曾芳俊 陳榮春 游輝

3D打印技術(shù)在脊柱畸形矯正手術(shù)中的應(yīng)用研究

曾芳俊 陳榮春 游輝

目的 探討3D打印技術(shù)在脊柱畸形矯正手術(shù)中的應(yīng)用效果。方法 將42例半椎體畸形患者納入本研究，其中20例在3D打印技術(shù)指導(dǎo)下行脊柱畸形矯正手術(shù)的患者歸為實(shí)驗(yàn)組，其余22例在CT三維掃描重建指導(dǎo)下行脊柱畸形矯正手術(shù)的患者歸為對(duì)照組，觀察2組患者手術(shù)情況、術(shù)后側(cè)凸及后凸矯正效果、弓根釘位置準(zhǔn)確率以及并發(fā)癥發(fā)生情況。結(jié)果 實(shí)驗(yàn)組手術(shù)時(shí)間及術(shù)中出血量均明顯低于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；2組患者術(shù)后側(cè)凸及后凸Cobb角均明顯低于同組術(shù)前，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；實(shí)驗(yàn)組患者術(shù)后側(cè)凸及后凸Cobb角均明顯低于對(duì)照組，側(cè)凸及后凸矯正率明顯高于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；實(shí)驗(yàn)組患者椎弓根釘位置準(zhǔn)確率明顯高于對(duì)照組，并發(fā)癥發(fā)生率明顯低于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。結(jié)論 在脊柱畸形矯正手術(shù)中應(yīng)用3D打印技術(shù)能夠顯著縮短手術(shù)時(shí)間，減少術(shù)中出血量，提高側(cè)凸、后凸矯正效果以及弓根釘位置準(zhǔn)確率，減少并發(fā)癥發(fā)生，應(yīng)用價(jià)值較高。

脊柱畸形；3D打印技術(shù)；矯正手術(shù)

脊柱畸形是由于椎體形態(tài)嚴(yán)重失常引起，臨床上主要表現(xiàn)為側(cè)凸、后凸、前凸以及旋轉(zhuǎn)等多種復(fù)雜畸形[1]。脊柱畸形患者由于解剖結(jié)構(gòu)和解剖標(biāo)志嚴(yán)重變異難以發(fā)揮正常支撐和運(yùn)動(dòng)功能，需及時(shí)實(shí)施手術(shù)進(jìn)行畸形矯正[2]。常規(guī)的CT及MRI三維掃描能夠指導(dǎo)手術(shù)實(shí)施，但由于技術(shù)限制難以全面評(píng)估脊柱畸形情況，也不能在術(shù)中作為實(shí)時(shí)指導(dǎo)，導(dǎo)致內(nèi)固定放置精確度不足，影響手術(shù)效果[3]。本院通過將CT掃描三維重建數(shù)據(jù)通過3D技術(shù)實(shí)現(xiàn)脊柱畸形的真實(shí)模擬，短時(shí)間內(nèi)做出相應(yīng)的模型，提高內(nèi)固定準(zhǔn)確性，降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，提高預(yù)后效果?，F(xiàn)將其臨床優(yōu)勢(shì)進(jìn)行總結(jié)分析，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 將2011年12月～2015年12月來本院接受治療的42例半椎體畸形患者納入本研究。其中20例在3D打印技術(shù)指導(dǎo)下行脊柱畸形矯正手術(shù)的患者歸為實(shí)驗(yàn)組，其余22例在CT三維掃描重建指導(dǎo)下行脊柱畸形矯正手術(shù)的患者歸為對(duì)照組。所有患者均經(jīng)常規(guī)CT及MRI檢查確診，符合手術(shù)適應(yīng)證；排除合并其他嚴(yán)重急慢性疾病或器質(zhì)性病變者。實(shí)驗(yàn)組男11例，女9例，年齡12～45歲，平均年齡（27.62±6.53）歲，側(cè)凸Cobb角30°～130°，后凸Cobb角45°～145°，8例患者存在脊髓受壓；對(duì)照組男12例，女10例，年齡12～45歲，平均年齡（27.53±6.44）歲，側(cè)凸Cobb角31°～133°，后凸Cobb角44°～142°，9例患者存在脊髓受壓。2組患者的性別比例、年齡構(gòu)成等資料差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，具有可比性。

1.2 方法 對(duì)照組患者使用飛利浦EPIQ 7型螺旋CT掃描機(jī)進(jìn)行脊柱畸形及上下相鄰區(qū)域CT斷層掃描，層厚設(shè)定為1.0 mm，螺距設(shè)定為1.0。掃描完畢后數(shù)據(jù)輸入至配套系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)字化三維重建和矢量測(cè)量。臨床醫(yī)師從不同角度觀察病變情況，依據(jù)脊柱側(cè)凸、后凸測(cè)量數(shù)據(jù)以及畸形程度擬定手術(shù)方案，明確椎弓根方向、角度和直徑，以此為指導(dǎo)實(shí)施椎弓根內(nèi)固定矯形治療。

實(shí)驗(yàn)組患者CT掃描和三維重建與對(duì)照組相同，之后將數(shù)據(jù)輸入快速3 D成型設(shè)備中制成丙烯晴-丁二烯-苯乙烯高分子塑料3 D模型，并經(jīng)消毒處理后直接在手術(shù)臺(tái)上作為手術(shù)操作指導(dǎo)，實(shí)施椎弓根內(nèi)固定矯形治療。

