3D打印結(jié)合椎弓根螺釘雙皮質(zhì)固定治療合并骨質(zhì)疏松的腰椎不穩(wěn)癥的臨床研究

摘要 目的：探究3D打印結(jié)合椎弓根螺釘雙皮質(zhì)固定治療腰椎不穩(wěn)癥合并骨質(zhì)疏松的臨床效果。方法：選取2019年5月—2020年5月本院收治的96例腰椎不穩(wěn)癥合并骨質(zhì)疏松患者，采用隨機數(shù)字表法將其分為研究組（n=48）和對照組（n=48）。兩組患者均采用椎弓根螺釘雙皮質(zhì)固定治療，對照組于X線輔助下行手術(shù)治療，研究組結(jié)合3D打印技術(shù)行手術(shù)治療。比較兩組手術(shù)情況、住院時間、并發(fā)癥發(fā)生率、腰椎功能優(yōu)良率、植骨融合率、手術(shù)前后影像學復位情況（傷椎高度、傷椎前緣高度壓縮比、Cobb角）、炎性-應激因子[CRP、TNF-α、P物質(zhì)（SP）、前列腺素E2（PGE2）]、疼痛程度（VAS評分）、腰椎功能（ODI評分）。結(jié)果：相較于對照組，研究組手術(shù)時間、住院時間和術(shù)中出血量明顯下降（Plt;0.05），而置釘準確率顯著升高（Plt;0.05）；3D打印技術(shù)模擬的傷椎高度、傷椎前緣壓縮比、Cobb 角與實際值的差異無統(tǒng)計學意義（Pgt;0.05）；相較于術(shù)前，兩組患者術(shù)后即刻傷椎高度明顯升高（Plt;0.05），而傷椎前緣高度壓縮比、Cobb角顯著下降（Plt;0.05），且研究組改善情況明顯優(yōu)于對照組（Plt;0.05）；兩組患者術(shù)后的炎癥因子均升高，但是研究組患者各時間點的升高趨勢均明顯低于對照組（Plt;0.05）；兩組患者術(shù)后1個月、6個月、12個月VAS、ODI評分均低于術(shù)前，且研究組患者術(shù)后1個月評分改善情況優(yōu)于對照組（Plt;0.05），兩組患者術(shù)后6個月、12個月VAS、ODI評分比較，差異無統(tǒng)計學意義（Pgt;0.05）；研究組患者術(shù)后12個月腰椎功能優(yōu)良率、植骨融合率與對照組比較，差異無統(tǒng)計學意義（Pgt;0.05）；研究組患者術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率與對照組比較，差異無統(tǒng)計學意義（Pgt;0.05）。結(jié)論：3D打印結(jié)合椎弓根螺釘雙皮質(zhì)固定治療腰椎不穩(wěn)癥合并骨質(zhì)疏松患者的臨床效果好、并發(fā)癥少，能更有效降低手術(shù)創(chuàng)傷引起的炎癥、應激反應，具有較高的推廣和應用價值。

關(guān)鍵詞 腰椎不穩(wěn)癥；骨質(zhì)疏松；3D打??；椎弓根螺釘雙皮質(zhì)固定；腰椎功能

中圖分類號 R683 文獻標識碼 A 文章編號 2096-7721（2025）03-0355-07

Clinical study of 3D printing combined with pedicle screw bicortical fixation in the treatment of lumbar spine instability with osteoporosis

