3D打印技术结合椎弓根螺钉治疗老年胸腰段脊柱骨折的临床效果

罗安玉 李景峰 刘瀚霖 谢小飞 黄琛 张军

(1武汉科技大学附属汉阳医院骨二科，湖北 武汉 430050；2武汉大学中南医院骨科)

胸腰段脊柱骨折若未能及时接受有效治疗，会增加患者致残率及病死率〔1,2〕。椎弓根螺钉内固定术是目前临床中治疗胸腰段脊柱骨折的常用方法，具有稳定骨块及完成解剖结构复位的重要作用〔3〕。但常规的椎弓根螺钉内固定易导致固定螺钉发生偏差，易诱发神经损伤、脑脊液漏及固定失败等不良情况，尤其以老年患者最为凸显，主要因老年患者机体各项功能下降，术后恢复能力较差，严重影响老年患者的预后〔4,5〕。因此，在椎弓根螺钉内固定术基础上给予有效的辅助治疗方案尤为重要。3D打印技术主要借助影像学数据，提前了解脊椎损伤情况，通过精准计算打印出个体化、精准化手术辅助固定钉，通过脊柱进行特异性嵌合，以达到辅助治疗目的，减少术后并发症，且3D打印技术准确性及安全性较高〔6,7〕。近年来，针对3D打印技术结合椎弓根螺钉治疗老年胸腰段脊柱骨折应用相关研究较少。本研究拟进一步分析3D打印技术结合椎弓根螺钉治疗老年胸腰段脊柱骨折的临床效果。

1 资料与方法

1.1一般资料 回顾性分析2018年4月至2019年10月武汉科技大学附属汉阳医院收治的老年胸腰段脊柱骨折患者(102例的临床资料，行椎弓根螺钉内固定术患者51例为对照组，行3D打印技术结合椎弓根螺钉内固定术患者51例为观察组。对照组男31例，女20例；年龄60～78岁，平均(68.64±7.36)岁；受伤至手术时间2～7 d，平均(3.89±2.67)d；骨折部位：T11 10例、T12 13例、T1 8例、T2 9例、T3 11例；致伤原因：车祸伤13例，摔伤11例，重物砸伤14例，高处坠落伤13例。观察组男33例，女18例；年龄60～79岁，平均(69.34±7.41)岁；受伤至手术时间2～6 d，平均(3.91±2.71)d；骨折部位：T11 12例、T12 12例、T1 9例、T2 10例、T3 8例；致伤原因：车祸伤15例，摔伤11例，重物砸伤14例，高处坠落伤11例。两组一般资料比较差异无统计学意义(P>0.05)，具有可比性。

1.2纳入条件 ①经X线、CT及磁共振成像(MRI)等影像学诊断确诊为单纯闭合性胸腰椎骨折；②均为新鲜骨折者；③均符合椎弓根螺钉置钉内定术适应证者；④椎体压缩超过椎体高度1/3，且Cobb角<15°且无脊髓及神经损伤者；⑤临床资料完整。

1.3排除条件 ①术前合并严重心、肝、肾等脏器功能障碍者；②合并凝血功能障碍者；③手术不耐受者；④合并严重脑血管疾病者；⑤合并严重骨质疏松者。

1.4手术方法 观察组实施3D打印技术术前对患者进行高分辨X线及CT扫描检查，在完成检查后重建骨窗和软组织窗，并将扫描数据以Dicom格式进行存储，并导入Mimics17.0中，并采用阀值分割及区域增长功能，检测得出胸腰椎三维模型中，最终以STL格式输出检测数据。采用Maker Bot Desktop软件，采集STL文件检出数据，将胸腰椎情况通过三维模型显示，适当调整模型空间位置，以将其落在平台适当位置，层厚设置为0.1 mm，温度为230℃，增加支撑平台，生成X3g文件，将其存储于SD卡中。将获得SD卡插入3D三维打印机中，应用聚乳酸材料(PLA)，采用熔融沉积制造技术逐层加工1∶1胸腰椎模型(见图1)。椎弓根螺钉内固定术操作：手术均由本院同一名医师完成，患者取俯卧位于脊柱手术床，根据患者具体脊柱弧度调节卧位，保持腹部悬空，以减少术中出血量，采用全麻，于后正中位置(脊柱伤椎椎体中心)做一切口，逐层分离皮下肌肉直至脊柱椎体，缓慢分离椎旁组织及神经血管，观察组按照术前设计好的进钉点和方向置钉，对照组根据上下关节突残留关节间隙，胸椎则采用Roy-Camille法进钉，腰椎则采用人字嵴顶点法进钉。于伤椎上下固定2～3个椎体，在C型臂X线机确定椎弓根螺钉位置良好，安装钉尾，以保障伤椎椎体撑开后与螺帽连接。在完成固定后，在C型臂X线机下，观察以确定伤椎复位良好后，清洗切口，放置引流管，缝合切口。两组术后均给予抗生素治疗，密切监测患者术后引流情况，于48 h后移除引流管，患者在卧床休息4 w后佩戴护具进行下地康复训练，需佩戴护具3个月，且术后常规X射线，以确定螺钉有无松动及愈合情况，观察愈合情况良好后即可将腰围护具去除。

