3D打印定向导板联合低剂量氨甲环酸治疗脊柱畸形

伍涛 颜学亮 曹奇 唐国军 陈亮元

南华大学附属第二医院脊柱外科（湖南衡阳421000）

脊柱畸形是指人体脊柱的轴向位、矢状位或者冠状位发生偏离，形态上发生异常［1］。随病情进展出现脊柱失衡，引发脊髓、神经压迫症状，严重者致患者心肺功能衰竭危及生命［1-2］。当前主要依赖于X 线、CT 及MRI 等资料，制定手术方案。传统的影像学资料，无法系统阐释骨科疾病的三维解剖和病理机制［3］，在反映脊柱畸形的病理生理仍缺乏直观性。

3D 打印技术，以数字文件为基础，逐层叠加塑料或金属粉末等特殊材料，制作实物模型［4］。通过3D 打印机制作脊柱模型，可使术者明确脊柱畸形的特点。并根据特定的影像学资料及定向导板制定手术方案，以降低手术风险［5-6］。研究称3D 打印定向导板可提高椎弓根置钉的安全性及准确率，大幅度减少手术并发症［7-9］。3D 定制截骨工具可以明确截骨范围，提高手术的安全性及精准性［10-11］。

脊柱截骨矫形术包括内固定植入、截骨矫形、脊柱去旋转及加压等操作。术中常伴随大量出血，常要术中、术后输血［8］。术中静滴氨甲环酸（tranexamic acid，TXA）有助于减少手术失血以及输血，但业内TXA 的最佳静脉给药方案尚不清楚。研究证实低剂量方案并不增加血栓栓塞及癫痫发作的几率［12］。回顾文献发现，目前暂无3D 打印定向导板技术联合低剂量TXA 治疗脊柱畸形的相关报道。本研究基于脊柱畸形特殊的病理结构，采取3D 打印定向导板技术为该病患者定制设置个性化、精准化的手术方案，联合使用低剂量TXA 降低手术出血量及输血风险，疗效满意，报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料选取2014年5月至2017年5月我科收治的113 例脊柱畸形患者为研究对象，男68 例，女45例，年龄18 ～59岁，平均（32.32±6.81）岁。以随机数字表法随机分为对照组和观察组，观察组56 例，采取3D 打印定向导板技术联合低剂量氨甲环酸治疗，对照组57 例，采取常规手术治疗。本研究经本院伦理委员会审理批准。两组患者一般临床资料差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性，见表1。

表1 两组患者一般资料对比分析Tab.1 Patients with comparative analysis of general information in two groups ±s>

表1 两组患者一般资料对比分析Tab.1 Patients with comparative analysis of general information in two groups ±s>

组别观察组对照组t/χ2值P 值例数56 57男/女33/23 35/22 0.112 0.681年龄（岁）32.67±7.02 32.06±5.92 0.096 0.775体质量（kg/m2）23.62±2.26 22.83±2.42 0.246 0.597病程（月）8.72±2.66 8.96±2.85 0.034 0.934病因（例）陈旧结核性7 7 0.103 0.344陈旧创伤性16 18先天性33 32病椎分布（例）单纯胸段6 6 0.101 0.351下腰21 22胸腰29 29

1.2 样本纳入排除标准纳入标准：有明确的神经症状或体征；经X 线及CT 检查明确胸、腰椎Cobb 角＞50°为脊柱畸形患者；无精神病者；患者未患有心肝肾衰竭、凝血功能障碍重大内科等疾病；同意参加本次研究；入本院之前未进行其他治疗；无过敏体质者。

