3D打印导航椎弓根螺钉置入术治疗腰椎滑脱症

陈嘉华，邓烨，蔡智，罗立镇，黄凯，谭明生，谢大志

(广东省佛山市禅城区中心医院脊柱外科，广东 佛山 528000)

3D打印导航椎弓根螺钉置入术治疗腰椎滑脱症

陈嘉华，邓烨，蔡智，罗立镇，黄凯，谭明生，谢大志

(广东省佛山市禅城区中心医院脊柱外科，广东 佛山 528000)

目的探讨3D打印个体化导航模板辅助腰椎椎弓根螺钉置入术治疗腰椎滑脱的疗效。方法选取我院2013年3月至2015年3月期间收治的腰椎滑脱患者60例，依据随机数字表法随机分为观察组30例与对照组30例。对照组术前应用传统三维CT重建图像制定手术方案，观察组术前应用3D打印技术制定手术方案。比较两组患者手术时间和出血量，术前、术后3个月、术后6个月、术后12个月脊髓功能日本骨科协会(Japanese orthopaedic association，JOA)评分、视觉模拟评分(visual analogue scale，VAS)变化及术后并发症发生情况。结果观察组手术时间短于对照组，且出血量少于对照组(P<0.05)；两组JOA评分术后3个月、术后6个月、术后12个月增加(P<0.05)；观察组JOA评分术后3个月、术后6个月、术后12个月高于对照组(P<0.05)；两组VAS评分术后3个月、术后6个月、术后12个月降低(P<0.05)；观察组VAS评分术后3个月、术后6个月、术后12个月低于对照组(P<0.05)；观察组术后并发症发生率低于对照组，但差异无统计学意义(P>0.05)。结论3D打印个体化导航模板辅助腰椎椎弓根螺钉置入术治疗腰椎滑脱疗效显著，值得研究。

3D打印；个体化导航模板；腰椎椎弓根螺钉；腰椎滑脱症

腰椎滑脱症是常见的脊柱外科疾病，流行病学调查显示其发病率随着人口老年化加速呈不断上升趋势，严重影响人们身心健康和生活质量。患者经保守治疗无效必须进行手术治疗[1]。腰椎滑脱常伴严重腰椎退行性改变，腰椎的旋转、滑移及骨质的增生，腰椎的正常结构发生了改变，具有较大的变异性，从而为腰椎椎弓根螺钉置入带来一定困难[2-3]。若术中置钉出现偏差，以及椎弓根螺钉位置不佳，则可能会损伤椎弓根及造成神经、周围血管损伤[4-5]。近年来随着数字骨科发展，3D打印技术及导航模板技术得以在脊椎外科研究应用[6-7]。2013年3月至2015年3月间我院收治腰椎滑脱患者60例，依据随机数字表法随机分为观察组与对照组各30例，对照组术前应用传统三维CT重建图像制定手术方案，观察组术前应用3D打印技术制定手术方案。本文对两组进行观察比较，旨在探讨3D打印个体化导航模板辅助腰椎椎弓根螺钉置入术治疗腰椎滑脱的疗效，现报告如下。

1 资料与方法

1.1 研究对象 选自我院于2013年3月至2015年3月期间收治的腰椎滑脱患者60例，依据随机数字表法随机分为观察组30例与对照组30例。观察组30例中，男性18例，女性12例；年龄24～70岁，平均年龄为(45.89±5.62)岁。对照组30例中，男性17例，女性13例；年龄25～68岁，平均年龄为(46.71±6.13)岁。两组一般资料比较差异无统计学意义(P>0.05)。

1.2 入组标准及排除标准 入组标准：a)Ⅱ度以下滑脱、顽固性下腰部疼痛或下腰部疼痛症状加剧，以及经保守治疗无效者；b)伴腰椎间盘突出或椎管狭窄发生下肢神经根性疼痛，间歇性跛行或马尾神经受压症状；c)均经医院伦理委员会审核者；d)签署知情同意书者。

