金，高度100 mm、厚度1 mm、直徑12/14 mm。頸前路鈦板螺釘系統(tǒng)，螺釘長度12～18 mm、直徑4/4.5 mm，鈦板長度22～88 mm；胸腰椎釘棒系統(tǒng)，螺釘直徑3.5～7.5 mm、長度為30～50 mm。見圖1。(2)手術(shù)方法：術(shù)前對患者進行血管造影確定腫瘤供血情況，選擇性進行血管栓塞以減少術(shù)中出血。對于胸腰椎腫瘤，手術(shù)時患者取俯臥位，全麻后在病變椎體中心后正中做一切口，長度范圍為病變椎體上和下兩節(jié)段椎體，分別將皮膚、皮下、筋膜切開，將椎旁肌肉分離并向兩側(cè)牽引，分離軟組織時應(yīng)當(dāng)避免進入腫瘤組織，分別將椎弓根螺釘置入病變椎體的上下兩個椎體，腫瘤椎體切除時將兩側(cè)的連接桿交替連接，將腫瘤椎體整塊切除，將神經(jīng)根和脊髓徹底減壓，對術(shù)區(qū)交替使用化療藥物和蒸餾水浸泡滅活，將殘留椎間盤組織處理干凈，將下位椎體上終板軟骨和上位椎體下終板軟骨刮除，為融合界面做好準備，做好止血工作，并注意保護椎體前方血管、神經(jīng)根和脊髓。對于頸椎腫瘤，患者取平臥位，經(jīng)前入路進行切除。(3)重建：觀察組選擇相應(yīng)規(guī)格的3D打印個體化人工椎體，向中央植骨管道內(nèi)填塞制備好的異體骨顆粒，在缺損區(qū)放置人工椎體并調(diào)整位置，對相鄰椎體適當(dāng)加壓以保證人工椎體和骨界面密切貼合。胸腰椎腫瘤患者將橫聯(lián)和椎弓根螺釘連接桿連接，頸椎腫瘤患者安裝頸前路鈦板螺釘并固定。對照組在修剪過的鈦網(wǎng)內(nèi)填充異體骨顆粒，其他步驟與觀察組保持一致。

注：A、B：3D打印個體化人工椎體；C：傳統(tǒng)鈦籠

1.5 觀察指標(biāo) (1)圍術(shù)期指標(biāo)：比較兩組切除節(jié)段數(shù)、術(shù)中出血量、手術(shù)時間、住院時間、術(shù)后7 d視覺模擬評分法(VAS)評分；(2)日本骨科協(xié)會評估治療(JOA)評分[6]：采用JOA評分評估患者的神經(jīng)功能，該評分包括主觀癥狀、臨床體征、日常活動受限度、膀胱功能，JOA評分總分29分，得分越高表示患者脊柱神經(jīng)功能改善情況越好，分別于術(shù)前、術(shù)后1周、術(shù)后1、2、3個月進行評分；(3)沉降情況：術(shù)后1周通過脊柱X線側(cè)位片測量融合節(jié)段椎體前緣高度(HAB)、椎體后緣高度(HPB)、cobb角度，之后分別于術(shù)后1、3個月再次檢測以上指標(biāo)，并計算其與術(shù)后1周檢測結(jié)果的差值；(4)記錄兩組術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生情況。

2 結(jié)果

2.1 兩組圍術(shù)期指標(biāo)比較 與對照組相比，觀察組術(shù)中出血量較低、手術(shù)時間較短(P<0.05)；兩組切除節(jié)段數(shù)、住院時間、術(shù)后7 d VAS評分差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。見表2。

表2 兩組圍術(shù)期指標(biāo)比較

2.2 影像學(xué)變化 以某51歲男性T10椎體骨巨細胞瘤患者為例，其術(shù)前術(shù)后影像學(xué)檢查結(jié)果見圖2～6。該例患者術(shù)后1周復(fù)查,內(nèi)固定穩(wěn)定在位,3D打印人工椎體位置準確;術(shù)后1個月復(fù)查,內(nèi)固定穩(wěn)定在位,3D打印人工椎體無移位、無塌陷；術(shù)后2個月復(fù)查，內(nèi)固定穩(wěn)定在位，3D打印人工椎體上下邊緣可見暗線吸收區(qū)域，骨質(zhì)少量吸收。T9椎體下終板至T11椎體下終板距離35.64 mm；術(shù)后3個月復(fù)查，內(nèi)固定穩(wěn)定在位，3D打印人工椎體上下邊緣可見骨質(zhì)少量長入。T9椎體下終板至T11椎體下終板距離33.00 mm。

注：A：正位片；B：正位片；C：側(cè)位片;箭頭所示：椎內(nèi)可見低密度類圓形病灶區(qū)區(qū)域

注：A：正位片；B：側(cè)位片

注：A：正位片；B：側(cè)位片

2.3 兩組治療不同時點JOA評分比較 手術(shù)前，兩組JOA評分差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)；術(shù)后1周至術(shù)后3個月，兩組JOA評分均呈上升趨勢(P<0.05)；與對照組相比，觀察組術(shù)后1周、術(shù)后1、2、3個月JOA評分均較高(P<0.05)，見表3。

