强直性脊柱炎截骨矫正3D打印导板辅助椎弓钉置入

江 辉，梅 伟，王祥善，曹顺海，于东方

（郑州市骨科医院，河南 郑州 450000）

强直性脊柱炎（ankylosing spondylitis,AS）是临床发生率较高的一种免疫系统病变，是可侵袭脊柱及关节的慢性炎性改变［1］。既往治疗中常选用后路椎弓根内固定治疗，但术中难以对病变状况进行有效评估，治疗精确度较低［2-4］。近年来，3D打印技术（three-dimensional printing,TDP）逐渐被应用于复杂度、精细度要求较高的领域，可于术前构建脊柱结构模型，提升手术操作的直观性和准确性［5-9］。但临床关于3D打印技术辅助的应用效果尚有不同意见，且缺乏明确、清晰的临床指南。本研究在AS患者中采用3D个性化打印导向器辅助内固定治疗，并与传统术式进行比较，旨在为临床纠治提供有效指导，取得了较好的疗效，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 纳入与排除标准

纳入标准：（1）临床与影像学确诊为AS脊柱畸形；（2）严重影响患者生活质量，经保守治疗效果欠佳，符合后路椎弓根钉棒内固定治疗的适应证；（3）所有患者及家属均行术前沟通，根据自身意愿和实际病情接受手术方式，并签署知情同意书。

排除标准：（1）存在其他原因引起的脊柱畸形；（2）有手术史；（3）存在神经系统损害；（4）肿瘤或感染性脊柱疾病；（3）因自身原因而无法耐受研究。

1.2 一般资料

回顾性分析本院2014年6月—2019年12月收治的手术治疗AS患者的临床资料，共70例符合上述标准，纳入本研究。依据医患沟通结果将患者分为两组，3D组38例接受3D个性化打印导向器内固定；徒手组32例接受传统方式内固定，两组患者术前一般资料见表1，两组年龄、性别、病程和体质指数（body mass index,BMI）的差异均无统计学意义（P＞0.05）。本研究通过医院伦理委员会批准备案，所有患者均知情同意。

表1 两组患者术前一般资料与比较

1.3 手术方法。

3D组：患者接受3D打印导向器引导下椎弓钉置入，截骨矫形术。术前选取Brillianc 64排128层螺旋CT（荷兰飞利浦公司）获取病变部位CT数据，将伤椎CT数据导入Mimics 21.0软件，构建并修正伤椎的立体模型，改良其定位效果及直观性。分析并保存处理完毕的影像文件，设计个性化各节椎骨的椎弓钉导向器，用医用3D打印机（型号：DMP Factory 350,3D Systems公司）制作椎体模型和导向器。

采用全麻、平卧位，适当调节手术床角度。行后正中切口，显露手术节段棘突、双侧椎板与关节突。依据术前设计，分节段在3D导向器引导下，置入双侧椎弓钉。先安装一侧棒，稳定脊柱，在胸腰段预定截骨平面，先行一侧截骨，必要时咬除截骨段椎弓根。安装已截骨侧棒，去除原临时固定侧棒，同法行对侧截骨。交替采用撑开、压缩或旋转等方法调整钉-棒系统，矫正脊柱畸形，确保脊柱操作过程平顺，保护脊髓神经。透视确认脊柱矫正良好、内固定物位置良好。再次紧固钉-棒系统，完成操作。手术结束后放置引流管，常规行抗感染、抗血栓治疗，72 h后逐渐开展康复训练。

徒手组：术前利用传统CT方式行伤椎评估，术中依据术前计划，依次采用徒手技术置入椎弓钉。后续截骨、矫正和固定方法同3D组。

1.4 评价指标

记录两组患者的围手术期情况，包括手术时间、切口长度、术中失血量、术后引流量、术中透视次数及住院时间等。采用下地行走时间、完全负重活动时间、身高、坐高，以及视觉模拟评分法（visual analogue scale,VAS）［10］，腰痛功能障碍 （Oswestry Disability Index,ODI）功能评分［11］和日本骨科协会（Japanese Orthopaedic Association,JOA）腰椎评分评价临床效果［7］。行影像学检查，测量矢状面后凸Cobb 角、C7铅垂线（C7PL）［8］。观察截骨愈合以及内固定物改变情况。

1.5 统计学方法

采用SPSS 25.0统计软件对数据进行统计分析。计量数据以±s表示，资料呈正态分布时，两组间比较采用独立样本t检验，组内时间点间比较采用配对样本T检验或单因素方差分析；资料呈非正态分布时，采用秩和检验。计数资料采用x2检验或Fisher精确检验。等级资料两组比较采用Mann-whitney U检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 围手术期情况

