应用3D打印人工椎体治疗脊柱结核术后翻修一例报告

高开银,向小兵,冯凯凯,李程鹏,曹广如

(遵义医科大学第二附属医院 骨科,贵州 遵义 563006)

脊柱结核病灶清除、植骨融合内固定术是脊柱结核常用的治疗方法,但对于脊柱结核翻修合并大段骨缺损患者的治疗是长期以来困扰骨科医师的重大难题。应用3D打印人工椎体重建患者病椎,鲜有文献报道,现对1例脊柱结核翻修患者应用3D打印人工椎体重建病椎稳定性获得成功,报道如下。

1 病例介绍

患者,男,52岁,因“胸腰椎结核术后3年,发现后凸畸形3月”入院。患者20多年前曾于当地医院行胸腰椎结核清除内固定术。3年前因脊柱结核复发(图1 A～C)。就诊于我院,予以行“后路病灶清除、截骨矫形、椎管扩大探查减压、钉棒系统内固定术+前入路病灶清除植骨融合术(图1 D～F)”,术后顺利出院规律服用化疗药物1年半,3个月前发现胸背部后凸,近来感胸背部疼痛,复查CT检查提示:发现内固定物断裂。入院生命体征平稳,肚脐至腹股沟区皮肤感觉麻木伴针刺痛觉减退,鞍区感觉未见明显异常,腹壁反射及提睾反射存在,肛门括约肌无明显松弛。左小腿及左足皮肤感觉麻木伴针刺痛觉减退,余双下肢感觉未见明显异常,双下肢各关节活动尚自如,肌张力不高,左侧髂腰肌、股四头肌及胫前肌肌力3级,左侧足背伸肌及踇背伸肌肌力1级、跖屈肌力3级,右侧髂腰肌、股四头肌及胫前肌肌力5级,右侧足背伸肌及踇背伸肌肌力2级、跖屈肌力4级。腰背部VAS评分7分,Cobb角43°,Frankel分级D级。检验及检查结果显示:血常规:白细胞总数 8.42×109/L,中性粒细胞百分比 0.75 %,CRP 30.4 mg/L,ESR 35 mm/h,白蛋白34.9 g/L,肝肾功能、血离子、凝血功能、心肌酶、肌钙蛋白未见明显异常。胸腰段CT示:脊柱内固定连接棒断裂,螺钉有松动移位迹象,T10～12、L1椎体见植骨块部分吸收消失,后凸畸形明显(图2)。

A、B、C:胸腰椎 CT 及 MRI检查示胸腰椎后凸成角(Cobb角约为85°),序列不连续, T10～12、L1 椎体骨质破坏并多发死骨影 ,脓肿向后突压迫椎管,椎管变窄;D、E、F: 2016年8月手术时术中图片及影像,术后复查X线。

A、B、C:入院前复查MRI及CT见内固定断裂、螺钉松动,T10～12、L1椎体见植骨块部分吸收消失,后凸畸形明显(Cobb角约43°);箭头所示为断裂。

A、B、C、D:术前数据及模型重建资料;E、F、G:定制假体设计方案资料;H、I:最终重建模型示意资料(爱康公司)。

患者为脊柱结核翻修术后,目前存在大段骨缺损,为解决患者大段骨缺损问题,在术前均重建了患者病椎的 3D 模型(图 3 A～D),使用Mimics 19.0版软件(materialise, leuven, belgium)进行虚拟复位,以恢复患病椎骨的高度和生理曲度。此外,设计了一个个性化人工椎体,其上下各带一个用于固定的翼展,翼展上预留螺钉固定孔和加压孔,可以实现前路固定(图 3 E～J),并对假体植入进行虚拟模拟,结果显示假体可以完美植入,翼展固定孔及加压孔螺钉可以准确地插入上下椎体,假体边缘与上下残椎椎体边缘齐平,并且表面适合(图 3 I)。假体设计有大中小三种规格(由爱康公司打印出人工椎体成品,术前测量病椎骨缺损高度63 mm,以此为标准号,并以3 mm为间隔设计3个尺寸。内部为孔隙结构,孔隙率为70%～80%,孔径600～800 m),方便术中按实际需要进行选择(图 3 H)。在征得患者及家属同意后。行一期经后路内固定翻修+前路病灶清除、前路 3D打印人工椎体植入重建矫形术进行治疗。

