3D打印个体化人工椎体重建用于脊柱肿瘤术后的临床价值*

陈政宇, 关凯, 孙勇伟, 王劲乐, 霍红军, 金鑫

咸阳市第一人民医院骨科二病区(陕西咸阳 712000)

脊柱肿瘤的治疗是涵盖了手术、放化疗及辅助治疗等多学科的综合治疗[1]。过去后路椎板减压、刮除肿瘤是治疗脊柱肿瘤的常用方法，该方法有利于减轻脊髓压迫，缓解患者肌力下降、疼痛等症状，但该方法效果有限并且无法完整切除肿瘤，不能获得良好的肿瘤切除术后边界，因此肿瘤局部有发生转移或复发的风险[2-3]。与之相比，脊柱肿瘤全切手术可明显降低肿瘤转移和复发率，改善患者预后，在临床受到许多脊柱外科医生青睐[4]。3D打印技术既往已在复杂骨盆骨折、复杂胫骨平台骨折等领域得到广泛应用也并取得良好效果，随着该技术的发展和推广，3D打印个体化人工椎体在脊柱肿瘤切除后的重建中应用越来越广泛[5]。本研究以60例脊柱肿瘤患者为研究对象，探究3D打印个体化人工椎体重建用于脊柱肿瘤术后的临床价值，报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选择2017年1月至2021年1月咸阳市第一人民医院收治的60例脊柱肿瘤患者为研究对象，使用随机数表法将其分为观察组和对照组，各30例。两组性别、年龄、病变部位、肿瘤类型等一般资料比较差异无统计学意义(P>0.05)，有可比性，见表1。研究已获本院伦理委员会批准(2017-23号)。

表1 两组一般资料比较

1.2 纳入标准 (1)年龄≥18岁；(2)存在Ⅰ、Ⅱ期原发脊柱恶性肿瘤；(3)预期生存时间≥6个月；(4)行多节段椎体切除术；(5)患者及其家属对本研究知情同意。

1.3 排除标准 (1)合并肺部及其他器官的转移；(2)存在活动性感染；(3)一般情况较差对手术不耐受。

1.4 方法 (1)准备植入材料：观察组采用3D打印人工椎体，使用多孔型钛合金(金钛-6铝-4钒)，颈椎人工椎体高度为12～90 mm(递增2 mm)，直径为12/14 mm；胸腰椎人工椎体高度为25～120 mm(递增5/10 mm)，直径12×18 mm～18×24 mm。对照组采用钛网，材料为圆柱形钛合金，高度100 mm、厚度1 mm、直径12/14 mm。颈前路钛板螺钉系统，螺钉长度12～18 mm、直径4/4.5 mm，钛板长度22～88 mm；胸腰椎钉棒系统，螺钉直径3.5～7.5 mm、长度为30～50 mm。见图1。(2)手术方法：术前对患者进行血管造影确定肿瘤供血情况，选择性进行血管栓塞以减少术中出血。对于胸腰椎肿瘤，手术时患者取俯卧位，全麻后在病变椎体中心后正中做一切口，长度范围为病变椎体上和下两节段椎体，分别将皮肤、皮下、筋膜切开，将椎旁肌肉分离并向两侧牵引，分离软组织时应当避免进入肿瘤组织，分别将椎弓根螺钉置入病变椎体的上下两个椎体，肿瘤椎体切除时将两侧的连接杆交替连接，将肿瘤椎体整块切除，将神经根和脊髓彻底减压，对术区交替使用化疗药物和蒸馏水浸泡灭活，将残留椎间盘组织处理干净，将下位椎体上终板软骨和上位椎体下终板软骨刮除，为融合界面做好准备，做好止血工作，并注意保护椎体前方血管、神经根和脊髓。对于颈椎肿瘤，患者取平卧位，经前入路进行切除。(3)重建：观察组选择相应规格的3D打印个体化人工椎体，向中央植骨管道内填塞制备好的异体骨颗粒，在缺损区放置人工椎体并调整位置，对相邻椎体适当加压以保证人工椎体和骨界面密切贴合。胸腰椎肿瘤患者将横联和椎弓根螺钉连接杆连接，颈椎肿瘤患者安装颈前路钛板螺钉并固定。对照组在修剪过的钛网内填充异体骨颗粒，其他步骤与观察组保持一致。

注：A、B：3D打印个体化人工椎体；C：传统钛笼

1.5 观察指标 (1)围术期指标：比较两组切除节段数、术中出血量、手术时间、住院时间、术后7 d视觉模拟评分法(VAS)评分；(2)日本骨科协会评估治疗(JOA)评分[6]：采用JOA评分评估患者的神经功能，该评分包括主观症状、临床体征、日常活动受限度、膀胱功能，JOA评分总分29分，得分越高表示患者脊柱神经功能改善情况越好，分别于术前、术后1周、术后1、2、3个月进行评分；(3)沉降情况：术后1周通过脊柱X线侧位片测量融合节段椎体前缘高度(HAB)、椎体后缘高度(HPB)、cobb角度，之后分别于术后1、3个月再次检测以上指标，并计算其与术后1周检测结果的差值；(4)记录两组术后并发症发生情况。

2 结果

2.1 两组围术期指标比较 与对照组相比，观察组术中出血量较低、手术时间较短(P<0.05)；两组切除节段数、住院时间、术后7 d VAS评分差异无统计学意义(P>0.05)。见表2。

