吳信 尚顯文 張皓 葉川 寧旭 楊龍 楊丹 袁代柱 李鐘輝

貴州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院骨科（貴陽(yáng) 550001）

脊柱手術(shù)解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鄰近重要血管、神經(jīng)、脊髓，椎管內(nèi)外和不同節(jié)段的手術(shù)難度不盡相同，特別是顱頸交界區(qū)、頸胸椎及胸腰椎移行區(qū)、骶尾部等，這些部位的力線改變及解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，手術(shù)難度和風(fēng)險(xiǎn)較大，手術(shù)往往需要多學(xué)科協(xié)作（multi-disciplinary treatment，MDT）[1-2]。傳統(tǒng)的脊柱腫瘤手術(shù)依靠X線、CT及MRI等術(shù)前影像資料，要求手術(shù)醫(yī)生具有豐富的經(jīng)驗(yàn)及空間想象能力，對(duì)外科醫(yī)生臨床素養(yǎng)和經(jīng)驗(yàn)要求極高。脊柱腫瘤手術(shù)成功的關(guān)鍵在于術(shù)前周密的規(guī)劃、術(shù)中準(zhǔn)確、徹底切除腫瘤以及重建術(shù)后脊柱的穩(wěn)定性[3]。隨著3D打印及導(dǎo)板技術(shù)的推廣，使脊柱腫瘤手術(shù)進(jìn)入精準(zhǔn)化、個(gè)性化時(shí)代，可明顯縮短手術(shù)時(shí)間、減少出血，手術(shù)安全有效[4]。本研究旨在探討多學(xué)科協(xié)作模式下，基于3D打印及導(dǎo)板技術(shù)輔助脊柱腫瘤精準(zhǔn)切除及準(zhǔn)確置釘?shù)陌踩约翱尚行?，為脊柱腫瘤的精細(xì)化、個(gè)性化治療提供依據(jù)。納入2016年6月至2018年12月，貴州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院骨科聯(lián)合本院神經(jīng)外科、血管外科、胸外科、普外科、麻醉科、介入科、腫瘤內(nèi)科、ICU等多學(xué)科共同診治的36例脊柱腫瘤患者，對(duì)照組18例常規(guī)參照影像學(xué)資料制定手術(shù)方案，觀察組18例患者術(shù)前應(yīng)用3D打印脊柱腫瘤實(shí)體模型及置釘導(dǎo)板，制定精準(zhǔn)化、個(gè)性化的手術(shù)方案，手術(shù)效果均滿意。觀察組手術(shù)時(shí)間、術(shù)中透視次數(shù)、出血量、置釘準(zhǔn)確率明顯優(yōu)于對(duì)照組，術(shù)后隨訪6～12個(gè)月均獲得滿意療效，現(xiàn)報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料選取具有明確手術(shù)指征的脊柱腫瘤患者36例，其中男17例，女19例；年齡：18～76歲，平均（43.6±2.5）歲；神經(jīng)鞘瘤9例，骨轉(zhuǎn)移瘤6例，脊膜瘤6例，多發(fā)性骨髓瘤4例，神經(jīng)纖維瘤4例，骨巨細(xì)胞3例，脊索瘤2例，血管周細(xì)胞瘤1例，侵襲性血管瘤1例；從發(fā)病部位分：頸部4例，頸胸交界3例，胸中部9例，胸腰交界4例，腰部11例，骶尾部5例?；颊咝g(shù)前診斷脊柱腫瘤，術(shù)后病理結(jié)果證實(shí)。36例患者采用隨機(jī)數(shù)表法分為兩組，觀察組18例經(jīng)多學(xué)科協(xié)作制定手術(shù)方案，均在術(shù)前行薄層CT、CTA及MRI檢查，個(gè)性化制作3D打印脊柱模型及置釘導(dǎo)板；對(duì)照組18例根據(jù)常規(guī)影像資料制定手術(shù)方案。兩組患者的平均年齡和性別差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。入組的所有患者均知情同意，自愿參與試驗(yàn)，且獲得醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

1.2 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）患者診斷明確，有手術(shù)指征，無(wú)手術(shù)禁忌癥，知情同意，愿意參加臨床試驗(yàn)；（2）術(shù)前行薄層CT、CTA及MRI檢查，制作3D打印模型及導(dǎo)板；（3）均行脊柱腫瘤病灶切除術(shù)，術(shù)后隨訪6個(gè)月以上。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）有手術(shù)禁忌癥者；（2）拒絕接受臨床試驗(yàn)者；（3）術(shù)后隨訪流失者。

