馬鵬飛 石仕元 費(fèi) 駿 賴 震 石林鋒 劉 飛

脊柱結(jié)核因病灶硬化壁存在，抗結(jié)核藥物難以透過硬化壁在病灶區(qū)形成有效的藥物濃度，外科手術(shù)可清除病灶并同期植骨內(nèi)固定，臨床效果肯定。椎弓根螺棒系統(tǒng)內(nèi)固定均有三維固定矯形作用，是脊柱結(jié)核后路手術(shù)的常用固定方式，但胸椎椎弓根個(gè)體差異大[1]，置釘失誤率高，常有文獻(xiàn)[2]報(bào)道誤置造成嚴(yán)重后果發(fā)生。其次，反復(fù)調(diào)整置釘角度和螺釘來回?cái)Q入擰出，會導(dǎo)致螺釘把持力下降，在骨質(zhì)疏松患者中表現(xiàn)尤為明顯[3]。對于胸椎結(jié)核如何提高置釘準(zhǔn)確率和骨質(zhì)疏松性椎體螺釘固定強(qiáng)度是臨床關(guān)注的焦點(diǎn)。近年來，3D打印技術(shù)應(yīng)用于臨床，改變了傳統(tǒng)手術(shù)方式。通過術(shù)前打印出1:1的實(shí)物模型，個(gè)體化規(guī)劃手術(shù)方案、術(shù)中對比已成為外科術(shù)者提高手術(shù)精細(xì)操作的一種發(fā)展趨勢，目前被廣泛應(yīng)用于脊椎腫瘤切除、骨盆骨折固定、跟骨骨折、關(guān)節(jié)置換術(shù)中，并取得較傳統(tǒng)手術(shù)更好效果[4-7]。筆者通過術(shù)前3D打印患者胸椎結(jié)核病灶區(qū)域?qū)嵨锬Ｐ椭贫▊€(gè)體化置釘方案，評價(jià)3D打印技術(shù)輔助胸椎個(gè)體化置椎弓根螺釘?shù)寞熜А?/p>

1 臨床資料

1.1一般資料 選擇2016年1月—2017年1月浙江省中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院骨科病房胸椎結(jié)核患者52例，男 23例，女 29例，年齡 43～79 歲，平均（61.37±4.31）歲；單節(jié)段29例，雙節(jié)段14，多節(jié)段9例，其中有跳躍型2例。所有入組患者均有低熱、盜汗、乏力，局部壓痛和不同程度活動受限癥狀，紅細(xì)胞沉降率（ESR）23～129mm/h，平均（87.35±5.12）mm/h，C 反應(yīng)蛋白（CRP）31～109mg/L，平均（79.54±7.34）mg/L。3 例有胸腹不同平面感覺異常。對52例患者胸椎椎弓根置入螺釘數(shù)進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)，其中胸椎T1 16枚，T2 24枚，T3 24枚，T4 32枚，T5 37枚，T6 39枚，T7 48枚，T8 51 枚，T9 45枚，T10 41枚，T11 36 枚，T12 36枚，共置入429枚螺釘。

1.2納入及排除標(biāo)準(zhǔn) 納入標(biāo)準(zhǔn)[8]：（1）診斷標(biāo)準(zhǔn)：結(jié)合病史，X線、CT、MRI等影像學(xué)檢查，結(jié)核感染T細(xì)胞斑點(diǎn)試驗(yàn)（TSPOT）結(jié)果陽性，結(jié)核分枝桿菌及利福平耐藥檢測技術(shù)Xpert-MTB/RIF（美國Cepheid公司）陽性，穿刺活檢病理提示結(jié)核分枝桿菌。伴有或不伴有胸腹及以下平面感覺異常。（2）抗結(jié)核治療效果不佳，椎體骨質(zhì)嚴(yán)重破壞，脊柱穩(wěn)定性下降。（3）病例隨訪資料完整。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）合并活動性肺結(jié)核。（2）診斷脊柱結(jié)核，非胸椎結(jié)核。（3）病例隨訪資料不完整。（4）內(nèi)固定方式非胸椎后路椎弓根螺釘內(nèi)固定。

