3D打印导板下椎弓根边界法置钉固定胸腰椎骨折△

段修杨，王 哲，于建林，杨永军，林海朋，孙秀琛，李金健，姜传杰，岳肖华

（山东省文登整骨医院，山东文登264400）

目前，椎弓根螺钉技术已经成为治疗脊柱骨折最为常用的技术，但仍存在因支撑强度不够而导致伤椎再压缩、螺钉松动拔出等情况，严重者可能出现迟发性脊柱后凸畸形、神经损伤等［1］。胸腰椎骨折术后远期由于内固定支撑强度不够而无法维持伤椎高度，而恢复脊柱前柱的稳定性是防止术后内固定失败的重要措施［2］，为减少伤椎再压缩，置钉方法从跨伤椎置钉到伤椎置钉，内固定物也出现了万向钉、固定钉及单平面螺钉，以尽可能的复位伤椎高度；但鲜有针对置钉技术进行改良，从而取得更好的螺钉支撑能力以维持伤椎高度的研究。本院近期开展的胸腰椎弓根边界法基于应力传导分析确定置钉路径［3］，提高了置钉准确率，更好的保护了置钉路径上的皮质骨，从而减少了内固定松动、拔出等情况，能提供更好的支撑强度。现报告如下。

1 临床资料

1.1 一般资料

2019年1月－2019年10月，本科手术治疗单节段胸腰椎骨折不伴脊髓神经根损伤的患者60例。依据术前医患沟通结果，将患者分为两组，其中，30例采用3D打印导向器引导下椎弓根边界法置钉（边界组），30例采用3D打印导向器引导下传统置钉技术（传统组）。两组年龄、性别、损伤至手术时间、骨折部位和类型的差异均无统计学意义（P>0.05）。本研究获医院伦理委员会批准，所有患者均知情同意并签署手术知情同意书。

1.2 手术方法

术前行X线、薄层CT检查并导入Mimics软件中重建三维模型，使用STL格式将模型导入Geomag⁃ic Studio软件中，对三维参考平面进行定位，分别采用椎弓根边界法和传统置钉法设计相应椎弓根钉的进钉点及钉道位置。在Geomagic Studio软件中，提取预计置钉椎的关节突、椎板、棘突等结构，建立反向模板。并依据CT图像设计椎弓根进钉点和钉道位置设计两种导板，数据以STL格式进行保存，最后使用3D打印机打印出两种导板实物（图1a）。

全麻下，患者取俯卧位，行后正中切口，显露棘突、椎板和关节突。两组患者分别安装椎弓根边界法置钉导板和传统置钉导板于相应椎体附件上（图1b），使用限深克氏针沿导向孔用电钻进行钉道制备，丝攻攻丝后球探探及5壁均为骨性后，拧入螺钉（图1c）。伤椎应用万向螺钉，伤椎上下椎体采用固定钉，安置适度预弯固定棒后并拧入螺栓，适度撑开后拧紧固定。

图1 3D打印导板引导下椎弓根边界法置钉 1a:计算机设计进钉点及钉道后，使用3D打印机打印出的椎体模型与导板实物 1b:术中显露置钉椎体附件后，将3D导板安置于附件上 1c:采用限深克氏针沿3D导板导向孔钻孔，然后用丝攻攻丝后，即可拧入螺钉

术后常规治疗1周后，指导行腰背肌功能锻炼、佩戴腰部护具下地活动。

1.3 评价指标

记录围手术期资料。采用疼痛视觉模拟评分（visual analogue scale,VAS）、Oswestry功能障碍指数（Oswestry disability index,ODI）评价临床效果。术后定期复查，测量椎体压缩比，椎体前缘高度压缩比=（伤椎的上下椎体前缘高度平均值-伤椎前缘高度）/伤椎的上下椎体前缘高度平均值。

1.4 统计学方法

采用SPSS 21.0软件对数据进行统计学分析。计量数据以±s表示，组间比较采用独立样本t检验，组内两时间点比较采用配对T检验。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 临床结果

所有患者均完成手术，术中无血管、神经损伤等严重并发症，两组患者切口均一期愈合。

所有患者均获随访，随访时间12～20个月，平均（13.73±1.99）个月，随访过程中，均无腰背疼痛加剧，均未出现神经症状，无再次翻修手术。患者VAS与ODI评分见表1，与术后1周相比，术后12个月两组患者的VAS和ODI评分均显著减少（P<0.05）。术后1周和术后12个月，两组间VAS和ODI评分的差异均无统计学意义（P>0.05）。