1.5评价指标 (1)手术相关指标：记录两组手术时间、术中出血量、术中X线透视次数。(2)伤椎复位情况：CT测量患者术前及术后6个月伤椎前后高度比低于观察组，矢状位后凸Cobb角。(3)腰椎功能：采用日本骨科协会评估治疗分数(JOA)〔8〕评估患者术前及术后1、3、6个月腰椎功能恢复情况，主要从主观症状、临床体征、日常活动受限度及膀胱功能4个方面进行评价，总分29分，评分越高腰椎功能越好。(4)并发症：包括术后感染、出血、脑脊液漏及神经损伤等。

1.6统计学方法 采用SPSS23.0软件进行t检验、χ2检验。

图1 3D打印椎体模型

2 结 果

2.1手术相关指标 与对照组相比，观察组手术时间、术中出血量、术中X线透视次数低，差异有统计学意义(P<0.05)。见表1。

表1 两组手术相关指标对比

2.2伤椎复位情况 两组术前伤椎前后高度比及矢状位后凸Cobb角比较差异无统计学意义(P>0.05)；术后6个月，对照组伤椎前后高度比低于观察组及矢状位后凸Cobb角高于观察组，差异有统计学意义(P<0.05)。见表2。

表2 两组术前及6个月伤椎前后高度比及矢状位后凸Cobb角对比

2.3腰椎功能 两组术前及术后1个月JOA评分比较差异无统计学意义(P>0.05)；术后3个月、6个月，对照组JOA评分低于观察组，差异有统计学意义(P<0.05)。见表3。

表3 两组术前、术后1、3、6个月JOA评分对比分,n=51)

2.4并发症 对照组术后并发症发生率略高于观察组，但差异无统计学意义(P>0.05)。见表4。

表4 两组并发症发生率对比〔n(%),n=51〕

3 讨 论

椎弓根螺钉置入固定术是脊柱类手术中重要的一项技术工具，通过关节突、人字脊及横突根等解剖为选择适宜入钉点，在C型臂X线辅助下确定置入位置后，置入螺钉以固定伤椎，使其恢复正常屈伸、旋转及侧弯活动，达到有效矫正胸腰椎畸形，恢复伤椎的稳定性，最大程度保留胸腰部运动节段的目的〔9，10〕。但在螺钉本身会对患者机体造成一定程度的损伤，且在螺钉置入过程中，若打入位置不对，会导致螺钉击穿椎体，损伤脏器，增加术后并发症的发生风险。因此，如何精准确定螺钉置入的位置及角度是临床研究的热点问题〔11〕。

3D打印技术是一种新兴的快速成型技术，其核心是通过CT及X线等影像检查技术辅助下，获得组织脏器结构相关三维数据，并在相关图像软件中完成三维模型构建，通过3D打印技术进行分层实体制造，打印精准的1∶1骨骼模型，将骨骼具体情况形象地展示在医生患者面前，详细进行术前手术计划及手术模拟，以保证手术的安全及精准性，继而减少手术并发症风险，提高手术的治疗效果〔12～14〕。本研究结果表明，与椎弓根螺钉单一治疗相比，结合3D打印技术治疗，更利于促进老年胸腰段脊柱骨折患者术后腰椎功能恢复。分析其原因可能为3D打印技术为椎弓根螺钉内固定术安全准确的实施提供有效辅助作用，主要原因与以下几点有关：(1)1∶1打印的腰椎3D模型能够将腰椎骨折椎体具体形态清晰展示，为术前充分了解手术椎体解剖位及病情的分析提供客观依据，提高临床诊断准确率〔15〕。(2)术前可根据3D模型制定个性化手术方案，明确掌握置入螺钉最佳位置，降低手术对组织脏器及神经的损伤，减少术后并发症发生〔16〕。(3)3D模型为医生术前精准测量螺钉长度、直径、方向等提供依据，利于减少术中对腰椎组织的过度分离，继而降低术中出血量，减少手术对腰椎组织的损伤，利于术后腰椎功能恢复〔17〕。(4)术前经过3D模型观察得以明确置钉位置，使术中操作更加简便，无法使用计算机辅助导航系统等设备进行术前模拟，不仅提高了置钉的精准度，且降低术中X线使用频率，减少X线辐射对机体的损伤〔18〕。(5)3D打印实物模型，利于患者及其家属更加确切了解自身病情及理解治疗方案，利于获得患者更好的配合。因此，临床中推荐3D打印技术联合椎弓根螺钉应用于老年胸腰段脊柱骨折患者临床治疗中，以减少术后对老年患者机体的损伤，促进患者术后脊椎功能的恢复，改善老年患者预后。本研究仍具有一定局限性，如纳入研究样本量较少，且本研究为回顾性分析，获取相关数据可能与当前数据存在差异，在一定程度上影响研究数据结果的真实性及可信度，日后仍需进一步增加研究样本，进行前瞻性分析。