排除标准：患者诊断、治疗等病历资料不全者；影像学表现不典型者；患有严重心肺等其他疾病的患者；无法参与研究的；中途退出研究的；孕妇或哺乳期妇女；有手术禁忌者。

1.3 研究方法

1.3.1 观察组观察组采用3D 打印定向截骨导板技术治疗。使用128 排螺旋CT 机（Philips Brilliance 256 荷兰）对患者脊柱全程扫描，以预设参数采集扫描图像。将采集图像导入Materialise 公司研发的Mimics 20.0 软件，构建畸形脊柱的三维图形，并确定螺钉相关参数。将构建三维图形以STL 格式，导入DP002 光固化3D 打印机（创想三维科技深圳），使用熔融沉积技术打印手术定向导板。患者取俯卧位，全麻插管，消毒铺单。常规显露术野，按照预设手术方案，以3D 打印模型为参考，置入椎弓根螺钉。再行楔形截骨术，矫正畸形后切口内留置引流管，逐层缝合切口。观察组患者术前30 min，以剂量为50 mg/kg 的TXA 于30 min 内静脉滴注完毕。然后以5 mg/（kg·h）的速度输注直至皮肤闭合。

1.3.2 对照组对照组采取常规手术治疗。术前行X 线、CT 检查，医师根据影像学数据对脊柱畸形进行评估和测量。确定截骨矫形方案，具体手术方法与观察组一致。但缺少3D 打印模型参考、截骨方案设计以及术前模拟固定等，主要是由术者根据术中具体情况判定。对照组患者术前30 min，以剂量为100 mg/kg 静脉滴注TXA，并于30 min 内滴注完毕。术中以10 mg/（kg·h）静脉维持直至关闭伤口。观察组及对照组均由同一高年资主任医师主刀完成手术。

1.4 观察指标观察记录患者的姓名、年龄、身高、体质量、病程、性别等基本信息，记录患者手术时间、术中出血量、引流管保留时间、住院天数、并发症发生情况和引流量。术后2 个月、1年进行随访，记录患者脊柱可负重活动时间、不良事件、末次随访患者基本情况。采取视觉模拟评分（visual analogue scale，VAS）、Oswestry 功能障碍指数（oswestry disability index，ODI）评估患者疼痛强度及腰椎功能障碍。使用ASIA 神经损害评级标准评定患者手术前后神经损害情况。记录患者影像学结果，X 线检查测量Cobb 角，Cobb 角矫正率=（手术之前患者Cobb 角-随访1年患者Cobb 角）/手术之前患者Cobb 角×100%。CT 测量螺钉偏差距离，评估螺钉置入结果，分为4 级。由优到差分别为：A 级：椎弓根内；B 级：偏差距离≤2 mm；C 级：偏差距离2 ～4 mm；D 级：偏差距离≥4 mm，并计算成功率。

1.5 统计学方法采用SPSS 21.0 统计软件对采集到的数据资料作统计学分析，计量资料（>）表示，单因素方差和t检验，不同时间数据采用重复测量方差检验，计数资料χ2检验，等级资料采用秩合检验，均以P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组患者围术期情况对比分析观察组患者手术时间、出血量、引流量、术后住院时间和引流管保留时间均短于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表2。

表2 两组患者围术期情况对比分析Tab.2 Contrastive analysis of perioperative conditions of two groups of patients ±s>

表2 两组患者围术期情况对比分析Tab.2 Contrastive analysis of perioperative conditions of two groups of patients ±s>

组别观察组对照组t 值P 值例数56 57手术时间（min）195.67±62.54 299.96±66.97 5.253 0.013出血量（mL）304.21±54.72 688.66±69.50 6.995 0.003引流量（mL）286.06±46.61 580.42±40.21 6.001 0.006术后住院时间（d）12.01±2.31 15.99±3.02 3.587 0.026引流管保留时间（h）23.11±2.06 48.29±3.17 3.142 0.022

2.2 两组患者随访结果分析随访中两组患者均无螺钉穿破骨皮质、断裂、松动等情况。术后1年随访，观察组患者均无明显不适。其中50 例弯腰活动良好，6 例患者弯腰活动轻度受限；4 例完全生活自理，24 例可从事较轻体力劳动，28 例可从事重体力劳动。对照组49 例弯腰活动良好，8 例患者弯腰活动轻度受限；9 例完全生活自理，28 例可从事较轻体力劳动，20 例可从事重体力劳动。

