劉正蓬 王雅輝 明穎 張義龍 孫志杰 王建華 李哲 孫賀

承德醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院脊柱外科（河北承德067000）

胸腰椎脊柱骨折指的是外因?qū)е滦匮档姆€(wěn)定性和連續(xù)性受到破壞，是脊柱骨折的常見類型之一［1］。胸腰椎脊柱骨折患者的韌帶及關(guān)節(jié)囊受損，椎間盤被撕裂，重者臟器受損，腹腔大出血，如果不及時有效地治療，導(dǎo)致患者病死率升高［2］。臨床上常采用椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)進行治療，對于恢復(fù)傷椎高度及生理弧度具有重要意義，同時能夠穩(wěn)定骨塊，恢復(fù)解剖結(jié)構(gòu)［3-4］。但是常規(guī)的椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)容易導(dǎo)致置釘位置發(fā)生偏差，從而發(fā)生神經(jīng)損傷、腦脊液漏及內(nèi)固定失效等并發(fā)癥，不僅嚴重影響預(yù)后效果，而且增加患者的經(jīng)濟負擔(dān)［2，5］。雖然已經(jīng)有CT 導(dǎo)航在置釘過程中發(fā)揮重要作用，但是價值昂貴，給基層醫(yī)院的推廣及應(yīng)用帶來不小障礙，同時使用過程中產(chǎn)生的輻射也會影響患者的健康，常規(guī)的影像學(xué)技術(shù)提供的數(shù)據(jù)多為平面、靜態(tài)，術(shù)前規(guī)劃要求施術(shù)者具有較強的空間想象力，而且手術(shù)過程中需要不斷對比影像資料來設(shè)計，延長手術(shù)時間，增加術(shù)中出血量［1］。3D 打印技術(shù)依托于影像學(xué)數(shù)據(jù)，通過計算機打印出精準化、個體化手術(shù)輔助置釘工具，并且與脊柱特異嵌合來達到治療目的，另外安全性和準確性均較高，操作方便，經(jīng)濟性高，近年來，隨著3D 打印技術(shù)在骨科手術(shù)方面的飛速發(fā)展，逐漸應(yīng)用于外科手術(shù)中［2，6］。本研究的主要特點為3D打印技術(shù)在高分辨率CT 的輔助下精確還原骨骼的三維形態(tài)，再現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)，精細化處理手術(shù)。2016年2月至2017年9月，我科采用3D 打印的椎弓根螺釘置釘技術(shù)治療56 例胸腰段脊柱骨折患者，療效滿意，報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料接受3D 打印的椎弓根螺釘置釘技術(shù)治療的56 例胸腰段脊柱骨折患者為觀察組，另外選擇同期我科收治的胸腰段脊柱骨折患者56 例，作為對照組，采用常規(guī)方法置釘。納入標準：（1）經(jīng)CT、X 線及MRI 等確診為單純閉合性胸腰椎骨折；（2）符合椎弓根螺釘置釘內(nèi)固定術(shù)的適應(yīng)證；（3）均為新鮮骨折；（4）患者的各項臨床資料完整，且臨床依從性高；（5）將患者及其家屬同意，并簽署治療知情同意書。排除標準：（1）合并惡性腫瘤；（2）合并心腦血管疾病患者；（3）合并其他位置骨折；（4）凝血功能障礙患者。觀察組 中 男36 例，女20 例；年 齡40 ～58 歲，平 均（46.63 ± 3.09）歲；受傷至手術(shù)時間2 ～6 d，平均（3.96 ± 0.67）d；致傷原因：車禍傷14 例，重物砸傷16 例，高處墜落傷17 例，摔傷9 例；骨折部位：T1112 例，T1215 例，L19 例，L210 例，L310 例。對照組中男35 例，女21 例；年齡40 ～60 歲，平均（46.78 ± 3.15）歲；受傷至手術(shù)時間2～7 d，平均（3.87±0.73）d；致傷原因：車禍傷15 例，重物砸傷15 例，高處墜落傷16 例，摔傷10 例；骨折部位：T1111 例，T1214 例，L110 例，L210 例，L311 例。兩組患者的性別、年齡、致傷原因、骨折部位之間的差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P ＞0.05），具有可比性。研究通過我院醫(yī)學(xué)倫理委員會審核。

