三维打印模型在腰椎间盘切除术后翻修手术中的应用

李毓吉，唐能能

(1.甘肃省庆阳市人民医院骨一科，甘肃庆阳 745000；2.甘肃省庆阳市西峰区人民医院影像科，甘肃庆阳 745000)

腰椎间盘切除术可解除突出物所致机械性压迫、化学性刺激，改善或消除患者腰部疼痛，是治疗腰椎间盘突出症(lumbar disc herniation,LDH)的重要方式[1,2]，但随访显示，有2.8%～25%的患者仍会因复发而再次手术治疗[3]。二期翻修手术更为复杂，术后血管、硬脑膜撕裂、神经根损伤和浅表伤口感染等并发症发生率较高[4]。3D打印技术已应用于严重脊柱畸形、四肢骨折和器官移植，在一定程度上提高了手术精度，减少了并发症。鉴于3D打印技术具备准确、直观等特点，考虑将之用于LDH减压术后的翻修手术可能使患者受益，本研究探讨3D打印技术在复发性LDH翻修术中的有效性，现报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2015年1月～2018年8月在本院就诊的腰椎间盘切除术后翻修手术患者作为研究对象。纳入标准：①既往曾行腰椎间盘减压术，术后至少有6个月的疼痛缓解期；②MRI证实相同水平复发性腰椎间盘突出引起的根性疼痛，患者无腰椎失稳、退变性滑脱或椎管狭窄；③保守治疗3个月病情无缓解。排除标准：①存在腰椎融合指征；②合并可能影响结果的其他治疗或严重系统性疾病；③有精神疾病，不能理解研究内容者。共纳入患者78例，根据治疗方法将患者分为对照组和观察组各39例。对照组中，男21例，女18例；年龄38～69岁，平均(52.38±9.74)岁；体质量指数(23.85±3.96)kg/m2；症状持续时间(8.03±3.82)个月；责任节段：L3-45例，L4-519例，L5-S115例；初次手术方式：后路腰椎板开窗髓核摘除12例，半椎板切除14例，全椎板切除13例。观察组中，男23例，女16例；年龄39～67岁，平均(53.03±8.62)岁；体质量指数(23.59±4.08)kg/m2；症状持续时间(8.42±3.59)个月；责任节段：L3-43例，L4-518例，L5-S118例；初次手术方式：后路腰椎板开窗髓核摘除12例，半椎板切除15例，全椎板切除12例。两组患者的一般资料比较，差异无统计学意义(P>0.05)。

1.2 研究方法

对照组给予常规翻修术治疗，气管插管全身麻醉后，沿原手术瘢痕处行5cm切口，逐层剥离组织和椎旁肌，充分显露椎板和关节突关节，逐层剥离组织和椎旁肌，小心剥离瘢痕组织，剥离病变间隙瘢痕组织上下的正常组织，缓慢清除硬膜外瘢痕至暴露神经根与硬膜囊，牵开神经根，显露椎间盘，摘除髓核组织，扩大侧隐窝，解除神经根卡压，彻底松解黏连，冲洗术区，留置引流管。

观察组在翻修手术前，使用Aquilion ONE640型CT扫描仪对患者腰椎区域进行扫描，层厚0.5mm，利用Mimcs6.3软件进行三维重建，然后将三维重建的脊柱数据转换成STL格式文件，建立聚苯乙烯模型，模型保留脊柱内外结构的所有细节，红色橡皮泥模拟人体肌肉包裹模拟内固定的模型，塑造人体腰部大致模样，再置于塑料盒中，用肉色布料缠绕模拟人体皮肤(图1)，术前采用该模型进行模拟切开、骨质切除等手术过程，完成辅助手术后，行翻修手术操作，手术方式同对照组。两组患者均由同一组医师完成手术。

图1 腰椎三维打印模型外观图

1.3 观察指标

收集患者手术时间、失血量及并发症等围手术期指标数据。术前、术后进行以下指标评价：Oswestry功能障碍指数(Oswestry disability index ,ODI)、JOA评分、腰痛和腿痛VAS评分。JOA评分的改善率=(术前评分-术后)/(29-术前)×100%，优：改善率≥75%，良：改善率50%～74%，可：改善率25%～49%，差：改善率<25%[5]。

