趙永輝 梁金龍 羅浩天 徐永清 陸聲

隨著3D打印技術(shù)的成熟與發(fā)展，我們逐漸步入了數(shù)字骨科及精準(zhǔn)醫(yī)療的時(shí)代。目前，3D打印導(dǎo)航模板已廣泛應(yīng)用于髖膝關(guān)節(jié)置換、四肢關(guān)節(jié)矯形、脊柱置釘?shù)仁中g(shù)[1-11]，其中在輔助脊柱置釘方面尤為廣泛。皮質(zhì)骨通道(cortical bone trajectory，CBT)螺釘技術(shù)可用于骨折疏松及臨椎病翻修的病人，創(chuàng)傷小，把持力強(qiáng)，并發(fā)癥少[12-16]，是近年來臨床應(yīng)用的一種新的腰椎后路內(nèi)固定方法。由于螺釘?shù)闹冕旤c(diǎn)更靠內(nèi)靠下，仍有穿破釘?shù)榔べ|(zhì)損傷神經(jīng)的風(fēng)險(xiǎn)。Mizuno等[17]通過該技術(shù)對12例腰椎滑脫病人進(jìn)行了后路固定，螺釘刺破椎弓根及椎體皮質(zhì)的發(fā)生率為8.3%。本研究基于腰椎CT數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建并分別設(shè)計(jì)3D打印置釘導(dǎo)板，利用3D打印機(jī)打印出腰椎樹脂模型及對應(yīng)的置釘導(dǎo)板。比較徒手技術(shù)與3D打印導(dǎo)板技術(shù)輔助置釘?shù)陌踩?、?zhǔn)確性。

對象與方法

一、對象

選取我院2016年6月～2016年12月9例病人的腰椎CT數(shù)據(jù)，其中男性4例，女性5例，年齡42～76歲，平均年齡(58.3±8.9)歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)年齡≥18歲；(2)完整的腰椎CT斷層掃描數(shù)據(jù)；(3)腰椎結(jié)構(gòu)完整。排除標(biāo)準(zhǔn)：椎體發(fā)育異常或腰椎畸形；骨折、感染或腫瘤破壞椎體結(jié)構(gòu)；既往有腰椎手術(shù)史。

二、方法

分別將CT原始數(shù)據(jù)以醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信格式導(dǎo)入到Mimics 19.0軟件三維重建腰椎模型并設(shè)計(jì)置釘導(dǎo)板(圖1)。通過3D打印機(jī)以高分子光敏樹脂為材料打印出腰椎和置釘導(dǎo)板的實(shí)物模型。每例分別打印出1套置釘導(dǎo)板和2套完全相同的腰椎模型(圖2A、B)。由3位操作者(分別為1年、3年、5年工作經(jīng)驗(yàn)的脊柱外科醫(yī)生，對應(yīng)為操作者1、操作者2、操作者3)隨機(jī)選取其中3套標(biāo)本，每套標(biāo)本分別采用徒手置釘和導(dǎo)板輔助置釘(圖2C、D)，分為徒手和導(dǎo)板兩種方法。徒手置釘參照Kojima等[18]提出的置釘方法。完成置釘后，通過術(shù)后X線及直接觀察從正位、側(cè)位和橫斷面上判斷螺釘是否穿出釘?shù)溃┏鲠數(shù)赖奈恢煤途嚯x，以及螺釘軌跡接觸的皮質(zhì)骨區(qū)域(圖2E～J)。然后記錄螺釘刺破皮質(zhì)位置和數(shù)目、螺釘穿出距離及螺釘軌跡接觸皮質(zhì)區(qū)域的數(shù)量進(jìn)行分級及置釘評價(jià)。