1.2 手術(shù)方法

1.2.1 采集數(shù)據(jù)及處理圖像觀察組患者術(shù)前進行高分辨率CT 及X 線檢查，掃描層厚為5.00 mm，矩陣512×512，掃描結(jié)束后重建骨窗和軟組織窗，厚度為1 mm，掃描結(jié)果的數(shù)據(jù)以。Dicom 格式存儲。將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics17.0 中，通過閾值分割和區(qū)域增長的功能，得出胸腰椎三維模型，以.STL 格式輸出。

1.2.2 3D 模型打印及手術(shù)規(guī)劃應(yīng)用Maker Bot Desktop 軟件，導(dǎo)入1.2.1 中采集的.STL 文件，顯示出胸腰椎的三維模型，調(diào)整模型的空間位置，落在平臺的合適位置，層厚為0.1 mm，溫度設(shè)置為230 ℃，添加支撐和平臺，生成.X3g 文件，儲存于SD 卡中。然后將SD 卡插入3D 打印機中打印其中的.X3g 文件，采用HY-500 FDM 專業(yè)級3D 三維打印機，輔以PLA 材料，通過熔融沉積制造技術(shù)逐層加工1∶1 的胸腰椎模型。

1.2.3 手術(shù)方法所有患者的手術(shù)均由同一位醫(yī)生完成，患者取俯臥位于脊柱手術(shù)床，根據(jù)脊柱弧度調(diào)節(jié)俯臥位，同時懸空腹部，減少手術(shù)中出血量，采用全麻，后正中切口為脊柱傷椎椎體中心，逐層分離皮下肌肉至脊柱椎體，輕微分離椎旁組織及神經(jīng)血管，觀察組患者按照術(shù)前設(shè)計的進釘點和方向置釘。對照組患者根據(jù)上下關(guān)節(jié)突殘留的關(guān)節(jié)間隙，胸椎采用Roy-Camille 法進釘，腰椎采用人字嵴頂點法進釘。在傷椎上下固定2 ～3 個椎體，在C 型臂X 線機確定椎弓根螺釘位置良好，然后安裝釘尾，保證傷椎椎體撐開后緊密連接螺帽。固定完成后，再次使用C 型臂X 線機確定傷椎復(fù)位良好。手術(shù)結(jié)束后沖洗切口，安防引流管，逐層縫合切口。

1.3 術(shù)后處理術(shù)后常規(guī)應(yīng)用抗生素預(yù)防感染，密切關(guān)注術(shù)后引流量，48 h 后拔出引流管，觀察切口恢復(fù)情況，臥床休息4 周后佩戴護具下地進行康復(fù)訓(xùn)練，帶腰圍護具3 個月，術(shù)后常規(guī)X 射線確定螺釘無松動、愈合情況良好即可除去腰圍護具。

1.4 觀察指標（1）記錄兩組患者手術(shù)相關(guān)指標：手術(shù)時間、術(shù)中X 線透視次數(shù)、術(shù)中出血量、置釘準確率。（2）分別于術(shù)前（T0）和術(shù)后1（T1）、6（T2）、12 個月（T3）按照日本骨科協(xié)會評估治療分數(shù)（Japanese Orthopaedic Association Scores，JOA）［6］評估腰椎狀態(tài)，總分為29 分，優(yōu)：25 ～29 分；良：16～24 分；中：10 ～15 分；差：＜10 分。（3）分別于T0和T2評估患者傷椎復(fù)位情況，包括傷椎前后緣高度比和矢狀位后凸Cobb 角。（4）另外進行為期1年的隨訪，觀察患者并發(fā)癥情況。

1.5 統(tǒng)計學(xué)方法應(yīng)用SPSS 2.0 軟件統(tǒng)計分析研究中的數(shù)據(jù)，手術(shù)相關(guān)指標、JOA 評分、傷椎復(fù)位指標用平均數(shù)±標準差（±s）表示，符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)組間比較采用t 檢驗，不符合正態(tài)分布數(shù)據(jù)比較采用Mann-Whitney 秩和檢驗；并發(fā)癥發(fā)生情況用百分數(shù)（%）表示，組間比較采用χ2檢驗。檢驗標準設(shè)置為P ＜0.05。

2 結(jié)果

2.1 對比兩組患者手術(shù)相關(guān)指標觀察組患者的手術(shù)時間、術(shù)中X 線透視次數(shù)和術(shù)中出血量均明顯低于對照組，而置釘準確率顯著高于對照組，且差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義（P ＜0.05）。見表1。

表1 對比兩組患者手術(shù)相關(guān)指標Tab.1 Comparison of surgical indicators between the two groups ±s