2.2 影像评估

术后影像显示，两组患者伤椎椎体前缘高度均达到良好恢复。至末次随访时，两组均无断钉、断棒，无内固定松动等不良影像表现。术后两组患者椎体前缘高度压缩比见表1，与术后1周相比，术后12个月边界组的椎体前缘高度压缩比虽略有增加，但差异无统计学意义（P>0.05），而传统组的椎体前缘高度压缩比显著增加（P<0.05）。术后1周时，两组间椎体前缘高度压缩比的差异无统计学意义（P>0.05），但术后12个月边界组的椎体前缘高度压缩比显著小于传统组（P<0.05）。

表1 两组患者临床与影像结果（±s）与比较

表1 两组患者临床与影像结果（±s）与比较

指标V A S评分（分）P值0.6 2 2 0.6 0 4 O D I评分（%）0.8 8 9 0.3 1 7椎体压缩比（%）时间点术后1周术后1年P值术后1周术后1年P值术后1周术后1年P值边界组（n=3 0）3.9 3±1.2 9 1.1 7±0.7 5<0.0 0 1 3 8.6 4±5.5 3 1 3.2 0±2.8 1<0.0 0 1 3.8 6±1.2 5 4.4 0±1.2 5 0.1 0 4传统组（n=3 0）4.1 0±1.3 2 1.2 7±0.7 4<0.0 0 1 3 8.8 2±4.3 5 1 3.9 8±3.1 6<0.0 0 1 3.7 6±1.3 5 5.1 9±1.0 6<0.0 0 1 0.7 5 9 0.0 1 0

3 讨论

目前，胸腰椎骨折的治疗方法日臻成熟，但仍存在较多因内固定松动、支撑力不足导致椎体高度再丢失等的情况，严重者甚至导致手术失败［4］。当然通过增加椎弓根螺钉的直径或螺钉长度也可以增强其在椎体中的抗拔出力，但由于椎弓根的容积有限，单纯增加椎弓根螺钉直径，会增加椎弓根被螺钉撑裂或者螺钉外露导致神经损伤的风险，有学者研究认为螺钉最大外径不应超过椎弓根横截面积90%［5］。最新研究表明，若螺钉穿出椎弓根超过2 mm，螺钉松动的概率会增加17倍［6］，由此可见，椎弓根螺钉穿出椎弓根是螺钉松动的危险因素之一，增加螺钉的直径十分有限；Hirano等［7］在生物力学研究中发现了椎弓根螺钉60%的抗拔出力是由椎弓根部位提供的，过度的增加螺钉长度存在螺钉穿出椎体前方导致血管、脏器损伤的风险增加。故增加螺钉直径、长度所获得的支撑力有限。

经伤椎置钉通过伤椎及其上下椎体置入螺钉并纵向撑开从而起到修复、复位及稳定椎体的作用，其固定原理类似力学杠杆效应，并可对伤椎施加向腹侧的压力，有助于抵制悬浮效应、提高横向稳定性及螺钉的抗切出力，可有效增加脊柱稳定性［8～10］。在采用经伤椎置钉法的同时，结合胸腰椎椎弓根边界法确定路径的置钉法进行置钉，取得了较好的内固定支撑力。传统技术只是确定置钉的起点，即使其进钉点准确，但因没有置钉路径的指引，螺钉在进入的过程中可能会改变方向，出现明显的偏差而发生椎弓根骨质突破［11］的现象，而椎弓根边界法置钉技术是螺钉全程路经在椎弓根内，更有效的保护了置钉路径的骨皮质，从而为内固定提供了较传统置钉更为坚强的支撑力［12］。

本研究结果显示，两组患者术后1周和12个月的VAS和ODI评分虽无明显差异。伴随患者下地活动后，虽有内固定支撑，但伤椎高度仍会少量减少，但边界组术后12个月伤椎压缩变化程度明显优于传统组，说明边界组内固定较传统组更能提供较好的支撑力，可更好地维持伤椎高度，减少因高度丢失出现的后凸畸形、迟发性神经损害、慢性腰背痛等的发生率。

综上所述，胸腰椎椎弓根边界法确定置钉路径，能更有效地保护椎弓根的骨性四壁，从而提供了更好的力学支撑力，有效增加了脊柱稳定性，减少了术后伤椎再压缩的程度。