规范抗结核治疗3周,术前完善常规检查,排除手术禁忌后,于2019年6月3日手术。全麻生效后,取俯卧位、常规消毒铺巾,充分显露手术视野后,见双侧连接棒在横连杆处断裂,椎弓根螺钉松动,取出原来的内固定装置。探査见椎弓根螺钉钉孔四壁及底部均为骨性结构,T8～9、L2～3椎双侧更换椎弓根螺钉,安放连接棒后锁定顶丝及横连接,置负压引流管,逐层缝合切口。将患者改为左侧卧位,常规消毒铺巾,充分显露胸膜外腔,见胸膜外腔粘连严重,细致分离粘连带,切断部分膈肌用撑开器撑开胸壁,显露胸10至腰1椎体侧方,胸10～腰1椎椎体破坏严重,大量死骨及未融合的肋骨组织填充,见少量脓肿及干酪样坏死组织,显露并结扎胸10～腰1椎节段动、静脉,充分显露胸10～腰1椎体,见椎间有少许骨桥形成,充分清除胸10下半部一腰1椎体上半部分病灶组织。适当撑开椎间隙用高速磨钻打磨备好植骨床,测量并安放预备好的中号3D打印人工椎体,将混合有链霉素的自体肋骨颗粒置入人工椎体旁,在人工椎体上预先设计好的锁定孔中安装螺钉锁定,C臂透视见人工椎体位置满意(图4A)。放置负压引流管及胸腔闭式引流管,缝合膈肌,关闭胸膜腔,逐层缝合切口。手术顺利完成,手术时间8 h,术中出血600 mL,未出现关键血管、神经损伤等严重并发症。术后病理报告提示脊柱结核复发(图4 B),术后1周复查X线片提示3D打印假体及内固定在位(图4C、D)。术后继续规范抗结核药物化疗18个月,予以加强营养支持治疗。患者术后疼痛症状明显减轻。术后佩戴胸腰椎固定支具3月。随访显示患者症状进一步改善,术后3个月随访腰背部VAS评分1分,显示疼痛明显缓解,Cobb角25°,明显改善,Frankel分级E级,显示神经功能基本恢复。3年随访期间,总体情况良好。术后影像学资料均显示,人工椎体适当固定到位,实现骨融合,内固定钉棒无松动移位及断裂、3D打印人工椎体、植骨块及椎体融合稳定,结核病灶已完全治愈(图4 E～G)。

A:术中影像;B:术后病理结果:慢性肉芽肿性炎伴凝固性坏死,倾向结核;C、D:术后1周复查X线;E、F、G:术后3年复查CT见脊柱内固定钉棒无松动移位及断裂、3D打印人工椎体、植骨块及椎体融合稳定。

2 讨论

结核病是世界上最古老的疾病之一,其中脊柱结核是最常见的肺外结核,约占骨和关节结核的50%[1]。脊柱结核的早期往往只有局部疼痛、低热盗汗等不典型表现,而影像学上无明显变化,因此早期诊断脊柱结核十分困难,常常出现漏诊、误诊[2-3],待明确诊断时往往已出现大量骨质破坏,脊柱稳定下降,脊髓神经功能损害。目前,脊柱结核治疗的关键是规范抗结核药物治疗以及良好的营养支持治疗,手术治疗是重要手段,对清除病灶,解除脊髓、神经压迫,挽救脊髓神经功能,纠正脊柱后凸畸形以及重建脊柱稳定性有着重要意义[4]。随着抗结核治疗的规范化及钛合金内置物用于结核病灶,治愈率进一步提高,但是仍有一定的复发率。其中大多数学者认为,术后未行正规化疗、营养状况差、术中病灶清除不彻底、术后脊柱稳定性差、耐药结核等因素与脊柱结核术后复发有显著相关性[5-8]。

