3D 打印导板技术在复杂上颈椎手术中的应用

叶书熙，陈勤，伍耀宏，陈荣春

赣州市人民医院 （江西 赣州 341000）

复杂上颈椎畸形存在严重的骨性畸形与椎动脉变异，临床治疗以手术效果最佳。但由于该部位解剖结构复杂，血管与神经分布较多，手术过程中稍有不慎会损伤邻近神经、血管，诱发严重并发症，影响手术安全[1]。复杂上颈椎手术中螺钉的置入操作关乎手术成败，但传统置钉方法主要依靠术者的经验进行，置钉的准确性、安全性无法保证[2]。随着医学技术的快速发展，3D 打印导板技术在临床得到广泛应用。作为一种高新技术，3D 打印导板技术以数字技术为基础，结合了材料技术、信息技术，可根据患者的实际需求制备个性化的器械、材料[3]。3D 打印导板技术使置钉操作更加简单、准确，有效提高了手术安全性，目前已在脊柱置钉、辅助关节置换、骨折内固定等多种手术中取得理想效果。基于此，本研究探讨3D 打印导板技术在复杂上颈椎手术中的应用效果，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2018 年8 月至2022 年8 月我院收治的20 例复杂上颈椎手术患者作为研究对象，按照随机数字表法分为两组，每组10 例。试验组男7 例，女3 例；年龄35～67 岁，平均（49.83±5.18）岁；体质量42～83 kg，平均（70.45±6.72）kg；文化程度，高中及以下4 例，大专及以上6 例。对照组男6 例，女4 例；年龄33～66 岁，平均（49.52±5.04）岁；体质量42～82 kg，平均（70.68±6.91）kg：文化程度，高中及以下5 例，大专及以上5 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。本研究经医院医学伦理委员会批准，患者及家属均自愿签署知情同意书。

纳入标准：经MRI、CT 检查确诊，需进行复杂上颈椎手术治疗；伴有不同程度的颈部活动受限、疼痛等症状；未合并骨质疏松、感染等疾病。排除标准：伴有脏器功能衰竭；存在椎弓根细小、畸形、变异等影响置钉操作的情况；无法耐受手术；伴有精神疾病，无法进行正常交流。

1.2 方法

两组术前均完善相关检查，向患者简单说明手术步骤，消除其焦虑、紧张心理。手术时，患者取俯卧位，全身麻醉后，采用头架固定头部，消毒术区皮肤后铺巾，于颈后正中线做切口，自项韧带白线切开至棘突，使用电刀剥离棘突两侧的肌肉，充分暴露后方双侧椎板、侧块、小关节等骨性结构。

对照组采用传统方法置钉，即使用C 型臂X 线机透视辅助置钉：根据患者术前影像学资料及术中颈椎后方的具体结构，结合术者经验明确进钉点；使用球磨钻磨去骨皮质，推入直径2 mm 的颈椎椎弓根手椎，利用球头椎弓根探子探测钻出通道的四壁、底部，正常通道应为骨性、有摩擦感且底部坚硬，操作过程应轻柔，防止暴力操作误伤血管或硬膜囊；随后置入椎弓根螺钉，并利用C 型臂X 线机观察置钉位置，若置钉位置不满意，术者可酌情调整进钉角度，直至满意为止。

试验组采用3D 打印导板技术置钉。导板制作：术前拍摄颈椎正侧位X 线片，并用Philips 128 排螺旋CT 对拟固定节段脊柱进行连续扫描（扫描参数设置：电流30 mA，电压120 kV，层距0.67 mm，层厚0.67 mm，矩阵512×512），将扫描获得的CT 图像数据建立三维模型，以二维DICOM 格式导入Mimics 17.0 软件进行数据处理；根据在三维模型上模拟的置钉过程设计进钉点及可在正确方向置钉的导板，包括基座和空心导向管；拟合基座及空心导向管的模型后，设计带有导向孔的个体化椎弓根定位导板；随后进行3D 打印，获得椎体模型及导板模型。置钉方法：术中充分暴露拟固定节段椎体后方结构后，与3D 打印椎体模型后方结构进行比对，以便更准确、迅速地确定拟固定椎体；通过导板上的空心导向管与骨性结构的接触点确认进钉点，用球磨钻于进钉点磨去皮质骨，将直径2 mm 的电钻沿空心导向管钻入，操作期间避免损伤重要结构；使用球头椎弓根探子探测所钻出通道的四壁和底部（标准同对照组），随后置入椎弓根螺钉，并利用C 型臂X 线机观察置钉位置。

1.3 观察指标

（1）手术指标：比较两组每枚螺钉置入时间、术中出血量、术中透视次数、手术时间。（2）置钉准确度[4]：根据CT 扫描结果，螺钉全部在椎弓根内为Ⅰ级，螺钉穿出椎弓根壁<2 mm 为Ⅱ级，螺钉穿出椎弓根壁2～4 mm 为Ⅲ级，螺钉穿出椎弓根壁>4 mm 为Ⅳ级。（3）疼痛程度：术前1 d、术后3 d，采用视觉模拟评分法[5]（visual analogue scale，VAS）评估两组的疼痛程度，总分10 分，评分与疼痛程度呈正相关。（4）颈椎功能：术前1 d、术后3 d，采用日本骨科协会[6]（Japanese Orthopaedic Association，JOA）颈椎神经功能评分评估两组的颈椎功能，总分17 分，评分与颈椎神经功能呈正相关。