我們參考Lonstein等[19]提出的螺釘評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合CBT螺釘?shù)奶攸c(diǎn)，考慮到螺釘接觸的皮質(zhì)骨數(shù)量決定著置釘質(zhì)量，而螺釘穿出釘?shù)赖奈恢眉熬嚯x決定著風(fēng)險(xiǎn)的高低。我們綜合以上因素對分級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改良。分級標(biāo)準(zhǔn)：0級為螺釘完全被皮質(zhì)骨包裹，螺釘軌跡至少經(jīng)過3層皮質(zhì)區(qū)(置釘點(diǎn)背側(cè)皮質(zhì)、椎弓根內(nèi)側(cè)壁、椎弓根外側(cè)壁及椎體側(cè)壁)；1級為螺釘穿出皮質(zhì)<2 mm，螺釘軌跡至少經(jīng)過3層皮質(zhì)區(qū)；2級為螺釘穿出皮質(zhì)≥2 mm且<4 mm，螺釘軌跡至少經(jīng)過3層皮質(zhì)區(qū)； 3級為螺釘穿出皮質(zhì)≥4 mm，或螺釘軌跡經(jīng)過2層或2層以下皮質(zhì)區(qū)。0級為優(yōu)；1級穿破椎弓根外壁或椎體外壁為良，穿破椎弓根內(nèi)壁或下壁為可接受；2級穿破椎弓根外壁或椎體外壁為可接受，穿破椎弓根內(nèi)壁或下壁為置釘失??；3級為置釘失敗。最后計(jì)算出置釘成功率[(優(yōu)+良)/總置釘數(shù)]、可接受率[(優(yōu)+良+可接受)/總置釘數(shù)]、失敗率(失敗數(shù)/總置釘數(shù))進(jìn)而綜合評價(jià)置釘效果。

三、統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

所有數(shù)據(jù)均在SPSS19.0 統(tǒng)計(jì)軟件上分析，計(jì)數(shù)資料以釘數(shù)(%)表示，組間及組內(nèi)置釘成功率和置釘接受率采用χ2檢驗(yàn)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

A.腰椎各節(jié)段CBT螺釘釘?shù)赖脑O(shè)計(jì)；B.基于釘?shù)赖膶?dǎo)向管與定位模板并精確配準(zhǔn)；C、D.抽殼處理后生成置釘導(dǎo)板

結(jié) 果

1.本研究共置釘180枚，其中徒手與導(dǎo)板各置入90枚，每位操作者分別采用徒手及導(dǎo)板技術(shù)各置釘30枚。徒手共有27枚螺釘穿出釘?shù)?，?dǎo)板為11枚。螺釘穿出釘?shù)赖奈恢?、?shù)量及分級情況見表1。根據(jù)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，徒手的置釘成功率73.3%，可接受率83.6%；導(dǎo)板的置釘成功率92.2%，可接受率98.9%。導(dǎo)板成功率及可接受率均大于徒手，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

2.操作者在徒手和導(dǎo)板的置釘情況比較見表2。結(jié)果表明，操作者1在徒手成功率為50.0%，可接受率66.7%；而在導(dǎo)板的成功率80.0%，可接受率93.3%；導(dǎo)板置釘準(zhǔn)確率和可接受率均大于徒手，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。操作者2在徒手成功率80.0%，可接受率93.3%；導(dǎo)板成功率90.0%，可接受率100%；兩種方法間成功率和可接受率比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。操作者3在徒手成功率為90.0%，可接受率為96.7%；導(dǎo)板的成功率為100%，可接受率為100%；兩種方法間成功率和可接受率比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。另外，3位操作者徒手間的成功率和可接受率比較，操作者2和操作者3間比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，但與操作者1比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。導(dǎo)板3位操作者的成功率和可接受率比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。以上結(jié)果表明，徒手置釘受到操作者資歷的影響較大，資歷越高置釘?shù)臏?zhǔn)確性越好。而導(dǎo)板受操作者資歷影響較小，置釘穩(wěn)定可靠。

A～D：每例CT數(shù)據(jù)打印2套腰椎模型和一套置釘導(dǎo)板，分別采用徒手置釘和導(dǎo)板輔助置釘；E～J：完成置釘后通過觀察及X線片檢查從正位、側(cè)位和橫斷面上明確置入螺釘?shù)奈恢?、方?/p>

表1 徒手和導(dǎo)板置釘結(jié)果

表2 三位操作者在徒手和導(dǎo)板置釘結(jié)果

討 論

椎弓根螺釘技術(shù)是目前腰椎后路手術(shù)最常見的內(nèi)固定方法。腰椎退變性疾病病人常合并有骨質(zhì)疏松。如何提高內(nèi)固定的強(qiáng)度，是脊柱外科醫(yī)生面臨的挑戰(zhàn)。Santoni等[12]通過改變螺釘軌跡，使螺釘最大化地與皮質(zhì)骨接觸，從而降低松質(zhì)骨因骨量減少對螺釘固定強(qiáng)度的影響，從而提出了CBT螺釘技術(shù)。CBT螺釘技術(shù)和傳統(tǒng)椎弓根螺釘技術(shù)存在顯著的差異，CBT螺釘?shù)闹冕旤c(diǎn)更靠內(nèi)靠下，矢狀位由下向上置入，冠狀面由內(nèi)向外置入，置釘點(diǎn)靠內(nèi)鄰近峽部。該螺釘較傳統(tǒng)椎弓根螺釘長度更短，直徑更細(xì)，但螺紋更密。其獨(dú)特的釘?shù)儡壽E在提供有效固定的同時(shí)還可以減少肌肉剝離的范圍和術(shù)中出血，同時(shí)也降低了血管、神經(jīng)損傷的風(fēng)險(xiǎn)[14,20-21]。然而，隨著CBT螺釘技術(shù)在臨床應(yīng)用的增多，其同樣暴露了一些不足。

