3D打印導(dǎo)向模板在骨質(zhì)疏松腰椎后路融合術(shù)中的應(yīng)用

陳惠國(guó),邵榮學(xué),阮立奇,樂軍,胡勁濤,周輝

(杭州市中醫(yī)院骨科,浙江 杭州 310007)

椎弓根螺釘固定已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到腰椎退變性疾病治療中,但是對(duì)于合并有骨質(zhì)疏松的患者,螺釘?shù)陌殉至?huì)顯著降低,尤其是短節(jié)段固定存在螺釘松動(dòng)、甚至退出的風(fēng)險(xiǎn)[1]。為此有學(xué)者提出皮質(zhì)骨軌跡螺釘(cortical bone trajectory,CBT)固定技術(shù),該技術(shù)通過(guò)螺釘與4處皮質(zhì)骨接觸,以達(dá)到堅(jiān)強(qiáng)固定的目的[2]。徒手CBT置入技術(shù)因解剖、醫(yī)生技術(shù)等因素,容易手術(shù)時(shí)長(zhǎng)延長(zhǎng)或置入螺釘失敗[3]。本研究通過(guò)對(duì)合并有骨質(zhì)疏松的腰椎退變性患者進(jìn)行3D打印CBT導(dǎo)板置入CBT和徒手置入CBT內(nèi)固定治療,比較兩組手術(shù)時(shí)長(zhǎng)、置釘失敗或破壁、出血量等資料,評(píng)估3D打印CBT導(dǎo)板置入CBT的安全性和可靠性,現(xiàn)報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 納入標(biāo)準(zhǔn):(1)臨床癥狀體征結(jié)合X線及MRI等輔助檢查明確診斷腰椎退行性疾病,需后路融合術(shù)和椎弓根螺釘內(nèi)固定者;(2)年齡68～74歲;(3)骨質(zhì)疏松癥;(4)隨訪時(shí)間≥1年。排除標(biāo)準(zhǔn):(1)既往脊柱相同部位融合手術(shù)史翻修手術(shù)者;(2)不能配合完成隨訪者;(3)罹患心血管或呼吸系統(tǒng)等內(nèi)科疾病不能耐受手術(shù)者;(4)Ⅲ度和Ⅳ度腰椎滑脫需要提拉復(fù)位者;(5)脊柱感染、腫瘤等。

收集2019年1月至2020年12月杭州市中醫(yī)院治療的74例合并骨質(zhì)疏松老年腰椎退行性疾病資料。其中,男43例,女31例;年齡68～74歲,平均(69.82±5.73)歲。伴神經(jīng)癥狀的不穩(wěn)型椎間盤突出、腰椎椎管狹窄或Ⅱ度以內(nèi)腰椎滑脫,經(jīng)保守治療3個(gè)月無(wú)效,充分告知知情同意完成后路腰椎椎體間融合內(nèi)固定術(shù)。術(shù)前告知患者手術(shù)分為3D打印CBT導(dǎo)向模板置入CBT或徒手置入CBT固定技術(shù),并分別向患者交代手術(shù)收益、成本、術(shù)中風(fēng)險(xiǎn)和并發(fā)癥。根據(jù)患者意愿選擇分組,簽署知情同意書。

導(dǎo)板組39例,其中男17例,女22例;年齡68～73歲,平均(70.24±3.83)歲;疾病類型:腰椎間盤突出癥14例,腰椎管狹窄癥14例,腰椎滑脫癥11例。徒手組35例,其中男14例,女21例;年齡68～74歲,平均(69.51±3.52)歲;疾病類型:腰椎間盤突出癥10例,腰椎管狹窄癥12例,腰椎滑脫癥13例。兩組患者一般資料比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05,見表1),具有可比性。

表1 兩組患者一般資料比較

1.2 術(shù)前準(zhǔn)備 建立L4～5椎體的有限元模型,去除椎體周圍的椎間盤及韌帶結(jié)構(gòu)。椎體的材料屬性賦值采用非線性賦值法,依據(jù)實(shí)際CT值賦予椎骨材料屬性。結(jié)果顯示椎骨后方結(jié)構(gòu)具有不同骨質(zhì)密度分布,螺釘?shù)募舛私K板,途經(jīng)椎體外側(cè)皮質(zhì)處均為骨皮質(zhì)較為致密區(qū)域。

