3D 打印導板技術在復雜上頸椎手術中的應用

葉書熙，陳勤，伍耀宏，陳榮春

贛州市人民醫院 （江西 贛州 341000）

復雜上頸椎畸形存在嚴重的骨性畸形與椎動脈變異，臨床治療以手術效果最佳。但由于該部位解剖結構復雜，血管與神經分布較多，手術過程中稍有不慎會損傷鄰近神經、血管，誘發嚴重并發癥，影響手術安全[1]。復雜上頸椎手術中螺釘的置入操作關乎手術成敗，但傳統置釘方法主要依靠術者的經驗進行，置釘的準確性、安全性無法保證[2]。隨著醫學技術的快速發展，3D 打印導板技術在臨床得到廣泛應用。作為一種高新技術，3D 打印導板技術以數字技術為基礎，結合了材料技術、信息技術，可根據患者的實際需求制備個性化的器械、材料[3]。3D 打印導板技術使置釘操作更加簡單、準確，有效提高了手術安全性，目前已在脊柱置釘、輔助關節置換、骨折內固定等多種手術中取得理想效果。基于此，本研究探討3D 打印導板技術在復雜上頸椎手術中的應用效果，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2018 年8 月至2022 年8 月我院收治的20 例復雜上頸椎手術患者作為研究對象，按照隨機數字表法分為兩組，每組10 例。試驗組男7 例，女3 例；年齡35～67 歲，平均（49.83±5.18）歲；體質量42～83 kg，平均（70.45±6.72）kg；文化程度，高中及以下4 例，大專及以上6 例。對照組男6 例，女4 例；年齡33～66 歲，平均（49.52±5.04）歲；體質量42～82 kg，平均（70.68±6.91）kg：文化程度，高中及以下5 例，大專及以上5 例。兩組一般資料比較，差異無統計學意義（P>0.05），具有可比性。本研究經醫院醫學倫理委員會批準，患者及家屬均自愿簽署知情同意書。

納入標準：經MRI、CT 檢查確診，需進行復雜上頸椎手術治療；伴有不同程度的頸部活動受限、疼痛等癥狀；未合并骨質疏松、感染等疾病。排除標準：伴有臟器功能衰竭；存在椎弓根細小、畸形、變異等影響置釘操作的情況；無法耐受手術；伴有精神疾病，無法進行正常交流。

1.2 方法

兩組術前均完善相關檢查，向患者簡單說明手術步驟，消除其焦慮、緊張心理。手術時，患者取俯臥位，全身麻醉后，采用頭架固定頭部，消毒術區皮膚后鋪巾，于頸后正中線做切口，自項韌帶白線切開至棘突，使用電刀剝離棘突兩側的肌肉，充分暴露后方雙側椎板、側塊、小關節等骨性結構。

對照組采用傳統方法置釘，即使用C 型臂X 線機透視輔助置釘：根據患者術前影像學資料及術中頸椎后方的具體結構，結合術者經驗明確進釘點；使用球磨鉆磨去骨皮質，推入直徑2 mm 的頸椎椎弓根手椎，利用球頭椎弓根探子探測鉆出通道的四壁、底部，正常通道應為骨性、有摩擦感且底部堅硬，操作過程應輕柔，防止暴力操作誤傷血管或硬膜囊；隨后置入椎弓根螺釘，并利用C 型臂X 線機觀察置釘位置，若置釘位置不滿意，術者可酌情調整進釘角度，直至滿意為止。

試驗組采用3D 打印導板技術置釘。導板制作：術前拍攝頸椎正側位X 線片，并用Philips 128 排螺旋CT 對擬固定節段脊柱進行連續掃描（掃描參數設置：電流30 mA，電壓120 kV，層距0.67 mm，層厚0.67 mm，矩陣512×512），將掃描獲得的CT 圖像數據建立三維模型，以二維DICOM 格式導入Mimics 17.0 軟件進行數據處理；根據在三維模型上模擬的置釘過程設計進釘點及可在正確方向置釘的導板，包括基座和空心導向管；擬合基座及空心導向管的模型后，設計帶有導向孔的個體化椎弓根定位導板；隨后進行3D 打印，獲得椎體模型及導板模型。置釘方法：術中充分暴露擬固定節段椎體后方結構后，與3D 打印椎體模型后方結構進行比對，以便更準確、迅速地確定擬固定椎體；通過導板上的空心導向管與骨性結構的接觸點確認進釘點，用球磨鉆于進釘點磨去皮質骨，將直徑2 mm 的電鉆沿空心導向管鉆入，操作期間避免損傷重要結構；使用球頭椎弓根探子探測所鉆出通道的四壁和底部（標準同對照組），隨后置入椎弓根螺釘，并利用C 型臂X 線機觀察置釘位置。

1.3 觀察指標

（1）手術指標：比較兩組每枚螺釘置入時間、術中出血量、術中透視次數、手術時間。（2）置釘準確度[4]：根據CT 掃描結果，螺釘全部在椎弓根內為Ⅰ級，螺釘穿出椎弓根壁<2 mm 為Ⅱ級，螺釘穿出椎弓根壁2～4 mm 為Ⅲ級，螺釘穿出椎弓根壁>4 mm 為Ⅳ級。（3）疼痛程度：術前1 d、術后3 d，采用視覺模擬評分法[5]（visual analogue scale，VAS）評估兩組的疼痛程度，總分10 分，評分與疼痛程度呈正相關。（4）頸椎功能：術前1 d、術后3 d，采用日本骨科協會[6]（Japanese Orthopaedic Association，JOA）頸椎神經功能評分評估兩組的頸椎功能，總分17 分，評分與頸椎神經功能呈正相關。