Abstract Objective： To explore the clinical effect of 3D printing combined with pedicle screw bicortical fixation in the treatment of lumbar spine instability with osteoporosis. Methods： 96 patients with lumbar spine instability combined with osteoporosis who were treated in the Sixth Affiliated Hospital of Jinan University from May 2019 to May 2020 were selected. They were divided into the study group （n=48） and the control group （n=48） using a random number table. Both groups were treated with pedicle screw bicortical fixation， while the control group was treated under the assistance of X-ray， and the study group was assisted with 3D printing technology. The operative conditions， length of hospital stay， incidence rate of complications， good and excellent rate of lumbar spine function， bone graft fusion rate， imaging reduction before and after operation （injured vertebra height， anterior edge height compression ratio， Cobb angle）， inflammatory- stress factors [C reactive protein （CRP）， tumor necrosis factor-α （TNF-α）， substance P （SP）， prostaglandin E2 （PGE2）]， VAS score， Oswestry Disability Index （ODI） of patients in the two groups were compared. Results： Compared with the control group， the study group showed a significant decrease in operative time， length of hospital stay， and intraoperative bleeding （Plt;0.05）， while the accuracy of nail placement was significantly increased （Plt;0.05）. There was no statistically significant difference in the simulated height of the injured vertebra， compression ratio of the anterior edge of the injured vertebra， and Cobb angle between 3D printing and the actual values （Pgt;0.05）. Compared to that before surgery， the height of the injured vertebrae in the two groups immediately after surgery was significantly increased （Plt;0.05）， while the compression ratio of the anterior edge height of the injured vertebrae and Cobb angle were significantly reduced （Plt;0.05）， and the improvement of patients in the study group was significantly better than that in the control group （Plt;0.05）. The inflammatory factors in the two groups of patients increased after surgery， but the increasing trend of the study group was significantly lower than that in the control group at different timepoints （Plt;0.05）. The VAS and ODI scores of patients in the two groups at 1 month， 6 months， and 12 months after operation were lower than those before operation， and the improvement in the scores of the study group at 1 month after surgery was better than that of the control group （Plt;0.05）. There was no statistically significant difference in VAS and ODI scores at 6 months and 12 months after operation （Pgt;0.05）. The difference in the good and excellent rate of lumbar spine function and bone graft fusion rate at 12 months after operation between the two groups of patients was not statistically significant （Pgt;0.05）， and there was no statistically significant difference in incidence rate of postoperative complications between the two groups of patients （Pgt;0.05）. Conclusion： 3D printing combined with pedicle screw bicortical fixation has a good clinical effect and fewer complications in the treatment of patients with lumbar spine instability and osteoporosis， it could more effectively reduce the inflammation and stress response caused by surgical trauma， which is of high promotion and application value.

Key words Lumbar Spine Instability; Osteoporosis; 3D Printing; Bicortical Fixation with Pedicle Screw; Lumbar Spine Function

腰椎不穩(wěn)癥是腰部椎間關(guān)節(jié)無法承受正常負荷引起的腰椎退變疾病，輕微的活動即引起腰痛、進行性畸形及神經(jīng)壓迫，導致患者的日常生活活動無法正常進行[1-2]。目前，臨床上可通過復位固定術(shù)來進行復位，其效果較好且固定牢靠，但多數(shù)中老年腰椎不穩(wěn)癥患者伴有骨質(zhì)疏松，導致固定結(jié)構(gòu)把持力不夠，易導致拔釘、滑脫椎體復位失敗等情況[3]。有學者指出，腰椎不穩(wěn)癥合并骨質(zhì)疏松的患者應用椎弓根螺釘雙皮質(zhì)固定術(shù)治療，術(shù)后均未出現(xiàn)椎弓根螺釘松動、拔出及斷裂等并發(fā)癥，能顯著改善患者腰椎功能[4]。此外，近年來3D打印技術(shù)在骨科得到了廣泛應用，可于術(shù)前對病變部位建模，從而直觀地分析病變情況，指導醫(yī)生制定更精準的手術(shù)方案[5-6]。然而，目前關(guān)于3D打印技術(shù)應用于腰椎不穩(wěn)癥合并骨質(zhì)疏松患者的研究較少?；诖?，本研究探究了3D打印結(jié)合椎弓根螺釘雙皮質(zhì)固定治療腰椎不穩(wěn)癥合并骨質(zhì)疏松的臨床效果，現(xiàn)

報道如下。

1 資料與方法

1.1一般資料 選取2019年5月—2020年5月本院收治的96例腰椎不穩(wěn)癥合并骨質(zhì)疏松患者為研究對象，采用隨機數(shù)字表法將其分為研究組（n=48）和對照組（n=48），兩組患者一般資料[7]比較，差異無統(tǒng)計學意義（Pgt;0.05），見表1。本研究過程符合相關(guān)倫理規(guī)定。納入標準：①經(jīng)X線、CT檢查診斷為腰椎不穩(wěn)癥，且伴有骨質(zhì)疏松[8]；②單節(jié)段腰椎不穩(wěn)；③經(jīng)規(guī)范性保守治療療效不佳或無效；④ASA分級Ⅰ～Ⅱ級；⑤自主行為能力良好，無溝通交流障礙；⑥手術(shù)接受度較高；⑦簽署手術(shù)知情同意書。排除標準：①有胸腰椎手術(shù)史者；②脊柱畸形患者；③心臟、肝、腎功能異常者；④合并免疫性疾病、感染性疾病和血液疾病者；⑤合并惡性腫瘤者；⑥骨折患者。

