3D打印導航椎弓根螺釘置入術治療腰椎滑脫癥

陳嘉華，鄧燁，蔡智，羅立鎮，黃凱，譚明生，謝大志

(廣東省佛山市禪城區中心醫院脊柱外科，廣東 佛山 528000)

3D打印導航椎弓根螺釘置入術治療腰椎滑脫癥

陳嘉華，鄧燁，蔡智，羅立鎮，黃凱，譚明生，謝大志

(廣東省佛山市禪城區中心醫院脊柱外科，廣東 佛山 528000)

目的探討3D打印個體化導航模板輔助腰椎椎弓根螺釘置入術治療腰椎滑脫的療效。方法選取我院2013年3月至2015年3月期間收治的腰椎滑脫患者60例，依據隨機數字表法隨機分為觀察組30例與對照組30例。對照組術前應用傳統三維CT重建圖像制定手術方案，觀察組術前應用3D打印技術制定手術方案。比較兩組患者手術時間和出血量，術前、術后3個月、術后6個月、術后12個月脊髓功能日本骨科協會(Japanese orthopaedic association，JOA)評分、視覺模擬評分(visual analogue scale，VAS)變化及術后并發癥發生情況。結果觀察組手術時間短于對照組，且出血量少于對照組(P<0.05)；兩組JOA評分術后3個月、術后6個月、術后12個月增加(P<0.05)；觀察組JOA評分術后3個月、術后6個月、術后12個月高于對照組(P<0.05)；兩組VAS評分術后3個月、術后6個月、術后12個月降低(P<0.05)；觀察組VAS評分術后3個月、術后6個月、術后12個月低于對照組(P<0.05)；觀察組術后并發癥發生率低于對照組，但差異無統計學意義(P>0.05)。結論3D打印個體化導航模板輔助腰椎椎弓根螺釘置入術治療腰椎滑脫療效顯著，值得研究。

3D打印；個體化導航模板；腰椎椎弓根螺釘；腰椎滑脫癥

腰椎滑脫癥是常見的脊柱外科疾病，流行病學調查顯示其發病率隨著人口老年化加速呈不斷上升趨勢，嚴重影響人們身心健康和生活質量。患者經保守治療無效必須進行手術治療[1]。腰椎滑脫常伴嚴重腰椎退行性改變，腰椎的旋轉、滑移及骨質的增生，腰椎的正常結構發生了改變，具有較大的變異性，從而為腰椎椎弓根螺釘置入帶來一定困難[2-3]。若術中置釘出現偏差，以及椎弓根螺釘位置不佳，則可能會損傷椎弓根及造成神經、周圍血管損傷[4-5]。近年來隨著數字骨科發展，3D打印技術及導航模板技術得以在脊椎外科研究應用[6-7]。2013年3月至2015年3月間我院收治腰椎滑脫患者60例，依據隨機數字表法隨機分為觀察組與對照組各30例，對照組術前應用傳統三維CT重建圖像制定手術方案，觀察組術前應用3D打印技術制定手術方案。本文對兩組進行觀察比較，旨在探討3D打印個體化導航模板輔助腰椎椎弓根螺釘置入術治療腰椎滑脫的療效，現報告如下。

1 資料與方法

1.1 研究對象 選自我院于2013年3月至2015年3月期間收治的腰椎滑脫患者60例，依據隨機數字表法隨機分為觀察組30例與對照組30例。觀察組30例中，男性18例，女性12例；年齡24～70歲，平均年齡為(45.89±5.62)歲。對照組30例中，男性17例，女性13例；年齡25～68歲，平均年齡為(46.71±6.13)歲。兩組一般資料比較差異無統計學意義(P>0.05)。

1.2 入組標準及排除標準 入組標準：a)Ⅱ度以下滑脫、頑固性下腰部疼痛或下腰部疼痛癥狀加劇，以及經保守治療無效者；b)伴腰椎間盤突出或椎管狹窄發生下肢神經根性疼痛，間歇性跛行或馬尾神經受壓癥狀；c)均經醫院倫理委員會審核者；d)簽署知情同意書者。

