3D打印技术辅助脊柱肿瘤手术治疗的临床应用

章玉冰 余润泽 陶学顺 王伟风

流行病学报道显示，脊柱肿瘤发生例数占全身骨肿瘤总数的6.0%～9.0%[1]，其中多数为转移性肿瘤[2]。对于如何完整准确切除脊柱肿瘤组织，延长生存时间及改善生存质量越来越受到医学界的关注。3D 打印技术能够对椎体模型进行完美三维再现，清晰显示椎体、病灶及周围血管神经毗邻关系，从而协助制定更佳手术方案。研究显示，3D 打印技术在提高置钉成功率、避免椎动脉及神经根损伤，改善手术疗效方面具有优势[3]。本文旨在探讨3D打印技术辅助治疗脊柱肿瘤疗效，现报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

本组纳入标准：①年龄<80岁；②单发脊柱肿瘤或局限性脊柱转移；③伴有不同程度局部疼痛及肢体神经功能障碍。排除标准：①原发病病灶已广泛转移；②合并严重的肝肾疾病、心血管疾病、血液病；③高龄患者，年龄>80岁等。根据纳入和排除标准，本组脊柱肿瘤患者16例，男性 7例，女性 9例；年龄21～75岁，平均51岁；其中椎体血管瘤2例，骨转移瘤5例，神经鞘瘤9例；颈椎2例，胸椎8例，腰椎6例；术前均有不同程度局部疼痛症状及肢体神经功能障碍，且具有手术指征。

1.2 方法

1.2.1 3D打印 MSCT和CTA扫描脊柱病灶区域，将数据导入重建软件，构建3D数字模型，对需要打印区域进行分割，分割完成后链接3D打印机，逐层打印实体模型，固化后得到3D 实体脊柱模型。

1.2.2 虚拟手术及设计手术方案 参考3D打印脊柱模型确定瘤体大小、范围及空间状态，标明椎体内肿瘤位置，明确周围血管神经毗邻关系及侵犯情况，结合术前脊柱MRI及CTA等技术，根据患者全身情况制定个性化手术方案。术中按照术前规划的手术入路及步骤进行，术中依据具体病变情况调整后实现肿瘤组织完整彻底切除，避免邻近重要血管、神经损伤。

1.2.3 手术方法 选择合适的术式和手术入路：① 经皮球囊扩张椎体成形术(PKP)，对椎体血管瘤，采用局麻下后路PKP术，对椎体血管瘤采用骨水泥填充，该术式创伤小、恢复快、并发症少。②单纯肿瘤切除，术前根据肿瘤所在部位虚拟手术，设计最佳入路，显微镜下尽可能彻底地剥离、切除肿瘤组织。③全脊柱切除改良En bloc术式，后入路显露病椎及上下节段椎体结构，置入椎弓根螺钉，分别上棒固定和游离椎体周围组织，电凝增生血管，咬除上位棘突及周围椎体部分椎板，将病变椎弓根锯断，将病变椎体后半部取出；切开相应椎间盘，髓核钳去除椎间盘内髓核组织，刮匙去除上下终板，L形骨刀凿除病椎，根据术前3D打印模型，测量所需钛网长度，从侧后方植入椎体间，再固定一侧钉棒。

1.3 观察指标

观察手术时间、术中出血量、术后病理、术前术后视觉模拟评分(VAS)、Harringro肿瘤分型系统及Tomita肿瘤外科分期。所有病例随访3～36个月。

1.4 统计学分析

应用统计学软件SPSS 19.0分析数据；统计学方法采用χ2检验和两独立样本t检验；检验水准为α=0.05。

2 结果

本组2例腰椎血管瘤行PKP术，5例胸(3例)、腰(2例)椎转移瘤行 En bloc 脊椎全切术，9例颈椎(2例)、胸椎(5例)、腰椎(2例)神经鞘膜瘤显微镜下行神经源性肿瘤切除。手术时间60～500 min，平均304.09 min；出血量300～1 600 ml，平均1 036.28 ml；住院天数11～49 d，平均21 d；患者肢体麻木疼痛症状减轻，运动功能提高；1例肿瘤术后1年余复发。术前、术后VAS 评分、ODI评分均较术前明显降低(表1)。

表1 术前、术后VAS、ODI评分情况比较分)

3 讨论

脊柱目前已成为仅次于除肝、肺外第三大常见肿瘤转移部位[4]，同时亦是骨转移主要类型[5]。手术切除仍是脊柱肿瘤治疗最基本方案[6]，但因脊柱解剖结构复杂性，导致整块切除往往难度较大，术者较难把握瘤体及周围丰富血运情况，常规手术耗时较长、出血量多、并发症多等缺点[7-8]。完整、精确地切除肿瘤组织，重建脊柱稳定性，是手术治疗的关键所在。近年来，术前3D打印1∶1实体脊柱模型，确定瘤体大小、范围及空间状态，标明椎体内肿瘤位置，明确周围血管神经毗邻关系及侵犯情况。术前虚拟手术，数字化设计手术，制定个性化手术方案，使得脊柱肿瘤的彻底切除成为可能[9-10]。本组研究体会：3D打印技术，可直观、准确地按照病变情况进行切割、移动、旋转等手术操作预演，避免了以往依靠临床经验的粗略性。通过术前模拟手术，术中可以从容预处理瘤体周围主要血管，减少出血，可提高瘤体切除率。

全脊椎切除后良好的重建是保持脊柱长期稳定的重要措施，不仅改善生活质量，还有辅助治疗的作用[11]。部分学者[12-13]对重建模型生物力学进行研究，认为前路内固定合并后路单节段或多节段稳定性最佳，而单纯后路单节段内固定稳定性最差。已有动物实验研究显示[14]，在全脊柱切除后采用3D打印人工椎体联合后路单节段重建，增加了脊柱重建的稳定性。本组研究认为，采用前后联合入路手术重建脊柱稳定性，具有创伤较大，费用高，手术时间长、并发症多等缺点。本组在全脊柱切除后采用常规人工椎体联合单纯后路多节段钉棒内固定来重建脊柱的稳定性，术后3天可佩戴腰围下床活动，达到满意效果。

目前，随着3D打印技术在医学领域发展和应用，为复杂脊柱肿瘤手术治疗提供了新的方法和思路。3D打印技术可直观的了解肿瘤与椎体与周围血管的关系与神经走形及其受压情况。3D打印模型模拟手术，设计更加合理、个性化的手术方案。国内外学者亦有相关报道[15]。本研究组16例脊柱肿瘤患者采用术前3D打印技术，1∶1打印的三维模型与术中所见病灶结构基本一致，病灶区的三维立体结构特点，以及术前手术操作预演让术者术中从容切除瘤体，缩短常规手术的时间、减少出血量，术后并发症明显减少，取得了较好的预后。

近年来，随着脊柱微创技术和显微外科技术的临床广泛应用，随着3D打印人工椎体的合法化，脊柱肿瘤的手术治疗前景将更为广阔。