2 方法

2.1胸椎3D打印 52例患者術(shù)前均采用PILIPS 64排快速掃描CT進(jìn)行胸椎薄層掃描，將掃描得到的數(shù)據(jù)導(dǎo)入醫(yī)學(xué)專業(yè)三維重建軟件，選定含有病灶為中心的三維重建數(shù)字化虛擬模型，然后利用3D打印機(jī)器打印出三維實(shí)物模型（見圖1-①，封底）。

2.2測量與模擬手術(shù) 仔細(xì)觀察三維胸椎結(jié)核實(shí)物模型，了解結(jié)核病灶的三維空間狀態(tài)，明確椎體破壞的范圍，病灶椎體與后方椎管、椎弓根的關(guān)系，椎弓根壁是否完整，椎弓根是否有變異。確定上關(guān)節(jié)突基底部與橫突根部交叉點(diǎn)為進(jìn)釘點(diǎn)，測進(jìn)釘點(diǎn)經(jīng)過椎弓根內(nèi)外側(cè)凹連線的中點(diǎn)達(dá)椎體前緣皮質(zhì)的距離，即釘?shù)篱L度，其長度的80%為理想椎弓根螺釘長度。釘?shù)涝跈M截面與后正中線的夾角為理想內(nèi)傾角α（見圖1-②，封底）。測進(jìn)釘點(diǎn)經(jīng)過椎弓根下上凹連線的中點(diǎn)達(dá)椎體前緣皮質(zhì)，其與椎體橫截面的夾角為理想頭傾角或尾傾角β（見圖1-③，封底）。測量椎弓根內(nèi)外側(cè)凹連線的長度，其長度的70%作為椎弓根螺釘?shù)睦硐胫睆剑ㄒ妶D1-②，封底）。根據(jù)所測得的椎弓根螺釘長度、直徑、內(nèi)傾角及頭傾角（尾傾角）在實(shí)物模型上按順序置釘。因本組3D打印材料為聚乙烯樹脂，與實(shí)際骨組織彈性模量有別，防止椎弓根因彈性模量小被椎弓根螺釘撐開斷裂，故模擬置釘前，先用克氏針按所測得的數(shù)據(jù)預(yù)置釘，再用與螺釘直徑相同規(guī)格的攻絲進(jìn)行絲攻，然后緩慢擰入椎弓根螺釘，判斷螺釘?shù)姆€(wěn)定性。測量釘棒的長度及按胸椎實(shí)物模型折彎釘棒，裝鈦棒及橫連桿。反復(fù)觀察及評價(jià)，對于不適行調(diào)整并記錄。分離每個(gè)椎體，沿螺釘骨接觸面截開，觀察椎弓根螺釘是否沿著理想釘?shù)婪较蚣敖嵌戎萌?，有無穿破椎弓根內(nèi)外側(cè)皮質(zhì)。