1.2方法 兩組患者均參照《原發(fā)性骨質(zhì)疏松癥基層診療指南（實踐版·2019）》[9]常規(guī)行抗骨質(zhì)疏松治療，擇期行椎弓根螺釘雙皮質(zhì)固定治療。術(shù)前常規(guī)禁飲食，患者取俯臥位，全身麻醉，麻醉成功后，選擇病變節(jié)段椎體為中心，做正中縱形切口，將關(guān)節(jié)突和椎板暴露出來，剝離兩側(cè)軟組織，進針點選擇腰椎人字嵴頂點，確認釘?shù)乐苓吘鶠楣琴|(zhì)后，將導針置入其中。對照組于X線輔助下行手術(shù)治療，X線下明確椎弓根位置、深度、椎弓根前后緣距離，選擇合適釘?shù)乐萌耄敝脸霈F(xiàn)突破感，表明手錐已經(jīng)穿透椎體前壁，椎弓根螺釘?shù)拈L度要比椎體前壁至椎弓根進釘點長度長2～3 mm，置入后再次使用X線確認位置和深度，確認效果滿意后安裝預彎的連接棒，椎管和神經(jīng)根管常規(guī)減壓，把病變椎間盤切除，再融合。研究組結(jié)合3D打印技術(shù)行手術(shù)治療，術(shù)前行腰椎薄層CT掃描，將掃描數(shù)據(jù)以DICOM格式導入Mimics 17.0軟件構(gòu)建三維模型，隨后以STL格式導入Geomagic 13.0軟件，應用HY-5000FDM專業(yè)3D打印機把PLA材料按照1∶1的比例打印，獲得腰椎部位的三維模型實體。于三維模型實體模擬手術(shù)操作，明確進釘點、方向、長度等情況。研究組手術(shù)操作步驟與對照組基本相同，不同之處在于研究組結(jié)合術(shù)前3D打印三維模型實體制定了精準手術(shù)規(guī)劃，按照規(guī)劃進行手術(shù)操作（如圖1）。

1.3 觀察指標 觀察指標主要包括：①兩組患者手術(shù)情況和住院時間；②術(shù)中出血量（一是吸引器直接吸引的血量，二是使用紗布估算法計算，先將無菌紗布稱重，然后將手術(shù)過程中使用過的紗布再次進行稱重，兩者相差的數(shù)值，加上吸引器中的失血量即為術(shù)中失血量）；③患者的出院指征（患者腰痛癥狀緩解，腰椎X線未觀察到椎間隙異常，無牽引性骨刺及脊柱序列不良現(xiàn)象，伸屈側(cè)位X線片可觀察到穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)和滑移，椎體前屈時無異常的前傾活動）；④兩組患者術(shù)前、術(shù)后即刻影像學復位情況；⑤兩組患者術(shù)前、術(shù)后1 d、3 d、7 d炎性-應激因子，包括CRP、TNF-α、P物質(zhì)（Substance P，SP）、前列腺素E2（Prostaglandin E2，PGE2），以術(shù)前炎癥指標水平為初始值，對比不同時間點與術(shù)前的差值；⑥兩組患者術(shù)前、術(shù)后1個月、6個月、12個月疼痛程度、腰椎功能[采用視覺模擬評分法（Visual Analogue Scale，VAS）[10]評估疼痛程度，總分為0～10分，得分越高，疼痛感越強；采用Oswestry功能障礙指數(shù)（Oswestry Dysfunction Index，ODI）[11]評估腰椎功能，分值范圍0～100分，分值越低表示腰椎功能越好]；⑦兩組患者術(shù)后12個月腰椎功能優(yōu)良率、植骨融合率[參照Nakai標準判定腰椎功能優(yōu)良率，優(yōu)為腰痛癥狀消失，工作生活恢復正常；良為腰痛癥狀消失或有明顯減輕，勞累后有腰痛，但不影響工作；差為腰痛無明顯改善。優(yōu)良率=（優(yōu)+良）/總例數(shù)×100%[12]。腰椎側(cè)位X線片判定植骨融合情況，融合節(jié)段周邊有連續(xù)骨橋連接或植骨間隙有連續(xù)骨小梁通過，且無內(nèi)固定物松動、植骨塊移位等，則可判定為植骨融合[13]。影像學結(jié)果由3位高資歷的影像科醫(yī)生在設盲條件下進行“背靠背”測量后得出]；⑧兩組患者術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率，包括切口感染、腦脊液漏、切口出血、螺釘松動。