排除標準：a)無癥狀性腰椎滑脫；b)患者年老體弱，存在嚴重心肺功能不全，不能耐受手術；c)腰椎急性感染，腰椎結核未經正規抗結核治療。

1.3 方法 兩組患者術前采用16層螺旋CT對擬置入椎弓根螺釘節段胸腰椎進行CT橫斷位薄層掃描，層厚、層距為1 mm，重建層厚、層距為1 mm，掃描范圍以病變椎體為中心。

對照組：術前傳統三維CT重建圖像制定手術方案，患者行腰椎CT三維重建，運用醫院影像科測量系統預測置釘的長度、直徑，以及置釘的方向、角度，初步確立手術方案。

觀察組：術前采用3D打印技術制定手術方案，行三維CT掃描，獲取原始數據后以Dicom格式導入三維重建軟件Mimicsl 5.0，截取所需腰椎節段，獲得三維重建圖像(見圖1～2)。在MedCAD模塊中，用6.5 mm直徑的圓柱體代替螺釘進行腰椎椎弓根螺釘釘道軌跡的設計(見圖3)。在UG Imageware軟件中重建成腰椎椎弓根螺釘個體化導航模板(見圖4)。完成術前模擬手術置釘(見圖5)。利用光敏樹脂材料，通過光固化成型技術將個體化實物模板生產出來。根據實體模型模擬置釘、減壓、復位操作等。

1.4 觀察指標 a)觀察兩組患者手術時間和出血量；b)觀察兩組患者脊髓功能日本骨科協會(Japanese orthopaedic association，JOA)評分術前、術后3個月、術后6個月、術后12個月變化；c)觀察兩組患者視覺模擬評分(visual analogue scale，VAS)術前、術后3個月、術后6個月、術后12個月變化；d)觀察兩組患者術后并發癥發生情況，包括神經血管損傷、傷口感染等。

圖1 CT掃描后將原始數據以Dicom格式導入三維重建軟件以獲得三維重建圖像

圖2 重建后的腰椎三維圖像

圖3 在3-MATIC模塊中進行腰椎椎弓根螺釘釘道軌跡及導板的設計

圖4 將數據以STL格式輸入打印機后打印出的3D模型及導航導板

圖5 術前根據3D打印模型及導航導板進行模擬手術置釘

2 結 果

2.1 兩組手術時間和出血量比較 觀察組的手術時間為(119.27±20.93)min，出血量(658.72±58.97)mL；對照組手術時間(157.48±28.37)min，出血量(742.30±78.94)mL。觀察組手術時間短于對照組，且出血量少于對照組(P<0.05)。

2.2 兩組JOA評分比較 兩組JOA評分術前比較差異無統計學意義(P>0.05)；兩組JOA評分術后3個月、術后6個月、術后12個月增加(P<0.05)；觀察組JOA評分術后3個月、術后6個月、術后12個月高于對照組(P<0.05，見表1)。

表1 兩組JOA評分比較分)

2.3 兩組VAS評分比較 兩組VAS評分術前比較差異無統計學意義(P>0.05)；兩組VAS評分術后3個月、術后6個月、術后12個月降低(P<0.05)；觀察組VAS評分術后3個月、術后6個月、術后12個月低于對照組(P<0.05)。見表2。

表2 兩組VAS評分比較分)

2.4 兩組術后并發癥比較 觀察組術后并發癥發生率低于對照組，但差異無統計學意義(P>0.05，見表3)。

表3 兩組術后并發癥比較

3 討 論

腰椎滑脫手術目的主要是神經減壓、復位及融合穩定椎體，術中椎弓根螺釘精準置入是關鍵步驟之一[8-9]，通過3D打印及導航導板技術制定詳細的個體化置釘方案，術前模擬手術，找出螺釘最佳進釘點、置入角度以及選擇合適直徑和長度的螺釘，以達到準確置釘及最佳固定強度。否則螺釘易穿破椎體或椎弓根骨皮質，這不僅降低椎弓根螺釘矯形、固定的力學性能，更因螺釘損傷椎弓根及椎體周圍的重要組織器官而產生嚴重的并發癥[10-12]。

