3D打印技术在脊柱畸形矫正手术中的应用研究

曾芳俊 陈荣春 游辉

3D打印技术在脊柱畸形矫正手术中的应用研究

曾芳俊 陈荣春 游辉

目的 探讨3D打印技术在脊柱畸形矫正手术中的应用效果。方法 将42例半椎体畸形患者纳入本研究，其中20例在3D打印技术指导下行脊柱畸形矫正手术的患者归为实验组，其余22例在CT三维扫描重建指导下行脊柱畸形矫正手术的患者归为对照组，观察2组患者手术情况、术后侧凸及后凸矫正效果、弓根钉位置准确率以及并发症发生情况。结果 实验组手术时间及术中出血量均明显低于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）；2组患者术后侧凸及后凸Cobb角均明显低于同组术前，差异有统计学意义（P＜0.05）；实验组患者术后侧凸及后凸Cobb角均明显低于对照组，侧凸及后凸矫正率明显高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）；实验组患者椎弓根钉位置准确率明显高于对照组，并发症发生率明显低于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）。结论 在脊柱畸形矫正手术中应用3D打印技术能够显著缩短手术时间，减少术中出血量，提高侧凸、后凸矫正效果以及弓根钉位置准确率，减少并发症发生，应用价值较高。

脊柱畸形；3D打印技术；矫正手术

脊柱畸形是由于椎体形态严重失常引起，临床上主要表现为侧凸、后凸、前凸以及旋转等多种复杂畸形[1]。脊柱畸形患者由于解剖结构和解剖标志严重变异难以发挥正常支撑和运动功能，需及时实施手术进行畸形矫正[2]。常规的CT及MRI三维扫描能够指导手术实施，但由于技术限制难以全面评估脊柱畸形情况，也不能在术中作为实时指导，导致内固定放置精确度不足，影响手术效果[3]。本院通过将CT扫描三维重建数据通过3D技术实现脊柱畸形的真实模拟，短时间内做出相应的模型，提高内固定准确性，降低手术风险，提高预后效果。现将其临床优势进行总结分析，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 将2011年12月～2015年12月来本院接受治疗的42例半椎体畸形患者纳入本研究。其中20例在3D打印技术指导下行脊柱畸形矫正手术的患者归为实验组，其余22例在CT三维扫描重建指导下行脊柱畸形矫正手术的患者归为对照组。所有患者均经常规CT及MRI检查确诊，符合手术适应证；排除合并其他严重急慢性疾病或器质性病变者。实验组男11例，女9例，年龄12～45岁，平均年龄（27.62±6.53）岁，侧凸Cobb角30°～130°，后凸Cobb角45°～145°，8例患者存在脊髓受压；对照组男12例，女10例，年龄12～45岁，平均年龄（27.53±6.44）岁，侧凸Cobb角31°～133°，后凸Cobb角44°～142°，9例患者存在脊髓受压。2组患者的性别比例、年龄构成等资料差异无统计学意义，具有可比性。

1.2 方法 对照组患者使用飞利浦EPIQ 7型螺旋CT扫描机进行脊柱畸形及上下相邻区域CT断层扫描，层厚设定为1.0 mm，螺距设定为1.0。扫描完毕后数据输入至配套系统中进行数字化三维重建和矢量测量。临床医师从不同角度观察病变情况，依据脊柱侧凸、后凸测量数据以及畸形程度拟定手术方案，明确椎弓根方向、角度和直径，以此为指导实施椎弓根内固定矫形治疗。

实验组患者CT扫描和三维重建与对照组相同，之后将数据输入快速3 D成型设备中制成丙烯晴-丁二烯-苯乙烯高分子塑料3 D模型，并经消毒处理后直接在手术台上作为手术操作指导，实施椎弓根内固定矫形治疗。

1.3 观察指标 观察2组患者手术情况、术后侧凸及后凸矫正效果、弓根钉位置准确率以及并发症发生情况。

1.4 统计学方法 使用IBM SPSS Statistics 22统计学软件进行本研究数据分析，计量资料采用“x±s”表示，组间比较采用t检验；计数资料用例数（n）表示，计数资料组间率（%）的比较采用χ2检验；以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 手术情况 实验组手术时间及术中出血量均明显低于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表1。

表1 手术情况（s）

表1 手术情况（s）

注：与对照组对比，aP＜0.05

组别例数手术时间（min）术中出血量（mL）实验组20150.62±26.89a722.62±85.75a对照组22212.62±30.671 098.76±96.17

