李雷，楊國志

(南陽市中心醫(yī)院骨二科，河南南陽 473000)

青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸(adolescent idiopathic scoliosis,AIS)約占整個脊柱側(cè)凸的80%，國內(nèi)發(fā)病率達(dá)0.61%～1.9%[1]。手術(shù)是治療進(jìn)展性AIS的主要方式，其治療目的是完全或部分矯正畸形、重建或保持脊柱平衡[2]。近年來，3D打印技術(shù)在脊柱外科得到廣泛應(yīng)用，通過脊柱畸形的CT掃描數(shù)據(jù)可重建和快速打印1：1的聚苯乙烯脊柱模型，用于模擬手術(shù)[3]。3D打印技術(shù)在脊柱手術(shù)中的應(yīng)用促進(jìn)了椎弓根導(dǎo)向器的應(yīng)用，但其在AIS術(shù)中的有效性尚需進(jìn)一步論證。本研究觀察了3D打印技術(shù)和椎弓根引導(dǎo)技術(shù)對AIS患者手術(shù)時間和并發(fā)癥的影響，現(xiàn)報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2016年6月～2019年12月在本院接受后路固定矯形治療的AIS患者作為研究對象。納入標(biāo)準(zhǔn)：①符合AIS的診斷標(biāo)準(zhǔn)，年齡10～18歲；②進(jìn)展性AIS，具有手術(shù)指征；③心肺功能足以承受脊柱手術(shù)。排除標(biāo)準(zhǔn)：①精神疾病或溝通障礙者；②先天性、骨軟骨發(fā)育不良、結(jié)締組織疾病、腫瘤等導(dǎo)致的脊柱側(cè)凸患者；③合并嚴(yán)重基礎(chǔ)疾病不能耐受手術(shù)或可保守治療的AIS患者；④既往有脊柱手術(shù)史者。共納入64例AIS患者，根據(jù)椎弓根置釘技術(shù)的不同分為觀察組(n=31)和對照組(n=33)。觀察組中，男9例，女22例；年齡10～17歲，平均(14.32±3.16)歲。對照組中，男10例，女23例；年齡10～18歲，平均(14.79±2.87)歲。兩組患者性別、年齡等一般資料差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，具有可比性。

1.2 研究方法

兩組患者術(shù)前、術(shù)后均采用64排螺旋CT，采用基于模型的迭代重建降低輻射劑量。觀察組從工作站下載Dicom格式的數(shù)據(jù)并上傳到mimics14.0軟件重建數(shù)字三維脊柱模型。重建的三維脊柱模型可以從任何方向觀察和測量，以評估椎弓根長度、橫徑和椎體旋轉(zhuǎn)角度等各種特征。從重建的三維脊柱模型獲得的數(shù)據(jù)保存為立體光刻(STL)格式的文件?；趍imics14.0軟件生成的STL格式文件應(yīng)用Makerbot replicator2打印機(jī)打印一個三維的脊柱模型。采用激光熔融技術(shù)將聚苯乙烯粉末固化成三維模型。三維脊柱模型按照1：1比例打印，可直觀地觀察椎體和椎弓根發(fā)育等表現(xiàn)(見圖1)。在術(shù)前制訂方案時使用三維脊柱模型確定截骨方案和適合融合的節(jié)段。利用mimics14.0軟件，基于該軟件重建的虛擬脊柱模型，設(shè)計了椎弓根螺釘導(dǎo)向器。通過反復(fù)調(diào)整虛擬桿的插入點和角度確定理想的置入軌跡。根據(jù)虛擬桿坐標(biāo)設(shè)計了一個空心隧道，以允許手術(shù)中克氏針通過。設(shè)計了連桿穩(wěn)定左右椎弓根的引導(dǎo)通道。基底由板層、棘突和橫突的內(nèi)側(cè)邊緣支撐，與局部骨表面完全吻合。椎弓根螺釘導(dǎo)向器由基底、兩個空心隧道和一個連桿組成。椎弓根引導(dǎo)器用相應(yīng)的椎體標(biāo)記，并采用聚乳酸材料用三維打印機(jī)打印。術(shù)前在三維脊柱模型表面測試了每個椎弓根螺釘導(dǎo)向器?；颊呷砺樽砗?，剝離椎旁肌，顯露椎板、上下關(guān)節(jié)突和棘突，將椎弓根導(dǎo)向器固定于椎板和關(guān)節(jié)突上，通過提供插入點和角度的引導(dǎo)通道將一根3.0 mm的K形導(dǎo)針鉆入椎弓根，用椎弓根探針擴(kuò)大椎弓根軌跡，并置入椎弓根螺釘。對照組采用徒手技術(shù)置入椎弓根螺釘(見圖2)。兩組均根據(jù)術(shù)前討論行預(yù)定截骨術(shù)。

1.3 2觀察指標(biāo)

術(shù)后2周觀察椎弓根螺釘置入的CT分型和準(zhǔn)確性。根據(jù)CT檢查，將螺釘置入分為四個等級：①0級：螺釘未穿過椎弓根皮質(zhì)；②1級：螺釘穿過椎弓根皮質(zhì)0～2 mm；③2級：螺釘穿過椎弓根皮質(zhì)2～4 mm；④3級：螺釘穿過椎弓根皮質(zhì)>4 mm。0～1級定義為精確置釘，2～3級定義為錯位。