導(dǎo)板組患者術(shù)前模仿手術(shù)中體位(俯臥位,墊空腹部)完成薄層腰椎椎體CT掃描,收集數(shù)據(jù)在Mimics軟件上設(shè)計(jì)置釘最安全釘?shù)?見圖1),輔以三維重建技術(shù)和逆向工程技術(shù),利用3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)、制備3D打印導(dǎo)向模板,經(jīng)環(huán)氧乙烷消毒后備用。注意術(shù)前腰椎CT檢查必須模仿術(shù)中體位,采取俯臥位,墊空腹部,如此,采用CT數(shù)據(jù)制作導(dǎo)板能避免不同體位帶來(lái)的誤差。

圖1 在Minics軟件中模擬置釘后的釘?shù)?/p>

1.3 手術(shù)方法 兩組手術(shù)由同一名脊柱外科醫(yī)生主刀完成。

導(dǎo)板組手術(shù)取俯臥位,C型臂透視定位腰椎節(jié)段并標(biāo)識(shí),按照標(biāo)識(shí)行后正中切口,切口長(zhǎng)度約40 mm,逐層電切顯露至棘突根部椎板,鈍性剝離雙側(cè)椎旁肌至關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)。自動(dòng)撐開器撐開,置入3D打印導(dǎo)板,壓實(shí)使其緊貼棘突、椎板表面,按照導(dǎo)向孔低速電鉆置入2.5 mm克氏針,3.5 mm空心電鉆擴(kuò)孔,攻絲并探查釘?shù)浪谋谕暾笾萌隡ark釘,透視Mark釘位置滿意,骨蠟封堵釘?shù)揽趥溆?然后經(jīng)椎間孔入路對(duì)椎管進(jìn)行減壓切除對(duì)應(yīng)下關(guān)節(jié)突、上關(guān)節(jié)突尖及部分椎板,顯露神經(jīng)根及硬膜,神經(jīng)根拉鉤牽開保護(hù)神經(jīng)根,顯露椎間盤及椎間隙依次切除增生黃韌帶、椎間盤組織,處理上下終板;椎間隙沖洗后椎間隙植入足量碎骨粒并壓實(shí),根據(jù)術(shù)前測(cè)量及術(shù)中試模緊張度置入合適規(guī)格融合器,完成減壓植骨程序。術(shù)中注意三點(diǎn):(1)建議使用椎板咬骨鉗或者動(dòng)力裝置工具切除骨組織,避免使用骨刀鈍性擊打?qū)е侣葆斂灼茡p;(2)椎間隙軟骨終板處理避免暴力,降低骨性終板損傷可能,造成后期融合器下沉;(3)融合器外椎間隙需植入足夠量的碎骨粒并打壓實(shí),促進(jìn)在融合器支撐下骨愈合。根據(jù)術(shù)前測(cè)量,緩慢旋入直徑5.0～5.5 mm、長(zhǎng)度30～35 mm的CBT,螺釘牢固后連接鎖緊鈦棒完成手術(shù)。完成4枚螺釘釘?shù)乐苽溥^(guò)程平均透視3次。

徒手組手術(shù)體位、定位、顯露方式同前。暴露進(jìn)針點(diǎn)(關(guān)節(jié)突內(nèi)緣下2～3 mm,峽部外側(cè)內(nèi)2～3 mm),去除皮質(zhì)骨,開路器緩慢進(jìn)入,透視下調(diào)整置釘方向直至開路器進(jìn)入椎體松質(zhì)骨,攻絲并探查釘?shù)浪谋谕暾笾萌隡ark釘,透視證實(shí)Mark釘位置滿意,余手術(shù)步驟及操作手法、工具與前相同。每枚螺釘釘?shù)乐苽溥^(guò)程平均透視3次,4枚螺釘平均透視12次。