1.3 3D打印模型及導(dǎo)板的準(zhǔn)備觀察組所有病例均行脊柱病灶術(shù)區(qū)薄層CT、CTA、MRI平掃+增強(qiáng)檢查，CT層厚1 mm，MRI為1.5 mm，將Dicom格式的文件導(dǎo)入Mimics 17.0軟件（Materialise公司，比利時(shí)），經(jīng)計(jì)算獲得3D模型，通過(guò)圖像融合技術(shù)進(jìn)行三維重建，目標(biāo)區(qū)域包含腫瘤、骨骼、神經(jīng)、血管等多種組織，將計(jì)算好的STL格式脊柱模型，采用不同顏色多分割蒙版創(chuàng)建模型，通過(guò)修復(fù)重建骨骼及血管、神經(jīng)，完成3D模型的配準(zhǔn)，輸出至熔融沉積型3D打印機(jī)，以聚乳酸塑料作為打印原材料，制作出1∶1大小的脊柱腫瘤實(shí)體模型，經(jīng)過(guò)粉刷上色處理后得到最終的3D脊柱實(shí)體模型（圖1）。脊柱椎體模型標(biāo)定最佳置釘點(diǎn)及進(jìn)針導(dǎo)管，將脊柱椎體模型及置釘通道數(shù)據(jù)導(dǎo)入3-matic 9.0逆向工程軟件（Materialise公司，比利時(shí)），以擬置釘椎體后部的解剖學(xué)形態(tài)建立反向模板，并將進(jìn)針導(dǎo)管與反向模板相結(jié)合獲得個(gè)性化進(jìn)針導(dǎo)板，將脊柱模型及導(dǎo)板文件導(dǎo)入3D打印機(jī)，以光敏樹脂為原材料打印置釘導(dǎo)板，體外驗(yàn)證導(dǎo)板與椎體后部骨性結(jié)構(gòu)完整貼合且穩(wěn)定，以低溫等離子消毒導(dǎo)板術(shù)中備用（圖2、3）。

1.4 設(shè)計(jì)手術(shù)方案及模擬手術(shù)根據(jù)脊柱不同節(jié)段腫瘤所累積的重要臟器，需要多學(xué)科協(xié)作共同制定圍手術(shù)期治療措施及個(gè)性化手術(shù)方案。聯(lián)合3D打印模型清晰顯示術(shù)區(qū)空間解剖結(jié)構(gòu)，精準(zhǔn)定位腫瘤位置、大小及周圍組織結(jié)構(gòu)，明確腫瘤形態(tài)及準(zhǔn)確界定切除范圍，以便定制手術(shù)方案及醫(yī)患溝通；同時(shí)應(yīng)用3D導(dǎo)板輔助準(zhǔn)確置釘，模擬進(jìn)釘角度和深度，選擇合適的螺釘種類、直徑，植入螺釘。手術(shù)過(guò)程中根據(jù)具體情況調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤組織精確、完整的切除，避開重要血管、神經(jīng)及臟器，保障脊柱腫瘤手術(shù)的安全性。

1.5 手術(shù)方法根據(jù)腫瘤位置選擇合適手術(shù)入路，術(shù)前明確解剖結(jié)構(gòu)，腫瘤血供豐富者于介入科行腫瘤供血?jiǎng)用}介入栓塞；顱頸交界區(qū)的腫瘤，需與神經(jīng)外科共同協(xié)作；胸腔縱隔及主動(dòng)脈的腫瘤，需與胸心外科、血管外科等共同協(xié)作；骶尾部累及直腸的腫瘤，術(shù)前與普外科共同協(xié)作；對(duì)于手術(shù)創(chuàng)傷大，術(shù)中麻醉風(fēng)險(xiǎn)高，術(shù)后生命征不平穩(wěn)，術(shù)后需放化療的患者，術(shù)前與麻醉科、ICU、腫瘤內(nèi)科等多學(xué)科協(xié)作制定手術(shù)方案。通過(guò)多學(xué)科協(xié)作模式，發(fā)揮各專科之所長(zhǎng)，聯(lián)合各科專家進(jìn)行病例討論，有效避免某一科室醫(yī)生對(duì)其他科室專業(yè)知識(shí)認(rèn)識(shí)不足造成的局限性。以患者為中心，針對(duì)特定病例進(jìn)行全面整體分析，為患者確定最佳的個(gè)性化診療方案，共同確保圍手術(shù)期的安全。聯(lián)合3D打印技術(shù)，術(shù)前根據(jù)模型模擬手術(shù)，術(shù)中參照3D打印模型精準(zhǔn)切除腫瘤，避免損傷瘤體周圍重要組織；術(shù)中準(zhǔn)確放置導(dǎo)板，根據(jù)導(dǎo)板設(shè)計(jì)的預(yù)進(jìn)釘點(diǎn)及角度在椎體相應(yīng)的部位置入椎弓根螺釘，重建脊柱穩(wěn)定性，術(shù)中置釘完成后予G臂透視，評(píng)估置釘位置（圖3）。