两组患者VAS 评分和ODI 指数均下降，不同时间点相比差异有统计学意义（P＜0.05），但同一时间点，两组患者VAS 评分和ODI 指数无明显差异（P＞0.05），见表3。术前两组患者ASIA 评分无明显差异。末次随访两组患者均明显改善，差异无统计学意义（P＞0.05），见表4。

2.3 两组患者影像学结果对比分析术后CT 显示观察组椎弓钉置入评定均为A，优良率100%，对照组椎弓钉置入评定为A 患者48 例，优良率为84.21%，差异有统计学意义（χ2=4.031，P=0.022）。两组患者术后Cobb 角均小于术前，差异有统计学意义（P＜0.05），术前两组之间Cobb 角差异无统计学意义（P＞0.05），术后2 个月、术后1年，观察组Cobb 角均小于对照组，观察组术后1年矫正率明显高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表5。

表3 两组患者不同时间点VAS 评分和ODI 指数结果分析（分）Tab.3 Visual analogue score and Oswestry dysfunction index at different time points in two groups ±s>

表3 两组患者不同时间点VAS 评分和ODI 指数结果分析（分）Tab.3 Visual analogue score and Oswestry dysfunction index at different time points in two groups ±s>

组别VAS 评分术前术后2 个月术后1年F 值P 值ODI 指数术前术后2 个月术后1年F 值P 值对照组（n=57）8.72±3.51 2.33±1.22 1.95±1.01 8.951 0.004 57.94±13.11 30.65±12.24 28.86±12.13 9.012 0.003观察组（n=56）8.63±3.09 2.22±1.06 1.80±1.03 9.908 0.002 58.62±14.25 30.01±10.67 27.08±10.62 8.893 0.005 t 值0.091 0.539 0.381 0.152 0.374 0.291 P 值0.634 0.420 0.227 0.325 0.224 0.288

2.4 两组患者并发症发生情况分析观察组并发症发生率为0，明显低于对照组12.28%，差异有统计学意义（P＜0.05），见表6。

表4 两组患者手术前后ASIA 神经损害得分比较（分）Tab.4 Comparison of ASIA neurological damage scores before and after surgery in two groups

表5 两组患者不同时间点Cobb 角测量结果与改善情况对比分析Tab.5 Comparison and analysis of Cobb angle measurement and improvement in two groups at different time points

表6 两组患者并发症发生情况分析Tab.6 Analysis of complications in two groups 例（%）

2.5 3D 打印定向截骨导板技术治疗脊柱畸形过程图该患者为男性，年龄18 岁，先天性脊柱畸形，治疗过程见图1。

2.6 3D 打印定向截骨导板技术治疗脊柱畸形患者图该患者为女性，年龄20 岁，先天性脊柱畸形，治疗过程见图2。

图1 3D 打印定向截骨导板技术治疗脊柱畸形患者图Fig.1 3D printed directional osteotomy guide technology for the treatment of patients with spinal deformity

3 讨论

图2 3D 打印定向截骨导板技术治疗脊柱畸形患者图Fig.2 3D printed directional osteotomy guide technology for the treatment of patients with spinal deformity

