3D打印輔助SRS-Schwab Ⅳ級截骨術治療退變性腰椎后凸畸形

趙 亮 陳 毅 王利民

退變性腰椎后凸畸形(lumbar degenerative kyphosis，LDK) 是脊柱退行性變引起的畸形，在亞洲國家的發生率相對較高，主要由某些特殊的生活方式引起，例如在農業工作或家務勞動中長期蹲下姿勢[1]。目前，后路手術是脊柱后凸畸形截骨手術的主要術式[2]。對于矢狀面不平衡的LDK來說，Smith-Petersen截骨(Smith-Petersen osteotomy，SPO)和經椎弓根椎體截骨(pedicle subtraction osteotomy，PSO)是目前應用最廣泛的兩種術式。2015年Schwab等[3]將脊柱截骨術分為6級，其中PSO屬于Schwab Ⅲ級截骨，相比Schwab Ⅲ級截骨，Schwab Ⅳ級截骨增加了上方椎間盤的切除，而LDK患者往往存在椎間盤退變、椎間隙狹窄、椎體楔形變等問題。近來，Schwab Ⅳ級截骨逐漸被應用于治療LDK。但是由于脊柱解剖比較復雜，不同患者的截骨節段、數量都不一樣，導致手術難度大、風險高[4～7]。3D打印技術，又稱快速原型打印技術，近年來有了飛速的發展，逐步應用到臨床科室，并越來越多地應用于外科手術中[8，9]。在脊柱外科方面，3D打印技術不僅局限應用于脊柱外科的置釘手術，還被廣泛用于治療脊柱后凸、脊柱側彎等脊柱疾病[10]。3D打印技術應用在脊柱矯正手術中，可以提升置釘精準度，并降低由置釘操作不當引起的出血、脊髓、神經損傷等風險[11～13]。但目前臨床上關于3D 打印輔助SRS-Schwab Ⅳ級截骨術治療LDK的報道還比較少。因此，本研究通過對臨床資料的回顧性分析，對比研究根據術前影像學資料行SRS-Schwab Ⅳ級截骨術與3D 打印輔助SRS-Schwab Ⅳ級截骨術這兩種手術方法，探討3D 打印輔助SRS-Schwab Ⅳ級截骨術在LDK患者中的臨床應用價值，以利于進一步指導臨床工作。

資料與方法

1.一般資料：選擇2016年6月～2020年6月于鄭州大學第一附屬醫院住院接受手術治療的LDK患者。共有44例患者(男性13例，女性31例)入選本研究，根據手術方式的不同將其分為實驗組(22例)和對照組(22例)。術前一般資料詳見表1，兩組患者的性別、年齡、病程、矢狀面平衡等方面比較，差異無統計學意義(P> 0.05)，具有可比性。本研究經鄭州大學第一附屬醫院醫學倫理學委員會批準通過。

表1 兩組患者術前一般資料比較

2.納入標準和排除標準：(1)納入標準：①被臨床醫生診斷為LDK，脊柱矢狀面失衡且患者臨床癥狀明顯，保守治療無效，符合脊柱后凸畸形手術指征；②臨床資料及影像學資料完整；③根據術前影像學資料行SRS-Schwab Ⅳ級截骨術或3D 打印輔助SRS-Schwab Ⅳ級截骨術的手術方法；④術后的隨訪時間≥12個月。排除標準：①由先天性、外傷性、腫瘤、結核性、強直性脊柱炎等原因引起的腰椎后凸畸形；②患者的冠狀面存在脊柱側凸畸形且側凸Cobb角>10°；③患者既往有脊柱手術史；④腰椎后凸畸形不嚴重可以保守治療的患者；⑤患者的影像學資料不完整或隨訪丟失。

3.手術方法：實驗組：首先，對患者行脊柱0.5mm薄層CT(德國西門子公司)掃描，使用Mimics軟件(比利時Materialise公司)在計算機上虛擬截骨操作，然后根據患者腰椎后凸畸形的形狀、畸形嚴重程度及后凸頂點，設計多種截骨方案，在電腦上模擬出不同方案的截骨效果，觀察并對比不同模擬截骨方案的矯形效果，確定最優手術方案，記錄截骨的部位、角度、數量，測量截骨節段在椎板和椎體后緣的截骨寬度，同時記錄椎弓根釘置入的位置、方向。將Mimics軟件三維重建虛擬后的腰椎后凸模型用3D打印機實施打印，打印出患者虛擬復位后的腰椎后凸模型。術前通過3D打印模型仔細觀察脊柱的三維形態，從多角度和多平面觀察病變部位及椎弓根，避免在狹窄處置釘，并根據患者不同的畸形特點制定個體化手術方案，最后將模型予以等離子消毒后供術中截骨矯形參考。

