3D 打印技术在脊柱侧凸矫形中的应用效果分析

高笛， 马腾， 刘殿鹏， 刘燚

（1 安阳市第六人民医院 骨科， 河南 安阳455005； 2 郑州市骨科医院 骨科， 河南 郑州450052）

脊柱侧凸属骨科常见疾病， 该类疾病患者的脊柱存在多个椎体的结构变异， 在冠状位、 矢状位或者轴向位均偏离正常位置， 进而出现椎体扭曲、 畸形等现象， 患者多表现为 “漏斗胸” 或 “鸡胸”， 严重影响身心健康。 目前， 临床治疗脊柱侧凸主要采用后路椎弓根螺钉治疗术， 其中后路小切口微创分期术是当前治疗脊柱畸形的有效手段， 但由于脊柱侧凸患者的畸形存在个体化， 加大了手术难度和风险［1］。 相关研究［2］表明， 术前应用3D 打印技术辅助能够针对性地对患者进行治疗分析， 完善术前计划， 减少螺钉误置风险， 从而提高治疗效果。 基于此， 本研究进一步探讨3D 打印技术在脊柱侧凸矫形中的应用效果， 现将结果报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料选择2019 年1 月至2020 年6 月我院收治的脊柱侧凸患者76 例。 纳入标准： ①脊椎侧凸类型在手术范围之内； ②患者经过传统治疗收效甚微； ③患者临床资料完整； ④侧凸严重， 但无重要脏器损伤； ⑤脊柱椎弓根压缩程度＞1／3。排除标准： ①脊柱虽有侧凸但是脊柱周围神经严重损伤； ②脊柱存在恶性肿瘤不宜手术； ③精神异常； ④凝血障碍。 按照随机数字法将入选患者分为对照组和观察组， 每组各38 例。 对照组中男16 例， 女22 例； 年龄16 ～32 岁， 平均年龄 （23.5 ±5.6） 岁； 侧凸类型： 特发性脊柱侧凸22 例， 退变性脊柱侧凸7 例， 综合征型脊柱侧凸9 例。 观察组中男18 例， 女20 例；年龄16 ～30 岁， 平均年龄 （23.1 ± 5.2） 岁； 侧凸类型： 特发性脊柱侧凸24 例， 退变性脊柱侧凸7 例， 综合征型脊柱侧凸7例。 两组患者的性别、 年龄、 侧凸类型等比较， 差异无统计学意义 （P＞0.05）， 具有可比性。

1.2 治疗方法两组患者均实施后路小切口微创分期术。 对照组行常规CT 或X 线辅助手术治疗。 观察组行术前3D 打印技术辅助手术治疗， 术前处理： 对患者的脊椎侧凸节段实施厚度不超过1 mm 的薄层螺旋CT 扫描， 以DICOM 格式保存至Mimics 软件中， 然后对患者脊椎侧凸伤椎扫描数据进行3D 模型重建， 构造出个体化的脊椎曲面， 以STL 格式 （打印机可识别）进行保存、 打印 （使用PLA 材料）。 构造好的个体化脊椎侧凸仿真3D 椎体模型能够在术前对患者不同情况的侧凸进行直观分析， 找出手术切除点， 合理选择螺钉的长度、 数量、 直径，初步决定需要固定和融合节段， 找出发育严重不良以及发育尚可的锥体， 防止术中螺钉误置的风险， 初步预测结果。

1.3 观察指标①记录并比较两组患者的置钉数量、 平均置钉时间、 置钉准确数， 计算置钉准确率。 ②比较两组患者的终末融合后侧凸主侧凸冠状位Cobb 角和初次平均矫正率。 ③统计两组患者的术后并发症发生情况。

1.4 统计学方法采用SPSS 19.0 统计学软件处理数据。 计量资料以±s表示， 采用t 检验； 计数资料以n （%） 表示， 采用χ2检验。P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组的置钉情况比较观察组的置钉准确率高于对照组，平均置钉时间短于对照组 （P＜0.05）。 见表1。