2.3手 術(shù) 手術(shù)均由同一組醫(yī)生完成。均采用了全麻后取俯臥位，胸腹部采用洞墊墊高，后路椎弓根螺釘固定手術(shù)方式采用經(jīng)肋橫突入路[9]，以病椎肋橫突關(guān)節(jié)為中心縱行向內(nèi)切一約10～12cm弧形切口，鈍性剝離豎脊肌，顯露關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)、橫突根部及椎板，與實(shí)物模型采用相同的進(jìn)釘點(diǎn)（上關(guān)節(jié)突基底部與橫突根部交叉點(diǎn)），開口器開口，按照術(shù)前測量的角度和方向置入1枚克氏針，術(shù)中C型臂X線機(jī)透視顯示與術(shù)前模擬置釘方向及角度基本相同，挑選測量所得合適直徑椎弓根螺釘，選用略小于椎弓根螺釘直徑規(guī)格的空心攻絲絲攻，擰入椎弓根螺釘，縫合豎脊肌、深筋膜。切除病椎橫突，經(jīng)肌間隙進(jìn)入，分離肋骨及肋骨下組織，注意保護(hù)胸膜，剪短合適長度的肋骨，留取為植骨材料。繼續(xù)小心分離，顯露病灶，清除病灶周圍膿液，死骨，干酪樣組織，咬除硬化骨，建立植骨床，按術(shù)前測量結(jié)果剪下合適長度肋骨作為支撐骨，對于雙節(jié)段病灶清除后行鈦網(wǎng)支撐植骨或人工椎體重建椎體高度及矯正后凸畸形。病灶反復(fù)沖洗后，用異煙肼10g稀釋液沖洗病灶，并用明膠海綿包裹鏈霉素粉10g置入病灶，植骨區(qū)周圍。放置負(fù)壓引流管1根，止血后逐層縫合切口。

術(shù)后患者一般四聯(lián)抗結(jié)核加護(hù)肝、補(bǔ)液等對癥治療。術(shù)后每周復(fù)查血常規(guī)、肝腎功能電解質(zhì)等，每月復(fù)查胸椎X線、CT、MRI檢查。術(shù)后3周左右佩戴支具下地活動，支具佩戴3～6個(gè)月。

2.4指標(biāo)觀察 術(shù)后行CT薄層掃描，觀察螺釘置入后螺釘有無穿破骨皮質(zhì)情況，螺釘?shù)拈L度、直徑、角度與方向是否與實(shí)物模型測量最佳參數(shù)一致。術(shù)后1年椎骨融合情況及螺釘松動情況。術(shù)后采用電話隨訪、門診隨訪、住院復(fù)查等方式。

3 結(jié)果

3.1實(shí)際螺釘置釘準(zhǔn)確率 術(shù)后由2名高級職稱影像學(xué)醫(yī)師獨(dú)立閱讀入組病例資料內(nèi)固定術(shù)后CT薄層掃描圖像與重建圖像，按照張樹芳等[10]報(bào)道的置釘評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)實(shí)際螺釘置釘情況。Ⅰ類：置入螺釘位置滿意，未出現(xiàn)螺釘穿破椎弓根皮質(zhì)；Ⅱ類：置入螺釘位置不理想，存在螺釘穿破椎弓根皮質(zhì)，穩(wěn)定性良好，未損傷鄰近組織，但需要翻修；Ⅲ類：置入螺釘位置不理想，存在螺釘穿破椎弓根皮質(zhì)，穩(wěn)定性差，損傷鄰近組織。實(shí)際螺釘置入準(zhǔn)確率按Ⅰ類置釘計(jì)算。

3.2置釘效果 共置釘429枚，結(jié)果顯示實(shí)際置入椎弓根螺釘?shù)倪M(jìn)釘點(diǎn)、長度、角度和方向與3D打印結(jié)核模型測量數(shù)據(jù)、模型置釘最佳長度、角度方向基本一致，數(shù)值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），見表 1。術(shù)后X線檢查顯示病椎固定螺釘未見松動滑出,CT薄層掃描檢查未見螺釘突破椎弓根內(nèi)外側(cè)壁。有6枚螺釘與術(shù)前設(shè)計(jì)相比角度稍有偏移，但位置均在滿意位置，3D打印結(jié)核模型輔助個(gè)體化置釘準(zhǔn)確率為98.6%（423/429）（見圖 1-④，封底）。

3.3不良反應(yīng) 手術(shù)過程均順利，術(shù)后第2、5、6天有3例患者出現(xiàn)胸悶氣急，B超提示胸腔積液，予以置管引流均緩解。到終末隨訪結(jié)束，未發(fā)現(xiàn)螺釘松動、斷釘、釘?shù)栏腥?、切口感染等不良反?yīng)。