1.4 術(shù)后處理 術(shù)后24 h內(nèi)密切觀察生命體征和下肢運(yùn)動(dòng)感覺變化,常規(guī)應(yīng)用一代頭孢菌素預(yù)防感染24 h、彌可保營(yíng)養(yǎng)神經(jīng)藥物及抗骨質(zhì)疏松藥物等治療,記錄術(shù)后引流量。傷口引流量<50 mL/d拔管,一般在術(shù)后48 h內(nèi)。拔管后囑行下肢及腰背肌康復(fù)鍛煉,拔管后當(dāng)天在腰圍保護(hù)下地活動(dòng)。

1.5 評(píng)價(jià)指標(biāo) 記錄手術(shù)時(shí)長(zhǎng)、出血量(術(shù)中出血量+術(shù)后引流量)、X線透視次數(shù)。規(guī)律門診復(fù)查,統(tǒng)計(jì)術(shù)后即刻、末次隨訪腰背痛視覺模擬評(píng)分(visual analogue scale,VAS)和Oswestry功能障礙指數(shù)(oswestry disability index,ODI)。

2 結(jié) 果

2.1 兩組手術(shù)情況比較 導(dǎo)板組與徒手組手術(shù)時(shí)長(zhǎng)分別為(98±17)min和(223±16)min,兩組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-23.20,P=0.03);導(dǎo)板組出血量(80.00±12.65)mL,顯著低于徒手組的(230.00±38.70)mL,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-36.62,P=0.03)。X線透視次數(shù):導(dǎo)板組平均3次,徒手組平均12次,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-5.65,P<0.01)。

2.2 兩組手術(shù)前后VAS和ODI評(píng)分比較 所有患者均獲得隨訪,隨訪時(shí)間12～30個(gè)月,平均(20.92±8.57)個(gè)月。導(dǎo)板組和徒手組的患者術(shù)后VAS、ODI評(píng)分均較術(shù)前改善,末次隨訪時(shí)VAS評(píng)分、ODI評(píng)分兩組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-1.05、-0.79,P=0.28、P=0.36,見表2)。

表2 兩組末次隨訪VAS、ODI評(píng)分比較

2.3 兩組并發(fā)癥比較 導(dǎo)板組術(shù)后未發(fā)生傷口感染,徒手組1例淺表皮膚感染換藥愈合(1.8%),兩組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=0.94,P=1.00)。影像學(xué)評(píng)估導(dǎo)板組未見螺釘切割及置釘失敗,徒手組1例置釘失敗改椎弓根骨水泥螺釘固定,2例(3.6%)術(shù)后CT驗(yàn)證各有1枚螺釘破壁,但無(wú)神經(jīng)癥狀,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=1.09,P=0.48)。

2.4 典型病例 (1)72歲女性患者,因“腰痛10余年,加重伴間隙性跛行1年”入院。診斷:腰椎管狹窄癥,腰椎不穩(wěn)定、腰椎退行性側(cè)彎,行3D導(dǎo)板置入CBT螺釘內(nèi)固定,術(shù)后療效滿意(見圖2～4)。(2)73歲女性患者,因“腰痛數(shù)年,加劇伴間歇性跛行半年”入院。診斷:L4～5不穩(wěn)并椎管狹窄,行徒手置入CBT螺釘內(nèi)固定,術(shù)后螺釘破壁(見圖5～7)。

圖2 術(shù)前X線片示脊柱側(cè)彎,L4～5突出伴椎管狹窄 圖3 術(shù)后X線片示側(cè)彎較術(shù)前緩解,融合器和螺釘位置滿意 圖4 術(shù)后薄層CT掃描示螺釘位置滿意

圖5 術(shù)前X線片示L4向前滑移,腰椎增生退變明顯 圖6 術(shù)后腰椎X線片示螺釘位置未見異常 圖7 術(shù)后薄層CT掃描示左側(cè)螺釘破壁,無(wú)神經(jīng)根癥狀

