胸腰椎骨折椎弓根螺钉置入术中采用3D打印技术的价值分析

吴碧涛，蔡伟文，刘德谦，甘盛勇

胸腰椎骨折为临床上较为常见的一种骨科疾病，若未得到及时有效的治疗，会对患者日后行动及健康带来严重影响[1]。临床多采用经椎弓根螺钉内固定对该病进行治疗，可有效恢复胸腰椎椎体的生理弧度及高度，将出现移位的骨块固定，从而恢复胸腰椎的原解剖结构。近年来，随着3D打印技术的推广，一些较为复杂和精细的骨科手术逐渐应用3D打印技术辅助进行。利用3D打印技术能够将患者的胸腰椎骨折1∶1重建模型，对术中的重点及难点进行演练，可以优化手术方案，提高手术效率[2]。本研究选取82例患者作为研究对象，旨在探究胸腰椎骨折椎弓根螺钉置入术中采用3D打印技术的价值，结果报告如下。

1 资料与方法

1.1一般资料 选取2016年2月～2018年2月我院收治的82例胸腰椎骨折患者为研究对象，纳入标准：经X线检查确诊为研究单纯闭合性胸腰椎骨折；骨折椎体压缩大于椎体高度的30%，Cobb角<15°；未出现脊髓及神经损伤、骨折无明显错位、无需行后路椎管减压术；伤椎至少有一侧椎弓根未骨折，受伤时间<2周。排除标准：伴有严重骨质疏松症；合并重要器官严重功能障碍；合并脊柱肿瘤及结核；脊柱严重侧弯；凝血功能障碍；椎体后外侧植骨融合。将82例患者随机分为两组，各41例。观察组中，男22例，女19例，年龄25～57(45.62±3.71)岁；对照组中，男23例，女18例，年龄24～55(44.12±3.53)岁。两组患者年龄、性别等一般资料具有可比性。本研究经医院伦理委员会认证批准，患者知情并签署相关同意书。

1.2治疗方法 两组患者均在气管插管全麻下，采用椎弓根钉内固定术进行治疗。观察组应用3D打印技术，对患者的腰椎进行薄层CT扫描，将所得数据以DICOM格式保存并导入Mimics，以完成三维编辑和重建；采用STL格式将模块模型导出至3D打印机，应用配套的Maker Ware软件进行批量打印，并采用聚乳酸材料(PLA)将患者仿真腰椎椎体模型打印出来。在模型上进行模拟手术，测量植入人体椎弓根钉的最佳置入位置，螺钉置入方向、角度及螺钉的长度等数据。对模型进行术前评测并模拟椎弓根入针点、椎弓根螺钉向头或尾的倾斜角度(f角)、螺钉内斜角度(e角)及椎弓根钉长度。对照组应用X线和CT对f角、e角和钉体的置入深度进行术前评测。术中于C型臂X线机协助下并结合损伤痕迹，确定伤椎位置。按照术前测量数据，将腰椎椎弓根类圆形投影中心点、关节突及横突对应关系以找到进钉点，并按照术前所测量的f角及e角确定椎弓根钉的长度。上述数据确定后，先将进钉点处皮质骨咬除，采用开口器将切口拉开，使用恒力稳持开路器缓缓置入。进钉前，采用探针对钉道四壁进行探测，确定有明显的骨质感以保证钉道处于椎弓根内，最后根据术前所预测角度将螺钉慢慢拧入并置入椎弓根螺钉。

1.3观察指标 观察比较两组手术时间、术中X线照射次数、出血量、椎弓根置钉准确率；术前和术后伤椎椎体前后缘高度比值、矢状位后凸Cobb角及腰椎JOA评分情况。伤椎椎体前后缘高度比值测记方法：伤椎前缘高度/[(伤椎相邻上一椎体前缘高度+伤椎相邻下一椎体前缘高度)/2]×100%；矢状位后凸Cobb角即伤椎相邻上下椎体上终板延长线间的夹角。术前、术后1个月及6个月进行腰椎JOA评分，满分29分，得分越高，腰椎功能越好。

2 结 果

2.1两组手术相关指标比较 见表1。观察组手术时间短于对照组，术中照射X线次数及出血量均少于对照组，两组比较均有显著差异(P<0.01)。观察组椎弓根钉置钉准确率为95.80%(251/262)，高于对照组的80.81%(219/271)，有显著差异(χ2=28.72，P<0.01)。

表1 两组手术相关指标比较

2.2两组治疗前后伤椎情况比较 见表2。治疗前，两组伤椎前后高度比及Cobb角比较均无显著差异(P>0.05)；治疗后，两组伤椎前后高度比均较治疗前提高，Cobb角均较治疗前降低，均有显著差异(P<0.01)。两组治疗后伤椎前后高度比及Cobb角比较，均无显著差异(P>0.05)。

表2 两组治疗前后伤椎情况比较

注：与本组治疗前比较，*P<0.01

2.3两组术前、术后1个月及6个月腰椎JOA评分比较 见表3。两组术前腰椎JOA评分比较无显著差异(P>0.05)。两组术后1个月腰椎JOA评分均较术前提高，术后6个月腰椎JOA评分均较术前1个月提高，均有显著差异(P<0.01)。两组术后1个月及6个月腰椎JOA评分比较，均无显著差异(P>0.05)。

表3 两组术前、术后1个月及6个月腰椎JOA评分比较分)

注：与本组术前比较，*P<0.01；与本组术后1个月比较，#P<0.01

3 讨 论

3D打印又叫增材制造，是最新发展起来的快速成型技术。利用3D技术能够打印出1∶1的骨骼模型，在术前可根据结果制订手术计划，甚至展开模拟手术操作，提升了手术的精准性和安全性，能有效减少并发症的发生[3]。后路切开复位椎弓根螺钉内固定是胸腰椎骨折的常用治疗方法，椎弓根螺钉系统可以对脊柱的畸形予以矫正及良好维持，并可在很大程度上保留运动节段，椎弓根螺钉内固定技术是众多胸腰椎骨折后路技术的基础，本研究采用3D打印技术配合脊柱外科手术，具有较明显的优势：①可以根据3D打印模型制订具体的手术方案；②模型的建立有助于理解手术椎体的解剖形态，准确分析病情；③术前根据模型精确确定螺钉的长度、直径及方向等，避免术中测量对软组织造成损伤；④操作简便，摆脱计算机辅助系统，减少辐射伤害；⑤3D实物模型用于向患者及家属解释病情及治疗方案更加便捷；⑥可通过3D模型进行模拟操作训练，提升施术医师水平[4，5]。在胸腰椎骨折复位椎弓根螺钉固定术中，可以通过3D打印技术提前对置钉高度、螺钉长度及直径进行测量，可减少术中操作时间以及X线照射次数，减少术中出血。本研究结果显示，观察组手术时间、术中照射X线次数及出血量均明显少于对照组，置钉准确率明显高于对照组；两组治疗后，伤椎前后高度比均较治疗前提高，Cobb角均较治疗前降低；两组术后1个月腰椎JOA评分均较术前提高，术后6个月腰椎JOA评分均较术前1个月提高。

随着3D打印技术的不断发展，在脊柱外科的应用也会逐渐深入。一方面，3D打印技术可以辅助脊柱外科疾病的诊断；另一方面，有利于根据患者病情的不同制定个体化治疗方案，同时在脊柱外科教学以及医患沟通中的应用也会得到进一步扩展。

综上所述，对胸腰椎骨折行椎弓根螺钉置入术患者应用3D打印技术，可以明显提高置钉的准确率，减少术中出血量及X线照射次数，值得推广。