通過全脊柱X線片測量術(shù)前和術(shù)后主要影像學(xué)參數(shù)，由2名脊柱外科副主任醫(yī)師獨立測量，并協(xié)商一致。詳細(xì)記錄手術(shù)時間、螺釘放置時間及螺釘放置相關(guān)并發(fā)癥。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

圖1 三維打印脊柱模型((a)模型冠狀面，(b)模型矢狀面，(c)導(dǎo)向模板設(shè)計，(d)導(dǎo)向模型的三維打印模型)

圖2 患者，15歲，采用徒手技術(shù)置入椎弓根螺釘，(a、b)示術(shù)前正側(cè)位片，(c、d)示術(shù)后正側(cè)位片。

2 結(jié)果

觀察組31例患者置入505枚螺釘，平均(16.29±3.17)枚/例，對照組33例患者置入561枚螺釘，平均(17.00±2.76)枚/例。兩組患者平均置釘數(shù)相比，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。觀察組螺釘置釘準(zhǔn)確率高于對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，見表1。術(shù)后兩組患者主彎、C7鉛垂線與骶骨中垂線相對距離(C7plumb line- center sacral vertical line,C7PL-CSVL)、脊柱后凸角、矢狀面平衡距離均較術(shù)前顯著降低(P<0.05)，但兩組差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，見表2。觀察組手術(shù)時間和單枚螺釘放置時間顯著短于對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；觀察組置釘相關(guān)并發(fā)癥發(fā)生率低于對照組，但差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，見表3。

表1 兩組患者椎弓根螺釘準(zhǔn)確性比較[n(%)]

表2 兩組患者影像學(xué)參數(shù)比較

表3 兩組圍手術(shù)期結(jié)局比較

3 討論

后路手術(shù)是AIS最常用的矯形方式，椎弓根螺釘系統(tǒng)可為側(cè)凸矯形提供堅強(qiáng)固定，在AIS得到廣泛應(yīng)用[4]。嚴(yán)重AIS患者椎弓根明顯旋轉(zhuǎn)，椎弓根小，椎弓根螺釘置入仍是一個難題。本研究比較了3D打印結(jié)合椎弓根導(dǎo)航技術(shù)與傳統(tǒng)徒手矯正技術(shù)在AIS中的應(yīng)用，結(jié)果顯示，前者可有效提高AIS患者椎弓根螺釘置入的準(zhǔn)確性、縮短手術(shù)時間，體現(xiàn)了3D打印結(jié)合椎弓根導(dǎo)航技術(shù)的前景。

一項關(guān)于嚴(yán)重先天性脊柱側(cè)凸患者的研究顯示，采用椎弓根導(dǎo)航技術(shù)的患者84%螺釘完全固定于椎弓根內(nèi)，沒有發(fā)生穿孔[5]。另一項針對嚴(yán)重脊柱側(cè)凸(主彎>70°)患者應(yīng)用椎弓根引導(dǎo)模板植入48枚螺釘?shù)难芯恐?，椎弓根置入的?zhǔn)確率為93.8%[6]，與本研究94.47%的準(zhǔn)確率類似。既往研究顯示，CT和O型臂導(dǎo)航輔助置釘均可獲得90%左右的置入精確率[7-8]，但CT導(dǎo)航存在配準(zhǔn)過程復(fù)雜和患者體位變化可能引起圖像漂移等缺點，O型臂導(dǎo)航則增加了患者的輻射量，且費用昂貴。相比之下，椎弓根螺釘導(dǎo)向器植入過程簡單，不增加額外的放射定位和放射量，具有明顯優(yōu)勢。

本研究中，3D打印技術(shù)和椎弓根螺釘導(dǎo)向器技術(shù)縮短了總手術(shù)時間和每枚螺釘?shù)闹萌霑r間。在椎體嚴(yán)重旋轉(zhuǎn)、椎弓根狹窄等狀況下，徒手置釘需要反復(fù)透視和調(diào)整螺釘，無疑增加了AIS患者的手術(shù)時間。既往研究顯示，手術(shù)時間是脊柱側(cè)凸患者術(shù)后并發(fā)癥的獨立風(fēng)險因素[9-10]，因此在理論上，縮短手術(shù)時間有助于降低AIS患者術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率。既往研究顯示，AIS患者椎弓根螺釘錯位可能導(dǎo)致神經(jīng)損傷，嚴(yán)重的螺釘位置不當(dāng)可能導(dǎo)致癱瘓和潛在的血管損傷[11]，常見包括胸主動脈損傷、髂動脈損傷。但本研究未發(fā)現(xiàn)兩組并發(fā)癥發(fā)生率差異，這可能與病例數(shù)較少有關(guān)。

綜上所述，3D打印聯(lián)合椎弓根螺釘導(dǎo)向器引導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用于AIS后路內(nèi)固定矯形手術(shù)，可提高螺釘置入準(zhǔn)確性，縮短手術(shù)時間。本研究樣本量較小，無法精確統(tǒng)計單項并發(fā)癥發(fā)生率的差異，因此3D打印和椎弓根螺釘導(dǎo)向器對手術(shù)安全的影響尚需要大樣本、多中心研究進(jìn)一步論證。