章飛翔 崔海東 呂書軍* 蔣 棟 呂 暢

胸腰椎骨折主要是間接暴力導致，肌肉的強烈收縮造成附著的胸腰椎椎體前半部壓縮或撕脫性骨折[1]。對于無神經(jīng)損傷的穩(wěn)定性骨折或椎體壓縮≤1/3的骨折，可進行保守治療，以臥床休息和背伸鍛煉為主[2]。對于不穩(wěn)定性骨折需在2周內(nèi)進行手術(shù)治療，以重建脊柱穩(wěn)定性[3-4]。

經(jīng)皮微創(chuàng)椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)(pedicle screw fixation，PSF)是治療胸腰椎骨折的先進手術(shù)方式，與傳統(tǒng)開放手術(shù)相比，具有術(shù)中切口小、創(chuàng)傷出血少、保留肌肉韌帶完整性等優(yōu)勢，患者可早期下床活動，術(shù)后恢復快[5-6]。但PSF手術(shù)復雜，微創(chuàng)的手術(shù)理念使得其往往無法完全暴露骨折斷端，很多時候處于“管中窺豹”的尷尬局面，對醫(yī)師的手感和空間立體感要求很高。盡管借助術(shù)前CT影像重建脊柱椎弓根三維圖像可以較好的幫助醫(yī)師術(shù)前設(shè)計手術(shù)方案，但在實際手術(shù)中螺釘準確置入仍有一定困難。計算機輔助設(shè)計(computer aided design，CAD)的3D打印技術(shù)在復雜骨折領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，醫(yī)師可以根據(jù)打印的仿真模型進行模擬手術(shù)，規(guī)劃手術(shù)入路，設(shè)計復位方案，制備完善的術(shù)前計劃，盡可能提高手術(shù)效率，并減少神經(jīng)的意外損傷[7-8]。本研究探討胸腰椎骨折患者借助CAD的3D打印技術(shù)行經(jīng)皮微創(chuàng)PSF手術(shù)的應(yīng)用效果。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2017年1月至2018年12月海安市人民醫(yī)院收治的112例胸腰椎骨折患者，所有患者均存在明顯暴力損傷，胸椎或腰椎疼痛和壓痛，均自愿接受PSF手術(shù)。根據(jù)患者手術(shù)設(shè)計方案的不同將其分為觀察組(60例)和對照組(52例)。觀察組中男性26例，女性34例；年齡25～63歲，平均年齡(39.15±7.64)歲；其中胸椎骨折21例，腰椎骨折39例；采用計算機輔助設(shè)計3D打印技術(shù)行PSF手術(shù)。對照組中男性24例，女性28例；年齡20～67歲，平均年齡(40.28±7.37)歲；其中胸椎骨折19例，腰椎骨折33例；采用術(shù)前常規(guī)CT評估后行PSF手術(shù)。兩組患者一般資料比較無差異，具有可比性。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會批準，患者及家屬知情同意。

1.2 納入與排除標準

(1)納入標準：①符合胸腰椎骨折的診斷標準[9]；②年齡18～70歲；③新鮮閉合性骨折，受傷至手術(shù)時間＜14 d，僅累及1個椎體；④保守治療效果不佳，自愿接受PSF手術(shù)，術(shù)后能按時復查。

(2)排除標準：①PSF手術(shù)禁忌癥；②合并椎弓根骨折、脊髓損傷；③合并嚴重心、腦、肝、腎、內(nèi)分泌、惡性腫瘤等疾病。

1.3 儀器設(shè)備

采用SOMATOM Definition雙源CT(德國西門子公司)；Geomagic Studio 2013軟件(美國Geomagic公司)；醫(yī)療骨科專用CR-4040型3D打印機(深圳創(chuàng)想三維科技公司)；RADspeed M X射線透視機(日本島津公司)。