1.4統(tǒng)計學方法 所有數(shù)據(jù)采用SPSS 22.0軟件進行統(tǒng)

計學處理，計數(shù)資料用例數(shù)（百分比）[n（%）]表示，組間比較采用 χ2檢驗。分別采用Bartlett檢驗與Kolmogorov-Smirnov檢驗確認計量資料的方差齊性和正態(tài)性，用均數(shù)±標準差（x±s）表示，組間比較和組內(nèi)比較分別采用獨立樣本t檢驗和配對樣本t檢驗。以Plt;0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1手術(shù)情況和住院時間比較 相較于對照組，研究組手術(shù)時間、術(shù)中出血量和住院時間明顯下降（Plt;0.05），而置釘準確率顯著升高（Plt;0.05），見表2。

2.2 3D打印模擬與實際操作中的影像學指標差異 應用3D打印技術(shù)在術(shù)前模擬的傷椎高度、傷椎前緣壓縮比、Cobb 角和術(shù)前實際操作中的數(shù)據(jù)相比，差異無統(tǒng)計學意義（Pgt;0.05）。

2.3影像學復位情況比較 兩組患者術(shù)前影像學指標差異無統(tǒng)計學意義（Pgt;0.05）；相較于術(shù)前，兩組患者術(shù)后即刻傷椎高度明顯升高（Plt;0.05），而傷椎前緣高度壓縮比、Cobb角顯著下降（Plt;0.05），且研究組患者的改善情況明顯優(yōu)于對照組（Plt;0.05）。見表3。典型病例手術(shù)后X線圖像如圖2～3。

2.4炎性-應激因子比較 兩組患者術(shù)后的炎癥因子均升高，但是研究組患者各時間點的升高趨勢均明顯低于對照組（Plt;0.05），見表4。

2.5疼痛程度及腰椎功能比較 術(shù)前、術(shù)后6個月、12個月，兩組患者VAS、ODI評分差異無統(tǒng)計學意義（Pgt;0.05）；兩組患者術(shù)后各時間點VAS、ODI評分均較術(shù)前降低，且研究組術(shù)后1個月疼痛程度、腰椎功能改善情況優(yōu)于對照組（Plt;0.05），見表5。

2.6腰椎功能優(yōu)良率及植骨融合率比較 兩組術(shù)后12個月腰椎功能優(yōu)良率、植骨融合率比較，差異無統(tǒng)計學意義（Pgt;0.05），見表6。

2.7術(shù)后并發(fā)癥比較 兩組患者術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率比較，差異無統(tǒng)計學意義（Pgt;0.05），見表7。

3 討論

腰椎不穩(wěn)癥的發(fā)病機制與腰椎退變、創(chuàng)傷等有關(guān)，是引起慢性腰痛的常見原因[14]。椎弓根螺釘雙皮質(zhì)固定能夠有效提高腰椎不穩(wěn)癥患者的臨床療效，但椎弓根螺釘雙皮質(zhì)固定的手術(shù)操作一般于X線輔助下完成，椎旁肌剝離范圍廣、手術(shù)創(chuàng)傷大，不利于患者術(shù)后康復。