圖1 脊柱腫瘤影像學(xué)檢查及對(duì)應(yīng)3D打印模型示意圖Fig.1 Imaging examination of spinal tumor and schematic diagram of corresponding 3D printing model

圖2 頸椎腫瘤影像學(xué)檢查及導(dǎo)板示意圖Fig.2 Imaging examination and navigation model of cervical spine tumor

圖3 頸椎腫瘤3D打印模型及導(dǎo)板輔助置釘Fig.3 3D printing model of cervical spine tumor and navigation template assisted pedicle screw placement

1.6 評(píng)價(jià)置釘準(zhǔn)確率兩組患者術(shù)后均復(fù)查脊柱正側(cè)位X片、薄層CT+三維重建。根據(jù)CT評(píng)價(jià)螺釘與椎弓根的情況，根據(jù) KAWAGUCHI等[7]和 LU等[8]提出的方法來(lái)評(píng)價(jià)置釘準(zhǔn)確率，見表1。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，將0級(jí)置釘情況定義為準(zhǔn)確置釘，并計(jì)算置釘準(zhǔn)確率，記錄是否引起神經(jīng)、血管及脊髓損傷。

表1 置釘準(zhǔn)確情況分類標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Classfication standard for accruate localization of pedicle screw placement

1.7 術(shù)后隨訪及功能評(píng)估術(shù)后分別于第1、3、6個(gè)月門診隨訪，以后每3個(gè)月隨訪一次，隨訪評(píng)估時(shí)間直至術(shù)后12個(gè)月。隨訪行VAS評(píng)分，神經(jīng)查體及運(yùn)動(dòng)功能檢查，進(jìn)行X片、CT、MRI檢查。轉(zhuǎn)移性腫瘤患者術(shù)后24個(gè)月內(nèi)每6個(gè)月行一次胸部CT檢查，隨后每6個(gè)月評(píng)價(jià)一次腫瘤轉(zhuǎn)移情況。

1.8 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量資料以（±s）表示，計(jì)數(shù)資料用χ2檢驗(yàn)；手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量及透視次數(shù)為計(jì)量資料，兩組差異比較采用t檢驗(yàn)，置釘準(zhǔn)確率為計(jì)數(shù)資料，采用χ2檢驗(yàn)。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 基本資料對(duì)比兩組患者基本情況對(duì)比，見表2，均隨訪6～12個(gè)月，未出現(xiàn)遺漏。

表2 兩組患者基本情況比較Tab.2 Comparison of basic conditions of patients in both groups

2.2 觀察指標(biāo)兩組手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、透視次數(shù)、術(shù)后置釘準(zhǔn)確率進(jìn)行比較。觀察組置釘96枚，其中0級(jí)95個(gè)，1個(gè)1級(jí)，無(wú)2、3級(jí)；對(duì)照組置釘92枚，其中0級(jí)84個(gè)，5個(gè)1級(jí)，3個(gè)2級(jí)，無(wú)3級(jí)，見表3。觀察組手術(shù)時(shí)間、出血量、透視次數(shù)、置釘準(zhǔn)確率均優(yōu)于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。兩組置釘均未引起神經(jīng)、血管及內(nèi)臟損傷。

表3 兩組患者手術(shù)時(shí)間、透視次數(shù)及出血量比較Tab.3 Comparison of operation time，fluoroscopy times and blood loss of patients in both groups ±s

表3 兩組患者手術(shù)時(shí)間、透視次數(shù)及出血量比較Tab.3 Comparison of operation time，fluoroscopy times and blood loss of patients in both groups ±s

組別觀察組對(duì)照組χ2/t值P值置釘數(shù)96 92手術(shù)時(shí)間（min）138.76±22.53 187.62±23.65 5.216＜0.05透視次數(shù)（次）3.65±1.32 8.27±1.45 11.523＜0.05術(shù)中出血量（mL）616.73±52.64 823.86±63.51 3.475＜0.05置釘準(zhǔn)確率（%）98.95 91.30 2.732＜0.05

