白云松 張學(xué)軍 曹 雋 祁新禹 郭 東 李 浩

先天性脊柱側(cè)凸是一組由椎體發(fā)育異常引起的脊柱畸形，由于脊柱椎體解剖結(jié)構(gòu)異常，難以發(fā)揮正常的支撐及運(yùn)動(dòng)等功能，嚴(yán)重降低患兒的生存質(zhì)量［1］。 由于先天性脊柱側(cè)凸病情多呈進(jìn)行性加重，故常需給予手術(shù)治療。 椎弓根螺釘固定具有三維固定牢靠、矯形力量大等優(yōu)勢(shì)，為當(dāng)前矯正脊柱側(cè)凸的常用方法［2］。 然而，對(duì)于先天性脊柱側(cè)凸的治療臨床多選擇徒手置釘，置釘?shù)臏?zhǔn)確性容易受手術(shù)醫(yī)師的經(jīng)驗(yàn)及影像掃描結(jié)果的影響，一旦發(fā)生螺釘誤置，會(huì)極大增加手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)［3］。 近年來(lái)，隨著3D打印技術(shù)在脊柱外科的陸續(xù)應(yīng)用，利用三維數(shù)字重建技術(shù)，經(jīng)3D 打印機(jī)打印出擬手術(shù)節(jié)段的脊柱模型，不僅獲得了脊柱椎體的三維數(shù)據(jù)，提高了置釘?shù)臏?zhǔn)確率，也方便了手術(shù)操作，縮短了手術(shù)時(shí)間［4，5］。 本文通過(guò)回顧性研究來(lái)探究3D 打印模型在兒童先天性脊柱側(cè)凸治療中的作用及應(yīng)用效果，現(xiàn)報(bào)告如下。

材料與方法

一、一般資料

回顧性收集2015 年12 月至2016 年12 月于首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京兒童醫(yī)院接受手術(shù)治療的83例先天性脊柱側(cè)凸患兒為研究對(duì)象，其中男童47 例，女童36 例，平均手術(shù)年齡5．98 歲（1．5 ～13．0 歲）。40 例行半椎體切術(shù)，31 例行Ponte 截骨術(shù)，8 例行PSO 截骨術(shù)，4 例行VCR 截骨術(shù)。 隨訪時(shí)間24 ～35個(gè)月，平均28．4 個(gè)月。 平均術(shù)前Cobb 角（83．01 ±14．02）°，術(shù)后矯正至（20．20 ±4．12）°，末次隨訪時(shí)（22．01 ±4．85）°，平均矯正率為73．5%。 研究對(duì)象納入標(biāo)準(zhǔn)： ①經(jīng)影像學(xué)檢查確診為先天性脊柱側(cè)彎畸形，需要行手術(shù)矯正治療； ②無(wú)心、肺功能異常等手術(shù)禁忌證； ③隨訪2 年以上，資料完整。 排除標(biāo)準(zhǔn)： ①合并嚴(yán)重器質(zhì)性疾?。?②伴有脊髓疾病或有脊柱手術(shù)史者。 根據(jù)是否應(yīng)用3D 打印模型將83例患兒分為試驗(yàn)組（n＝44）和對(duì)照組（n＝39），試驗(yàn)組術(shù)前手術(shù)計(jì)劃及術(shù)中置釘截骨均參考3D 打印模型，對(duì)照組僅參考患兒術(shù)前影像學(xué)檢查。 試驗(yàn)組男童24 例，女童20 例，平均年齡（5．93 ±1．46）歲；對(duì)照組男童23 例，女童16 例，平均年齡（6．04 ±1．38）歲。 兩組患兒性別、年齡等基本資料無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0．05）。

本研究獲得醫(yī)院倫理委員會(huì)審批，患兒家長(zhǎng)自愿參與研究并簽署了知情同意書。

二、手術(shù)方法

1． 術(shù)前準(zhǔn)備：試驗(yàn)組：術(shù)前對(duì)患兒進(jìn)行全脊柱CT（lightspeed VCT64，GE 公司，美國(guó)）掃描，試驗(yàn)組將獲得的CT 圖像及數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件，重建三維模型，其后將數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)為3D 打印機(jī)能識(shí)別的STL 格式，最后用3D 打印機(jī)打印出擬手術(shù)脊柱節(jié)段模型。術(shù)者觀察模型脊柱形態(tài)，全面了解病變及鄰近椎體的情況，并根據(jù)觀察結(jié)果制定置釘及截骨方案。 典型病例見(jiàn)圖1。