两组患者均顺利完成手术，术中无严重不良反应。两组患者围手术期情况见表2。3D组手术时间、术中出血量、术后引流量、透视次数及住院时间均显著优于徒手组，差异具有统计学意义（P＜0.05）。切口愈合方面，3D组38例中，甲级愈合27例，乙级愈合7例，丙级愈合4例；徒手组32例中，甲级愈合16例，乙级愈合10例，丙级愈合6例；两组间差异有统计学意义（P＜0.001）。两组患者均未发生深部感染和症状性血栓等并发症；3D组1例切口积血，徒手组1例神经根损伤，2例切口积血，均经对症治疗后缓解。

表2 两组患者围手术期情况（±s）与对比

表2 两组患者围手术期情况（±s）与对比

指标手术时间（m i n）切口长度（c m）术中失血量（m l）术后引流量（m l）术中透视次数（次）住院时间（d）3 D组（n=3 8）1 1 3.6 7±1 3.1 8 2 3.8 2±4.5 6 2 0 5.3 7±1 3.2 5 2 1 6.1 0±1 5.2 4 7.4 3±2.5 4 1 2.3 5±2.2 3徒手组（n=3 2）1 6 3.7 5±1 4.5 7 2 8.3 7±5.5 1 2 7 9.5 8±1 5.0 5 2 9 5.8 2±1 7.5 4 1 3.2 4±4.4 7 1 9.5 8±3.6 8 P值＜0.0 0 1＜0.0 0 1＜0.0 0 1＜0.0 0 1＜0.0 0 1＜0.0 0 1

2.2 随访结果

所有患者均获随访，随访时间12～43个月，平均（22.47±5.84）个月。随访期间，脊柱矫形情况好；两组患者术后疼痛逐步减缓，功能逐步改善。均无症状加剧，或再次翻修手术者。

两组患者随访结果见表3。

表3 两组患者随访结果（±s）与比较

表3 两组患者随访结果（±s）与比较

时间点指标下地行走时间（d）完全负重时间（周）身高（c m）坐高（c m）0.7 6 1 0.0 1 1 V A S评分（分）O D I评分（%）0.3 3 2＜0.0 0 1 J O A评分（分）术前末次随访P值术前末次随访P值术前末次随访P值术前末次随访P值术前末次随访P值0.2 7 9＜0.0 0 1 3 D组（n=3 8）1 2.8 6±2.8 7 2 3.6 9±4.4 1 1 6 5.3 8±1.3 8 1 7 6.4 6±0.8 2＜0.0 0 1 8 0.4 1±7.8 5 9 5.5 3±5.3 7＜0.0 0 1 6.2 5±2.1 4 1.5 7±0.8 6＜0.0 0 1 5 0.6 4±7.4 3 2 8.3 2±4.8 5＜0.0 0 1 1 4.5 3±3.3 2 2 5.2 9±6.7 4＜0.0 0 1徒手组（n=3 2）1 7.8 4±2.3 9 3 0.8 5±5.5 6 1 6 6.4 8±2.2 8 1 7 1.9 3±1.6 3＜0.0 0 1 8 0.9 2±7.4 1 9 1.8 9±6.2 6＜0.0 0 1 6.3 1±1.5 6 3.7 8±1.4 8＜0.0 0 1 5 1.2 5±6.8 4 3 9.7 4±4.5 2＜0.0 0 1 1 4.1 4±3.9 3 1 9.6 3±4.4 9＜0.0 0 1 P值＜0.0 0 1＜0.0 0 1 0.8 2 4＜0.0 0 1 0.1 3 0＜0.0 0 1

结果表明：3D组下地行走时间、完全负重时间明显早于徒手组，差异具有统计学意义（P＜0.05）。与术前相比，末次随访时两组患者身高、坐高、JOA评分显著增加（P＜0.05），而VAS和ODI评分显著下降（P＜0.05）。术前两组间在身高、坐高、VAS、ODI和JOA评分的差异均无统计学意义（P＞0.05），末次随访时，3D组在上述指标均显著优于徒手组，差异均有统计学意义（P＜0.05）。

末次随访时，3D组38例中，27例可平视前方行走，6例仍轻度仰视行走，5例明显仰视行走；26例脊柱外观大致正常，7例仍轻度驼背畸形，5例明显驼背畸形；27例恢复自理生活，并可轻体力劳动，11例仍需他人照料生活。徒手组32例中，16例可平视前方行走，10例仍轻度仰视行走，6例明显仰视行走；15例脊柱外观大致正常，11例仍轻度驼背畸形，6例明显驼背畸形；16例恢复自理生活，并可轻体力劳动，16例仍需他人照料生活。