患者术前CT发现后路钉棒系统断裂、松动,前柱胸11、12椎体处植骨块部分吸收消失,胸10椎体下半部至腰1椎体上半部骨质破坏明显。对于这种病灶累及4个椎体,术前评估术中前中柱骨缺损范围约3个椎体,后柱钉棒系统断裂、松动,脊柱稳定性极差的复发性复杂胸腰段脊柱结核,其治疗的重难点在于重建病椎稳定性,预防截瘫。脊柱结核病灶清除术后大段骨缺损是病灶清除术应用以来一直困扰脊柱外科医师的重大难题。长期以来脊柱外科医师采用多种方式,包括多种植骨方式、钛笼及骨水泥填充等方法重建病椎,均没有取得满意的融合率[9-10]。近年来,3D打印技术快速发展,已经在医学领域得到广泛研究应用,主要集中于复杂创伤、脊柱外科、神经外科、口腔颌面外科等专业,在脊柱外科中3D打印人工椎体在重建大段骨缺损方面已经得到广泛研究探索。相比传统前路重建方法,3D打印人工椎体具有与人体自身椎体相似的弹性模量、适合骨长入的微孔结构、良好的机械强度和组织相容性[11],这些优点使个体化人工椎体在脊柱肿瘤领域得到较多研究及应用[12-13]。Zhou等[14]报告23例应用3D打印椎体重建胸腰椎肿瘤患者病椎,术后随访时间24～58个月,总融合率为87.0%。仅2例患者出现器械故障,有明显下沉。脊柱结核病灶清除造成大段骨缺损,重建患者病椎稳定性是手术的重点及难点,是预防截瘫的关键点。查阅国内外相关文献,研究报道3D打印人工椎体在脊柱结核治疗中的应用鲜有报道[15-17]。刘艳成等[15]在研究人工椎体在脊柱结核重建手术的应用中发现,10例应用3D打印人工椎体重建脊柱稳定性的患者,随访12～45 个月,除1例多重耐药结核患者外,其余9例患者均无假体下沉、松动及移位,植骨融合良好。在本研究中,我们通过术前全面、精确的影像学评估,根据病灶清除的范围及相邻椎体终板的角度设计出最适配的假体,并且在其上下各设计一个用于固定的翼展,翼展上预留螺钉固定孔和加压孔,可以实现前路固定,再联合后路椎弓根系统,可获得即刻稳定性。值得注意的是,3D打印人工椎体重建脊柱病椎目前仍在研究及探索中,成功植入假体完成重建仍然困扰着脊柱外科医生。Hu等[18]报告8例应用3D打印椎体重建患者病椎,仅6例成功,2例由于植入物不匹配而失败,被迫转换为传统重建。在本研究中,3D打印人工椎体是根据患者术前仰卧位胸腰椎CT检查设计制作的。手术时先行后路椎弓根螺钉系统更换,再改为左侧卧位安装假体,此二者均可能会造成骨缺损间隙的高度发生变化,可能导致假体植入困难。笔者认为成功植入假体有以下三方面因素:(1)全面精准的术前评估及假体设计;(2)假体需要有大中小三种规格(大号66 mm、中号63 mm、小号60 mm),方便术中按实际需要进行调整;(3)必须由手术经验丰富的脊柱外科医生主刀。

综上所述,由于该患者病椎多次翻修,病灶清除范围大,导致骨缺损范围大。因此我们应用近年来兴起的3D打印人工椎体作为前路支撑融合的载体,旨在恢复脊柱长度、排列和承重能力,并重建病椎即时稳定性,术后继续规范抗结核治疗18个月,随访3年已成功融合,无明显沉降,植入物脱出等现象。笔者认为3D打印人工椎体可用于脊柱结核术后翻修,重建患者病椎稳定性。但这只是一个初步尝试,这种重建方式在脊柱结核的应用中,其远期效果仍需要进一步观察,同时还需要进一步进行大样本、多中心研究。