對(duì)照組：根據(jù)術(shù)前脊柱平片及CT 三維重建圖像制定置釘及截骨方案。

圖1 參考3D 打印模型手術(shù)的先天性脊柱側(cè)凸病例 A，B：5 歲7 個(gè)月男童術(shù)前脊柱正側(cè)位X 線片； C，D：3D 打印模型的左側(cè)外觀及右前側(cè)外觀； E，F(xiàn)：術(shù)后6 個(gè)月隨訪脊柱正側(cè)位X 線片F(xiàn)ig．1 Classical 3D printed model for a child with congenital scoliosis The anterioposterior （A） and lateral （B）spinal film of a boy aged 67 months pre-operation．3D printed model showed the left （C） and right front （D） views of spine．And the anterioposterior （E） and lateral （F） spinal films at 6 months post-operation

2． 手術(shù)方法：患兒取仰臥位，麻醉成功后，取常規(guī)脊柱后正中切口，顯露需要手術(shù)操作節(jié)段的椎板、棘突、橫突等解剖結(jié)構(gòu)。 試驗(yàn)組根據(jù)術(shù)前3D 模型上設(shè)計(jì)的置釘標(biāo)志點(diǎn)及進(jìn)釘方向進(jìn)行置釘。 對(duì)照組根據(jù)術(shù)前影像及術(shù)中解剖進(jìn)行徒手置釘，于C臂機(jī)透視下確定置釘準(zhǔn)確性。 置釘完畢后，試驗(yàn)組結(jié)合3D 模型進(jìn)行截骨操作，對(duì)照組根據(jù)術(shù)前影像及術(shù)中解剖進(jìn)行截骨操作。 根據(jù)畸形情況進(jìn)行半椎體切除、Ponte 截骨、經(jīng)椎弓根截骨（PSO）或全脊椎切除（VCR）等操作。 雙側(cè)以鈦棒連接椎弓根釘，凸側(cè)加壓及凹側(cè)撐開(kāi)以矯正側(cè)凸畸形。 C 臂機(jī)確認(rèn)矯形效果后鎖定螺釘，沖洗并關(guān)閉傷口。 術(shù)中均行神經(jīng)電生理監(jiān)測(cè)。 術(shù)后患兒臥床制動(dòng)，2 周后在支具保護(hù)下活動(dòng)。 術(shù)后2 周、3 個(gè)月、1 年及2 年復(fù)查站立位脊柱全長(zhǎng)正側(cè)位X 線片，術(shù)后1 年行CT 檢查，評(píng)定置釘情況及融合效果。

三、觀察指標(biāo)

記錄兩組患兒手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、術(shù)中透視次數(shù)、置釘數(shù)量、置釘準(zhǔn)確率、脊柱側(cè)凸矯正率及并發(fā)癥（硬膜、神經(jīng)根、脊髓及胸膜損傷）情況；比較手術(shù)前后兩組側(cè)凸Cobb 角的變化。 置釘準(zhǔn)確率以CT 檢查評(píng)定，螺釘位置可分為穿出椎弓根皮質(zhì)與完全在椎弓根內(nèi)。 置釘準(zhǔn)確率＝（完全在椎弓根內(nèi)置釘數(shù)量／椎弓根內(nèi)置釘數(shù)量） ×100%［6］。

四、統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

本研究采用SPSS20．0 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件分析數(shù)據(jù)，對(duì)于年齡、手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、術(shù)中透視次數(shù)、Cobb 角、側(cè)凸矯正率等計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，組間數(shù)據(jù)比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；對(duì)于性別、并發(fā)癥等計(jì)數(shù)資料采用頻數(shù)分析，組間比較采用χ2檢驗(yàn)。 以P＜0．05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

83 例患兒中，男童47 例，女童36 例。 試驗(yàn)組患兒行半椎體切除術(shù)19 例，Ponte 截骨術(shù)17 例，PSO 截骨術(shù)5 例，VCR 截骨術(shù)2 例；對(duì)照組患兒行半椎體切除術(shù)21 例，Ponte 截骨術(shù)14 例，PSO 截骨術(shù)3 例，VCR 截骨術(shù)2 例。 兩組手術(shù)方式構(gòu)成無(wú)明顯差異（P＞0．05）。

試驗(yàn)組平均手術(shù)時(shí)間少于對(duì)照組［（180．92 ±16．74）minvs．（201．51 ±27．60）min］，差異有統(tǒng)計(jì)意義（t＝2．798，P＝0．019）。 試驗(yàn)組和對(duì)照組術(shù)中出血量分別為（340． 23 ±89． 52）mL 和（392． 64 ±100．41）mL，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t＝2． 798，P＝0．019）。 試驗(yàn)組和對(duì)照組術(shù)中透視次數(shù)分別為（4．36 ±0．89）次和（6．05 ±1．28）次，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t＝6．856，P＜0．001），見(jiàn)表1。 試驗(yàn)組和對(duì)照組平均置釘時(shí)間分別為（4．24 ±1．05）min 和（8．35±2．29）min，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t＝10． 71，P＜0．001）；試驗(yàn)組44 例患兒共置釘372 枚，置釘準(zhǔn)確率為93．55%（348／372），對(duì)照組39 例患兒共置釘458 枚，置釘準(zhǔn)確率為79．91%（366／458），試驗(yàn)組的置釘準(zhǔn)確率高于對(duì)照組（χ2＝218，P＜0．001）。

