3D打印导板辅助经皮微创椎弓根螺钉置入治疗多节段腰椎骨折的疗效

2022-09-17杨镇源张继伟邓强

实用医学杂志 2022年15期

杨镇源张继伟邓强

甘肃省中医院1脊柱骨二科，2修复重建骨科（兰州 730050）

腰椎骨折是常见脊柱骨折之一，随着高能量创伤事故增加，多节段脊柱骨折发生率逐渐升高［1-2］。多节段腰椎骨折常合并脊柱不稳，多需手术治疗。目前经后路椎弓根螺钉内固定术为其主要治疗方式，传统方式有Wiltse 椎旁入路、后正中入路等，但因其固定节段长，对椎旁软组织损伤较大，术后常引起严重疼痛、肌肉萎缩，增加术区感染风险，不利于术后康复［3-5］。微创经皮椎弓根螺钉置入内固定术具有术中出血少、术后康复快等优点，但因手术时间长、术中需反复透视、首次置钉准确率不高等问题，应用于多节段腰椎骨折治疗较困难［6-7］。基于此，本研究自主研发一种角度控制椎弓根螺钉植入工具（专利号：ZL201420307008.8），并进行临床应用研究，能显著提高置钉准确性，但目前在多节段腰椎骨折上的应用价值尚不明确［8］。基于此，本研究特通过3D 打印导板结合角度控制组合式椎弓根置入工具辅助治疗多节段腰椎骨折，分析其治疗效果，以期探讨其临床应用价值，报告如下。

1 资料与方法

1.1 病例资料选取2019年6月至2020年1月在我院行腰椎手术椎弓根螺钉内固定术的多节段腰椎骨折患者60 例，根据手术方案将其分为对照组和研究组，对照组30例，研究组30例，两组性别、年龄等一般资料比较，差异无统计学意义（P>0.05），具有可比性。见表1。本研究已经医院医学伦理委员会批准同意，并得到患者知情同意。

表1 两组一般资料比较Tab.1 Comparison of general data between the two groups

1.2 纳入及排除标准纳入标准：（1）符合多节段腰椎骨折诊断标准［9］；（2）临床资料完整；（3）原发性骨折；（4）行腰椎后路椎弓根螺钉内固定术；（5）对手术耐受者。

排除标准：（1）随访时间<12 个月；（2）陈旧性骨折；（3）后方韧带复合体损伤；（4）伴有马尾、圆锥、骨髓及神经根等损伤；（5）合并严重心肝肾疾病；（6）严重骨质疏松症者；（7）合并严重精神类疾病、免疫性疾病。

1.3 方法术前准备：所有患者均按照腰椎后路术前常规准备，行腰椎正侧位及动力位X 线、CT 检查，确认骨折部位。3D 打印导板：研究组患者术前CT 扫描，扫描参数：层厚0.625 mm、矩阵512×512，以Dicom 格式输入Mimics Research 21.0 软件（比利时Materialize 公司）中，重建腰椎三维数字化模型。根据拟固定椎体椎弓根最佳进钉位置及螺钉通道方向设计导向孔，完成导板设计，利用3D打印快速成型技术（美国3D SYSTEMS 公司，3DS 3600）及光敏树脂材料，打印1∶1 导板。将制备好的腰椎模型及导板送至手术室灭菌处理，备用。

两组均行腰椎后路椎弓根螺钉植入内固定术。患者行全麻，取俯卧位，腹部悬空，C 臂机定位伤椎及相邻头尾侧椎体的椎弓根，记号笔标记其体表投影。常规消毒铺巾，根据术前标记点做2.0 cm 左右纵形切口，切开皮肤、皮下及深筋膜，电凝止血，钝性分离肌层至关节突。两组均采用Weinstein 法置入椎弓根螺钉。待全部螺钉置入完成后，选择适宜长度钛棒预弯。拧入螺钉尾帽，采用配套撑开装置适当撑开复位椎体，复位满意后锁紧螺钉尾帽，折断钉尾。闭合切口。研究组采用3D 打印导板辅助经皮微创椎弓根螺钉置入：体表定位操作与上述对照组一致，采用环氧乙烷严格消毒处理导航模块，术中“人”字嵴完全暴露后，将消毒导航模块贴附于相应椎体的椎板、棘突，确认与腰椎紧密贴合后固定，确定置钉点，使用角度控制组合式椎弓根置入工具，全程（开口、定位针、开路、置钉）可视控制椎弓根螺钉植入水平面角度（transverse section angle，TSA）、矢状面角度（sagtial section angle，SSA）；进行螺钉置入（见图1、2、3）。其他操作与对照组一致。

图1 角度控制工具实物图Fig.1 Physical drawing of angle control tool

术后处理：术后48 h 引流量< 50 mL 时拔除引流管，静脉注射抗生素预防感染；术后3 d 卧床休息，拔除引流管后患者可佩戴支具尝试下地活动，鼓励患者早期功能锻炼；术后2 周拆线，出院3 个月后拆除支具，定期门诊随访，至骨折愈合将内固定物拆除。

