3-D打印技术结合经皮椎弓根螺钉内固定术治疗中老年胸腰椎爆裂骨折的疗效分析

穆怀昭，赵佳佳，杨朝昕，潘玉军，汪颜龙，曹 胜，赵景新，金 宇

随着我国经济飞速发展，意外事故造成的脊柱爆裂骨折发生率越来越高，尤其以胸腰段骨折最为常见，AO分型中A型胸腰段脊柱骨折采用后路切开复位椎弓根钉棒系统内固定治疗需要广泛剥离肌肉软组织有可能导致术后患者出现腰背痛[1-2]，微创经皮椎弓根螺钉内固定术技术则大大降低了开放性手术并发症，取得了良好的临床疗效[3]，Lee 等[4-5]研究认为微创手术术后并发症发生率低，但手术操作难度大，对骨科医生专业水平要求更高，因此我院在此类患者诊治过程中引入了3D打印技术。3D打印现阶段高端科技领域逐渐应用的一种基于三维计算机辅助计算设计与计算机辅助制造相结合的一种快速成型技术，基于光固化快速成形、激光粉末成形、喷墨印刷等步骤将计算机数据堆叠成实物模型[6]。在医学领域可利用3D打印技术将 CT、MRI等扫描影像学数据进行转化后进行3D 打印，为患者制定个性化治疗方案，为手术操作提供参考[7]。2014年1月—2016年6月，我们将3D打印技术应用于21例A3.1型胸腰椎体骨折的治疗中，现回顾分析患者临床资料，探讨3D打印技术在经皮椎弓根螺钉内固定术治疗胸腰椎爆裂骨折手术中的应用价值。报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 2014年1月—2016年6月共28例患者符合研究纳入标准进入课题研究，其中男性11例，女性17例；年龄52～65岁，平均56.4岁。骨折部位：T11 3例，T12 6 例，L1 9例，L2 7例，L3 3例。骨折分型：AO分型：A3. 1型。CT示椎管占位＜30%，无脊髓及神经根损伤表现。

1.2 患者纳入及排除标准 纳入标准：（1）年龄50～65岁中老年患者。（2）影像学等检查确诊为胸腰椎爆裂性骨折，AO分型为A3. 1型。（3）椎管占位率＜30%，无脊髓及神经根损伤表现。（4）具有完整的临床资料，患者签订知情同意书，随访时间＞12个月。排除标准：（1）多节段骨折及多发性骨折；（2）合并严重的软组织损伤者；（3）合并严重的骨质疏松者；（4）椎体解剖结构异常者；（5）合并严重内科疾病。

1.3 治疗方法

1.3.1 术前处理 患者入院后完善影像学资料，详细诊断伤椎及上下相邻椎体，评价患者的肺部情况、手术的风险性及手术的可行性。术前记录患者视觉模拟评分(VAS)。X线测量伤椎压缩率和Cobb角，CT资料测量椎管占位率。3D建模步骤：（1）数据导入。获取的患者CT数据以Dicom格式存储并导入到Mimics15.0软件（比利时Materialise公司）；（2）数据设计：选取局部增长和阈值划分进行三维重建，初步完成计算机三维重建模型，应用网格化及平滑处理工具对计算机三维模型进行进一步精细处理，仔细观察模型确认无缺损和遗漏后数据以STL格式保存。（3）3D打印：模型数据导入到3D打印机（型号：MAKERBOT-Z18，美国MAKERBOT工业公司），打印格式设置层厚0.1 mm，应用聚乳酸材料打印出1∶1脊柱骨折模型，低温高压消毒备用；（4）实物模拟手术：术前在骨折模型上行骨折观察再分型、模拟手术、选择最适宜内固定物、设计入钉棒角度及深度，记录相关数值，最终设计出适宜且完整的手术治疗方案。（5）器械准备：将设计好的内固定物经高压消毒后手术备用。

1.3.2 手术方法 手术均由同一组高年资脊柱骨科医师完成，本研究组患者均于受伤3天内手术。椎弓根螺钉系统均使用同一公司经皮椎弓根螺钉系统。患者于全麻（16例）、局部麻醉（5例）下行手术治疗，患者俯卧位于脊柱手术床上，恢复脊柱生理弧度，C型臂机透示椎体情况，标记伤椎及邻椎椎弓根外上缘进针点。完成消毒铺巾，以标记点为中心行1.5～2 cm切口，在参照3D骨折模型及C型臂机定位下将穿刺针、导针头依次置入目标点，C型臂透视满意后将预先选择好的空心经皮椎弓根螺钉拧入椎体内，并尽量保持内固定螺钉平行于椎体上终板的方向，安放预先塑形好的固定棒，拧紧螺帽，撑开复位固定。内固定安装完毕后，再次透视确认内固定位置，术毕取出滑环和牵开器叶片，留置引流管，逐层缝合。

1.4 术后处理及疗效评价指标 术后记录手术时间、出血量、术后引流量、住院时间、住院期间并发症发生情况。术后第1周、6个月、12个月进行VAS评分，评估腰背部疼痛情况。患者于术后2天，2、6、12 个月复查X线片及CT，测量Cobb角、椎管占位率。门诊定期随访复查X线片及CT并计算和记录Cobb角、椎管占位率。

1.5 统计学分析 使用SPSS 19.0统计软件进行分析。计量资料（如VAS评分、Cobb角和椎管占位率）采用均值加减标准差（）表示，使用重复测量设计方差分析比较不同时间点的VAS评分、Cobb角、椎管占位率的差异。研究设定检验水准a=0.05，P＜0.05认为差异存在统计学意义。