兩組患兒側(cè)凸均得到明顯矯正，側(cè)凸矯正率比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t＝-1．135，P＝0．272），見(jiàn)表2。 兩組均未出現(xiàn)血管、神經(jīng)損傷等嚴(yán)重并發(fā)癥。試驗(yàn)組與對(duì)照組患兒胸膜損傷、硬膜損傷發(fā)生率比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0．05），見(jiàn)表3。

表1 兩組患兒手術(shù)情況對(duì)比（x±s）Table 1 Comparisons of surgical conditions between two groups（x±s）

表2 兩組患兒脊柱側(cè)凸矯正結(jié)果對(duì)比（±s）Table 1 Comparisons of scoliosis correction results between two groups（±s）

表2 兩組患兒脊柱側(cè)凸矯正結(jié)果對(duì)比（±s）Table 1 Comparisons of scoliosis correction results between two groups（±s）

分組例數(shù)術(shù)前Cobb 角（°）術(shù)后Cobb 角（°）側(cè)凸矯正率（%）試驗(yàn)組44 82．68 ±14．83 18．74 ±4．29 72．25 ±9．07對(duì)照組39 83．39 ±16．59 21．85 ±5．46 69．42 ±7．49 t 值-0．202 0．617-1．135 P 值-0．841 0．581 0．272

表3 兩組患兒并發(fā)癥發(fā)生情況對(duì)比［n，%］Table 3 Comparisons of complications between two groups［n，%］

討 論

先天性脊柱側(cè)凸為機(jī)體發(fā)育過(guò)程中出現(xiàn)的復(fù)雜畸形，該畸形往往會(huì)對(duì)患兒心肺功能的發(fā)育造成很大影響。 臨床實(shí)踐結(jié)果顯示，先天性脊柱側(cè)凸的保守治療效果并不理想，且病情會(huì)不斷加重。 據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，胸腰段半椎體畸形10 歲前每年加重7°，而青春生長(zhǎng)高峰期每年可加重14°，支具治療效果不佳［7］。 半椎體畸形為先天性脊柱側(cè)凸發(fā)病的最常見(jiàn)原因，在全部先天性脊柱側(cè)凸畸形中，約占46%。切除半椎體，重建脊柱平衡是當(dāng)前治療先天性脊柱側(cè)凸的有效措施［8］。 早期切除畸形半椎體，不僅能矯正脊柱側(cè)凸形態(tài)，也能預(yù)防脊柱進(jìn)一步彎曲，避免因病情加重引發(fā)的心肺功能障礙、骨盆傾斜、下肢不等長(zhǎng)及脊髓神經(jīng)損害等并發(fā)癥，改善預(yù)后。

椎弓根螺釘技術(shù)具有固定牢靠、矯正力量大等優(yōu)勢(shì)，在脊柱外科中應(yīng)用廣泛，但由于先天性脊柱側(cè)凸患兒椎體小，骨質(zhì)疏松，脊柱形態(tài)復(fù)雜多變，術(shù)中置釘難度大，風(fēng)險(xiǎn)高。 以往，手術(shù)置釘準(zhǔn)確性主要依靠醫(yī)師臨床經(jīng)驗(yàn)及X 線透視，但脊柱外科醫(yī)師的經(jīng)驗(yàn)也有千差萬(wàn)別，不能完全保證置釘準(zhǔn)確性和安全性，增加術(shù)中出血量及延長(zhǎng)手術(shù)時(shí)間，而且頻繁X 線透視也會(huì)使患兒吸收過(guò)多的放射線。 除此以外，對(duì)于椎弓根發(fā)育不全及有解剖變異者，不允許進(jìn)行二次置釘，外加椎管容積有限，故螺釘一旦進(jìn)入椎管可能會(huì)引發(fā)嚴(yán)重并發(fā)癥。 目前，較多學(xué)者認(rèn)為采用徒手置釘對(duì)脊柱側(cè)凸進(jìn)行固定存在風(fēng)險(xiǎn)，螺釘誤置率可達(dá)20%～31%，并有部分患兒發(fā)生血管、神經(jīng)損傷。 因此，置釘?shù)臏?zhǔn)確性、安全性是外科醫(yī)生治療先天性脊柱側(cè)凸所面臨的嚴(yán)峻問(wèn)題［9］。