1.4 观察指标（1）围术期指标：统计两组患者置钉时间、术中出血量、手术时间及透视时间。（2）置钉准确率［10］：置钉准确：螺钉完全处于椎弓根内，或螺钉穿出椎弓根皮质<2 mm，置钉准确率=置钉准确数量/椎弓根螺钉总数量×100%。（3）腰椎功能：采用Oswestry 功能障碍指数（oswestry disability index，ODI）问卷表［11］评价腰椎功能。（4）疼痛：采用疼痛视觉模拟（visual analogue scale，VAS）评分［12］评估两组患者术前和术后疼痛程度。（5）不良反应：术后记录两组不良反应发生情况。（6）根据术前术后骨折节段矢状面后凸Cobb 角及椎体前缘高度比评价内固定物、骨折椎体复位情况；后凸Cobb 角：伤椎上位椎体终版和下位椎体终板之间夹角；椎体前缘高度比=［伤椎前缘高度/上下邻近正常椎体前缘高度之和］×100%。

1.5 统计学方法SPSS 24.0软件统计分析数据，计量资料以（）表示，采用t检验，不同时段间比较采用重复测量资料方差分析；计数资料以例（%）表示，采用χ2检验。P<0.05 为差异有统计学意义。

图2 术前导板及术前模拟置钉Fig.2 Preoperative guide plate and preoperative simulated nail placement

图3 术中导板辅助建立钉道及术中使用角度控制工具置入螺钉Fig.3 Intraoperative guide plate was used to assist the establishment of the nail passage and the Angle control tool was used to place the screw

2 结果

2.1 围术期指标研究组置钉时间、术中出血量、手术时间、透视时间及置钉准确率均优于对照组（P<0.05）。见表2。

表2 两组围术期指标比较Tab.2 Comparison of perioperative indicators between the two groups ±s

指标置钉准确率［例（%）］置钉时间（min/枚）术中出血量（mL）手术时间（min）透视时间（min）对照组（n=30）178（97.27）3.04±1.49 74.31±20.32 83.90±18.94 3.53±0.47研究组（n=30）159（87.85）2.27±1.14 62.25±17.04 71.14±11.77 2.33±0.74 χ2/t值16.392 2.248 2.491 3.134 7.498 P值<0.001 0.028 0.016 0.003<0.001

2.2 腰椎功能及疼痛程度指标术后3 个月，两组ODI 及VAS 评分较术前均降低、研究组ODI 及VAS 评分较对照组更低（P<0.05）；末次随访，两组ODI 及VAS 评分较术后3 个月均降低（P< 0.05），但两组间ODI 及VAS 评分比较，差异无统计学意义（P>0.05）。见表3。

表3 两组术前术后ODI 及VAS 评分比较Tab.3 Comparison of ODI and VAS scores before and after surgery between the two groups ±s，分

注：与同组术前比较，*P < 0.05；与同组术后3 个月比较，#P<0.05

指标ODI 评分t 值0.366 4.323 0.606 P 值0.716<0.001 0.547 VAS 评分时间术前术后3 个月末次随访F 值P 值术前术后3 个月末次随访F 值P 值对照组（n=30）77.66±12.33 28.24±6.33*4.07±0.92*#656.305<0.001 7.98±1.81 2.14±0.75*1.34±0.59*#282.449<0.001研究组（n=30）76.53±11.59 21.34±6.03*3.93±0.87*#754.157<0.001 7.79±1.33 1.73±0.72*1.18±0.58*#461.475<0.001 0.463 2.160 1.059 0.645 0.035 0.294

2.3 不良反应研究组术后并发症总发生率低于对照组（P>0.05）。见表4。

表4 两组不良反应总发生率比较Tab.4 Comparison of the total incidence of adverse reactions between the two groups 例（%）

2.4 预后随访指标术后即刻，两组后凸Cobb 角较术前均减小、椎体前缘高度比较术前均增加，研究组后凸Cobb 角较对照组更小、椎体前缘高度比较对照组更大（P< 0.05）；末次随访，两组后凸Cobb 角、椎体前缘高度较术后即刻及两组间比较，差异均无统计学意义（P> 0.05），但研究组后凸Cobb 角较对照组更小（P<0.05）。见表5和图4。

表5 两组术前术后后凸Cobb 角及椎体前缘高度比比较Tab.5 Comparison of kyphotic Cobb angle and anterior vertebral height ratio between the two groups before and after surgery ±s

注：与同组术前比较，*P<0.05

指标后凸Cobb角（°）t值0.090 2.336 2.396 P值0.929 0.023 0.020椎体前缘高度比（%）时间术前术后即刻末次随访F值P值术前术后即刻末次随访F值P值对照组（n=30）12.73±1.73 3.81±0.92*4.18±1.06*461.844<0.001 63.76±6.31 89.80±5.03*91.83±3.69*280.084<0.001研究组（n=30）12.69±1.71 3.27±0.85*3.58±0.87*585.300<0.001 64.13±6.36 95.33±5.05*93.13±3.19*358.464<0.001 0.226 4.250 1.460 0.822<0.001 0.150