表1 對比兩組患者手術(shù)相關(guān)指標Tab.1 Comparison of surgical indicators between the two groups ±s

組別對照組觀察組t/χ2值P 值例數(shù)56 56手術(shù)時間（min）115.37±10.62 90.15±9.21-13.426 0.000術(shù)中X 線透視次數(shù)（次）16.03±4.12 11.17±3.03-7.111 0.000術(shù)中出血量（mL）140.52±12.16 93.86±10.07-22.116 0.000置釘準確率70.29%（97/138）90.71%（127/140）18.523 0.000

2.2 比較不同時間點JOA 評分兩組患者T0時JOA 評分之間的差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P ＞0.05）。與T0相 比，兩組患者T1、T2及T3時JOA 評分均明顯升高，同時觀察組患者術(shù)后各時間點JOA 評分均顯著高于對照組，且差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義（P ＜0.05）。見表2。

表2 比較不同時間點JOA 評分Tab.2 Compares JOA scores at different time points ±s

表2 比較不同時間點JOA 評分Tab.2 Compares JOA scores at different time points ±s

組別對照組觀察組t 值P 值例數(shù)56 56 T0 T1 T2 T3 13.31±2.25 13.27±2.16 0.096 0.924 17.12±3.13 20.08±3.78-4.513 0.000 19.65±3.83 24.02±4.17-5.776 0.000 21.33±3.09 25.12±3.14-6.438 0.000

2.3 比較兩組患者治療前后傷椎復(fù)位情況兩組患者T0時傷椎前后緣高度比和矢狀位后凸Cobb角之間的差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P ＞0.05）。兩組患者T2時傷椎前后緣高度比明顯高于T0，而T2時矢狀位后凸Cobb 角顯著低于T0，同時觀察組患者T2時傷椎復(fù)位情況明顯優(yōu)于對照組，且差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義（P ＜0.05）。見表3。

2.4 對比兩組患者并發(fā)癥情況對照組并發(fā)癥發(fā)生率為16.07%（9/56），明顯高于觀察組的3.57%（2/56），差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P ＜0.05）。見表4。

2.5 典型病例患者男，35 歲，因車禍導(dǎo)致T12節(jié)段胸腰椎椎體骨折，在我院行計算機輔助設(shè)計及3D 打印技術(shù)輔助胸腰椎骨折椎弓根螺釘植入術(shù)，術(shù)后無并發(fā)癥出現(xiàn)，術(shù)后置釘準確率為92%，術(shù)后隨訪1年，傷椎前后高度比恢復(fù)到94%，螺釘固定好，脊柱生理彎曲正常。見圖1。

表3 比較兩組患者治療前后傷椎復(fù)位情況Tab.3 Comparison of injured vertebral reduction before and after treatment between the two groups ±s

表3 比較兩組患者治療前后傷椎復(fù)位情況Tab.3 Comparison of injured vertebral reduction before and after treatment between the two groups ±s

注：與對照組相比，*P ＜0.05

組別對照組（n=56）t 值P 值觀察組（n=56）t 值P 值T0 T2 T0 T2 43.56±6.58 72.17±9.53 18.487 0.000 43.62±6.59 90.78±10.83*27.838 0.000 25.01±4.17 12.55±3.12-17.904 0.000 25.03±4.26 9.02±2.67*-23.830 0.000時間點 傷椎前后緣高度比（%）矢狀位后凸Cobb 角（°）

表4 對比兩組患者并發(fā)癥情況Tab.4 Comparison of complications between the two groups例（%）

3 討論

表1 術(shù)前、術(shù)后患者骨折影像學(xué)檢查Fig.1 Imageological diagnosis of fracture before and after operation

椎弓根螺釘置入術(shù)常用于治療胸腰椎骨折，有效矯正畸形的胸腰椎，恢復(fù)傷椎的穩(wěn)定性，最大限度地保留運動節(jié)段［2］，椎弓根螺釘置入術(shù)通過關(guān)節(jié)突、人字脊和橫突根等解剖標志選擇入釘點，通過C 型臂X 線機確定位置，最終置入螺釘固定傷椎，保證其旋轉(zhuǎn)功能，如果不能正確置入螺釘，可能會導(dǎo)致螺釘擊穿椎體前方，損傷臟器，產(chǎn)生術(shù)后并發(fā)癥，因此如果能夠精準確定螺釘?shù)闹萌朦c和角度，對于提高手術(shù)療效具有重要意義［1，7-9］。3D 打印技術(shù)提前規(guī)劃手術(shù)方案，打印精準的1∶1骨骼模型，不僅可以提供清晰的傷椎骨骼情況，提高診斷準確率，而且為患者提供針對性的置釘方案，提高手術(shù)療效和置釘準確率［6，10］，另外，3D 打印技術(shù)模擬的立體化模型將脊柱更加形象地展示在患者及醫(yī)生面前，便于向患者解釋，同時提高醫(yī)生手術(shù)的效率［1，11］。