脊柱矫形手术治疗目的是矫正脊柱畸形，恢复矢状位平衡，最终植骨融合，改善神经功能［8，13］。但脊柱畸形手术创伤大、手术范围宽，术中易损伤脊髓、神经，导致严重的神经功能障碍［14］。数据显示脊柱畸形术后神经功能障碍发生率达6.2%［15］，30%的患者遗留严重或永久性的手术并发症［16］。随着3D 打印技术的引入，实现了创建病理解剖实物模型的可能性。该模型1∶1 比例还原病变部位，使外科医生能够在术前观察术区的病理学改变和模拟潜在的陷阱，进而完善了术前计划、减低手术风险［17］，是当前3D打印技术在脊柱外科最常见的应用［18］。该技术的出现从根本上改变了传统手术模式，使精准化和个体化治疗成为现实［1，8-10］。3D 打印的立体模型可以使医护人员全方位多角度观察患者病变部位，更直观和深刻地理解脊柱截骨矫形手术［19］。对于脊柱畸形严重的患者，可根据情况设计为多节段截骨方案。运用三维模型及定向导板，反复试验截骨和固定。既能确定截骨的数量、部位，又可以多次调整内固定的位置，最终选择最佳进针点，明确螺钉相关参数。

脊柱截骨矫形术广泛剥离软组织，长节段固定，大面积椎体截骨，减压时伤及硬膜外血管，均可导致术中严重失血。临床上采用了多种策略，以最大程度地减少与失血相关的并发症。包括暴露期间的降压麻醉，血液稀释，自体血回收系统和药物治疗等［20］。术中使用TXA 减少出血量，是脊柱外科常用而经济实惠的方式。研究证实纤维蛋白溶解为脊柱后路手术出血机制之一［21］。氨甲环酸是一种合成的赖氨酸衍生物，能抑制纤溶酶原的激活，直接阻断纤维蛋白溶解途径。多个文献中报道了各种TXA 给药方案，但尚无确定的指南［20］。本研究观察组术中使用低剂量TXA，经对比发现观察组出血量及引流量均小于对照组。笔者分析认为经3D 打印定向导板技术实现术中准确地置钉和截骨，缩短了手术流程、减少手术时间，降低了出血量。研究称高剂量TXA 心肌梗死及血栓栓塞的发生率比低剂量TXA 更高［22］。故本研究观察组以50 mg/kg 为首次负荷剂量，之后以5 mg/（kg·h）维持，证实低剂量使用TXA 亦能有效抑制纤维蛋白溶解，达到有效止血的目的，所得实验结果与既往研究基本一致［20］。本研究并未设置TXA 使用与否的对照试验及统计两组患者术中输血情况或为本研究的缺陷之一。

本研究观察组围手术期指标优于对照组。两组患者VAS 评分和Oswestry 指数均下降，不同时间点相比差异有统计学意义，这与既往的研究结果基本一致［1，9，22-23］。观察组椎弓钉置入评定均为A，优良率100%，对照组则为84.21%，差异有统计学意义。术后2 个月、术后1年，观察组Cobb 角均小于对照组，观察组手术之后1年矫正率明显高于对照组，这和其他研究结果基本一致［1，9，23-25］。本研究术中并未使用导航系统，仅用3D 定向导板实施椎弓根置钉，术后置钉优良率与导航引导下置钉优良率基本一致［26］。并且3D 定向导板技术没有复杂的导航校准过程，及因患者的位置变化引起的图像漂移等缺点，从而减少了术中透视次数及辐射暴露。利用3D 定向导板模拟手术，是脊柱畸形患者手术计划和徒手置钉的有效工具［27］。该技术可精确地对合骨面，提高融合率，置钉位置明晰，给临床医师提供术前演习的机会；还能帮助临床医生更好地理解复杂脊柱畸形的病理解剖，使徒手置钉更安全。

本次研究样本量有限，随访时间短，远期疗效需进一步扩大样本评估；我院3D 打印设备暂不能制作生物仿真模型，无法直观显示椎体邻近软组织及血管、神经等微观情况；3D 打印基于患者X线、CT 等影像学数据制作模型及导板，在打印设备精确度、患者自身条件的影响下，模拟效果与术中操作有些许差异。

综上所述，3D 打印定向导板技术联合低剂量TXA 可明显缩短脊柱畸形患者手术时间，减少手术出血量，提高置钉准确性和矫正率，降低并发症率，取得了令人满意的临床疗效，具有良好的应用前景。