1.4 统计学处理

采用 SPSS 22.0 统计软件进行数据分析。计量资料以±s 表示，采用t检验。计数资料以率表示，采用χ2检验。等级资料采用秩和检。P<0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组手术指标比较

试验组每枚螺钉置入时间、手术时间均短于对照组，术中出血量、术中透视次数均少于对照组，差异均有统计学意义（P<0.05），见表1。

表1 两组手术指标比较（±s）

表1 两组手术指标比较（±s）

术中透视次数（次）每枚螺钉置入时间（min）手术时间（min）对照组 10 2.96±0.28 186.34±24.18 6.25±1.04 146.68±22.34试验组 10 2.02±0.19 106.71±19.34 4.53±0.82 118.25±18.41 t 8.7858.1334.1073.106 P 0.0000.0000.0010.006组别 例数术中出血量（ml）

2.2 两组置钉准确度比较

试验组置钉准确度优于对照组，差异有统计学意义（P<0.05），见表2。

表2 两组置钉准确度比较（例）

2.3 两组VAS 评分、JOA 颈椎神经功能评分比较

术前1 d，两组VAS 评分、JOA 颈椎神经功能评分比较，差异均无统计学意义（P>0.05）。术后3 d，两组VAS 评分均低于同组术前1 d，JOA颈椎神经功能评分均高于同组术前1 d，且试验组VAS 评分低于对照组，JOA 颈椎神经功能评分均高于对照组，差异均有统计学意义（P<0.05），见表3。

表3 两组VAS 评分、JOA 颈椎神经功能评分比较（分，±s）

表3 两组VAS 评分、JOA 颈椎神经功能评分比较（分，±s）

注：VAS 为视觉模拟评分法，JOA 为日本骨科协会

组别例数VAS 评分术前1 d术后3 dtP对照组106.49±1.29 2.36±0.59 9.2070.000试验组106.31±1.37 1.24±0.35 11.3390.000 t 0.3035.163 P 0.7660.000组别例数JOA 颈椎神经功能评分术前1 d术后3 dtP对照组107.53±1.07 12.52±2.58 5.6500.000试验组107.65±1.16 15.24±1.63 11.9970.000 t 0.2412.819 P 0.8130.011

3 讨论

上颈椎解剖关系复杂，存在重要的神经与血管，主要控制人体的感觉及运动功能。复杂上颈椎手术通过在椎弓根置入螺钉可有效处理椎体病变，达到重建与减压的双重作用，安全性、有效性备受临床认可[7]。但因椎弓根容积小，缺乏解剖标志，周围神经、血管较多，术中存在损伤椎动脉及脊髓的风险，影响患者预后[8]。既往临床多采用C 型臂X 线机透视辅助置钉，但置钉操作多依赖操作者的经验进行，由于其对影像学阅读与理解的不同，加之术中需多次调节进钉角度、方向，增加透视次数的同时使患者的受辐射剂量增加，延长手术时间，影响整体手术效果[9-10]。因此，精确置钉已成为临床研究的重点。

近年来，3D 打印技术在多种疾病中均得到应用，已积累大量经验，是一种趋于成熟的手术辅助技术[11]。3D 打印导板技术首先利用计算机建立模型，然后使用生物材料、金属粉末等逐层堆叠累积，最后获得模型。该技术最早应用于工业领域，随着技术的不断成熟，目前已逐渐用于制造人体椎体、髋关节、病灶体等模拟生物件[12]。3D 打印导板技术无需实物，具有成本低、可变化、效率高等优势，可降低手术风险，提高手术精准性和前瞻性，更能满足临床对个性化医学的需求[13]。本研究结果显示，试验组手术指标、置钉准确度均优于对照组，术后3 d 试验组VAS 评分低于对照组，JOA 评分高于对照组，差异均有统计学意义（P<0.05）。表明复杂上颈椎手术中采用3D打印导板技术置钉利于缩短手术时间，减少出血量与透视次数，提高置钉准确度，减轻疼痛程度，改善颈椎功能。分析其原因为，3D 打印导板技术利用CT 扫描颈椎结构，随后使用计算机构建三维模型并打印实体模型，术前即可完成个体化导板的设计与制作，可开展模拟操作，获得完善的术前计划，使术者更直观地了解手术部位的解剖情况；术中利用3D 打印导板更精准地辅助完成高难度手术，利于避开重要血管、神经，划定安全区域进行手术操作，从而提高手术效率、减少手术出血，确保手术顺利进行；且3D 打印导板技术的打印材料具有良好的生物相容性，不会引起人体的排异反应，安全性高[14]。陈雍君等[15]研究显示，复杂上颈椎手术中采用3D打印导板技术具有创伤小、可靠安全、术后恢复快等优势，相比传统方法置钉更加精准，可缩短手术时间、减少出血量，利于颈椎功能恢复，本研究结果与其相似。

综上所述，复杂上颈椎手术中采用3D 打印导板技术置钉的效果较好，利于缩短螺钉置入时间、手术时间，减少术中出血量、透视次数，且置钉准确度更高，术后疼痛更轻，患者颈椎功能恢复更好。