1.4 手術(shù)方法

所有患者術(shù)前均進行常規(guī)CT掃描，設(shè)置掃描參數(shù)：層厚0.625 mm，矩陣512×512，螺距1.375?；颊咂教捎趻呙璐仓校阆冗M。掃描范圍為所需錐體上下各多掃一個錐體。根據(jù)定位片顯示，適當傾斜掃描機架角度。掃描完畢后保存為Dicom格式。將CT掃描數(shù)據(jù)導入Mimics17.0軟件，進行CT圖像處理，重建胸腰椎脊柱椎弓根三維圖像。兩組患者根據(jù)重建胸腰椎脊柱椎弓根三維圖像，術(shù)前模擬PSF手術(shù)置入螺釘，尋找最佳置釘位置和方向。

(1)觀察組：采用計算機輔助設(shè)計3D打印技術(shù)，按照計算機輔助設(shè)計3D打印技術(shù)打印的仿真椎體模型模擬手術(shù)設(shè)計的位置和方向置入螺釘。將患者的CT重建數(shù)據(jù)以stl格式導入Geomagic Studio 2013軟件，軟件通過CAD完成一系列數(shù)字切片，并將數(shù)字切片信息生成X3G格式文件存儲于SD卡中，傳輸?shù)?D打印機上，使用聚乳酸材料打印仿真椎體模型。術(shù)前按照正規(guī)PSF手術(shù)流程，進行模擬手術(shù)，模擬正常椎體高度和曲度，模擬螺釘置入角度、置入椎弓根長度、置入準確度等，確定最佳置釘位置和方向。

(2)對照組：采用術(shù)前常規(guī)CT評估后行PSF手術(shù)。患者俯臥位，在氣管插管全身麻醉下行PSF手術(shù)，后正中切口逐層分離皮下肌肉和脊椎椎體，C型臂X射線透視機定位下，暴露傷椎前后各一椎體，透視機引導下打入2對椎弓根螺釘。按照CT重建胸腰椎脊柱椎弓根三維圖像設(shè)計的位置和方向(椎弓根關(guān)節(jié)突、橫突對應(yīng)位置關(guān)系)置入螺釘。

兩組患者經(jīng)C型臂X射線透視機定位確保螺釘內(nèi)固定無誤、傷椎復位良好后，止血、縫合、引流。術(shù)后患者均平臥4 h，48 h候拔除引流管，3個月內(nèi)配合支具保護，進行早期康復鍛煉，每3個月進行X射線復查。

1.5 觀察與評價指標

(1)手術(shù)情況：觀察手術(shù)時間、術(shù)中出血量和術(shù)中X射線透視次數(shù)。

(2)螺釘置入準確率：評價一次置入螺釘和總體置入螺釘?shù)臏蚀_率。

(3)傷椎復位情況：評價術(shù)前、術(shù)后1年X射線拍片，測量椎體滑脫率、椎體前緣高度及Cobb角。

(4)預后評估：術(shù)后1年采用日本骨科協(xié)會(Japanese Orthopaedic Association，JOA)功能評分表評估預后，滿分29分，25～29分為優(yōu)，16～24分為良，10～15分為中，＜10分為差。

(5)手術(shù)并發(fā)癥：評價兩組手術(shù)并發(fā)癥情況。

1.6 統(tǒng)計學方法

采用SPSS22.0軟件分析數(shù)據(jù)。計量資料均滿足正態(tài)分布，以均值±標準差()表示，計數(shù)資料以例和百分比表示。組間比較采用獨立樣本t檢驗和x2檢驗，組內(nèi)比較采用配對t檢驗。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組患者手術(shù)情況比較

觀察組手術(shù)時間短于對照組，差異有統(tǒng)計學意義(t=4.914，P＜0.05)，術(shù)中出血量和X射線透視次數(shù)均少于對照組，差異有統(tǒng)計學意義(t=3.157，t=14.847；P＜0.05)，見表1。

表1 兩組患者手術(shù)情況比較()

表1 兩組患者手術(shù)情況比較()

2.2 兩組患者置入螺釘準確率比較

觀察組一次置入螺釘準確率為89.17%，明顯高于對照組的78.85%，差異有統(tǒng)計學意義(x2=4.501，P＜0.05)；觀察組總體置入螺釘準確率為98.33%，明顯高于對照組的90.38%，差異有統(tǒng)計學意義(x2=6.943，P＜0.05)，見表2。