在置釘過程中，CBT螺釘尾帽受背側(cè)皮質(zhì)的遮擋導(dǎo)致了置入螺釘?shù)挠行чL度減少，可能會(huì)降低螺釘?shù)墓潭◤?qiáng)度[22]。螺釘可能會(huì)因與椎板的遮擋應(yīng)力導(dǎo)致椎弓根峽部及通道其他部位的骨折[23]。對一些椎弓根細(xì)小或發(fā)育異常的病人，置釘中易穿破皮質(zhì)導(dǎo)致血管神經(jīng)的損傷；CBT螺釘技術(shù)對置釘要求較高，在追求最大化的皮質(zhì)骨接觸面時(shí)容易鉆破皮質(zhì)造成相應(yīng)的損傷。而追求過分安全時(shí)則容易使螺釘軌跡改變導(dǎo)致固定強(qiáng)度下降。因此，CBT螺釘并沒有快速普及應(yīng)用。

3D打印技術(shù)在脊柱領(lǐng)域的應(yīng)用，為臨床置釘提供了一種新的選擇。由于導(dǎo)板設(shè)計(jì)、操作技巧及評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的不同，3D打印導(dǎo)板技術(shù)的安全性及準(zhǔn)確率存在一定差異[9,24-25]。我們在置釘評價(jià)時(shí)，根據(jù)螺釘軌跡接觸皮質(zhì)區(qū)的多少及螺釘刺出釘?shù)榔べ|(zhì)的距離對置釘進(jìn)行分級。然后，將螺釘分級并結(jié)合穿出釘?shù)赖奈恢?不同位置其風(fēng)險(xiǎn)不同)將置釘結(jié)果分為優(yōu)、良、可及失敗。最后，將優(yōu)良設(shè)為成功，將優(yōu)、良、可之和設(shè)為可接受，計(jì)算出置釘?shù)某晒β始翱山邮苈?。該評價(jià)方法充分考慮了CBT螺釘釘?shù)赖奶攸c(diǎn)及置釘安全性，對置釘結(jié)果評價(jià)更合理科學(xué)。通過比較兩組間的置釘結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)板總體置釘?shù)某晒β始翱山邮苈示笥谕绞种冕斀M。從操作者間的置釘結(jié)果看，徒手置釘受到操作者資歷的影響較大，資歷越高，置釘?shù)臏?zhǔn)確性越好。而導(dǎo)板3位操作者在置釘成功率和可接受率方面并沒有明細(xì)差異。這說明導(dǎo)板輔助置釘受操作者資歷影響較小，置釘穩(wěn)定可靠。因此，對于初學(xué)者，3D打印導(dǎo)板技術(shù)可以縮短學(xué)習(xí)曲線。

本研究將每例數(shù)據(jù)分別打印了2套完全相同腰椎模型并通過徒手置釘和導(dǎo)板輔助置釘，避免了因標(biāo)本的差異而造成誤差，且可重復(fù)性好。然而，3D打印的樹脂模型，在置釘過程中易因螺釘過粗而造成劈裂，而傳統(tǒng)標(biāo)本的椎弓根具有一定的彈性形變，從而減少釘?shù)琅训那闆r。在置釘過程中可以直觀的看到整個(gè)腰椎標(biāo)本，在判斷置釘點(diǎn)及置釘方向時(shí)會(huì)比實(shí)際臨床置釘直觀，這對置釘結(jié)果同樣會(huì)有一定的影響。由于樹脂密度均勻且密度明顯低于骨質(zhì)密度。術(shù)后X線檢查，由于顯影較淡，在確定螺釘軌跡接觸皮質(zhì)骨區(qū)域時(shí)不如傳統(tǒng)標(biāo)本，這對置釘結(jié)果的判斷可能存在一定偏差。另外，樣本量較少同樣會(huì)對結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。在今后的研究中還要進(jìn)一步完善，同時(shí)也需要大量的臨床應(yīng)用進(jìn)一步驗(yàn)證。