表1 實(shí)際置入螺釘與3D打印術(shù)前設(shè)計(jì)模擬置釘?shù)闹睆健㈤L度、角度、比較（x±s）

4 討論

4.1胸椎結(jié)核椎弓根螺釘內(nèi)固定存在的困難 近年來，我國脊柱結(jié)核患者數(shù)量穩(wěn)中有增，抗結(jié)核藥物治療難以透過結(jié)核病灶硬化骨而不能在病灶周圍形成有效的抑菌或殺菌血藥濃度，單純藥物治療脊柱結(jié)核療效不佳。通過外科手術(shù)治療脊柱結(jié)核取得一定的療效，高位脊柱結(jié)核如胸椎單節(jié)、多節(jié)段結(jié)核均可通過手術(shù)病灶清除、內(nèi)固定、植骨融合等方式去除病灶和矯形固定。椎弓根螺釘內(nèi)固定系統(tǒng)因能對椎體前、中、后達(dá)到三維固定、操作簡便、矯形效果佳等優(yōu)點(diǎn)被作為胸椎結(jié)核后路內(nèi)固定首選。然而，胸椎結(jié)核患者早期癥狀不明顯，較少有患者就診，或因輕微外傷后疼痛就診，易誤診、漏診，最終椎體破壞嚴(yán)重、脊柱不穩(wěn)，椎體旋轉(zhuǎn)、后凸畸形、截癱，后期手術(shù)治療較為棘手，加上胸椎椎弓根較腰椎細(xì)小，椎弓根個(gè)體變異大[11]，老年患者附件小關(guān)節(jié)增生硬化，給椎弓根釘?shù)闹萌霂碓S多困難。

目前臨床置胸椎椎弓根螺釘，通過解剖標(biāo)志尋找置釘進(jìn)釘點(diǎn)，容易導(dǎo)致置釘失誤。文獻(xiàn)[12]報(bào)道，椎弓根螺釘置釘失誤率無統(tǒng)一數(shù)值，在3%～55%不等，但均表明胸椎置釘失誤率遠(yuǎn)高于腰椎。胸椎椎體周圍解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，前方有主動脈和胸腔肺臟，椎管狹窄，椎管內(nèi)有脊髓，椎間孔內(nèi)有神經(jīng)根，置釘角度失誤將可能導(dǎo)致神經(jīng)根、脊髓損傷、腦脊液漏，螺釘過長刺傷前方動脈及內(nèi)臟，危及生命。盡管文獻(xiàn)[12-13]報(bào)道有穿破椎弓根壁和椎體前緣皮質(zhì)而未出現(xiàn)神經(jīng)脊髓、內(nèi)臟損傷，但螺釘在椎弓根及椎體內(nèi)位置不佳，無疑會減小螺釘?shù)目拱纬隽?，椎弓根結(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度下降導(dǎo)致螺釘松動、固定失效，增加螺釘翻修幾率和內(nèi)臟、神經(jīng)大血管損傷風(fēng)險(xiǎn)。因此，如何增加胸椎椎弓根螺釘置入的準(zhǔn)確率是近年來脊柱外科研究的重點(diǎn)。

傳統(tǒng)的胸椎后路顯露無法在直視下觀察到椎弓根全部，置釘技術(shù)依靠術(shù)中解剖標(biāo)志的辨識，置釘?shù)慕嵌群头较蛲耆揽啃g(shù)者的經(jīng)驗(yàn)和手感，即使很有經(jīng)驗(yàn)的術(shù)者也可能出現(xiàn)螺釘置入位置不佳。Sagi等[14]研究術(shù)中X線輔助置釘準(zhǔn)確率僅為73%，螺釘置入的準(zhǔn)確率并沒有增加，且術(shù)者需長時(shí)間暴露在X線下。計(jì)算機(jī)導(dǎo)航技術(shù)雖可在直視下檢查進(jìn)針點(diǎn)和螺釘置入角度是否準(zhǔn)確，將椎弓根壁穿透率控制在5%以內(nèi)，很大程度上提高了螺釘置入的準(zhǔn)確率，但導(dǎo)航系統(tǒng)操作復(fù)雜、設(shè)備昂貴，對體位變化敏感，在臨床得不到推廣應(yīng)用[15]。

