3D打印技术在胸腰椎骨折的椎弓根螺钉置入术中的应用效果

杨学军　陈晓东　蔚辰强　舒高　梁鹏展　李全修

【摘要】 目的：探究3D打印技術在胸腰椎骨折的椎弓根螺钉置入术中的应用效果。方法：选取50例在本院行胸腰椎骨折的椎弓根螺钉置入术患者，将其随机分为研究组与对照组，研究组行3D打印技术辅助治疗，对照组行常规治疗。比较两组手术和术后恢复情况。结果：研究组手术时间、术中使用X线次数及术中出血量均明显低于对照组（P<0.05），且术后3个月，两组伤椎高度比及Cobb角均比术前有明显改善（P<0.05），但术后3个月两组伤椎高度比及Cobb角比较，差异均无统计学意义（P>0.05）。研究组一次性置钉成功率（96.00%）及置钉准确率（95.03%）均明显优于对照组（76.00%、80.98%），差异均有统计学意义（P<0.05）。研究组术后3个月VAS评分为（3.16±0.22）分，明显优于对照组的（3.38±0.19）分，差异有统计学意义（P<0.05）。结论：对胸腰椎骨折的椎弓根螺钉置入术中使用3D打印技术辅助治疗，能够有效提高术中置钉成功率，并降低术中X线使用频率，提高手术效率，且该治疗方法能够在保证治疗效果的同时有效降低患者术后疼痛情况，值得推广。

【关键词】 3D打印技术; 胸腰椎骨折; 椎弓根螺钉置入术; 脊髓损伤; VAS评分

Application Effect of 3D Printing Technology in Pedicle Screw Placement for Thoracolumbar Fracture/YANG Xuejun，CHEN Xiaodong，WEI Chenqiang，et al.//Medical Innovation of China，2019，16（18）：-142

【Abstract】 Objective：To explore the application effect of 3D printing technology in pedicle screw placement for thoracolumbar fracture.Method：A total of 50 patients with thoracolumbar fracture for pedicle screw placement in our hospital were selected and randomly divided into study group and control group.The study group was treated with 3D printing technology，and the control group was treated with conventional treatment.The operation and postoperative recovery of two groups were compared.Result：The operation time，the number of intraoperative X-ray and intraoperative blood loss in the study group were significantly lower than those in the control group（P<0.05）.3 months after surgery，the injured vertebra height ratio and the Cobb angle between two groups were improved significantly than before surgery（P<0.05），but the vertebral recovery index such as Cobb angle between two groups at 3 months after surgery were improved，but the differences were no statistically significant（P>0.05）.The success rate of one-time nail placement（96.00%）and nailing accuracy（95.03%）in the study group were significantly better than those of the control group（76.00%，80.98%），the differences were statistically significant（P<0.05）.The VAS score of the study group（3.16±0.22）scores at 3 months after surgery，it was significantly better than（3.38±0.19）scores of the control group，the difference was statistically significant（P<0.05）.Conclusion：The application of 3D printing technology in the treatment of thoracolumbar fracture pedicle screw placement can effectively improve the success rate of intraoperative nail placement，reduce the frequency of intraoperative X-ray and improve the efficiency of surgery.And the treatment can ensure guarantee treatment effect and reduce the postoperative pain of patients at the same time，it is worthy of promotion.

【Key words】 3D printing technology; Thoracolumbar fractures; Pedicle screw placement; Spinal cord injury; VAS score

First-authors address：TCM Peoples Hospital in Luohu District of Shenzhen，Shenzhen 518000，China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2019.18.037