3D打印是一種新興的手術(shù)輔助技術(shù)，該技術(shù)將臨床醫(yī)生對骨科疾病的觀察從二維層面提升至三維空間，已在跟骨骨折、骨質(zhì)疏松性椎體壓縮性骨折手術(shù)中得到良好應用[15-16]。目前，3D打印技術(shù)在腰椎不穩(wěn)癥手術(shù)中也得到了初步應用。梁浩輝等人[17]開展的一項隊列研究納入了48例腰椎不穩(wěn)癥患者，通過對比分析發(fā)現(xiàn)，與X線輔助手術(shù)相比，采用CT結(jié)合計算機輔助設計聯(lián)合3D打印能明顯提高置釘準確率，有效改善患者腰椎活動度。3D打印技術(shù)模擬的傷椎高度、傷椎前緣壓縮比、Cobb 角與實際術(shù)前的數(shù)值差異無統(tǒng)計學意義（Pgt;0.05），表明在術(shù)前對椎體模型進行打印，對實際情況模擬程度較高。本研究將3D打印技術(shù)應用于腰椎不穩(wěn)癥合并骨質(zhì)疏松患者的椎弓根螺釘雙皮質(zhì)固定術(shù)中，結(jié)果顯示，3D打印技術(shù)也能明顯改善腰椎不穩(wěn)癥合并骨質(zhì)疏松患者傷椎高度、傷椎前緣高度壓縮比、Cobb角的復位情況，提高置釘準確率，與上述研究結(jié)果相近。本研究還發(fā)現(xiàn)，手術(shù)中應用3D打印技術(shù)后，可以明顯改善術(shù)中相關(guān)指標，縮短術(shù)后住院時間。說明3D打印結(jié)合椎弓根螺釘雙皮質(zhì)固定能提高手術(shù)效率，減少創(chuàng)傷，加速康復進程，更有效地改善病椎的生理結(jié)構(gòu)。分析其原因在于，術(shù)前通過3D打印技術(shù)獲得胸腰椎部位的三維模型實體，醫(yī)生可對椎管、小關(guān)節(jié)解剖及病變情況進行更精確、立體、直觀的評估，據(jù)此可制訂更精準的手術(shù)規(guī)劃，且使手術(shù)規(guī)劃更加個體化，有助于預知術(shù)中情況[18-19]；且在三維模型實體上進行術(shù)前練習，能達到精準穿刺、磨除的效果，不僅能最大程度地保證脊柱的完整性及穩(wěn)定性，還能盡量減少神經(jīng)根損傷、硬膜破裂，從而促進患者術(shù)后康復[20]。

然而，手術(shù)創(chuàng)傷作為一種強烈的應激源，不可避免會引起炎癥反應、應激反應[21]。本研究發(fā)現(xiàn)，腰椎不穩(wěn)癥合并骨質(zhì)疏松患者術(shù)后血清CRP、TNF-α、SP、PGE2水平明顯高于術(shù)前，而3D打印技術(shù)的應用可明顯降低上述指標水平。CRP、TNF-α是臨床常見炎癥因子，CRP是一種急性時相蛋白，機體發(fā)生炎癥時其水平迅速升高；TNF-α主要由激活的單核巨噬細胞分泌，參與殺傷靶細胞和加速細胞凋亡的進程，從而激活局部炎癥反應和內(nèi)皮細胞[22-23]。SP、PGE2屬于應激指標，其中SP通過多種途徑上調(diào)谷氨酸等的釋放量而傳遞痛覺，PGE2能促進炎癥細胞的局部浸潤，二者水平的升高均提示手術(shù)應激程度加重[24-25]。由此可見，3D打印技術(shù)有助于降低手術(shù)引起的炎癥、應激反應，這與其能明顯減輕手術(shù)創(chuàng)傷有關(guān)，或許也能降低術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率。但本研究結(jié)果顯示，3D打印結(jié)合椎弓根螺釘雙皮質(zhì)固定治療的術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率雖低于X線輔助下手術(shù)治療，但差異無統(tǒng)計學意義，出現(xiàn)這種結(jié)果的原因可能是由于樣本量較少，未來的研究中還需要加大樣本量來進一步驗證。此外，本研究結(jié)果中，椎弓根螺釘雙皮質(zhì)固定過程中應用3D打印技術(shù)大幅改善了腰椎不穩(wěn)癥合并骨質(zhì)疏松患者術(shù)后1個月的疼痛程度和腰椎功能，但兩種手術(shù)方法術(shù)后6個月、12個月VAS、ODI評分相近，且術(shù)后12個月均獲得了較高的腰椎功能優(yōu)良率及植骨融合率，說明椎弓根螺釘雙皮質(zhì)固定治療腰椎不穩(wěn)癥合并骨質(zhì)疏松可獲得良好的遠期療效，而3D打印技術(shù)的應用在改善術(shù)后近期療效方面具有明顯優(yōu)勢。

綜上可知，椎弓根螺釘雙皮質(zhì)固定是治療腰椎不穩(wěn)癥合并骨質(zhì)疏松患者的有效方法，能獲得良好的遠期效果，其聯(lián)合應用3D打印結(jié)合技術(shù)有助于減輕手術(shù)創(chuàng)傷引起的炎癥、應激反應，促進患者術(shù)后康復，改善術(shù)后近期療效，值得臨床推廣應用。但本研究樣本量較少，可能會對研究結(jié)果造成影響，后續(xù)會繼續(xù)增加樣本量，進一步驗證本結(jié)論的可靠性。

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