3D 打印技術(shù)又稱為快速成型技術(shù)，在CT、MRI 等高精度影像的輔助下，采用金屬或塑料粉末將三維數(shù)字模型打印成實物［11］。漆啟華等［12］利用3D 輔助打印技術(shù)治療復(fù)雜髖臼骨折的手術(shù)創(chuàng)傷小，術(shù)后復(fù)位效果好，近期療效滿意。同時危小東等［13］通過3D 打印技術(shù)在復(fù)雜肱骨近端骨折中的療效顯著，關(guān)節(jié)Neer 評分較好。研究結(jié)果中，相對于傳統(tǒng)的椎弓根螺釘置釘術(shù)，在3D 打印技術(shù)輔助下，患者的手術(shù)時間、術(shù)中X 線透視次數(shù)、術(shù)中出血量及置釘準確率明顯改善，這與國內(nèi)外研究結(jié)果基本一致［2，6］，提示基于3D 打印技術(shù)的椎弓根螺釘技術(shù)能夠有效改善胸腰段骨折患者的臨床效果。3D 打印技術(shù)術(shù)前初步獲得螺釘?shù)闹睆?、長度及進釘方向，減少術(shù)中過度分離組織，降低手術(shù)中出血量，減少手術(shù)時間［6］，同時3D 打印技術(shù)制造出來的實物模型在手術(shù)過程中實時對比，提高施術(shù)者的可操作性，減少X 線透視次數(shù)等臨床相關(guān)指標［14-15］，另外3D 打印技術(shù)操作簡單，不需要在特殊設(shè)備的輔助下進行術(shù)前模擬，提高置釘準確率［6］。同時觀察組患者術(shù)后各時間點JOA 評分和傷椎復(fù)位情況均顯著優(yōu)于術(shù)前和對照組，表明3D 打印技術(shù)對于傷椎的輔助治療作用突出。3D打印技術(shù)從維結(jié)構(gòu)立體化觀察傷椎情況，不僅對于選擇正確的手術(shù)方式及手術(shù)范圍具有重要作用，而且術(shù)前進行推演，預(yù)估術(shù)中的難點及要點，降低手術(shù)的風(fēng)險［4］，并且能夠任意旋轉(zhuǎn)化及透明化骨骼模型，避免其他結(jié)構(gòu)影響觀察，或者是單獨選擇某一節(jié)段脊柱進行針對性的觀察［16］，打印出來的脊柱實物模型清晰顯示傷椎形態(tài)，有助于施術(shù)者正確理解椎體的解剖形態(tài)，精準分析病情，提高病情診斷率，并且制定個性化手術(shù)方案，從而有利于傷椎的復(fù)位［6］。另外，觀察組并發(fā)癥發(fā)生率明顯低于對照組，說明增加3D 打印技術(shù)能夠有效改善椎弓根螺釘置釘術(shù)治療胸腰段脊柱骨折患者的安全性。筆者推測這可能是由于觀察組患者在3D技術(shù)的輔助下能夠預(yù)先設(shè)計好螺釘?shù)呐帕小⒔嵌?，同時手術(shù)過程匯總只需要顯露模塊周圍的組織，肌肉剝離更少，損傷程度小。目前3D 打印多采用聚乳酸材料，在打印出的骨骼模型上置入螺釘時易導(dǎo)致其破裂，影響手術(shù)效果，但是臨床醫(yī)生相信隨著3D 打印技術(shù)的成熟及材料的突破，會提高3D打印技術(shù)在脊柱外科領(lǐng)域的應(yīng)用范圍［4］。

綜上所述，3D 打印技術(shù)提供精準的術(shù)前計劃，提高椎弓根螺釘置入術(shù)治療胸腰段脊柱骨折的手術(shù)效果，減少并發(fā)癥，對于脊柱外科手術(shù)的診斷及治療方面作用會更加突出。