胸腰椎骨折作为临床常见脊柱损伤类型，临床常通过经弓根螺钉内固定对该类患者进行治疗，其能够有效恢复患者胸腰椎椎体生理弧度及高度，使出现移位的骨块得到良好的固定，使其恢复原有解剖学结构[1-2]。但临床经验表明，该治疗方法置钉准确率较低[3-4]。随着近些年医疗技术的发展，3D打印技术在骨科治疗中的应用，显著提高了对该类患者的治疗效果，有学者指出，采用3D打印技术能够顺利完成胸腰椎骨折椎弓根钉置入术，显著改善患者症状，且降低了并发症发生率[4-6]。为探究其应用效果，特选取2015年6月-2018年6月在本院行胸腰椎骨折治疗的50例患者进行对比研究，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2015年6月-2018年6月在本院行胸腰椎骨折的椎弓根螺钉置入术患者

50例，其中男29例，女21例;年龄29～54岁，平均（37.59±5.97）岁;致伤原因：交通事故23例，砸伤9例，高处坠落18例;Frankel分级：B级11例、C级9例、D级14例、E级16例。纳入标准：（1）经检查均为单纯闭合胸腰椎压缩性骨折;（2）椎体压缩>椎体高度1/3;（3）受伤椎体椎弓根无骨折;（4）椎体骨折部位无明显错位;（5）受伤至接受治疗时间<14 d;（6）年龄>18岁且<65岁。排除标准：（1）伴有严重骨质疏松;（2）伴有严重心血管疾病或凝血功能异常等对本次研究可能产生影响的疾病;（3）伴在受伤前伴有脊柱结核、脊柱侧弯等症状。随机分为研究组与对照组，每组25例。患者及家属均知情同意并签署知情同意书，本研究经医院伦理委员会批准。

1.2 方法 （1）术前准备：研究组采用3D打印技术进行辅助治疗，即对患者胸腰椎骨折部位进行CT扫描，并将数据输入Mimics 13.0软件，经3D计算建立胸腰椎骨折三维数字化模型，并对模型进行分割处理（包括劈裂及突入的骨块），之后以三维数字化模型使用Marke Bot 3D打印机打印出骨折的胸腰椎模型，材料为聚乳酸材料。并使用3D打印技术打印患者仿真腰椎椎体模型，并提前进行模拟手术，将椎弓根钉置入患者最佳位置，并对其螺钉进入方向、螺钉长度、角度设计等数据进行测量，术前对模型椎弓根针点、椎弓根螺钉向头倾斜角（f角）、螺钉内斜角（e角）、椎弓根钉长度进行评估[7-8]。通过术前评估及虚拟手术提供的数据制定最終手术方案。对照组进行CT及X线等影像学检查，以确定其f角、e角及钉体置入深度。（2）手术方法：对两组患者均进行全身麻醉，并采用气管插管进行辅助呼吸，具体操作方法：①确定受伤椎体，术中采用C臂及直视对受伤椎体进行定位。

②确定进针位置，根据术前评价结果，以患者腰椎椎弓根类圆形投影中心及关键突、横突等位置为进针部位。③对f角、e角及钉体置入深度进行测量。④将进针部位皮质骨咬除，之后使用开口器将切口拉开，并将恒力稳持开路器置入，期间保证动作缓慢[9]。在进针前，抵用探针对钉道周围进行探查，如骨质感较为明显，则表明钉到在椎弓根内，之后可按术前预测角度将螺钉拧入。⑤将椎弓根螺钉置入预计位置。

1.3 观察指标与判定标准 进行3个月的随访，比较两组手术情况及置钉准确率，并分别在术前及术后3个月，使用CT对患者脊椎损伤处进行检查，采用专业处理系统比较治疗前后伤椎高度比及矢状位后凸Cobb角，以评价其伤椎复位情况，同时比较两组治疗前后JOA评分及VAS评分，JOA评分越高，表明患者恢复情况越好，VAS评分越低，表明患者疼痛程度越轻[10-11]。

