任鵬飛 矯健航 張善勇 王洋 吳敏飛

（吉林大學第二醫(yī)院脊柱外科，長春130041）

脊柱后凸畸形是臨床常見的脊柱畸形，先天發(fā)育不良、創(chuàng)傷及脊柱結(jié)核等是其常見的原因，主要癥狀有疼痛、活動障礙等，嚴重者出現(xiàn)椎管狹窄甚至癱瘓[1]。矯形手術(shù)是主要治療方法，但是由于其解剖關(guān)系復雜，手術(shù)難度較大，是脊柱外科治療的難點[2]。隨著三維數(shù)字化重建技術(shù)在醫(yī)學領(lǐng)域應(yīng)用日漸成熟，可以通過提取個體化數(shù)據(jù)實現(xiàn)精細化醫(yī)療，比如在腫瘤切除及輔助手術(shù)等領(lǐng)域[3]。有研究表明，3D打印技術(shù)應(yīng)用于創(chuàng)傷骨科手術(shù)可減少手術(shù)時間、提高置入螺釘精確度[4，5]，但在脊柱畸形矯形手術(shù)方面的研究仍較少[6，7]。本研究旨在評估3D打印脊柱后凸模型體外模擬截骨在脊柱后凸畸形矯形手術(shù)的應(yīng)用效果，以明確其臨床應(yīng)用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

納入標準：①年齡18～60歲；②符合脊柱后凸畸形矯形手術(shù)指征；③術(shù)前各項輔助檢查結(jié)果無明顯異常；④對本研究治療方案知情同意。排除標準：①脊柱后凸畸形不嚴重，無手術(shù)指征者；②先天性椎弓根發(fā)育不良，無法行椎弓根釘置入者；③強直性脊柱炎患者；④合并嚴重的全身性疾病不宜手術(shù)者。

根據(jù)上述納入排除標準，共納入2016年1月至2017年7月收治的64例脊柱后凸畸形患者，按隨機數(shù)字表法分為對照組和研究組各32例。對照組：男16例，女16例；年齡20～54歲，平均（32.3±8.4）歲；先天性16例，創(chuàng)傷后9例，結(jié)核性7例；胸腰段13例，腰段14例，上胸段5例。研究組：男17例，女15例；年齡19～55歲，平均（33.1±8.3）歲；先天性18例，創(chuàng)傷后7例，結(jié)核性7例；胸腰段15例，腰段13例，上胸段4例。兩組患者的性別、年齡、病變類型及病變部位比較，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），組間具有可比性。全部手術(shù)由同一組外科醫(yī)師施行。本研究經(jīng)本院倫理委員會審核認可，所有患者均簽署知情同意書。

1.2 手術(shù)方法

1.2.1 對照組：以術(shù)前0.5 mm脊柱薄層CT閱片方式從二維角度建立對手術(shù)部位的印象，采用單純經(jīng)椎弓根椎體截骨術(shù)，即根據(jù)脊柱后凸畸形的情況選擇不同的手術(shù)部位，在術(shù)前確定患者初步手術(shù)方案，如固定節(jié)段、截骨部位、預期度數(shù)、內(nèi)固定的型號參數(shù)等?；颊呷「┡P位，全身麻醉下行后正中切口，剝離骨膜顯露雙側(cè)橫突，按預設(shè)在畸形部位兩端的臨近椎體置入椎弓根螺釘，暴露頂椎椎弓根，注意保護神經(jīng)及硬膜，用磨鉆在椎弓根處向椎體內(nèi)呈楔形截骨，以預設(shè)角度及寬度行閉合截骨，即在畸形椎體的背側(cè)預留相應(yīng)的薄層皮質(zhì)，使用反向刮匙將其加壓填充至截骨間隙，在畸形椎體腹側(cè)做合頁狀截骨并加壓填充間隙，以此校正脊柱畸形，椎體間置入連接棒，閉合創(chuàng)口。

1.2.2 研究組：結(jié)合3D打印技術(shù)，采用3D打印機（Shining公司提供，型號：isla450）對患者行0.5 mm脊柱薄層CT掃描，將數(shù)據(jù)導入Mimics軟件進行三維模型打印，其中包括畸形部位、三維大小等，模擬出最佳的內(nèi)固定位置、置入螺釘方向及長度。在患者的3D打印模型上行體外模擬固定，參照不同的脊柱后凸畸形形狀及程度設(shè)計不同的截骨部位及節(jié)段，在患者的3D打印模型上模擬不同截骨部位及角度的手術(shù)效果，根據(jù)截骨的角度、數(shù)量、部位及椎體前后截骨寬度來評價手術(shù)方案，得出最優(yōu)的截骨及螺釘置入方案；在Mimics軟件中模擬出矯形手術(shù)后的脊柱后凸畸形模型進行3D打印?；颊呷「┡P位，全身麻醉下行后正中切口，剝離骨膜顯露雙側(cè)橫突，按預先3D打印模擬出的最優(yōu)方案在畸形部位兩端的鄰近椎體置入椎弓根螺釘，暴露頂椎椎弓根，注意保護神經(jīng)及硬膜，用磨鉆在椎弓根處向椎體內(nèi)呈楔形截骨，按預先3D打印模擬出的最優(yōu)截骨方案行閉合截骨，即在畸形椎體的背側(cè)預留相應(yīng)的薄層皮質(zhì)，使用反向刮匙將其加壓填充至截骨間隙，在畸形椎體腹側(cè)做相應(yīng)的合頁狀截骨并加壓填充間隙，嚴格控制截骨部位、角度與寬度，以保證手術(shù)與預定方案的一致性，以此校正脊柱畸形，椎體間置入連接棒，閉合創(chuàng)口。