3 討 論

腰椎后路椎體間融合術(shù)是治療腰椎退行性疾病的常用治療方式[4]。但中老年患者具有合并癥多、骨質(zhì)疏松等特點(diǎn),需要縮短手術(shù)時(shí)長(zhǎng)、減少創(chuàng)傷以及更牢固的內(nèi)固定[5]。傳統(tǒng)椎弓根釘固定因骨質(zhì)疏松,椎弓根釘易切割松動(dòng)、融合器后移致內(nèi)固定融合失敗,需二次翻修手術(shù)[6]。Bohl等[7]報(bào)道,與傳統(tǒng)椎弓根螺釘比較,CBT的進(jìn)釘點(diǎn)更靠近中線,對(duì)椎旁肌剝離范圍更小。兩者相比,CBT具有如下優(yōu)勢(shì)[8-11]:(1)CBT進(jìn)針點(diǎn)位于橫突下緣2 mm與上關(guān)節(jié)突內(nèi)緣線連接處,避免了關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)及棘突周圍的軟組織剝離范圍,達(dá)到微創(chuàng)置釘目的,降低了相鄰節(jié)段退變的可能性;(2)CBT的尖端靠近終板,途經(jīng)椎體外側(cè)皮質(zhì)處均為骨皮質(zhì)較為致密區(qū)域,有較強(qiáng)的把持力度,更適用于合并骨質(zhì)疏松的患者;(3)CBT較椎弓根釘直徑更細(xì)、長(zhǎng)度更短,減少了螺釘切割骨質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)。CBT依次通過(guò)峽部的背側(cè)、椎弓根后內(nèi)側(cè)、椎弓根前外側(cè)以及椎體側(cè)壁4個(gè)部位的皮質(zhì)骨,具有更強(qiáng)的把持力,更適用于骨質(zhì)疏松患者[12-13]。有學(xué)者對(duì)骨質(zhì)疏松患者CBT的三維有限元分析顯示其較椎弓根傳統(tǒng)螺釘更具有力學(xué)優(yōu)勢(shì)[14]。Chung等[15]研究顯示,相比傳統(tǒng)椎弓根螺釘固定,CBT固定在后方結(jié)構(gòu)與椎體皮質(zhì)骨之間的接觸長(zhǎng)度增加了19.6%,橫斷面螺釘椎體皮質(zhì)之間的跨越面積增加了14.5%,這使得CBT具有更好的把持力。Zhang等[16]對(duì)腰椎CBT固定的相近節(jié)段和固定節(jié)段進(jìn)行了有限元分析,CBT固定的相鄰節(jié)段比傳統(tǒng)椎弓根螺釘固定有更好的活動(dòng)度,但前者L4、L5椎體Von Mises應(yīng)力峰值更高,固定應(yīng)力也更強(qiáng)。體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)CBT螺釘比傳統(tǒng)傳統(tǒng)椎弓根螺釘?shù)呐ぞ馗?.7倍[17]。生物力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)螺釘?shù)牧W(xué)穩(wěn)定性與釘?shù)雷咝屑巴窘?jīng)的骨皮質(zhì)有關(guān),CBT更具生物力學(xué)優(yōu)勢(shì)[18]。因此,CBT在腰椎融合手術(shù)中的應(yīng)用也受到大量的關(guān)注,兩個(gè)Meta分析共對(duì)27篇文獻(xiàn)進(jìn)行研究,結(jié)果表明CBT雖然不能增加腰椎融合率,但是可以減少并發(fā)癥發(fā)生、手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量和住院時(shí)間[19-20]。