表2 兩組患者置入螺釘準確率比較[枚 (%)]

2.3 兩組患者傷椎復位情況比較

術(shù)前，兩組患者的椎體滑脫率、椎體前緣高度及Cobb角比較差異無統(tǒng)計學意義；術(shù)后1年，觀察組和對照組患者的椎體滑脫率及Cobb角均下降(t椎體滑脫率=76.390，t=30.700；tCobb角均下降=56.909，t=31.801；P＜0.05)，椎體前緣高度增加(t=12.000，t=8.994；P＜0.05)。觀察組的椎體滑脫率及Cobb角小于對照組，椎體前緣高度大于對照組，兩組比較差異有統(tǒng)計學意義(t=19.047，t=2.891，t=2.494；P＜0.05)，見表3。

表3 兩組患者傷椎復位情況比較()

表3 兩組患者傷椎復位情況比較()

2.4 兩組患者預后情況比較

觀察組預后良好率為96.67%，高于對照組的86.54%，差異有統(tǒng)計學意義(x2=3.867，P＜0.05)，見表4。

表4 兩組患者預后情況比較(例)

2.5 兩組患者手術(shù)并發(fā)癥情況比較

觀察組并發(fā)癥中腰痛、坐骨神經(jīng)痛2例(占3.33%)，泌尿系統(tǒng)感染1例(占1.67%)。對照組并發(fā)癥中腰痛、坐骨神經(jīng)痛2例(占3.85%)，螺釘松動1例(占1.92%)，腦脊液漏1例(占1.92%)。兩組患者手術(shù)并發(fā)癥發(fā)生率比較，差異無統(tǒng)計學意義(x2=0.345，P＞0.05)。

2.6 典型病例分析

患者女性，46歲，L1腰椎壓縮性骨折，在計算機輔助設(shè)計及3D打印技術(shù)輔助下，行PSF手術(shù)。手術(shù)用時140 min，術(shù)中出血量100 ml，一次置入螺釘準確率為100%，術(shù)后未見并發(fā)癥，螺釘固定良好。術(shù)后隨訪1年，L1椎體前緣高度及Cobb角恢復正常，脊柱生理彎曲正常。見圖1和圖2。

3 討論

胸腰椎骨折的復位和內(nèi)固定一直是骨科領(lǐng)域治療的難點和研究熱點，由于患者骨折的個體差異，實施經(jīng)皮微創(chuàng)PSF手術(shù)如何準確置入螺釘對醫(yī)師的技術(shù)要求極高。CAD的3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，很大程度上解決了這一問題，被廣泛應(yīng)用于骨科術(shù)前方案計劃、輔助器械的制作、骨組織工程等方面[10-11]并在脛骨、骨盆等骨折中發(fā)揮重要作用[12-13]。該技術(shù)可以將術(shù)前CT影像轉(zhuǎn)化為三維模型，并通過3D打印技術(shù)制作患者三維立體骨頭實物復制品，幫助醫(yī)師提前計劃手術(shù)修復方案，簡化手術(shù)操作，盡可能規(guī)避手術(shù)失敗風險[14-15]。

圖1 典型病例計算機及3D打印技術(shù)輔助設(shè)計示圖

圖2 典型病例X射線影像

本研究對胸腰椎骨折患者借助CAD的3D打印技術(shù)行經(jīng)皮微創(chuàng)PSF手術(shù)，與術(shù)前常規(guī)CT重建胸腰椎脊柱椎弓根三維圖像評估后行PSF手術(shù)相比，探討其應(yīng)用效果。結(jié)果顯示，觀察組手術(shù)時間短于對照組，術(shù)中出血量少于對照組，表明借助計算機輔助設(shè)計3D打印技術(shù)，醫(yī)師手術(shù)操作更加嫻熟，提高了手術(shù)效率，極大節(jié)省了手術(shù)時間，且更加發(fā)揮微創(chuàng)手術(shù)創(chuàng)傷小、出血少的優(yōu)勢。由于微創(chuàng)PSF手術(shù)下，骨折區(qū)域暴露較少，準確置入螺釘對醫(yī)師技術(shù)要求高，螺釘置入的方向和位置大多取決于醫(yī)師的操作經(jīng)驗，缺乏客觀性。若術(shù)中置入螺釘位置不當，可能加重損傷椎體甚至導致脊髓神經(jīng)損傷、腦脊液漏等并發(fā)癥，要求術(shù)中操作必須多次進行C型臂X射線透視機定位，增加了患者X射線暴露風險[16]。