1.3 觀察指標

①手術(shù)相關(guān)指標：記錄兩組患者的手術(shù)時間、術(shù)中出血量、放射暴露時間。②矯形準確率：分別于術(shù)前、術(shù)后4周和術(shù)后1年行立位脊柱正、側(cè)位X線片檢查，測量脊柱后凸Cobb角；Cobb角矯正率（%）=（術(shù)后脊柱后凸Cobb角-術(shù)前脊柱后凸Cobb角）/術(shù)前脊柱后凸Cobb角×100%。③目測類比評分和Oswestry功能障礙指數(shù)（Oswestry disability index，ODI）：分別于術(shù)前、術(shù)后4周和術(shù)后1年應(yīng)用目測類比評分法評估患者腰痛程度（評分為0～10分，“0”表示無疼痛，“10”表示劇痛），記錄患者疼痛評分；應(yīng)用ODI指數(shù)對患者進行腰椎活動功能評價[8]，指數(shù)越高提示患者功能障礙越嚴重。④并發(fā)癥：注意觀察并記錄治療過程中發(fā)生的并發(fā)癥。

1.4 統(tǒng)計學方法

采用SPSS 18.0軟件進行統(tǒng)計學分析，相關(guān)問卷內(nèi)容由雙人核對整理，計量資料以均數(shù)±標準差表示，采用成組t檢驗及重復測量方差分析檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

兩組患者均獲得隨訪，隨訪時間為12～20個月，平均（15.3±3.3）個月。

2.1 兩組患者手術(shù)相關(guān)指標比較

兩組患者的手術(shù)時間、術(shù)中出血量、放射暴露時間比較，差異均有統(tǒng)計學意義，研究組均低于對照組（P＜0.05，表1）。

表1 兩組手術(shù)相關(guān)指標比較（±s，n=32）

表1 兩組手術(shù)相關(guān)指標比較（±s，n=32）

組別對照組研究組t值P值手術(shù)時間（min）248±34 110±46 13.720＜0.001術(shù)中出血量（ml）456±99 312±85 6.260＜0.001放射暴露時間（s）14.5±5.4 8.8±2.6 5.380＜0.001

2.2 兩組患者脊柱后凸畸形矯形效果比較

兩組患者術(shù)前后凸Cobb角比較差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）；兩組術(shù)后4周和術(shù)后1年的脊柱后凸Cobb角均小于術(shù)前（P＜0.05），且研究組脊柱后凸Cobb角改善率高于對照組（P＜0.05，表2）。

表2 兩組矯形效果比較（±s，n=32）

表2 兩組矯形效果比較（±s，n=32）

注：△組內(nèi)與術(shù)前比較P＜0.05；▲與對照組比較P＜0.05；○組內(nèi)與術(shù)后4周比較P＜0.05

術(shù)后1年5 3.3±7.3○7 4.8±6.9○▲組別對照組研究組C o b b角（°）術(shù)前6 1.8±1 3.8 6 2.5±1 2.9術(shù)后4周3 4.9±1 0.8△2 1.1±8.8△▲術(shù)后1年3 0.8±1 3.8△1 5.8±1 3.8△▲矯形準確率（%）術(shù)后4周4 4.6±8.9 6 2.3±8.3

2.3 兩組患者目測類比評分和ODI指數(shù)比較

表3 兩組目測類比評分和Oswestry殘疾指數(shù)比較（±s，n=32）

表3 兩組目測類比評分和Oswestry殘疾指數(shù)比較（±s，n=32）

注：△組內(nèi)與術(shù)前比較P＜0.05；▲與對照組比較P＜0.05

組別對照組研究組目測類比評分Oswestry殘疾指數(shù)術(shù)前8.7±2.4 8.5±2.5術(shù)后4周3.1±1.6△3.7±1.7△▲術(shù)前51.3±14.4 52.1±13.7術(shù)后1年24.7±8.9△30.1±9.1△▲術(shù)后1年1.3±0.7△1.7±1.4△▲術(shù)后4周30.1±11.6△44.3±10.4△▲

兩組患者術(shù)前目測類比評分及ODI指數(shù)比較差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）；兩組患者術(shù)后4周和術(shù)后1年目測類比評分及ODI指數(shù)均小于術(shù)前（P＜0.05），且研究組低于對照組（P＜0.05，表3）。