4.23D打印胸椎結(jié)核模型個(gè)體化指導(dǎo)置釘?shù)膬?yōu)勢

胸椎結(jié)核因椎體破壞，脊柱畸形與傳統(tǒng)胸椎骨折不同，很難通過X線及CT二維圖像全面、形象的掌握病椎破壞的空間形態(tài)，對破壞椎體的殘余部分無法通過影像學(xué)感知其能否行病椎固定。長節(jié)段固定必然要失去更多的正常運(yùn)動單元，若病椎一側(cè)可行椎弓根螺釘固定，可以減少固定節(jié)段，減少正常運(yùn)動單元的丟失。施建黨等[16]對191例患者行病椎間固定，療效滿意，病灶硬化骨骨量豐富，可提供比單純椎弓根60%外更多的螺釘抗拔出力。3D打印技術(shù)通過專業(yè)軟件將CT掃描的二維數(shù)據(jù)重建成三維數(shù)字模型，再由3D打印機(jī)逐層按0.1mm厚度打印出與患者1:1的三維實(shí)物模型，獲得比普通影像學(xué)更加充實(shí)、全面的信息，在臨床開始逐步應(yīng)用。國內(nèi)外學(xué)者通過術(shù)前3D打印指導(dǎo)，甚至因3D實(shí)物模型更改手術(shù)方案的報(bào)道并不少見[17]。本研究所有患者均在術(shù)前打印病灶3D實(shí)物模型，可以在體外離體情況下真實(shí)觸摸擬手術(shù)節(jié)段胸椎椎體，術(shù)前反復(fù)觀察實(shí)物模型，獲得CT、MRI不能反映的解剖學(xué)資料。實(shí)物模型可以立體化、形象化的呈現(xiàn)出患者病灶以及每個(gè)節(jié)段椎弓根的三維情況，可以在術(shù)前充分了解到病灶后方椎管有無占位，椎弓根的形態(tài)大小以及變異情況。依據(jù)實(shí)物模型不僅能夠在模型上精確的獲知死骨位置及死骨的多少，還可在術(shù)前了解到硬化骨的厚度，為術(shù)中行病灶清除、預(yù)備植骨塊及建立植骨床提供指導(dǎo)。

胸椎的椎弓根直徑較腰椎細(xì)小，最窄節(jié)段在T4、T5、T6，文獻(xiàn)報(bào)道最窄在 3.2～4.7mm，尚未統(tǒng)一[18]，表明胸椎椎弓根個(gè)體變異較大，且術(shù)中C型臂X線機(jī)圖像分辨率低，易受肋骨和肩胛骨、肺臟等影響，給臨床胸椎準(zhǔn)確安全置釘帶來困難，導(dǎo)致置釘錯(cuò)誤，造成嚴(yán)重后果。傳統(tǒng)置釘依靠解剖標(biāo)志和術(shù)者經(jīng)驗(yàn)，且術(shù)前必須了解患者椎體形態(tài)及病變部位，但實(shí)際置釘時(shí)的角度具有主觀性和隨機(jī)性，無數(shù)據(jù)參考。因此如何提高置釘準(zhǔn)確率和預(yù)防錯(cuò)誤置釘具有重要意義。3D打印技術(shù)術(shù)前對實(shí)物模型椎弓根變異情況進(jìn)行掌握熟悉，測量出每個(gè)椎弓根的直徑，選用合適直徑的椎弓根螺釘，并術(shù)前設(shè)計(jì)理想釘?shù)?，測算出螺釘長度，內(nèi)傾角及頭傾角，術(shù)前模擬置釘過程，模仿術(shù)中置釘時(shí)存在的問題，使得手術(shù)得心應(yīng)手，為術(shù)中選用螺釘及置釘角度、方向提供指導(dǎo)，減少術(shù)中反復(fù)測量、X線透視而縮短手術(shù)時(shí)間，減少曝光次數(shù)，降低手術(shù)感染風(fēng)險(xiǎn)。通過比較術(shù)中實(shí)際使用的螺釘直徑、長度、置釘方向和角度與3D打印模型測量的數(shù)據(jù)結(jié)果，其數(shù)據(jù)雖有差異，但差異較小（P＞0.05），說明3D打印能夠很好的指導(dǎo)胸椎結(jié)核置釘，提高置釘?shù)臏?zhǔn)確率。本研究在3D打印模型的指導(dǎo)下共置入429枚螺釘，術(shù)后CT掃描圖片顯示螺釘位置與術(shù)前設(shè)計(jì)基本相同，螺釘均未穿破內(nèi)外側(cè)椎弓根皮質(zhì)，置釘準(zhǔn)確率為98.6%，說明3D打印技術(shù)提高了胸椎結(jié)核置釘安全性。通過3D打印模型的認(rèn)識，選擇了病椎間固定，縮短了固定節(jié)段，減少正常運(yùn)動單元的損害，治療個(gè)體化。