因醫(yī)生習(xí)慣、技術(shù)等因素,徒手置入CBT常常手術(shù)時(shí)長(zhǎng)比傳統(tǒng)椎弓根螺釘技術(shù)更長(zhǎng)、術(shù)中放射次數(shù)更多、輻射損害更大、容易置釘失敗或螺釘位置欠佳。機(jī)器人導(dǎo)航的使用使得置入螺釘更為方便快捷精準(zhǔn),但機(jī)器人設(shè)備動(dòng)輒幾百萬(wàn)甚至上千萬(wàn)元成本,難于在基層推廣。目前市場(chǎng)脊柱導(dǎo)航設(shè)備從基本原理分析,大多僅僅起到導(dǎo)航作用,機(jī)械臂遠(yuǎn)離手術(shù)區(qū)域,低速電鉆置釘易造成克氏導(dǎo)針扭曲,使得釘?shù)乐苽涑霈F(xiàn)偏差造成置入螺釘破壁,嚴(yán)重者出現(xiàn)神經(jīng)根或血管損傷[21]。本研究使用3D打印CBT置入導(dǎo)航模板,數(shù)據(jù)采集完全模仿手術(shù)中體位,導(dǎo)板系高分子材料合成,具有輕巧、不易變形、適合環(huán)氧乙烷熏蒸消毒等特點(diǎn),符合院感要求,制作成本低廉。導(dǎo)板引導(dǎo)置釘全程使用低速電動(dòng)工具,明顯縮短手術(shù)時(shí)長(zhǎng),同樣具有快捷精準(zhǔn)優(yōu)點(diǎn)。

與徒手置入CBT相比,使用3D打印CBT置入導(dǎo)航模板明顯縮短手術(shù)時(shí)長(zhǎng)、減少術(shù)中出血;減少術(shù)中透視降低輻射量,而且置入螺釘位置更精準(zhǔn)。導(dǎo)板組出血量明顯少于徒手組,這可能與導(dǎo)板組螺釘置入全程使用低速電動(dòng)工具,X線透視減少,手術(shù)創(chuàng)面暴露時(shí)間短有關(guān)。有研究對(duì)模板導(dǎo)航技術(shù)在CBT螺釘中的應(yīng)用進(jìn)行了分析,Matsukawa等[22]發(fā)現(xiàn)CBT置釘過(guò)程中應(yīng)用個(gè)性化模板導(dǎo)航技術(shù)比徒手置釘能顯著縮短手術(shù)時(shí)間和放射暴露時(shí)間,且小關(guān)節(jié)侵?jǐn)_的風(fēng)險(xiǎn)和程度均要小于徒手置釘。一項(xiàng)研究對(duì)徒手置釘、CT術(shù)前規(guī)劃及3D模板導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行比較,三組患者并發(fā)癥發(fā)生率分別為16.3%、3.8%和0,螺釘完全進(jìn)入皮質(zhì)率分別為78.9%、90.5%和93.9%,3D模板導(dǎo)航技術(shù)具有更高的安全性和可靠性[23]。本研究術(shù)后1年隨訪兩組間腰部與下肢VAS、ODI差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,而早期徒手組術(shù)后生活質(zhì)量評(píng)分略低。在手術(shù)傷口感染、置釘失敗或破壁等手術(shù)并發(fā)癥方面兩組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)合CBT技術(shù)的特點(diǎn),有學(xué)者提出近中線腰椎固定融合術(shù)的方案,可以有效減少椎旁肌肉的剝離和關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的破壞,同時(shí)可以縮短腰椎后路融合固定術(shù)的手術(shù)時(shí)長(zhǎng)和減少術(shù)中出血量[17]。

筆者認(rèn)為,3D導(dǎo)板置入CBT技術(shù)在合并骨質(zhì)疏松的腰椎退變性疾病后路融合的應(yīng)用中,具有手術(shù)時(shí)長(zhǎng)短、出血量少、輻射傷害少等優(yōu)點(diǎn),符合脊柱微創(chuàng)原則。但注意術(shù)前采集腰椎CT數(shù)據(jù)必須過(guò)度模仿術(shù)中體位,否則容易造成因體位變換致導(dǎo)板引導(dǎo)上失去精準(zhǔn)度,產(chǎn)生內(nèi)固定失敗或出現(xiàn)神經(jīng)血管并發(fā)癥。本研究樣本量較少,存在統(tǒng)計(jì)學(xué)偏移,且隨訪時(shí)間較短,尚需大樣本多中心長(zhǎng)期隨訪的隨機(jī)對(duì)照研究加以驗(yàn)證。