2.2 两组的终末融合后侧凸主侧凸冠状位Cobb 角和初次平均矫正率比较术前， 两组终末融合后侧凸主侧凸冠状位Cobb 角比较， 差异无统计学意义 （P＞0.05）； 术后， 观察组的终末融合后侧凸主侧凸冠状位Cobb 角显著低于对照组 （P＜0.05）。 观察组的初次平均矫正率为76.3%， 显著高于对照组的52.6% （P＜0.05）。 见表2。

表2 两组的终末融合后侧凸主侧凸冠状位Cobb 角和初次平均矫正率比较 ［±s， n （%）］

组别 n 终末融合后侧凸主侧凸冠状位Cobb 角 初次平均矫正率术前 术后观察组 38 94.55±21.87 28.59±10.61 29 （76.3）对照组 38 92.61±19.64 38.16±11.42 20 （52.6）t／χ2 0.407 3.785 4.653 P 0.685 0.000 0.031

2.3 并发症观察组出现1 例皮肤感染， 并发症发生率为2.6%； 对照组出现1 例内固定松动、 2 例神经损伤， 并发症发生率为7.9%； 两组的并发症发生率比较， 差异无统计学意义（χ2＝1.056，P＝0.304）。

3 讨论

脊柱侧凸是指脊柱的一段或者几段在某种诱因的作用下出现侧方的弯曲， 弯曲的脊柱会压迫周围的软组织以及神经， 外观上表现为S 形或者C 形， 严重者压迫重要神经和脏器， 出现胸腹腔容积的缩小， 不仅影响青少年的生长发育， 而且会导致脏器功能严重障碍、 心肺储备能力下降［3］。 后路小切口微创分期术是当前治疗脊柱畸形的有效手段［4］， 但每位患者的脊柱均有不同情况的椎体融合， 椎管狭窄程度也不尽相同， 生理解剖点很难辨认， 加大了手术的复杂程度和螺钉误置风险。 因此，在术前对患者的脊柱椎体进行直观的分析， 对提升手术疗效具有重要意义。

3D 打印技术是20 世纪90 年代兴起的应用于医学领域的术前快速三维立体模型成型技术， 术前通过对患者机体解剖数据的成功复制， 打印出个体化的机体解剖模型， 近几年来多次被应用于脊柱矫形骨科。 对于脊柱侧凸患者， 术前通过3D 打印技术， 能够明确每个病变椎体的形态， 找到个体化的手术进针点以及解剖学标志， 明确每个椎弓根狭窄程度以及需要置入的螺钉长度、 型号以及位置［5］。 研究［6］表明， 通过3D 打印技术进行完善的术前模拟计划， 不仅能够缩短手术时间， 还能降低术中出血量以及术中X 线暴露次数， 减少螺钉误置风险。本研究中， 观察组的置钉准确率高于对照组， 平均置钉时间短于对照组 （P＜0.05）， 表明术前采用3D 打印技术可明显提高手术精确度、 降低术中螺钉误置风险。 另外， 由于脊柱的活动度非常大， 术前单纯应用常规CT 并不能很好地明确术中神经的位置以及脊柱在冠状位、 矢状位的改变程度， 而通过3D 打印技术进行术前评估， 能够充分了解患者的脊柱侧凸情况， 能够更好地分析Cobb 角的纠正方法［7］。 本研究中， 观察组的终末融合后侧凸主侧凸冠状位Cobb 角显著低于对照组， 初次平均矫正率显著高于对照组 （P＜0.05）， 两组的并发症发生率无统计学差异 （P＞0.05）， 表明术前应用3D 打印技术辅助手术能够更好地恢复脊柱生理弯曲， 增加矫正成功率， 且安全可靠。

综上所述， 术前应用3D 打印技术辅助治疗脊柱侧凸， 可有效提升手术效果， 更好地恢复脊柱生理弯曲， 提高矫形成功率， 且安全可靠， 值得临床推广应用。