在全身麻醉下，患者取俯臥體位，銳性分離兩側椎旁肌至兩側關節突關節外側，充分顯露椎板及關節突關節，以術前模擬截骨的最優手術方案為指導，以等離子消毒后的3D打印模型為參考，在后凸畸形椎體上下兩側的鄰近椎體打入合適的椎弓根螺釘，充分顯露后凸頂椎椎弓根，然后用磨鉆經椎弓根開鑿洞口進入椎體，在3D打印模型的指導下，按照術前確定的最優截骨部位、角度、數量行SRS-Schwab Ⅳ級截骨術，嚴格控制椎板和椎體后緣的截骨寬度與術前設計方案的一致性。一側截骨完成后，單側置棒臨時固定，然后進行對側截骨。兩側截骨完成后，潛行修整上位椎板下緣和下位椎板上緣，防止矯形復位時對神經根造成機械性壓迫。將術中截骨獲得的松質骨咬成碎骨粒植于頂椎上下椎間隙。放置預彎棒，連接椎弓根螺釘，逐步加壓使截骨面閉合，C臂透視確定截骨面對合良好，用適量0.9%NaCl溶液沖洗切口，見無活動性出血，然后放置負壓引流管。手術中所有操作都在體感誘發電位、運動誘發電位監護下進行。對照組：根據術前影像學資料行SRS-Schwab Ⅳ級截骨。

4.觀察指標：手術時間、放射暴露時間、出血量。采用疼痛視覺模擬評分(visual analogue scales,VAS)和Oswestry功能障礙指數(Oswestry disability index,ODI)評價疼痛和功能的改善情況。拍攝術前、術后兩周及隨訪時站立位脊柱全長正側位X線片，測量下列指標：①腰椎前凸角(lumbar lordosis,LL)：T12椎體下終板與S1椎體上終板之間的角度(LL后凸記為正值，前凸為負值)；②腰椎前凸角(lumbar lordosis,LL)丟失率：LL丟失率=(末次隨訪LL-術后2周LL)/末次隨訪LL×100%；③矢狀面平衡(sagittal vertical axis,SVA)：經C7椎體中心的鉛垂線距S1后上角之間的水平距離(鉛垂線在S1后上角前方記為正值，后方為負值)。

結 果

1.一般資料：所有患者均獲得隨訪，隨訪時間為12～20個月，平均隨訪時間為15.38±2.42個月。實驗組手術時間、出血量、放射暴露時間均顯著低于對照組，差異有統計學意義(P<0.05，表2)。

表2 兩組患者手術指標比較

2.影像學評估：兩組患者術后 2周和末次隨訪的LL均小于術前，差異有統計學意義(P<0.05)；實驗組LL矯正度數高于對照組，差異有統計學意義(P<0.05)；兩組末次隨訪LL矯正丟失率(實驗組13.71% vs 對照組16.36%)比較，差異無統計學意義(P>0.05)，詳見表3。兩組患者術后兩周和末次隨訪的SVA均小于術前，差異有統計學意義(P<0.05)；在術后兩周和末次隨訪時，實驗組SVA均小于對照組，差異有統計學意義(P<0.05，表4)。3D打印輔助SRS-Schwab Ⅳ級截骨術治療LDK典型病例詳見圖1；根據術前影像學資料行SRS-Schwab Ⅳ級截骨術治療LDK典型病例詳見圖2。

表3 兩組術前、術后2周、末次隨訪LL的比較

表4 兩組SVA比較

圖1 3D打印輔助SRS-Schwab Ⅳ級截骨術治療LDK典型病例A.術前正位X線；B.術前側位X線；C.術前3D打印模型；D.模擬截骨部位；E.模擬截骨矯形后的3D打印模型；F.術后兩周正位X線；G.術后兩周側位X線；患者，女性，66歲

圖2 根據術前影像學資料行SRS-Schwab Ⅳ級截骨術治療LDK典型病例A.術前正位X線；B.術前側位X線；C.術后兩周正位X線；D.術后兩周側位X線;患者，女性，68歲

3.兩組患者VAS和ODI的比較：與術前比較，術后兩周和末次隨訪兩組VAS和ODI均顯著降低，差異有統計學意義(P<0.05)；在相同時間點，兩組之間VAS和ODI比較，差異無統計學意義(P>0.05，表5)。

4.兩組患者術后并發癥情況比較：兩組患者在圍術期間均未發生相關并發癥，如麻痹性腸梗阻、神經損傷、傷口感染、內固定斷裂及脫位等；所有患者在隨訪期間均未出現內固定松動、內固定斷裂及假關節形成等情況。