2 结果

2.1 手术一般情况及住院期间并发症发生情况 手术时间平均(58.37±10.43) min，术中失血量平均(51.93±7.65) mL，术后切口引流量平均(32.41 ±12.19) mL，住院时间平均(9.53±2.48)d，所有患者围手术期无切口感染、肺部感染、尿路感染等并发症。

2.2 影像学情况 所有患者术后随访14～19个月，平均15.7个月。重复测量方差分析结果显示：（1）三个时间点的Cobb角存在差异（F=92.624，P＜0.001），两两比较发现：术前和术后2天比较差异存在统计学意义（P＜0.05），术前和术后12个月比较差异存在统计学意义（P＜0.05），术后2天和术后12个月比较差异存无统计学意义（P＞0.05）；（2）三个时间点的椎管占位率存在差异（F=399.265，P＜0.001），两两比较发现：术前和术后2天比较差异存在统计学意义（P＜0.05），术前和术后12个月比较差异存在统计学意义（P＜0.05）, 术后2天和术后12个月比较差异无统计学意义（P＞0.05）。详细结果如表1所示。

表1 不同时间点临床指标（Cobb角、椎管占位率）重复测量设计方差分析

2.3 术后VAS评分 重复测量方差分析结果显示：三个时间点的VAS评分存在差异（F=551.181，P＜0.001），两两比较发现：术前和术后1周比较差异存在统计学意义（P＜0.05），术前和术后12个月比较差异存在统计学意义（P＜0.05）,术后1周和术后12个月比较差异存在统计学意义（P＜0.05）。详细结果如表2所示。

2.4 随访期间并发症发生情况 28例患者中有1例于术后12个月出现腰背部慢性疼痛，给与口服非甾体类止疼药，症状明显缓解。所有患者均无断钉及内固定物松动、伤椎再骨折、感染、下肢深静脉血栓等并发症。典型病例见图1。

表2 不同时间点的VAS评分重复测量设计方差分析

图1 3D打印技术结合经皮椎弓根螺钉内固定术治疗胸腰椎爆裂骨折病例

3 讨论

随着脊柱外科微创技术的发展，经皮椎弓根钉内固定技术逐渐应用于临床，该技术将固定棒置于 肌肉深层，避免了固定棒较浅导致的疼痛和皮肤软组织坏死等并发症，同时预弯好的连接棒，具有更好的生物力学稳定性，Magerl[8]最先采用外固定架的形式进行经皮穿刺螺钉外固定损伤脊柱，并取得了较为理想的治疗效果，之后许多学者发现经皮椎弓根螺钉治疗胸腰椎爆裂性骨折不仅手术创伤小、恢复快，治疗效果与传统开放手术无明显区别[9-10]。故微创手术是治疗胸腰椎爆裂性骨折一个好的治疗方法，笔者认为经皮椎弓根螺钉内固定术适用于无脊髓神经损伤的骨折患者，而对于术前存在神经损伤及明显脱位患者，不建议选择此术式。近年来发现经皮椎弓根螺钉手术出现断钉、椎体高度丢失、脊柱后凸畸形再发等并发症国内外间有报道，国内外学者[11]研究认为，微创术和传统手术临床疗效相当，术后并发症发生率低，但是手术时间长，手术操作难度较大，对医生专业水平以及手术操作技术要求更高。皮椎弓根螺钉手术适应症较窄，目前只适用与无神经受压，无需椎管减压者，对于胸腰段脊柱骨折存在严重脊柱不稳、脱位等情况仍需选择开放性手术。

3D打印出的模型可清晰且直观地表现出骨折程度与移位情况，利于明确诊断及骨折分型，可以延展术前设计、精准手术过程、明显缩短手术时间、加深医患交流程度、减少并发症发生等，有着实际临床价值，Riesenkampff等[12]研究表明3D打印技术的术前使用可帮助术者加深了解骨折的程度、具体类型，为术中的骨折复位提供基础。微创术和传统手术比较，手术时间长，手术操作难度更大，对医生专业水平以及手术操作技术要求更高，若能引入3D 打印技术，可以真实地将胸腰椎骨折脱位情况展现出来，术者可以直观地讲解关键区域、手术操作的方案和步骤、手术存在的难点与对应的处理方案，有利于患者及家属了解手术的必要性、复杂性和风险性，不仅有利于术者正确选择手术方式、精确确定手术部位与范围，而且还可以实现手术预演、预估手术难点、判断术中要点，便于提前确定预处理方案、降低手术风险[13]。另外，笔者认为在模拟手术过程中要充分考虑到软组织、重要神经血管、患者体位、具体发育状况等的影响，以实际手术心态去实施每一个术前设计。

综上所述，对于中老年患者中无神经症状的单节段胸腰段脊柱爆裂骨折，采用经皮短节段椎弓根螺钉内固定手术治疗操作简单、创伤小、安全可靠，可起到有效矫正效果，随着3D打印技术的发展及临床应用日益成熟，其有助于提高经皮椎弓跟螺钉内固定骨科手术的精确性，降低手术并发症。但是现阶段的3D打印在脊柱外科临床应用中还存在着各种不足，3D打印虽然可以精确的打印出骨骼病变但其无法打印出附着于骨骼周围的神经、血管和其他软组织模型，由于现阶段3D打印机的打印速度较慢，其在急诊手术中的应用受到一定限制，另外3D打印设备昂贵，在实际应用中难以普及，专业领域中人才缺乏也限制了其发展和应用速度。随着医学科技的快速发展， 3D打印技术亦将不断进步和创新，在脊柱外科的应用也将越来越广泛。另外本研究由于病例纳入较少、随访时间较短，其远期的应用效果有待进一步研究明确。