排除标准：a)无症状性腰椎滑脱；b)患者年老体弱，存在严重心肺功能不全，不能耐受手术；c)腰椎急性感染，腰椎结核未经正规抗结核治疗。

1.3 方法 两组患者术前采用16层螺旋CT对拟置入椎弓根螺钉节段胸腰椎进行CT横断位薄层扫描，层厚、层距为1 mm，重建层厚、层距为1 mm，扫描范围以病变椎体为中心。

对照组：术前传统三维CT重建图像制定手术方案，患者行腰椎CT三维重建，运用医院影像科测量系统预测置钉的长度、直径，以及置钉的方向、角度，初步确立手术方案。

观察组：术前采用3D打印技术制定手术方案，行三维CT扫描，获取原始数据后以Dicom格式导入三维重建软件Mimicsl 5.0，截取所需腰椎节段，获得三维重建图像(见图1～2)。在MedCAD模块中，用6.5 mm直径的圆柱体代替螺钉进行腰椎椎弓根螺钉钉道轨迹的设计(见图3)。在UG Imageware软件中重建成腰椎椎弓根螺钉个体化导航模板(见图4)。完成术前模拟手术置钉(见图5)。利用光敏树脂材料，通过光固化成型技术将个体化实物模板生产出来。根据实体模型模拟置钉、减压、复位操作等。

1.4 观察指标 a)观察两组患者手术时间和出血量；b)观察两组患者脊髓功能日本骨科协会(Japanese orthopaedic association，JOA)评分术前、术后3个月、术后6个月、术后12个月变化；c)观察两组患者视觉模拟评分(visual analogue scale，VAS)术前、术后3个月、术后6个月、术后12个月变化；d)观察两组患者术后并发症发生情况，包括神经血管损伤、伤口感染等。

图1 CT扫描后将原始数据以Dicom格式导入三维重建软件以获得三维重建图像

图2 重建后的腰椎三维图像

图3 在3-MATIC模块中进行腰椎椎弓根螺钉钉道轨迹及导板的设计

图4 将数据以STL格式输入打印机后打印出的3D模型及导航导板

图5 术前根据3D打印模型及导航导板进行模拟手术置钉

2 结 果

2.1 两组手术时间和出血量比较 观察组的手术时间为(119.27±20.93)min，出血量(658.72±58.97)mL；对照组手术时间(157.48±28.37)min，出血量(742.30±78.94)mL。观察组手术时间短于对照组，且出血量少于对照组(P<0.05)。

2.2 两组JOA评分比较 两组JOA评分术前比较差异无统计学意义(P>0.05)；两组JOA评分术后3个月、术后6个月、术后12个月增加(P<0.05)；观察组JOA评分术后3个月、术后6个月、术后12个月高于对照组(P<0.05，见表1)。

表1 两组JOA评分比较分)

2.3 两组VAS评分比较 两组VAS评分术前比较差异无统计学意义(P>0.05)；两组VAS评分术后3个月、术后6个月、术后12个月降低(P<0.05)；观察组VAS评分术后3个月、术后6个月、术后12个月低于对照组(P<0.05)。见表2。

表2 两组VAS评分比较分)

2.4 两组术后并发症比较 观察组术后并发症发生率低于对照组，但差异无统计学意义(P>0.05，见表3)。

表3 两组术后并发症比较

3 讨 论

腰椎滑脱手术目的主要是神经减压、复位及融合稳定椎体，术中椎弓根螺钉精准置入是关键步骤之一[8-9]，通过3D打印及导航导板技术制定详细的个体化置钉方案，术前模拟手术，找出螺钉最佳进钉点、置入角度以及选择合适直径和长度的螺钉，以达到准确置钉及最佳固定强度。否则螺钉易穿破椎体或椎弓根骨皮质，这不仅降低椎弓根螺钉矫形、固定的力学性能，更因螺钉损伤椎弓根及椎体周围的重要组织器官而产生严重的并发症[10-12]。