2.2 侧凸及后凸矫正效果 2组患者术后侧凸及后凸Cobb角均明显低于同组术前，差异有统计学意义（P＜0.05）；实验组患者术后侧凸及后凸Cobb角均明显低于对照组，侧凸及后凸矫正率明显高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表2。

2.3 椎弓根钉位置及并发症 实验组患者椎弓根钉位置准确率明显高于对照组，并发症发生率明显低于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表3。

表2 侧凸及后凸矫正效果±s）

表2 侧凸及后凸矫正效果±s）

注：与同组治疗前对比，aP＜0.05；与对照组对比，bP＜0.05

组别例数侧凸Cobb角（°）后凸Cobb角（°）术前术后矫正率（%）术前术后矫正率（%）实验组2075.56±8.3922.56±6.47ab98.22±11.06b80.92±8.5825.33±6.51ab96.75±10.68b对照组2276.15±8.4230.26±6.85a69.97±8.3281.14±8.7733.85±6.91a67.78±8.49

表3 椎弓根钉位置准确率及并发症发生率［n（%）］

3 讨论

脊柱畸形属人体严重复杂畸形，由于患者存在脊柱的侧凸、后凸以及旋转等解剖异常，临床手术治疗难度较高[4]。传统的X线平片或CT及MRI二维扫描均难以全面评估脊柱畸形情况，不能准确指导手术的实施，随着影像学技术的发展，CT及MRI三维重建技术的出现有效改善了上述情况，提高了手术准确率，但由于技术限制在精确评估脊柱畸形和指导椎弓根钉置入以及实时指导手术操作方面仍存在缺陷，临床医师在脊柱矫正手术中容易遇到困难，影响手术效果[5]。

3D打印技术为工业制造领域的一项新型技术，能够通过输入几何数字信息塑造符合设计者意愿的三维实体模型[6]。目前，3D打印技术已经在国外开始被广泛应用于医学领域，国内大量专家也对其在骨科手术治疗中的应用前景表示认可[7-8]。本院通过将CT扫描三维重建数据通过3D技术实现脊柱畸形的真实模拟，短时间内做出相应的模型，与传统手术比较，实现了脊柱矫正手术的个体化手术方案设计→手术预演→精确手术的整体优化过程，大大提高了畸形矫正效果和内固定准确性，降低了手术风险，提高了预后效果[9]。

本研究结果也显示，实验组手术时间及术中出血量均明显低于对照组，术后侧凸及后凸Cobb角矫正效果明显优于对照组，椎弓根钉位置准确率明显高于对照组，并发症发生率明显低于对照组，差异均有统计学意义（P＜0.05）。提示3D打印技术能够为复杂脊柱畸形患者提供精确的手术指导，从而降低术中创伤和手术风险，提高矫正效果，降低椎体残留、脊髓神经损伤等的发生风险，保证手术的准确和安全性，与上述研究相符。

综上所述，在脊柱畸形矫正手术中应用3D打印技术能够显著缩短手术时间，减少术中出血量，提高侧凸、后凸矫正效果以及弓根钉位置准确率，减少并发症发生，应用价值较高。

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[3] 刘欣伟,于海龙,韩天宇,等.3D打印技术在胫骨畸形矫形手术中的应用[J].解放军医药杂志,2015,27(11):26-28.

[4] 韩国嵩,马广文,黄斐,等.3D打印技术在骨科中的研究进展[J].安徽医药,2015,19(12):2259-2262.

[5] 庞骄阳,赵岩,肖宇龙,等.3D打印技术在脊柱外科的应用[J].中国组织工程研究,2016,20(4):577-582.

[6] 李曙明,李萌,杨益民,等.3D打印及计算机辅助技术在骨科临床教学中的应用探讨—以复杂脊柱畸形治疗为例[J].中国医学教育技术,2015,29(2):191-194.

[7] Hey HW,Teo AQ,Tan KA,et al.How the spine differs in standing and in sitting-important considerations for correction of spinal deformity[J]. Spine J,2016,4(7):28-36.

[8] Demirkiran G,Theologis AA,Pekmezci M,et al.Adult Spinal Deformity Correction with Multi-level Anterior Column Releases:Description of a New Surgical Technique and Literature Review[J].Clin Spine Surg,2016, 29(4):141-149.

[9] 胡堃,李路海,余均武,等.3D打印技术在骨科个性化治疗中的应用[J].高分子通报,2015,28(9):61-70.

10.3969/j.issn.1009-4393.2016.36.012

《3D打印技术在脊柱畸形矫正手术中的应用研究》 （GZ2015ZSF171）

江西 341000 江西赣州市人民医院脊椎外科（曾芳俊 陈荣春游辉）