表2 两组围术期指标比较

2.2 影像学变化 以某51岁男性T10椎体骨巨细胞瘤患者为例，其术前术后影像学检查结果见图2～6。该例患者术后1周复查,内固定稳定在位,3D打印人工椎体位置准确;术后1个月复查,内固定稳定在位,3D打印人工椎体无移位、无塌陷；术后2个月复查，内固定稳定在位，3D打印人工椎体上下边缘可见暗线吸收区域，骨质少量吸收。T9椎体下终板至T11椎体下终板距离35.64 mm；术后3个月复查，内固定稳定在位，3D打印人工椎体上下边缘可见骨质少量长入。T9椎体下终板至T11椎体下终板距离33.00 mm。

注：A：正位片；B：正位片；C：侧位片;箭头所示：椎内可见低密度类圆形病灶区区域

注：A：正位片；B：侧位片

注：A：正位片；B：侧位片

2.3 两组治疗不同时点JOA评分比较 手术前，两组JOA评分差异无统计学意义(P>0.05)；术后1周至术后3个月，两组JOA评分均呈上升趋势(P<0.05)；与对照组相比，观察组术后1周、术后1、2、3个月JOA评分均较高(P<0.05)，见表3。

注：A：正位片；B：侧位片

注：A：正位片；B：侧位片

表3 两组治疗不同时点JOA评分比较 分

2.4 两组术后各时点沉降情况比较 与术后1个月比较，两组术后3个月HAB减小值、HPB减小值、cobb角减小值均增高，观察组各指标术后3个月低于对照组，差异有统计学意义(P<0.05)，见表4。

表4 两组术后各时点沉降情况比较

2.5 两组术后并发症发生率比较 两组术后并发症发生率差异无统计学意义(2=0.739，P=0.390)，见表5。

表5 两组术后并发症发生率比较 例(%)

3 讨论

脊柱肿瘤是一种长时间被忽略的恶性肿瘤，与其他脏器肿瘤相比，脊柱肿瘤可对骨骼造成更加严重的损伤，不仅严重破坏骨质，还会给脊柱的神经功能和稳定性造成巨大的负担[7-8]。脊柱肿瘤的治疗原则通常为早期诊断并彻底切除，因此外科手术目前仍是治疗脊柱肿瘤最主要、最有效的手段[9-10]。近些年3D打印假体在骨科中应用越来越广泛，3D打印个体化人工椎体也为多节段脊柱肿瘤切除术后重建脊柱序列提供了新的选择[11-12]。

本研究显示，与对照组相比，观察组手术时间较短、术中出血量较小，可能与以下两个因素有关，3D打印个体化人工椎体可对制备完成的相应高度的假体进行测量，缩小其与真实缺损高度的误差，而钛网需手工截取相应的长度，可能存在测量引起的误差[13]。另外两者的工艺存在差异，3D打印个体化人工椎体上下缘的斜坡形或弧形设计有利于提高其与邻近终板的吻合程度，从而降低安装难度、减少了安装时间，从而减少术中出血量；而钛网需要反复修剪并检查其与相邻终板的契合程度，因此手术时间较长[14-15]。

本研究显示，与对照组相比，观察组术后HAB减小值、HPB减小值、cobb角减小值均较小，提示3D打印个体化人工椎体重建脊柱序列有利于降低内植物沉降率。由于终板和钛网的契合程度有限，钛网与终板的接触面较小，脊柱力线可能偏离接触面，可能会出现应力不均的情况，导致局部压强过大，从而造成高度丢失并且延长愈合时间[16]。与之相比，终板和3D打印个体化人工椎体具有更大的接触面积和更高的吻合度，压力通过椎体以面和面接触的形式传导，可分散承重力量，缓解塌陷情况，因此观察组仅观察到节段高度出现轻微丢失，稳定性并未受到严重影响[17]。

本研究显示，与对照组相比，观察组术后1、2、3个月JOA评分较高，提示3D打印个体化人工椎体重建脊柱序列有利于促进脊柱神经功能改善。3D打印个体化人工椎体的海绵状微孔结构有利于组织液流动，促进骨细胞增殖与迁移。研究显示[18]，孔隙率70%～80%的结构最有利于骨长入。3D打印个体化人工椎体表面具有复杂的微观结构，有利于抗炎因子聚集，对成骨细胞分化具有促进作用，也为骨形成创造了特殊细胞环境[19]。此外3D打印个体化人工椎体具有的海绵状微孔结构与人骨组织中的哈氏管结构比较接近，有利于骨长入，从而提高愈合率，促进脊柱神经功能恢复[20]。

目前3D打印个体化人工椎体在脊柱肿瘤手术中的应用逐渐增加。孙越等[21]研究显示，3D打印个体化人工椎体用于脊柱肿瘤全切术后重建，安全性高、短期效果显著，可有效改善脊髓损伤、促进神经功能恢复。张亚等[22]研究显示，3D打印个体化人工椎体用于胸腰椎肿瘤整块切除较传统钛笼具有更好的稳定性、更低的沉降率，有利于促进骨生长，该结论与本研究结果互为印证。

综上所述，3D打印个体化人工椎体用于脊柱肿瘤切除后脊柱序列重建有利于缩短手术时间、降低术中出血量、减轻内植物沉降并促进脊柱神经功能恢复，安全性较高，具有推广价值。此外本研究仍存在不足之处，多节段脊柱肿瘤病例较少，因此纳入样本较少，并且随访时间较短，在未来的研究中需扩大样本量、延长随访时间，观察3D打印个体化人工椎体的远期效果。

利益相关声明：所有作者声明无利益冲突。

作者贡献说明：陈政宇：实验设计、论文撰写；关凯、孙勇伟：数据收集和整理、统计学分析；霍红军、金鑫：研究指导、论文修改、经费支持。