2.4 兩組患者術(shù)后并發(fā)癥情況比較

兩組患者均未發(fā)生圍手術(shù)期并發(fā)癥，如神經(jīng)損傷、傷口感染、內(nèi)固定斷裂及脫位等；隨訪期間均未發(fā)生內(nèi)固定松動、形成假關(guān)節(jié)等并發(fā)癥。

3 討論

脊柱后凸畸形根據(jù)原因可分為先天性、創(chuàng)傷后及結(jié)核性等類型，保守治療效果差，臨床主要采用矯形手術(shù)[9，10]，通過脊柱后凸 Cobb 角來評估矯形效果[11]，采用目測類比評分及ODI指數(shù)來評估脊柱功能水平[12]；傳統(tǒng)的小關(guān)節(jié)手術(shù)效果有限，研究表明經(jīng)椎弓根截骨術(shù)可以參照相鄰正常脊椎設(shè)計矯正角度，使截骨面最大限度吻合，是矯正脊柱后凸畸形的理想術(shù)式，但確定畸形部位椎弓根位置是手術(shù)難點[13，14]。3D打印技術(shù)是指按照數(shù)字三維模型裝配相應(yīng)的材料或細胞，制作個體化的組織器官、操作器械及生物支架等，可通過體外重建患者病灶進行預手術(shù)以保障精確的操作、最佳的手術(shù)方案及個體化的治療[15-17]。研究表明打印手術(shù)部位模型能有效提高復雜部位的手術(shù)效果，同時在脊柱畸形矯形手術(shù)螺釘置入方面有優(yōu)勢[18]。本研究探討3D打印脊柱后凸畸形模型體外模擬截骨在脊柱后凸畸形矯形手術(shù)中的應(yīng)用價值。

3.1 手術(shù)過程比較

本研究中兩組患者的手術(shù)時間、術(shù)中出血量、放射暴露時間存在明顯差異，且研究組均顯著低于對照組，說明3D打印脊柱后凸畸形模型體外模擬截骨可縮短手術(shù)時間，減少術(shù)中出血及放射暴露時間，手術(shù)過程更為順利。研究組通過治療前在三維重建軟件上的模擬，重建出患者脊柱畸形節(jié)段的解剖關(guān)系，更直觀地標識出后柱截骨區(qū)，并在術(shù)前進行連接棒對應(yīng)要求的預彎，在此基礎(chǔ)上模擬進行體外截骨及椎弓根螺釘置入，根據(jù)模擬結(jié)果在術(shù)前確定螺釘?shù)奈恢谩⒎较颉⑸疃纫约白罴训慕毓欠桨?，對術(shù)中置釘?shù)奈恢?、角度及深度有著更為清晰的處理方法，對于截骨的?jié)段、骨面融合的處理有著更直觀的認識，避免了對術(shù)野的過多顯露，減少了因暴露相關(guān)解剖結(jié)構(gòu)造成的術(shù)中出血，減少了術(shù)中因?qū)ふ易罴阎冕斘恢枚敢暤臅r間。Garg等[19]的研究表明，3D打印輔助手術(shù)與傳統(tǒng)手術(shù)相比在復雜脊柱畸形矯形手術(shù)中可減少手術(shù)失血、縮短手術(shù)時間、減少放射暴露時間，同時指出3D打印輔助椎弓根螺釘置入更具優(yōu)勢，結(jié)果與本研究相符。

3.2 手術(shù)效果比較

3D打印脊柱后凸畸形模型體外模擬截骨使術(shù)者可以在術(shù)前確定最佳的個體化手術(shù)方案，在縮短手術(shù)時間和減少放射暴露時間的基礎(chǔ)上，提高了脊柱后凸畸形的Cobb角矯正率，改善了患者脊柱畸形相關(guān)癥狀。本研究中，研究組脊柱后凸Cobb角改善情況好于對照組，兩組間Cobb角改善情況隨著時間延長而提高，且不同時間點及組間時間點交互作用差異均具有統(tǒng)計學意義，且研究組矯形準確率明顯高于對照組，說明研究組采用3D打印仿真脊柱后凸型體外模擬截骨擬定個體化手術(shù)方案具有更好的臨床效果；此外，從患者臨床癥狀角度，研究組疼痛目測類比評分及ODI指數(shù)均低于對照組。分析其原因，3D打印仿真脊柱后凸型體外模擬截骨使得手術(shù)過程更為直觀，增加了手術(shù)安全性，減少了對毗鄰血管神經(jīng)的損傷，且術(shù)前對手術(shù)過程的最優(yōu)化模擬，提高了脊柱后凸畸形的Cobb角矯正率，使疼痛、運動障礙等臨床癥狀得到更好的改善，減少了并發(fā)癥的發(fā)生。Tan等[20]研究表明3D打印輔助下脊柱畸形矯形手術(shù)可提高椎弓根置入的精確度，矯形效果更好，并發(fā)癥更少，結(jié)果與本研究相符。

綜上，3D打印脊柱后凸型畸形模型體外模擬截骨脊柱后凸畸形矯形手術(shù)可減少手術(shù)時間、出血量及放射暴露時間，矯形效果良好，具有臨床應(yīng)用優(yōu)勢。