3D打印人工椎体在脊柱肿瘤全椎体切除术中的疗效评价

孙越，王海瑞，刘艳成，张净宇，李爽，胡永成△

脊柱肿瘤是指生长于脊髓或脊髓邻近组织（包括脊髓实质、脊髓外鞘囊内或鞘囊外等）的原发或继发性肿瘤［1］。原发性脊柱肿瘤是中枢神经系统的罕见肿瘤，占中枢神经系统肿瘤的2%～4%［2］。临床中常见的脊柱肿瘤多由乳腺癌、肾癌、前列腺癌等转移而来，为继发性肿瘤。目前，治疗脊柱肿瘤或缓解其症状的首选方法是脊柱肿瘤全椎切除术［3］。然而，该手术易对患者脊柱、椎体造成损伤，影响脊柱的稳定性［4］。因此，脊柱肿瘤全椎切除术后需进行脊柱重建，以保证脊柱恢复效果良好，降低术后复发率，改善预后。3D打印技术是一种新兴的以数学模型为基础，应用粉末状金属或塑料等可粘合材料，以逐层累积的方式构造物体的技术［5］。3D打印的人工椎体与术中切除病灶的契合度较高，且可重建脊柱的生理曲度以及稳定性，对于脊柱肿瘤术后重建具有十分重要的意义［6］。目前，关于3D打印人工椎体在脊柱肿瘤全椎切除术中的应用研究较少且不深入。本研究探讨3D打印人工椎体用于脊柱肿瘤全椎切除术后脊柱重建的可行性及临床效果。

1 对象与方法

1.1 研究对象 选取2020年1月—2021年3月于内蒙古医科大学附属人民医院就诊的脊柱肿瘤并行全椎切除术患者11例，其中男5例，女6例，年龄17～70岁，平均（43.50±8.45）岁，病程3～14个月，平均（8.50±2.11）个月。脊柱肿瘤诊断符合《脊柱肿瘤的诊断和外科治疗》中的诊断标准［7］。纳入标准：确诊为椎体原发恶性肿瘤或恶性转移性肿瘤患者；临床表现为持续性、无法缓解的疼痛，且随着病程的延长疼痛症状加重。排除标准：合并严重骨质疏松症；具有凝血障碍和免疫系统疾病；无法耐受手术者；具有精神类疾病；生命体征不稳定；依从性不佳。本研究经医院伦理委员会批准，患者知情同意并签署知情同意书。

1.2 3D打印人工椎体 3D打印人工椎体由北京爱康宜诚医疗器械有限公司设计并制造。根据患者拟切除椎体的部位分为3D打印人工胸椎椎体和3D打印人工腰椎椎体。椎体采用圆柱体设计，腰椎人工椎体面积24 mm×18 mm，胸椎人工椎体面积21 mm×15 mm。3D打印人工椎体胸椎单节段高度为25～35 mm，双节段高度为40～55 mm；腰椎单节段高度为40～50 mm；根据术前CT测量病椎高度进行设计，并以此高度及±2 mm制作3个人工椎体以备术中使用。

1.3 手术方法 患者取俯卧位，常规消毒、铺巾。按标记切开皮肤、皮下组织及深筋膜，显露病变节段椎板和上、下需要固定的关节突。分别于病椎的上、下椎体植入椎弓根螺钉。切断肋骨并沿病椎双侧横突向外剥离，将双侧肋骨头切除3～4 cm，切断双侧肋间神经根。对椎板切除减压，切除病椎椎弓根及上、下关节突关节。用双手沿病椎侧方钝性向椎体前方游离大血管，直至双手在椎体前交汇，将纱布从椎体前方绕过，对病椎上、下椎间盘进行钝性分离。安装一侧临时棒，使用“S”型拉钩放置于椎体前方与血管之间进行保护，使用骨凿由后向前将病椎上、下椎间盘进行截断，保护好脊髓后，将椎体从一侧转出。选择合适大小的3D打印人工椎体植入重建。

1.4 结果观察（1）手术一般情况，记录患者手术时间、术中出血量、住院时间；观察内固定稳定程度，患者术后均行X线检查，术后6个月和末次随访时行X线检查评价内固定稳定程度；若椎弓根钉周围无吸收带、无位置移动和断裂，假体无脱位，均视为内固定稳定。（2）疼痛评分。分别于术前、术后24 h、术后6个月及末次随访采用视觉模拟评分（VAS）对疼痛程度进行评估，评分0～10分，分数越高，疼痛程度越重［8］。（3）脊柱功能评估。分别于术前、术后24 h、术后6个月及末次随访时采用日本骨科协会评估治疗分数（JOA）评估脊柱功能，分值0～29分，分值越高，脊柱功能越强。（4）神经功能评估。采用Frankel分级法评估术前及末次随访脊髓损伤情况。A级：损伤平面下方所有感觉均消失；B级：损伤平面下方感觉消失，但部分骶区仍有感觉；C级：损伤平面以下部分肌肉功能存在，但对患者活动无作用；D级：损伤平面以下肌肉功能不完整，可扶拐行走；E级：感觉及肌肉功能完好，有病理刺激反应。（5）并发症。观察术中和术后随访期间并发症的发生情况。