1.4 統計學處理

采用 SPSS 22.0 統計軟件進行數據分析。計量資料以±s 表示，采用t檢驗。計數資料以率表示，采用χ2檢驗。等級資料采用秩和檢。P<0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組手術指標比較

試驗組每枚螺釘置入時間、手術時間均短于對照組，術中出血量、術中透視次數均少于對照組，差異均有統計學意義（P<0.05），見表1。

表1 兩組手術指標比較（±s）

表1 兩組手術指標比較（±s）

術中透視次數（次）每枚螺釘置入時間（min）手術時間（min）對照組 10 2.96±0.28 186.34±24.18 6.25±1.04 146.68±22.34試驗組 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組別 例數術中出血量（ml）

2.2 兩組置釘準確度比較

試驗組置釘準確度優于對照組，差異有統計學意義（P<0.05），見表2。

表2 兩組置釘準確度比較（例）

2.3 兩組VAS 評分、JOA 頸椎神經功能評分比較

術前1 d，兩組VAS 評分、JOA 頸椎神經功能評分比較，差異均無統計學意義（P>0.05）。術后3 d，兩組VAS 評分均低于同組術前1 d，JOA頸椎神經功能評分均高于同組術前1 d，且試驗組VAS 評分低于對照組，JOA 頸椎神經功能評分均高于對照組，差異均有統計學意義（P<0.05），見表3。

表3 兩組VAS 評分、JOA 頸椎神經功能評分比較（分，±s）

表3 兩組VAS 評分、JOA 頸椎神經功能評分比較（分，±s）

注：VAS 為視覺模擬評分法，JOA 為日本骨科協會

組別例數VAS 評分術前1 d術后3 dtP對照組106.49±1.29 2.36±0.59 9.2070.000試驗組106.31±1.37 1.24±0.35 11.3390.000 t 0.3035.163 P 0.7660.000組別例數JOA 頸椎神經功能評分術前1 d術后3 dtP對照組107.53±1.07 12.52±2.58 5.6500.000試驗組107.65±1.16 15.24±1.63 11.9970.000 t 0.2412.819 P 0.8130.011

3 討論

上頸椎解剖關系復雜，存在重要的神經與血管，主要控制人體的感覺及運動功能。復雜上頸椎手術通過在椎弓根置入螺釘可有效處理椎體病變，達到重建與減壓的雙重作用，安全性、有效性備受臨床認可[7]。但因椎弓根容積小，缺乏解剖標志，周圍神經、血管較多，術中存在損傷椎動脈及脊髓的風險，影響患者預后[8]。既往臨床多采用C 型臂X 線機透視輔助置釘，但置釘操作多依賴操作者的經驗進行，由于其對影像學閱讀與理解的不同，加之術中需多次調節進釘角度、方向，增加透視次數的同時使患者的受輻射劑量增加，延長手術時間，影響整體手術效果[9-10]。因此，精確置釘已成為臨床研究的重點。

近年來，3D 打印技術在多種疾病中均得到應用，已積累大量經驗，是一種趨于成熟的手術輔助技術[11]。3D 打印導板技術首先利用計算機建立模型，然后使用生物材料、金屬粉末等逐層堆疊累積，最后獲得模型。該技術最早應用于工業領域，隨著技術的不斷成熟，目前已逐漸用于制造人體椎體、髖關節、病灶體等模擬生物件[12]。3D 打印導板技術無需實物，具有成本低、可變化、效率高等優勢，可降低手術風險，提高手術精準性和前瞻性，更能滿足臨床對個性化醫學的需求[13]。本研究結果顯示，試驗組手術指標、置釘準確度均優于對照組，術后3 d 試驗組VAS 評分低于對照組，JOA 評分高于對照組，差異均有統計學意義（P<0.05）。表明復雜上頸椎手術中采用3D打印導板技術置釘利于縮短手術時間，減少出血量與透視次數，提高置釘準確度，減輕疼痛程度，改善頸椎功能。分析其原因為，3D 打印導板技術利用CT 掃描頸椎結構，隨后使用計算機構建三維模型并打印實體模型，術前即可完成個體化導板的設計與制作，可開展模擬操作，獲得完善的術前計劃，使術者更直觀地了解手術部位的解剖情況；術中利用3D 打印導板更精準地輔助完成高難度手術，利于避開重要血管、神經，劃定安全區域進行手術操作，從而提高手術效率、減少手術出血，確保手術順利進行；且3D 打印導板技術的打印材料具有良好的生物相容性，不會引起人體的排異反應，安全性高[14]。陳雍君等[15]研究顯示，復雜上頸椎手術中采用3D打印導板技術具有創傷小、可靠安全、術后恢復快等優勢，相比傳統方法置釘更加精準，可縮短手術時間、減少出血量，利于頸椎功能恢復，本研究結果與其相似。

綜上所述，復雜上頸椎手術中采用3D 打印導板技術置釘的效果較好，利于縮短螺釘置入時間、手術時間，減少術中出血量、透視次數，且置釘準確度更高，術后疼痛更輕，患者頸椎功能恢復更好。