3D打印及個體化導航模板輔助腰椎椎弓根螺釘置入具有以下優點：a)術前可根據3D打印模型進行術前模擬手術；b)符合椎弓根個體化置釘的原則，置釘準確率高，操作簡單；c)減少手術時間，大大減少或避免了術中醫患雙方X線的暴露時間，減少手術出血；d)模板均為單椎體設計，不會因術中體位的變化、相鄰椎體間的相對移動而導致定位失敗；e)適合脊柱關節有退變、增生的患者，解剖標志點定位有困難者。f)消毒方便，手術前只要將模板帶入手術室用環氧乙烷消毒即可。X線片和三維CT圖像僅能從圖像上分析腰椎滑脫的病變情況，應用3D打印及導航模板技術通過術前三維CT數據打印出1︰1椎體滑脫模型及導航模板，通過模型制定精確的手術方案并進行手術操作演練，進行實體測量，幫助術者更好地了解患者實際解剖結構，提高置釘的準確性和安全性[13-14]。

本研究結果表明，觀察組手術時間短于對照組，且出血量少于對照組，說明3D打印個體化導航模板輔助腰椎椎弓根螺釘置入術可縮短手術時間，降低出血量；因為腰椎滑脫多數合并關節突增生內聚明顯，往往解剖結構不清，傳統置釘需咬除部分骨質，充分顯露，而軟組織及骨質破壞，損傷出血多。這與術后觀察組VAS評分術后低于對照組有關。術中椎弓根植入精確，更利于滑脫椎體復位、椎管及神經根充分減壓，減少了置釘帶來的神經并發癥，這可能是觀察組術后JOA評分高于對照組重要原因。

綜上所述，3D打印個體化導航模板輔助腰椎椎弓根螺釘置入術治療腰椎滑脫癥有其優勢，值得臨床進一步研究。

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3DPrintingofIndividualNavigationTemplatesAssistedLumbarPedicleScrewintheTreatmentofSpondylolisThesisEffect

Chen Jiahua，Deng Ye，Cai Zhi，et al

(Department of Spinal Surgery，Central Hospital of Foshan Chancheng District，Foshan 528000，China)

ObjectiveTo explore the effect of 3D printing individualized navigation template in the treatment of lumbar spondylolisthesis with lumbar vertebral pedicle screw placement.Methods60 cases of lumbar spondylolisthesis admitted to our hospital from March 2013 to March 2015 were randomly divided into the observation group (30 cases) and the control group (30 cases).The control group used the traditional three-dimensional CT reconstruction image before operation to make the operation plan，and the observation group used the 3D printing technique to make the operation plan before operation.Comparison of two groups of patients with operation time and blood loss，preoperative and postoperative 3 months，6 months after surgery，postoperative spinal cord function 12 months Japan Association (Japanese Orthopaedic Association，Department of orthopedics，JOA) score，visual analogue scale (visual analogue scale，VAS) of complications and postoperative changes.ResultsThe operation time of the observation group was shorter than the control group，and the bleeding was less than the control group (P<0.05)；add 12 months JOA score of two groups after 3 months and 6 months after surgery，postoperative (P<0.05)；the JOA score of the observation group after 3 months and 6 months after surgery，surgery after 12 months was higher than the control group (P<0.05)；reduced 12 months VAS score of two groups after 3 months and 6 months after surgery，postoperative (P<0.05)；the VAS score of the observation group after 3 months and 6 months after surgery，12 months after the operation was lower than that of control group (P<0.05)；the incidence of complications was lower than control group patients in the observation group，but the difference was not statistically significant (P>0.05).Conclusion3D printing individualized navigation template assisted lumbar pedicle screw placement in the treatment of lumbar spondylolisthesis is significant and worthy of study.

3D printing；individualized navigation template；lumbar vertebral pedicle screw；lumbar spondylolisthesis

2015年佛山市醫學類科技攻關項目(2015AB001621)

陳嘉華，鄧燁，蔡智，等.3D打印導航椎弓根螺釘置入術治療腰椎滑脫癥[J].實用骨科雜志，2017，23(11)：1062-1065.

1008-5572(2017)12-1062-05

R681.5+7

B

2017-07-14

陳嘉華(1978- )，男，副主任醫師，廣東省佛山市禪城區中心醫院脊柱外科，528000。