2.3 影像评估

两组患者影像评估结果见表4，术后影像显示，3D组置钉准确率优于徒手组（P＜0.05）。与术前相比，末次随访时，两组患者矢状面后凸Cobb角和矢状面C7PL偏移均显著减少（P＜0.05）。术前两组间后凸Cobb角和C7PL偏移的差异均无统计学意义（P＞0.05），末次随访时，3D组在后凸Cobb角和C7PL偏移均显著优于徒手组（P＜0.05）。至末次随访时，两组截骨融合段均达到骨性融合，3D组无内固定松动断裂，徒手组1例椎弓钉松动。3D组典型病例影像见图1。

表4 两组患者影像评估结果（±s）与比较

表4 两组患者影像评估结果（±s）与比较

时间点指标置钉准确率（%）后凸C o b b角（°）C 7 P L（c m）术前末次随访P值术前末次随访P值3 D组（n=3 8）8 7.6 8±2.1 7 2 5.5 2±6.1 9 9.4 7±2.6 3＜0.0 0 1 3 7.5 6±4.9 5 1 7.6 8±2.1 7＜0.0 0 1徒手组（n=3 2）7 2.9 3±3.9 6 2 4.9 4±5.7 2 1 3.4 5±3.8 4＜0.0 0 1 3 6.4 5±4.3 2 2 9.9 3±3.9 6＜0.0 0 1 P值＜0.0 0 1 0.1 3 0＜0.0 0 1 0.1 1 7＜0.0 0 1

图1 患者，男，25岁，确诊为AS，接受矫正截骨3D打印导向器辅助椎弓钉内固定 1a,1b:术前三维CT重建显示脊柱重度后凸畸形，伴轻度侧凸畸形 1c,1d:打印出手术节段脊柱模型与3D打印椎弓钉置入导板 1e,1f:术后1个月正、侧位X线片显示脊柱畸形矫满意，内固定位置良好 1g,1h:术后12个月正、侧位X线片显示内固定在位，矫形维持效果好，截骨端存在骨性融合

3 讨论

AS的主要临床表现为关节疼痛、肿胀及强直性病变，引发脊柱及邻近软组织的纤维化病变，降低骨强度及骨密度。加之AS多发生于中老年患者，常伴发骨质生长异常，易诱发骨质疏松及椎体压缩性骨折。AS的保守治疗效果一般，应在评估适应证后及早施行手术，旨在复原矢状位平衡状态、促进生活质量的提升［12～16］。近年来，随着医疗水平的不断发展及计算机辅助技术的应用，3D打印辅助内固定治疗被提出并推广，对AS的诊治提出了有效指导，有利于改善AS手术的精准性及有效性［5-9］。

本研究中3D组手术时间、术中出血量、术后引流量、透视次数及住院时间均明显低于徒手组（P＜0.05），不良反应事件发生率明显低于徒手组（P＜0.05）。分析原因在于3D打印辅助手术有利于在术前对AS患者的脊柱结构行准确化、个性化评估，充分掌握脊柱病变的三维结构，有利于准确掌握复位标志、入针区域，有效提升操作效率并降低手术时间［15］。本研究结果与Liu等［16］的研究一致，提示3D个性化导向器在AS患者的治疗中存在较好的安全性。

Yu等［17］的荟萃分析，纳入13项研究，包括7项随机对照试验和6项前瞻性队列研究，涉及446名患者和3 375枚螺钉，结果表明3D打印导向模板比徒手技术具有明显优势，显著提高了椎弓根螺钉置入的准确性，降低操作误差。本研中比较两组患者各项随访结果及影像学指标，结果表明：3D组下地行走时间、完全负重时间明显早于徒手组。两组患者术后VAS、ODI评分均较术前明显下降，JOA评分较术前增加，且3D组患者的改善程度明显优于徒手组，差异具有统计学意义。末次随访时，两组患者的后凸Cobb角、C7PL等影像学指标均明显改善，且3D组患者的改善明显优于徒手组。本研究验证了以往学者的研究结果，再次说明3D打印导板的优点。有效规避因复杂解剖结构的干扰而引发的定位偏差，确保了置入螺钉的精确性，并且具有简便、易学的优势，适合在基层医院进行推广。

本研究仍存在部分有待完善的问题，包括：（1）选取的样本量一般，可能存在选择偏倚；（2）随访时程有限，未对远期预后水平进行随访评价，有待于后续继续改进治疗方法，行进一步长时程、大样本量研究。

综上所述，在AS的矫正截骨术中采用3D个性化打印导向器置钉具有安全、高效、精确的应用优势，有效规避术后不良反应事件的发生，具有较好的治疗安全性与有效性。因此，建议依据患者实际情况选择使用。