本研究發(fā)現(xiàn)，觀察組術(shù)中X射線透視次數(shù)少于對照組，一次置入螺釘準確率高于對照組，總體置入螺釘準確率亦高于對照組，表明借助CAD的3D打印技術(shù)，可以顯著提升螺釘置入準確性，為手術(shù)成功和治療效果奠定了基礎(chǔ)。吳超等[17]研究表明，該技術(shù)應(yīng)用于不典型Hangman骨折可以明顯改善螺釘進釘點和螺釘在椎弓根內(nèi)相對于術(shù)前的偏移量、螺釘內(nèi)傾角以及最大骨折位移，提高螺釘準確性。樊勇等[18]、Chen等[19]研究表明，借助術(shù)前數(shù)字化設(shè)計及3D打印技術(shù)可充分了解胸腰椎骨折的損傷程度，進而指導減壓范圍及置釘節(jié)段，有助于縮短手術(shù)時間、提高骨折脫位復位程度以及降低內(nèi)固定失敗的發(fā)生率，提高手術(shù)效果。

此外，術(shù)后1年對患者的骨折X射線復查結(jié)果顯示，兩組患者的椎體滑脫率及Cobb角均下降，椎體前緣高度均有增加，但觀察組的椎體滑脫率及Cobb角小于對照組，椎體前緣高度大于對照組，提示觀察組的骨折椎體復位效果更好，這與劉正蓬等[20]研究報道相符。術(shù)后1年的預后隨訪也表明，借助CAD的3D打印技術(shù)行經(jīng)皮微創(chuàng)PSF手術(shù)患者的預后更好。盡管兩組患者術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率比較差異無統(tǒng)計學意義，但對照組患者出現(xiàn)1例螺釘松動、1例腦脊液漏，而觀察組未出現(xiàn)類似并發(fā)癥，也證實了CAD的3D打印技術(shù)可以避免經(jīng)皮微創(chuàng)PSF手術(shù)螺釘置入失誤導致的并發(fā)癥，極大提高了安全性。

4 結(jié)論

借助CAD的3D打印技術(shù)，打印出1∶1的骨頭實物模型，還原骨折部位的形態(tài)，可為手術(shù)醫(yī)師提供直觀的空間立體感，醫(yī)師在術(shù)前可以直觀地了解骨折的類型及損傷程度，規(guī)劃手術(shù)入路，設(shè)計復位方案，模擬手術(shù)過程對實際手術(shù)進行演練，從而提前選擇合適的內(nèi)固定器械。CAD的3D打印使其均可體外完成，極大減少了術(shù)中無效的復位，減少X射線透視次數(shù)，減少了患者及醫(yī)務(wù)人員的射線暴露。同時避免多次置入螺釘造成的意外損傷，提高了手術(shù)效率，縮短了手術(shù)時間，降低手術(shù)風險，使胸腰椎骨折的經(jīng)皮微創(chuàng)PSF手術(shù)變得高效快捷，提供了安全保障，鍛煉了醫(yī)師的操作技術(shù)，這對臨床醫(yī)師大有裨益。

借助CAD的3D打印技術(shù)，選擇最佳手術(shù)入路和復位方案行經(jīng)皮微創(chuàng)PSF手術(shù)治療胸腰椎骨折，有利于提高手術(shù)效率，降低手術(shù)風險，患者預后更好，增加臨床獲益，具有臨床應(yīng)用價值。