為進(jìn)一步提升先天性脊柱側(cè)凸術(shù)中置釘?shù)臏?zhǔn)確性和安全性，臨床上也在積極嘗試，研發(fā)了計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)輔助置釘、機(jī)器人輔助置釘?shù)燃夹g(shù)，前者能為置釘提供多平面實(shí)時(shí)圖像，使得置釘準(zhǔn)確率、安全性得到了極大提高，但其操作復(fù)雜、操作時(shí)間長(zhǎng)，增加了出血和感染的概率，且費(fèi)用昂貴；后者在成人脊柱外科中應(yīng)用較多，在兒童中應(yīng)用較少，且費(fèi)用昂貴，存在普及困難現(xiàn)象［9，10］。 3D 打印技術(shù)屬于一種快速成型技術(shù)，于1990 年在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域首次應(yīng)用，經(jīng)20 多年的革新與發(fā)展，目前已在心胸外科、神經(jīng)外科、骨科、頜面外科等領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用，具有廣闊的應(yīng)用前景［11］。

運(yùn)用3D 打印技術(shù)輔助治療先天性脊柱側(cè)凸，能優(yōu)化術(shù)前規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)模擬手術(shù)，使治療個(gè)體化及精準(zhǔn)化，提高置釘準(zhǔn)確性，減少術(shù)者及患兒在放射線中的暴露時(shí)間及劑量，有效縮短手術(shù)時(shí)間［12］；本研究試驗(yàn)組將脊柱CT 檢查獲得數(shù)據(jù)傳入3D 打印軟件中，通過(guò)3D 打印模型能全方位顯示出脊柱三維形態(tài)，通過(guò)直觀、立體觀察脊柱解剖情況，提高了醫(yī)師對(duì)復(fù)雜脊柱疾病的理解，從而更精準(zhǔn)判斷適合椎弓根的螺釘及避免置釘過(guò)程中可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)［13］；此外，1 ∶1 脊柱側(cè)凸3D 打印模型能增加患兒家屬對(duì)脊柱側(cè)凸病情及手術(shù)難度的認(rèn)知，同時(shí)便于向患兒家屬交代手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)及術(shù)后并發(fā)癥，有助于獲得家屬的信任、合作，可避免不必要的醫(yī)療糾紛［14］。

本研究結(jié)果顯示，3D 打印模型可以提高置釘準(zhǔn)確性，縮短置釘時(shí)間。 3D 打印技術(shù)取得較好的置釘準(zhǔn)確率的原因在于其能清晰、直觀地顯示先天性脊柱側(cè)凸患兒的脊柱結(jié)構(gòu)及形態(tài)。 其優(yōu)勢(shì)在于： ①手術(shù)操作簡(jiǎn)化，降低置釘難度； ②術(shù)中體位改變，不影響置釘效果； ③減少術(shù)中X 線透視次數(shù)，減少患兒在放射線下的暴露時(shí)間； ④術(shù)前3D 打印模型有助于螺釘甄選，縮短手術(shù)時(shí)間； ⑤為臨床類似案例處理提供參考［15］。

盡管3D 打印技術(shù)輔助治療兒童先天性脊柱側(cè)凸優(yōu)勢(shì)顯著，但在術(shù)中使用時(shí)仍需注意以下幾點(diǎn)：①3D 打印技術(shù)使用是集影像學(xué)檢查、模型設(shè)計(jì)、術(shù)中操作及隨訪觀察等為一體的整體過(guò)程，故術(shù)者不應(yīng)只注重手術(shù)操作，而應(yīng)全程積極參與； ②使用3D打印技術(shù)，可以將脊柱復(fù)雜畸形手術(shù)的置釘、椎體截骨等操作轉(zhuǎn)至術(shù)前完成，有效縮短了手術(shù)時(shí)間，但在急診手術(shù)中不方便使用； ③3D 打印模型制作需要經(jīng)過(guò)影像學(xué)數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換等過(guò)程，并和消毒處理、打印機(jī)精度等有關(guān)，當(dāng)前缺乏規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)； ④3D打印技術(shù)輔助治療過(guò)程中置釘準(zhǔn)確性與術(shù)者操作技術(shù)及置釘經(jīng)驗(yàn)有關(guān)，故可能存在人為偏差［16］。

總之，3D 打印技術(shù)能清晰、直觀地顯示先天性脊柱側(cè)凸患兒的脊柱結(jié)構(gòu)及形態(tài)，為制定手術(shù)計(jì)劃及手術(shù)置釘提供幫助，從而提高置釘準(zhǔn)確率，減少術(shù)中出血量，縮短手術(shù)時(shí)間，提高手術(shù)的安全性。