注：A：正位片；B：側(cè)位片

注：A：正位片；B：側(cè)位片

表3 兩組治療不同時點JOA評分比較 分

2.4 兩組術(shù)后各時點沉降情況比較 與術(shù)后1個月比較，兩組術(shù)后3個月HAB減小值、HPB減小值、cobb角減小值均增高，觀察組各指標(biāo)術(shù)后3個月低于對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，見表4。

表4 兩組術(shù)后各時點沉降情況比較

2.5 兩組術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率比較 兩組術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率差異無統(tǒng)計學(xué)意義(2=0.739，P=0.390)，見表5。

表5 兩組術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率比較 例(%)

3 討論

脊柱腫瘤是一種長時間被忽略的惡性腫瘤，與其他臟器腫瘤相比，脊柱腫瘤可對骨骼造成更加嚴重的損傷，不僅嚴重破壞骨質(zhì)，還會給脊柱的神經(jīng)功能和穩(wěn)定性造成巨大的負擔(dān)[7-8]。脊柱腫瘤的治療原則通常為早期診斷并徹底切除，因此外科手術(shù)目前仍是治療脊柱腫瘤最主要、最有效的手段[9-10]。近些年3D打印假體在骨科中應(yīng)用越來越廣泛，3D打印個體化人工椎體也為多節(jié)段脊柱腫瘤切除術(shù)后重建脊柱序列提供了新的選擇[11-12]。

本研究顯示，與對照組相比，觀察組手術(shù)時間較短、術(shù)中出血量較小，可能與以下兩個因素有關(guān)，3D打印個體化人工椎體可對制備完成的相應(yīng)高度的假體進行測量，縮小其與真實缺損高度的誤差，而鈦網(wǎng)需手工截取相應(yīng)的長度，可能存在測量引起的誤差[13]。另外兩者的工藝存在差異，3D打印個體化人工椎體上下緣的斜坡形或弧形設(shè)計有利于提高其與鄰近終板的吻合程度，從而降低安裝難度、減少了安裝時間，從而減少術(shù)中出血量；而鈦網(wǎng)需要反復(fù)修剪并檢查其與相鄰終板的契合程度，因此手術(shù)時間較長[14-15]。

本研究顯示，與對照組相比，觀察組術(shù)后HAB減小值、HPB減小值、cobb角減小值均較小，提示3D打印個體化人工椎體重建脊柱序列有利于降低內(nèi)植物沉降率。由于終板和鈦網(wǎng)的契合程度有限，鈦網(wǎng)與終板的接觸面較小，脊柱力線可能偏離接觸面，可能會出現(xiàn)應(yīng)力不均的情況，導(dǎo)致局部壓強過大，從而造成高度丟失并且延長愈合時間[16]。與之相比，終板和3D打印個體化人工椎體具有更大的接觸面積和更高的吻合度，壓力通過椎體以面和面接觸的形式傳導(dǎo)，可分散承重力量，緩解塌陷情況，因此觀察組僅觀察到節(jié)段高度出現(xiàn)輕微丟失，穩(wěn)定性并未受到嚴重影響[17]。

本研究顯示，與對照組相比，觀察組術(shù)后1、2、3個月JOA評分較高，提示3D打印個體化人工椎體重建脊柱序列有利于促進脊柱神經(jīng)功能改善。3D打印個體化人工椎體的海綿狀微孔結(jié)構(gòu)有利于組織液流動，促進骨細胞增殖與遷移。研究顯示[18]，孔隙率70%～80%的結(jié)構(gòu)最有利于骨長入。3D打印個體化人工椎體表面具有復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)，有利于抗炎因子聚集，對成骨細胞分化具有促進作用，也為骨形成創(chuàng)造了特殊細胞環(huán)境[19]。此外3D打印個體化人工椎體具有的海綿狀微孔結(jié)構(gòu)與人骨組織中的哈氏管結(jié)構(gòu)比較接近，有利于骨長入，從而提高愈合率，促進脊柱神經(jīng)功能恢復(fù)[20]。

目前3D打印個體化人工椎體在脊柱腫瘤手術(shù)中的應(yīng)用逐漸增加。孫越等[21]研究顯示，3D打印個體化人工椎體用于脊柱腫瘤全切術(shù)后重建，安全性高、短期效果顯著，可有效改善脊髓損傷、促進神經(jīng)功能恢復(fù)。張亞等[22]研究顯示，3D打印個體化人工椎體用于胸腰椎腫瘤整塊切除較傳統(tǒng)鈦籠具有更好的穩(wěn)定性、更低的沉降率，有利于促進骨生長，該結(jié)論與本研究結(jié)果互為印證。

綜上所述，3D打印個體化人工椎體用于脊柱腫瘤切除后脊柱序列重建有利于縮短手術(shù)時間、降低術(shù)中出血量、減輕內(nèi)植物沉降并促進脊柱神經(jīng)功能恢復(fù)，安全性較高，具有推廣價值。此外本研究仍存在不足之處，多節(jié)段脊柱腫瘤病例較少，因此納入樣本較少，并且隨訪時間較短，在未來的研究中需擴大樣本量、延長隨訪時間，觀察3D打印個體化人工椎體的遠期效果。

利益相關(guān)聲明：所有作者聲明無利益沖突。

作者貢獻說明：陳政宇：實驗設(shè)計、論文撰寫；關(guān)凱、孫勇偉：數(shù)據(jù)收集和整理、統(tǒng)計學(xué)分析；霍紅軍、金鑫：研究指導(dǎo)、論文修改、經(jīng)費支持。