2.3 術(shù)后隨訪結(jié)果術(shù)后分別于第1、3、6個(gè)月門診隨訪，以后每3個(gè)月隨訪一次，其中第6、12個(gè)月隨訪行VAS評(píng)分，見表4。兩組術(shù)前VAS評(píng)分比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），兩組術(shù)后6、12個(gè)月VAS評(píng)分均較術(shù)前顯著降低（P＜0.05），觀察組術(shù)后VAS評(píng)分顯著低于對(duì)照組（P＜0.05）。

表4 兩組患者VAS評(píng)分比較Tab.4 Comparison of VAS scores between two groups ±s

表4 兩組患者VAS評(píng)分比較Tab.4 Comparison of VAS scores between two groups ±s

注：與同組術(shù)前比較，*P＜0.05；與對(duì)照組同時(shí)間點(diǎn)比較，△P＜0.05

組別觀察組對(duì)照組t值P值VAS評(píng)分（分）術(shù)前7.32±1.27 7.38±1.32 0.721＞0.05術(shù)后6個(gè)月2.23±1.21*△2.68±1.34*2.347＜0.05術(shù)后12個(gè)月1.33±1.06*△1.63±1.15*2.862＜0.05

3 討論

脊柱解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同脊柱節(jié)段的腫瘤處理難度亦不相同，特別是枕頸處、上頸椎、頸胸及胸腰椎交界區(qū)、骶骨等，這些部位解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜及力線改變，手術(shù)難度和風(fēng)險(xiǎn)較大，手術(shù)常常需要多學(xué)科協(xié)作完成。由于脊柱腫瘤瘤體容易壓迫及侵蝕鄰近部位神經(jīng)、脊髓和重要臟器，出現(xiàn)疼痛、麻木、癱瘓等癥狀；腫瘤侵蝕椎體，破壞脊柱穩(wěn)定性；同時(shí)，因瘤體周圍血供豐富造成手術(shù)難度大、耗時(shí)長(zhǎng)、出血多等，這些都可能增加術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率[9-11]。術(shù)中盡量減少正常椎體結(jié)構(gòu)破壞的情況下完整、精準(zhǔn)地切除腫瘤，準(zhǔn)確置釘重建脊柱穩(wěn)定性，是預(yù)防腫瘤局部復(fù)發(fā)、改善患者生存質(zhì)量及提高生存率的關(guān)鍵。

建立MDT團(tuán)隊(duì)，發(fā)揮多學(xué)科協(xié)作診療模式優(yōu)勢(shì)，術(shù)前共同探討圍手術(shù)期的治療方案。例如：腫瘤血供豐富的患者術(shù)前介入科行選擇性動(dòng)脈栓塞；胸腔臟器、主動(dòng)脈及縱隔的腫瘤需要心胸外科、血管外科同臺(tái)手術(shù)；累及直腸肛管的腫瘤需肛腸外科同臺(tái)手術(shù)；術(shù)后腫瘤內(nèi)科的后續(xù)放化療；根據(jù)外科快速康復(fù)（ERAS）理念，圍手術(shù)期的營(yíng)養(yǎng)管理，疼痛科及麻醉科的多模式鎮(zhèn)痛，康復(fù)科的術(shù)后功能鍛煉等。3D打印技術(shù)應(yīng)用于多學(xué)科協(xié)作模式下輔助完成復(fù)雜的脊柱腫瘤手術(shù)，既發(fā)揮了多學(xué)科協(xié)作模式的整體觀、個(gè)性化手術(shù)方案的優(yōu)越性及安全性，又能發(fā)揮3D打印技術(shù)在術(shù)中精準(zhǔn)、完整的切除腫瘤，有效縮短手術(shù)時(shí)間，減少出血量，提升腫瘤切除術(shù)的安全性，提高置釘準(zhǔn)確率。聯(lián)合3D打印技術(shù)，重建脊柱腫瘤及周圍重要組織模型，使術(shù)者清晰、直觀的掌握腫瘤與周圍組織的解剖形態(tài)，輔助腫瘤組織精準(zhǔn)、完整的切除，尤其對(duì)于解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜的脊柱腫瘤具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，應(yīng)用逆向工程軟件個(gè)性化打印3D導(dǎo)板輔助置釘，避開重要血管、神經(jīng)、脊髓等重要組織，保障置釘?shù)陌踩?，尤其?duì)于頸胸椎的手術(shù)置釘準(zhǔn)確率優(yōu)勢(shì)更為明顯，然而腰骶椎脊柱腫瘤的手術(shù)，應(yīng)用3D打印技術(shù)主要是指導(dǎo)腫瘤的精準(zhǔn)切除及避免瘤體周圍重要解剖結(jié)構(gòu)的損傷。因此，3D打印技術(shù)聯(lián)合多學(xué)科協(xié)作，為復(fù)雜的脊柱腫瘤手術(shù)提供了安全保障，設(shè)計(jì)更加全面而準(zhǔn)確、個(gè)性化的手術(shù)方案，保障圍手術(shù)期的安全性，現(xiàn)已成為脊柱腫瘤外科手術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)[12-14]。