1.5 统计学方法 采用SPSS 19.0软件进行数据分析。符合正态分布的计量资料采用±s表示，多组间比较采用重复测量资料的方差分析，组间多重比较采用LSD-t法，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 手术一般情况 患者手术时间277.02～363.40 min，平 均（320.21±43.21）min；出 血 量1252.70～1455.86 mL，平均（1354.28±101.54）mL；住院时间11.97～32.45 d，平均（22.21±10.24）d。内固定稳定程度：11例患者中3例仅发生椎体破坏，各使用12枚椎弓根螺钉固定；余8例为全椎体受累，各用8枚椎弓根螺钉固定。前方病椎切除术后，患者均使用3D打印多孔人工椎体进行重建。术后X线片和CT显示，3D打印人工椎体和椎弓根螺钉位置满意。随访时间8～15个月，平均11个月，随访期间患者均未出现椎弓根螺钉位置移动和断裂，假体无脱位。典型患者，见图1。

2.2 VAS、JOA评分 术前、术后24 h及术后6个月的VAS评分呈依次降低趋势（P＜0.01），但末次随访VAS评分与术后6个月比较差异无统计学意义；除术前与术后24 h JOA评分差异无统计学意义外，其余各时点JOA评分呈依次升高趋势（P＜0.01），见表1。

2.3 神经功能恢复情况 术前Frankel分级A级、B级、C级、D级、E级的患者数分别为1、3、3、3、1；末次随访时A级、B级、C级、D级、E级的患者数分别为0、0、1、5、5例；6例有1个等级改善，3例有2个等级改善，1例有3个等级改善，1例患者术前为E级，末次随访时无变化。

Fig.1 X-ray,CT and MRI images of the vertebral body in a patient with typical giant cell tumor of bone图1 典型骨巨细胞瘤患者椎体X线、CT及MRI影像

Tab.1 VAS scores and JOA scores of patients before and after operation表1 患者术前及术后VAS评分、JOA评分情况（n=11，分，±s）

Tab.1 VAS scores and JOA scores of patients before and after operation表1 患者术前及术后VAS评分、JOA评分情况（n=11，分，±s）

**P＜0.01；a与术前比较，b与术后24 h比较，c与术后6个月比较

时间术前术后24 h术后6个月末次随访F VAS 6.18±1.335.00±1.10a 3.36±0.92ab 2.63±1.03ab 23.103**JOA 9.18±2.4010.90±2.6617.81±3.22ab 21.55±2.87abc 47.179**

2.4 并发症 11例患者术中有2例出现胸膜破裂，均进行术中缝合修补，未行胸腔闭式引流。1例肾癌L4椎体转移患者术后右侧下肢胫前肌肌力由术前4级下降至3级，考虑为术中神经过度牵拉所致，及时给予静脉神经营养及脱水药物治疗，术后1.5个月恢复至4级；余10例患者术后无神经损伤等严重并发症的发生。1例骨巨细胞瘤患者术后3个月复发，转他院治疗；1例脊柱继发甲状腺癌患者术后9个月死亡。

3 讨论

目前，脊柱肿瘤切除术逐渐成为治疗脊柱肿瘤的首选方法之一，此手术要求快速、精确地切除肿瘤，且确保不伤及血管、脊髓等，否则将直接影响患者的长期预后［9］。另外，脊柱肿瘤成功切除后，患者往往存在骨质流失和脊柱结构不稳定的问题［10］。因此，术后需对患者进行有效的脊柱重建，以维持其正常的稳定性，改善预后。脊柱重建在脊柱外科中是一个具有挑战性的课题。术后重建的目标是恢复前柱的承载能力，填补流失的骨质，矫正由疾病引起的畸形。

人工椎体与宿主骨整合的能力是长期保持重建成功的关键因素。目前可应用于脊髓重建的材料有骨移植物、网状笼、碳纤维可堆叠笼或可扩展笼等，但这些材料各有其局限性［11-12］。现代科技的发展使3D打印技术逐渐完善，且不断被应用于骨骼支撑或缺损组织替代物［13］。张亚等［14］研究显示，3D打印技术辅助脊柱肿瘤手术治疗可缩短手术时间和住院时间，减少术中出血量。本研究中11例患者手术时间、住院时间及术中出血量均在临床可接受范围，且较张亚等［14］研究中的效果更理想，患者均未出现椎弓根螺钉位置移动和断裂，假体无脱位；术后随访期间仅1例骨巨细胞瘤患者术后复发，1例脊柱继发甲状腺癌患者死亡。有研究表明，3D打印人工椎体重建技术有助于医师根据患者肿瘤与附近神经、血管的实际情况制定针对性的手术方案，在保证完整、精准地切除肿瘤的同时，能更好地减少神经及血管损伤［15］。本研究结果也提示，3D打印人工椎体用于脊柱肿瘤全椎切除术后重建，短期效果显著，安全性较高。

目前，VAS评分广泛用于评估患者疼痛改善情况［16-17］。JOA评分是用于评价人体功能性障碍的量表，是评估患者脊髓功能的标准工具［18］。本研究中，患者术前、术后24 h及术后6个月的VAS评分呈依次降低趋势，末次随访VAS评分与术后6个月比较差异无统计学意义，表明应用3D打印人工椎体进行脊髓重建后患者疼痛情况逐渐好转，6个月内基本可以改善患者症状，有利于患者早期康复。另外，JOA评分呈依次升高趋势，但术前与术后24 h的JOA评分差异无统计学意义，提示患者在术后24 h开始脊髓功能逐渐恢复，考虑可能与患者术后麻醉恢复期或术后疼痛造成的一过性的功能障碍有关。

Frankel脊髓损伤分级是神经外科常用评分系统。本研究11例患者中有9例术前Frankel分级集中在B～D级，表明多数患者在神经功能损坏早期即接受了手术治疗。术后Frankel分级的变化再次证实3D打印人工椎体可显著改善脊髓损伤，促进神经功能恢复。

综上所述，脊柱肿瘤全椎切除术后应用3D打印人工椎体重建，稳定性高，并发症少，安全性较高，预后良好，有望于临床普及应用。