图4 典型病例Fig.4 Typical case

3 讨论

随着交通经济不断发展，多节段腰椎骨折发生率逐年上升，占全部脊柱骨折3%～5%［13］。因此，该类骨折诊断及治疗已被临床重视。目前临床上多采用手术治疗多节段腰椎骨折，椎弓根螺钉固定是目前腰椎“金标准”［14］。腰椎椎弓根结构复杂、位置特殊，周围存在较多神经血管，且与脊髓相邻，为取得最佳效果，必须将椎弓根螺钉准确放置于椎弓根内，且不能超出椎弓根界限，若椎弓根螺钉穿透椎弓根壁，可能会产生严重神经血管损伤并发症，影响预后［15］。经皮微创置钉虽能有效减小创伤及出血量，但需在透视反复进行置钉点确认及进针操作，术者及患者术中射线暴露过多，且徒手置钉难度较大，易导致钉道松动，影响内固定稳定［16］。故减少术中辐射、提高置钉准确性及安全性、缩短手术学习曲线是该术式需克服的难点问题。

目前已有研究［17-18］指出，3D 成像和虚拟导航下能明显提高椎弓根螺钉置入准确率，减少术中出血量及手术时间。但由于3D 导板是根据患者腰背部皮肤作为模板做的个性化设计，与术中实际操作具有较大差异，导致定位精准度较低，置钉准确率效果不佳［19］。因此，在椎弓根螺钉置入过程中，应注重提高置钉点和置钉角度准确性。已有多项研究［20-21］表明，3D 打印导板辅助椎弓根螺钉置入能显著减少脊柱畸形手术时间及失血量。本研究结果显示，研究组置钉时间、术中出血量、手术时间、透视时间及置钉准确率均优于对照组，表明3D 打印导板结合角度控制组合式椎弓根螺钉置入工具可有效提高多节段腰椎骨折患者置钉效率，增加置钉准确性，减少术中射线暴露。角度控制组合式椎弓根螺钉置入工具刻度表采用“不倒翁效应”实际原理，可随着指定角度调整，角度表盘上发生偏转而指针保持垂直，然后在表上独处置入工具杆偏转角度；结合术前椎体CT 三维重建及术前患者体位水平仪测量角度差，得出所需置钉角度，医者可通过两角度表所读取数值准确控制进钉角度［20］。通过该工具能更为精准确认置钉点及角度；同时导板与椎体一一对应，避免了因体位变化而影响相邻皮外导板，3D 打印导板辅助下视野更清晰，两者结合有效增加置钉准确率。

王雅辉等［22］研究证实，3D 打印技术能有效减少腰椎椎体间压迫症状，利于腰椎功能恢复。本研究结果显示，术后3 个月两组ODI 及VAS 评分较术前均降低、研究组ODI 及VAS 评分较对照组更低，末次随访两组ODI 及VAS 评分较术后3 个月均降低，表明3D 打印导板结合角度控制组合式椎弓根螺钉置入工具能有效改善多节段腰椎骨折患者神经、腰椎功能，减轻患者疼痛。分析原因为角度控制组合式椎弓根螺钉置入工具能从三维立体空间控制椎弓根螺钉植入角度；而3D 打印导板技术可精准确定置钉点，方便快捷地帮助术者获得合适的置钉位置［23］，两者结合可大幅度提高置钉准确性，减少腰椎椎体间压迫症状，避免神经血管损伤，恢复腰椎生理弯曲，促进患者早期功能锻炼，从而利于腰椎功能恢复。吴超等［24］研究表明，皮外导板能较好地控制定位导针矢状位角度。本研究结果还显示，术后即刻研究组后凸Cobb 角较对照组更小、椎体前缘高度比较对照组更大，末次随访研究组后凸Cobb 角较对照组更小，术后并发症总发生率比较差异无统计学意义，进一步表明3D打印导板结合角度控制组合式椎弓根螺钉置入工具矫正效果佳，安全性较好。研究组在操作过程中需通过C 臂机确定椎弓根中螺钉位置，C 臂机角度发生偏移及患者体位改变均会对影像效果造成影响［25］。此外，医师对角度控制工具的熟练度也会影响螺钉置入准确性。因此，在应用3D 打印导板结合角度控制组合式椎弓根螺钉置入工具时应严格按照规范操作，仔细检查椎弓根钉道是否完整，避免椎弓根螺钉穿出。

综上，3D 打印导板结合角度控制组合式椎弓根螺钉置入工具辅助经皮微创椎弓根螺钉置入治疗多节段腰椎骨折，可有效提高置钉准确率和手术效率，改善患者腰椎功能，疗效良好，安全性佳。本研究尚存不足：纳入样本量较小，单中心样本研究，未来需扩大样本量、纳入多中心样本研究，以进一步验证本研究结论。