1.3 觀察指標(biāo) 觀察2組患者手術(shù)情況、術(shù)后側(cè)凸及后凸矯正效果、弓根釘位置準(zhǔn)確率以及并發(fā)癥發(fā)生情況。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 使用IBM SPSS Statistics 22統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行本研究數(shù)據(jù)分析，計(jì)量資料采用“x±s”表示，組間比較采用t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料用例數(shù)（n）表示，計(jì)數(shù)資料組間率（%）的比較采用χ2檢驗(yàn)；以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 手術(shù)情況 實(shí)驗(yàn)組手術(shù)時(shí)間及術(shù)中出血量均明顯低于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見表1。

表1 手術(shù)情況（s）

表1 手術(shù)情況（s）

注：與對(duì)照組對(duì)比，aP＜0.05

組別例數(shù)手術(shù)時(shí)間（min）術(shù)中出血量（mL）實(shí)驗(yàn)組20150.62±26.89a722.62±85.75a對(duì)照組22212.62±30.671 098.76±96.17

2.2 側(cè)凸及后凸矯正效果 2組患者術(shù)后側(cè)凸及后凸Cobb角均明顯低于同組術(shù)前，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；實(shí)驗(yàn)組患者術(shù)后側(cè)凸及后凸Cobb角均明顯低于對(duì)照組，側(cè)凸及后凸矯正率明顯高于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見表2。

2.3 椎弓根釘位置及并發(fā)癥 實(shí)驗(yàn)組患者椎弓根釘位置準(zhǔn)確率明顯高于對(duì)照組，并發(fā)癥發(fā)生率明顯低于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見表3。

表2 側(cè)凸及后凸矯正效果±s）

表2 側(cè)凸及后凸矯正效果±s）

注：與同組治療前對(duì)比，aP＜0.05；與對(duì)照組對(duì)比，bP＜0.05

組別例數(shù)側(cè)凸Cobb角（°）后凸Cobb角（°）術(shù)前術(shù)后矯正率（%）術(shù)前術(shù)后矯正率（%）實(shí)驗(yàn)組2075.56±8.3922.56±6.47ab98.22±11.06b80.92±8.5825.33±6.51ab96.75±10.68b對(duì)照組2276.15±8.4230.26±6.85a69.97±8.3281.14±8.7733.85±6.91a67.78±8.49

表3 椎弓根釘位置準(zhǔn)確率及并發(fā)癥發(fā)生率［n（%）］

3 討論

脊柱畸形屬人體嚴(yán)重復(fù)雜畸形，由于患者存在脊柱的側(cè)凸、后凸以及旋轉(zhuǎn)等解剖異常，臨床手術(shù)治療難度較高[4]。傳統(tǒng)的X線平片或CT及MRI二維掃描均難以全面評(píng)估脊柱畸形情況，不能準(zhǔn)確指導(dǎo)手術(shù)的實(shí)施，隨著影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展，CT及MRI三維重建技術(shù)的出現(xiàn)有效改善了上述情況，提高了手術(shù)準(zhǔn)確率，但由于技術(shù)限制在精確評(píng)估脊柱畸形和指導(dǎo)椎弓根釘置入以及實(shí)時(shí)指導(dǎo)手術(shù)操作方面仍存在缺陷，臨床醫(yī)師在脊柱矯正手術(shù)中容易遇到困難，影響手術(shù)效果[5]。

3D打印技術(shù)為工業(yè)制造領(lǐng)域的一項(xiàng)新型技術(shù)，能夠通過輸入幾何數(shù)字信息塑造符合設(shè)計(jì)者意愿的三維實(shí)體模型[6]。目前，3D打印技術(shù)已經(jīng)在國(guó)外開始被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)大量專家也對(duì)其在骨科手術(shù)治療中的應(yīng)用前景表示認(rèn)可[7-8]。本院通過將CT掃描三維重建數(shù)據(jù)通過3D技術(shù)實(shí)現(xiàn)脊柱畸形的真實(shí)模擬，短時(shí)間內(nèi)做出相應(yīng)的模型，與傳統(tǒng)手術(shù)比較，實(shí)現(xiàn)了脊柱矯正手術(shù)的個(gè)體化手術(shù)方案設(shè)計(jì)→手術(shù)預(yù)演→精確手術(shù)的整體優(yōu)化過程，大大提高了畸形矯正效果和內(nèi)固定準(zhǔn)確性，降低了手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，提高了預(yù)后效果[9]。

本研究結(jié)果也顯示，實(shí)驗(yàn)組手術(shù)時(shí)間及術(shù)中出血量均明顯低于對(duì)照組，術(shù)后側(cè)凸及后凸Cobb角矯正效果明顯優(yōu)于對(duì)照組，椎弓根釘位置準(zhǔn)確率明顯高于對(duì)照組，并發(fā)癥發(fā)生率明顯低于對(duì)照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。提示3D打印技術(shù)能夠?yàn)閺?fù)雜脊柱畸形患者提供精確的手術(shù)指導(dǎo)，從而降低術(shù)中創(chuàng)傷和手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，提高矯正效果，降低椎體殘留、脊髓神經(jīng)損傷等的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，保證手術(shù)的準(zhǔn)確和安全性，與上述研究相符。

綜上所述，在脊柱畸形矯正手術(shù)中應(yīng)用3D打印技術(shù)能夠顯著縮短手術(shù)時(shí)間，減少術(shù)中出血量，提高側(cè)凸、后凸矯正效果以及弓根釘位置準(zhǔn)確率，減少并發(fā)癥發(fā)生，應(yīng)用價(jià)值較高。

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10.3969/j.issn.1009-4393.2016.36.012

《3D打印技術(shù)在脊柱畸形矯正手術(shù)中的應(yīng)用研究》 （GZ2015ZSF171）

江西 341000 江西贛州市人民醫(yī)院脊椎外科（曾芳俊 陳榮春游輝）