老年胸椎結(jié)核患者因活動量減少，免疫力低下，結(jié)核桿菌破骨能力旺盛，合并有糖尿病、高血壓、類風(fēng)濕等長期服藥導(dǎo)致體內(nèi)鈣磷代謝紊亂，女性絕經(jīng)后激素水平下降，出現(xiàn)骨質(zhì)疏松，普通的椎弓根螺釘對椎體松質(zhì)骨的把持力下降，易導(dǎo)致內(nèi)固定物松動、拔出，固定失效。特別是術(shù)中因置入角度和方向不佳，需多次調(diào)整螺釘置入軌跡，導(dǎo)致固定效果大打折扣。Polly等[19]研究指出，螺釘在首次正確置入時(shí)穩(wěn)定性最強(qiáng)，旋出后再次旋入，扭矩將下降34%。因此對胸椎結(jié)核骨質(zhì)疏松患者務(wù)必一次性置入，盡可能不要反復(fù)旋出旋入。然而因胸椎椎弓很解剖復(fù)雜，傳統(tǒng)置釘很難一次性正確置入，國內(nèi)外學(xué)者[20]通過骨水泥強(qiáng)化螺釘方式增加螺釘?shù)陌殉至θ〉靡欢ǒ熜?，但因骨水泥產(chǎn)生高熱、溢出、誤注，長期留置有一定毒性和致癌風(fēng)險(xiǎn)，難以取出，無骨生物相容性，長期負(fù)荷下可發(fā)生松動，導(dǎo)致骨吸收等不能適用于胸椎結(jié)核患者。3D打印技術(shù)通過術(shù)前設(shè)計(jì)置釘角度和方向，可一次性準(zhǔn)確安全置釘，較少需要調(diào)整，增加了螺釘在骨質(zhì)疏松患者椎體的穩(wěn)定性，同時(shí)無上述骨水泥不良情況發(fā)生。本研究中老年患者居多，因結(jié)核桿菌導(dǎo)致骨吸收增加，表現(xiàn)骨質(zhì)疏松，通過3D打印術(shù)前設(shè)計(jì)指導(dǎo)，術(shù)中均一次性置釘，術(shù)后CT掃描螺釘位置良好，術(shù)后隨訪結(jié)束未發(fā)現(xiàn)螺釘松動情況發(fā)生，效果滿意。

總之，基于3D打印胸椎結(jié)核椎體模型，通過術(shù)前反復(fù)研究3D實(shí)物模型，模擬手術(shù)，熟悉手術(shù)過程，指導(dǎo)臨床椎弓根螺釘置入，具有提高置釘準(zhǔn)確率、術(shù)時(shí)短、軟組織損傷小、術(shù)中透視少、術(shù)后并發(fā)癥少等個(gè)體化治療優(yōu)勢。

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