3D打印及个体化导航模板辅助腰椎椎弓根螺钉置入具有以下优点：a)术前可根据3D打印模型进行术前模拟手术；b)符合椎弓根个体化置钉的原则，置钉准确率高，操作简单；c)减少手术时间，大大减少或避免了术中医患双方X线的暴露时间，减少手术出血；d)模板均为单椎体设计，不会因术中体位的变化、相邻椎体间的相对移动而导致定位失败；e)适合脊柱关节有退变、增生的患者，解剖标志点定位有困难者。f)消毒方便，手术前只要将模板带入手术室用环氧乙烷消毒即可。X线片和三维CT图像仅能从图像上分析腰椎滑脱的病变情况，应用3D打印及导航模板技术通过术前三维CT数据打印出1︰1椎体滑脱模型及导航模板，通过模型制定精确的手术方案并进行手术操作演练，进行实体测量，帮助术者更好地了解患者实际解剖结构，提高置钉的准确性和安全性[13-14]。

本研究结果表明，观察组手术时间短于对照组，且出血量少于对照组，说明3D打印个体化导航模板辅助腰椎椎弓根螺钉置入术可缩短手术时间，降低出血量；因为腰椎滑脱多数合并关节突增生内聚明显，往往解剖结构不清，传统置钉需咬除部分骨质，充分显露，而软组织及骨质破坏，损伤出血多。这与术后观察组VAS评分术后低于对照组有关。术中椎弓根植入精确，更利于滑脱椎体复位、椎管及神经根充分减压，减少了置钉带来的神经并发症，这可能是观察组术后JOA评分高于对照组重要原因。

综上所述，3D打印个体化导航模板辅助腰椎椎弓根螺钉置入术治疗腰椎滑脱症有其优势，值得临床进一步研究。

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3DPrintingofIndividualNavigationTemplatesAssistedLumbarPedicleScrewintheTreatmentofSpondylolisThesisEffect

Chen Jiahua，Deng Ye，Cai Zhi，et al

(Department of Spinal Surgery，Central Hospital of Foshan Chancheng District，Foshan 528000，China)

ObjectiveTo explore the effect of 3D printing individualized navigation template in the treatment of lumbar spondylolisthesis with lumbar vertebral pedicle screw placement.Methods60 cases of lumbar spondylolisthesis admitted to our hospital from March 2013 to March 2015 were randomly divided into the observation group (30 cases) and the control group (30 cases).The control group used the traditional three-dimensional CT reconstruction image before operation to make the operation plan，and the observation group used the 3D printing technique to make the operation plan before operation.Comparison of two groups of patients with operation time and blood loss，preoperative and postoperative 3 months，6 months after surgery，postoperative spinal cord function 12 months Japan Association (Japanese Orthopaedic Association，Department of orthopedics，JOA) score，visual analogue scale (visual analogue scale，VAS) of complications and postoperative changes.ResultsThe operation time of the observation group was shorter than the control group，and the bleeding was less than the control group (P<0.05)；add 12 months JOA score of two groups after 3 months and 6 months after surgery，postoperative (P<0.05)；the JOA score of the observation group after 3 months and 6 months after surgery，surgery after 12 months was higher than the control group (P<0.05)；reduced 12 months VAS score of two groups after 3 months and 6 months after surgery，postoperative (P<0.05)；the VAS score of the observation group after 3 months and 6 months after surgery，12 months after the operation was lower than that of control group (P<0.05)；the incidence of complications was lower than control group patients in the observation group，but the difference was not statistically significant (P>0.05).Conclusion3D printing individualized navigation template assisted lumbar pedicle screw placement in the treatment of lumbar spondylolisthesis is significant and worthy of study.

3D printing；individualized navigation template；lumbar vertebral pedicle screw；lumbar spondylolisthesis

2015年佛山市医学类科技攻关项目(2015AB001621)

陈嘉华，邓烨，蔡智，等.3D打印导航椎弓根螺钉置入术治疗腰椎滑脱症[J].实用骨科杂志，2017，23(11)：1062-1065.

1008-5572(2017)12-1062-05

R681.5+7

B

2017-07-14

陈嘉华(1978- )，男，副主任医师，广东省佛山市禅城区中心医院脊柱外科，528000。