1.4 统计学方法

2 结果

观察组患者的手术时间和术中出血量均显著低于对照组(P<0.05)，但两组患者手术并发症发生率差异无统计学意义(P>0.05)，见表1。

表1 两组患者手术指标比较

末次随访时，两组患者ODI指数、腰痛和腿痛VAS评分均较术前显著降低、JOA评分均显著升高(P<0.05)，但上述指标的两组间差异均无统计学意义(P>0.05)，见表2。以JOA评分改善率进行疗效评价，观察组优7例，良14例，可18例，优良率53.85%；对照组优5例，良13例，可21例，优良率为46.15%；两组优良率比较，差异无统计学意义(x2=0.462;P>0.05)。

表2 两组患者ODI、JOA和VAS评分比较

3 讨论

腰椎间盘切除术可有效减轻患者症状和功能障碍及改善生活质量，但有较高的复发率，因减压手术导致局部解剖结构改变，再次翻修手术时增加了并发症发生风险，因此LDH翻修手术的结果仍存在争议[6]。部分研究显示，翻修手术结果并不能提高疗效，但也有研究认为，翻修手术可改善患者临床症状和腰部功能，50%～90%的患者可获得满意效果[7-8]。本研究结果支持后一种理论。

LDH的翻修术具有较高的硬膜囊撕裂发生率，研究显示，术中硬膜囊撕裂率为16.7%，高于一期手术的5.5%[9]。Tafazal等[10]对1549例患者的回顾性研究显示，初次椎间盘切除术中硬膜囊撕裂发生率为3.5%，而翻修术中硬膜囊发生率达13.2%；Patel等[11]的结论与之相近。研究显示，翻修手术中硬膜囊撕裂的因素包括骨缺损、硬膜外纤维化或瘢痕、黄韧带粘连[12]。因此，了解翻修手术患者解剖结构和潜在的异常解剖结构特点，有助于减少硬膜囊撕裂发生，本研究显示，对照组患者硬膜囊撕裂发生率为12.82%，与上述研究类似。而观察组硬膜囊撕裂发生率虽然低于对照组，但两组无统计学差异，一方面考虑与本研究样本量过少有关，另一方面考虑3D打印快速成型技术可提供高度准确的骨缺损和骨赘生物的详细信息，但对于椎间盘、脊髓及神经等信息的提供相对缺乏，因此，3D打印技术对硬膜囊撕裂发生率的影响尚需要纳入更多样本进一步研究。

3D打印快速成型技术可提供骨缺损和骨赘生物的详细信息，可帮助术前制订手术计划，并且可在模型上模拟手术，增加手术医师的熟练程度[13]。任鹏飞等[14]研究显示，应用三维打印模型进行术前模拟，可帮助手术医师在复杂脊柱畸形手术中识别重要解剖标志，降低螺钉错位和并发症风险，缩短手术时间。刘少华等[15]在12例脊柱畸形患者的研究中显示，3D打印模型可提供更准确的形态测量信息，有助于制订手术计划、改善术中导航和加强患者教育。本研究也支持3D打印技术在腰椎间盘翻修术患者中的应用，观察组患者手术时间和失血量明显低于对照组，这可能与3D模拟手术及对骨形态的直观了解有关。

本研究中未观察到两组患者JOA、VAS评分和ODI指数的差异性，考虑到与本研究的手术者临床经验丰富，经常处理复杂病例，而对照组患者术前虽未使用3D打印模型进行模拟和辅助制订手术计划，但术前仍需进行三维CT重建，因此虽然手术时间延长，但仍可有效完成减压手术。

综上所述，在腰椎间盘切除术翻修前采用3D打印技术，可减少手术时间和术中失血量，本研究不支持该技术可改善相关疗效指标，现阶段与三维CT重建相比较，3D打印的主要优势在于减少术中创伤，而非术后功能改善程度。