討 論

近年來退變性脊柱畸形矢狀位平衡的相關問題受到廣泛關注。退變性脊柱畸形是一種復雜的三維畸形，其主要臨床癥狀為腰背部疼痛，以活動時為主，并呈進行性加重；雙下肢疼痛、麻木，可有間歇性跛行。對于LDK患者而言，手術目的是重建脊柱-骨盆矢狀面平衡，改善患者的臨床癥狀，提高患者的生活質量。既往研究表明，退變性脊柱畸形患者的生活質量主要與其矢狀面畸形密切相關[14]。在LDK患者中，脊柱的退行性變可以引起矢狀位的不平衡，這會導致椎體和椎間盤在軸向應力上的改變，從而引起椎間盤和椎體終板的破壞，此外，椎間盤和椎體終板的變形會進一步加劇矢狀位的失衡[15]。何守玉等[16]研究發現，LDK患者后凸節段的椎體呈楔形變，椎間盤前緣高度存在塌陷，而且椎體的楔形變及椎間盤前緣高度的塌陷均與脊柱后凸畸形明顯相關。Schwab Ⅳ級截骨術比PSO術式增加了上方椎間盤的切除，由于SRS-Schwab Ⅳ級截骨術切除了退變、狹窄的椎間盤，在閉合時可以達到骨與骨的直接接觸，在一定程度上提高了融合率，降低了椎間盤源性腰痛的發生率。趙清華[17]研究發現，SRS-Schwab Ⅳ級截骨術可以很好地矯正脊柱后凸畸形，同時患者術后VAS、ODI和臨床癥狀也得到了明顯的改善。但SRS-Schwab Ⅳ級截骨主要依靠術前X線、CT等影像學資料制定手術方案，存在手術時間過長、術中出血量多等情況，且手術醫生在術前對脊柱后凸畸形缺乏直觀性的認識，使得手術過程中容易出現神經、血管、脊髓損傷等現象。

3D打印技術在臨床上的廣泛應用，使脊柱外科醫生可以在術前通過軟件重建出患者脊柱畸形附近各組織的解剖關系，獲取3D打印脊柱模型，在電腦上模擬椎弓根螺釘的置入、截骨數量以及截骨部位、角度等情況，根據不同患者的脊柱畸形特點，制定個體化的手術方案，并打印出個體化的3D模型[18，19]。本研究結果表明，實驗組手術時間、出血量、放射暴露時間均顯著低于對照組，差異有統計學意義(P<0.05)。其原因可能在于3D打印技術使手術醫生在術前就可以根據患者自身情況設計出個體化3D打印模型，并在電腦上進行多次模擬置釘、模擬截骨，從而選擇最優的手術方案，此外，手術時以等離子消毒后的3D打印模型為參考，為手術提供直觀的三維模型，指導術中置釘與截骨，由于短時間內脊柱周圍的解剖結構并不會發生明顯的變化，因此減少了手術時間、出血量，對C臂、術中CT等的使用次數減少，從而減少了透視的次數，使得手術中放射暴露時間減少，降低了手術醫生和患者接受的輻射量。這也與Garg等[20]的研究結果相符。說明3D打印輔助SRS-Schwab Ⅳ級截骨術治療LDK可以縮短手術時間、減少出血量和術中放射暴露時間。

本研究結果表明，與術前比較，術后兩周和末次隨訪兩組VAS和ODI均顯著降低，差異有統計學意義(P<0.05)；但在相同時間點，兩組之間VAS和ODI比較，差異無統計學意義(P>0.05)，說明兩組都可以有效改善LDK患者的臨床癥狀。此外，實驗組LL矯正度數高于對照組，差異有統計學意義(P<0.05)；在術后兩周和末次隨訪時，實驗組SVA均小于對照組，差異有統計學意義(P<0.05)。與既往文獻報道中的正常人矢狀面參數比較，實驗組的LL和SVA更接近正常人的參數。說明3D打印輔助SRS-Schwab Ⅳ級截骨術在腰椎前凸矢狀曲度恢復方面及矢狀面平衡恢復方面優于根據術前影像學資料行SRS-Schwab Ⅳ級截骨術，其原因可能在于手術醫生術前通過電腦進行反復模擬截骨，對比不同的手術方案，并選擇最優方案。此外，在手術時，以虛擬復位后的3D打印模型為參考，可以為手術提供直觀的三維模型，可以使手術醫生直觀的獲取腰椎固定節段的正常矢狀曲度數據，使預彎連接棒的效果更佳，表明3D打印在LDK患者矢狀曲度及矢狀面平衡的恢復指導中具有可行性。本研究結果顯示，實驗組末次隨訪時LL矯正丟失率為13.71%，對照組末次隨訪時LL矯正丟失率為16.36%，雖然實驗組LL矯正丟失率低于對照組，但是兩組末次隨訪時LL矯正丟失率的比較，差異無統計學意義(P>0.05)，且末次隨訪時兩組矢狀面平衡尚維持良好。

綜上所述，3D打印輔助SRS-Schwab Ⅳ級截骨術治療LDK具有可行性，矯形效果良好，腰椎前凸矢狀曲度恢復效果佳，可以減少手術時間、出血量及放射暴露時間，具有臨床應用價值。本研究仍存在不足之處，本研究采用回顧性分析，納入病例數相對較少，隨訪時間較短，因此，仍需要開展長期的臨床隨訪觀察。