1.4 统计学处理 采用SPSS 18.0软件对所得数据进行统计分析，计量资料用（x±s）表示，组间比较采用t检验，组内比较采用配对t检验;计数资料以率（%）表示，比较采用字2检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组一般资料比较 研究组男14例，女11例;平均年龄（37.14±6.16）岁;致伤原因：交通事故11例，砸伤5例，高处坠落9例;Frankel分级：B级5例、C级4例、D级7例、E级9例。对照组男15例，女10例;平均年龄（37.96±5.71）岁;致伤原因：交通事故12例，砸伤4例，高处坠落9例;Frankel分级：B级6例、C级5例、D级7例、E级7例。两组性别、年龄、致伤原因及Frankel分级等一般资料比较，差异均无统计学意义（P>0.05），具有可比性。

2.2 两组手术情况比较 研究组手术时间、术中使用X线次数及术中出血量均明显低于对照组，差异均有统计学意义（P<0.05），见表1。

2.3 两组伤椎恢复情况比较 两组术后3个月，伤椎高度比及Cobb角比术前均有明显改善，差异均有统计学意义（P<0.05），但术后3个月两组伤椎高度比及Cobb角比较，差异均无统计学意义（P>0.05）。见表2。

2.4 两组置钉准确率比较 研究组一次性置钉成功24例（96.00%），置钉准确率95.03%（153/161）均明显优于对照组的19例（76.00%）、80.98%（132/163），差异均有统计学意义（P<0.05）。

2.5 两组JOA评分及VAS评分比较 两组术后

3个月，JOA评分与VAS评分比术前均有明显改善，且研究组术后3个月VAS评分明显优于对照组，差异均有统计学意义（P<0.05）。见表3。

3 讨论

椎弓根螺钉置入术作为目前治疗胸腰椎骨折的常用方法，具有对患者创伤较小，治疗效果较为良好等特征[12]。该方法常规在术中通过对患者局部肌肉进行剥离，以其人字脊、横突跟等解剖学标志为参考进行置钉，并通过X线对患者伤椎及置钉位置进行探查，提高置钉的准确性，进而使患者恢复脊柱屈伸、侧弯及旋转等功能[13-14]。但临床经验表明，如在术中因未能有效探查伤椎或置钉位置不当，可对患者胸腔内脏器造成严重影响[15-16]。

随着科学技术的发展，采用3D打印技术对手术进行辅助成为可能，该技术通过在术前对患者伤椎进行造模，医护人员可在术前使用模型进行模拟手术练习，以更好地掌握患者具体病情及治疗方法，对提高治疗的准确率具有重要益处[17]。同时，医护人员能够在计算机辅助下，通过对置钉方法进行研究，以确定最有效的治疗方法，对提高治疗的可行性也具有重要意义[12]。本研究结果显示，研究组手术时间、术中使用X线次数及术中出血量均明显低于对照组（P<0.05），表明通过3D打印技术，进而在术前对患者进行模拟治疗，能够使医务人员对患者伤椎及其周围组织更为熟悉[18]。因此术中使用X线使用频率明显降低，有效提高了手术效率，并降低了多次X线照射对患者造成的损伤[19]。而术后3个月，两组伤椎高度比及Cobb角比术前均有明显改善（P<0.05），但术后3个月两组伤椎高度比及Cobb角比较，差异均无统计学意义（P>0.05），这是由于虽然两组患者在术前检查时存在差异，但在进行手术时，其操作方法基本相同，因此术后治疗效果基本相同。同时，研究组一次性置钉成功率及置钉准确率分别为96.00%、95.03%，均明显优于对照组（P<0.05），表明术前对患者进行造模及模拟练习，能够切实提高治疗准确性，另外，研究组术后3个月VAS评分降低至（3.16±0.22）分，明显优于对照组（P<0.05），这是由于对患者在术前进行有效探查及模拟练习，进而能够降低术中对患者治疗的失误性及不必要的创伤，以降低患者术后疼痛程度[20]。

综上所述，对胸腰椎骨折的椎弓根螺钉置入术中使用3D打印技术辅助治疗，能够有效提高术中置钉成功率，并降低术中X线使用频率，提高手术效率，且该治疗方法能够在保证治疗效果的同时，有效降低患者术后疼痛情况，值得推广。

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