本研究通過(guò)多學(xué)科協(xié)作共同制定圍手術(shù)期治療方案，術(shù)前根據(jù)3D打印模型進(jìn)行手術(shù)演練及直觀的醫(yī)患溝通，保障了脊柱腫瘤手術(shù)的安全性。3D打印快速成型及逆向工程技術(shù)，制作出三維立體直觀的個(gè)體化脊柱實(shí)體模型及椎弓根螺釘導(dǎo)航模板，明顯縮短了手術(shù)時(shí)間、減少手術(shù)出血量及術(shù)中透視次數(shù)，減少對(duì)血管、神經(jīng)、脊髓損傷的風(fēng)險(xiǎn)，增加置釘準(zhǔn)確率，保證手術(shù)的安全性和精準(zhǔn)性。3D打印技術(shù)在骨科手術(shù)應(yīng)用中顯示出無(wú)與倫比的應(yīng)用前景，隨著影像數(shù)據(jù)采集的組織分辨率逐步提高，3D建模中失真率逐漸下降，3D打印的精度明顯改善，導(dǎo)板設(shè)計(jì)中既能夠滿足最穩(wěn)定的導(dǎo)航定位，又能夠減少對(duì)椎板、棘突等軟組織的剝離，3D打印的模型及導(dǎo)板將會(huì)更符合實(shí)際需求[15-17]。本研究通過(guò)多學(xué)科協(xié)作模式中應(yīng)用3D打印脊柱腫瘤實(shí)體模型及椎弓根置釘導(dǎo)板技術(shù)的研究，多學(xué)科討論定制個(gè)性化、全面整體的手術(shù)方案，保障了圍手術(shù)期的安全性、有效性，展現(xiàn)了多學(xué)科協(xié)作診療的現(xiàn)代醫(yī)學(xué)模式的優(yōu)越性；同時(shí)證實(shí)了數(shù)字化、精準(zhǔn)化、個(gè)性化設(shè)計(jì)的3D打印脊柱模型及椎弓根螺釘導(dǎo)板，能夠提高脊柱腫瘤的切除率及術(shù)中置釘?shù)木_性。除此之外，3D打印技術(shù)已在眾多醫(yī)學(xué)領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，比如醫(yī)學(xué)教育、定制內(nèi)置物、假體及生物打印等[18-19]。

應(yīng)用3D打印制備實(shí)體模型及導(dǎo)板也存在一定局限性。首先，個(gè)體化精細(xì)的3D打印模型及導(dǎo)板對(duì)于影像數(shù)據(jù)資料要求較高，醫(yī)院應(yīng)配備高分辨率影像設(shè)備；其次，3D打印模型及導(dǎo)板的設(shè)計(jì)和制作需要一段時(shí)間，不實(shí)用于急診手術(shù)；再者，模型及導(dǎo)板的設(shè)計(jì)及制作過(guò)程需掌握相應(yīng)的軟件及設(shè)備，制作過(guò)程復(fù)雜，推廣難度大；另外，3D打印設(shè)計(jì)及制作過(guò)程中存在難免的誤差環(huán)節(jié)，比如3D模型重建可能出現(xiàn)誤差，打印機(jī)的精度不高產(chǎn)生的誤差等，這些誤差均能影響模型的精確性和導(dǎo)板置釘?shù)臏?zhǔn)確性。同時(shí)，本研究存在病例數(shù)少、隨訪時(shí)間短等局限性，有待進(jìn)一步前瞻性隨機(jī)對(duì)照研究，需進(jìn)一步對(duì)相同部位及節(jié)段脊柱腫瘤手術(shù)時(shí)間、出血量的成組對(duì)照的統(tǒng)計(jì)分析，缺乏大樣本病例，需進(jìn)一步分析對(duì)比模擬與實(shí)際置釘?shù)呐錅?zhǔn)相關(guān)性，以證實(shí)本研究的優(yōu)勢(shì)及臨床推廣意義。