3D打印技术在腰椎滑脱椎体椎弓根螺钉置入技术中的应用(2)
1 资料与方法
1.1 一般资料 选取2014年7月-2015年6月在赣州市人民医院脊柱外科手术治疗的腰椎滑脱患者40例，均为单节段滑脱，共计40个滑脱椎体，共80个椎弓根；其中退变性滑脱14例，真性滑脱26例；1度滑脱31例，2度滑脱7例，3度滑脱2例；年龄38～72岁，平均(52.40±6.80)岁；男17例，女23例；腰3椎体滑脱5例，腰4椎体滑脱24例，腰5椎体11例。根据术前计划是否引入3D打印技术，将所有病例分为传统徒手穿刺组与3D打印组，每组各20例，手术方式均为后路PLIF手术。传统徒手穿刺组术中椎弓根钉的置入依靠术前相关影像资料确定，术中根据经验手法穿刺；3D打印组选择术前通过三维CT资料导入软件建模，使用3D打印机进行实体模型打印。两组术中均采用C臂机透视进一步证实置钉的准确性。
1.2 方法 所有纳入患者术前均行64排螺旋CT检查对腰椎滑脱节段进行三维重建，传统徒手穿刺组根据CT及X线影像资料并结合Magerl定位方法确定滑脱椎体的穿刺方案，术中徒手进行穿刺；3D打印组将所得CT检查DICOM文件导入软件进行建模并进行滑脱椎体节段的实体打印，在实体标本及模拟对滑脱腰椎椎体进行椎弓根入钉点解剖标志的判定及定位，并确定置钉方向及深度。所有手术均由同一组手术团队施行，钛合金材质椎弓根螺钉系统均由天津正天医疗器械有限公司生产。患者均使用脊柱专用手术床摆放体位，全麻插管麻醉完成后取俯卧位，对腰背部手术区域进行常规消毒铺巾，对手术节段C臂机准确定位后取腰椎后正中入路，切开皮肤及筋膜层后沿棘突向两侧剥离椎旁肌群，充分暴露滑脱需固定节段的关节突关节。依据术前手术计划在椎体的上关节突上进一步确认椎弓根螺钉的入钉点以及方向并进行椎弓根穿刺，穿刺完成后通过C臂机进一步确认椎弓根穿刺方向及深度，如确认无误则随后植入椎弓根钉，随后临时连接钉棒系统并稍撑开椎间隙，对椎体的后方椎板部分进行切除以完成椎管减压。检查并松解双侧上位及下位神经根，保护好硬膜及神经根对滑脱节段的椎间盘进行切除，并对椎间隙充分松解后对滑脱节段进行复位，复位完成后对椎间隙进行植骨并置入椎间融合器，随后完成椎弓根钉棒系统的加压及锁定。主要记录椎弓根钉置入时间(穿刺开始到螺钉置入完毕时间)、穿刺次数(包含椎弓根穿刺调整次数)，手术后行CT检查明确椎弓根螺钉置入后是否在椎弓根内，是否存在穿破皮质的情况。
, http://www.100md.com
1.3 统计学处理 使用SPSS 17.0统计软件进行分析，计量资料采用(x±s)表示，比较采用t检验，计数资料采用 字2检验，以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
80个滑脱椎体经统计学分析，两组的性别与年龄比较差异无统计学意义(P>0.05)；3D打印组在滑脱椎体中置入单个椎弓根螺钉的平均时间为(5.60±1.85)min，明显短于传统手法穿刺组的(8.10±1.63)min，两组比较差异均有统计学意义(P<0.05)；3D打印组穿刺次数平均为(1.20±0.20)次，少于传统徒手穿刺组(1.80±0.50)次，两组比较差异均有统计学意义(P<0.05)。术后CT平扫提示3D打印组38枚(95.00%)椎弓根螺钉完全位于椎弓根内，2枚椎弓根螺钉部分穿破内侧壁(未产生神经症状体征)，穿出率为5.00%，分别为腰5椎体3度滑脱单侧及腰4椎体2度滑脱单侧；传统徒手穿刺组32枚(80.00%)椎弓根螺钉完全位于椎弓根内，8枚部分穿破内侧壁(未产生神经症状体征)，穿出率为20.00%，分别为4例腰5椎体1度滑脱单侧、2例腰4椎体滑脱单侧以及2例腰4椎体2度滑脱双侧，3D打印组在椎弓根螺钉的准确性方面明显优于传统手法穿刺组，两组比较差异有统计学意义(P<0.05)，典型病例见图1。
, 百拇医药
3 讨论
在腰椎滑脱症病例中，椎弓根钉的准确置入对于抵抗滑脱椎体的各个方向的剪切应力对实现椎体的滑脱顺利复位以及恢复椎体稳定性的过程起着至关重要的作用，椎弓根螺钉的准确植入是手术成功的基础，穿破椎弓根的螺钉对于邻近重要神经组织损伤将导致严重不良后果[5-6]。对于解剖结构复杂多变的滑脱椎体，由于长期慢性的炎症介质刺激，关节突关节严重增生，椎弓根的解剖结构存在巨大的变异性，人字嵴等传统定位解剖标识往往难以识别，甚至横突结构也存在一定的改变，传统椎弓根钉入钉点的确定更为困难，腰椎滑脱椎体植入椎弓根钉的准确性也难以得到保障。
目前虽有多种椎弓根螺钉置入的定位及穿刺办法，然而目前仅依靠解剖结构的定位，并没有哪一种穿刺定位手段可以达到高度准确的成功率。有学者提出手术者的经验在一定程度上决定着置钉的准确性，因此有部分学者提出在椎弓根钉的置入中应当采用个体化治疗的手段，可以在术前通过个体化的影像数据进行数字化技术处理，在术前模拟完成椎弓根钉置入的计划以提升置钉的准确性[7-9]。也有学者指出采用术中导航技术对椎弓根钉置入实现实时监控，可以大大提高椎弓根钉植入的准确程度[10]。然而由于导航设备的昂贵及操作的复杂程度，限制了该技术的进一步发展，可以确定的是，为了保证在椎弓根螺钉的置入中的准确率，应当采取个体化的原则。近年来3D打印技术逐渐运用于医疗，尤其在骨科学领域逐渐得到重视，在骨科手术的个体化诊断以及治疗中，有研究发现在椎弓根钉的植入方面可制作出专门的导板以进一步提高成功率，并有较多研究指出3D打印快速成型技术在指导创伤骨科手术以及关节置换等方面可以提高手术的效率以及准确性[11-15]。
, http://www.100md.com
本研究通过利用3D打印技术，对手术节段进行建模并打印出与实体1∶1等大的实体腰椎滑脱节段模型，在术前通过结合影像测量以及观察实体模型的方法，对滑脱椎体椎弓根钉的植入产生立体的概念及构型，并在术前可对实体模型进行模拟的椎弓根钉置入，确定准确的入钉点及相关标志、方向以及深度。在本次研究的实际运用中，使用了3D打印技术组的病例在置钉时间上明显短于传统徒手置钉组，穿刺的次数也比徒手组减少，术后的CT影像上穿破椎弓根皮质的情况也少于徒手置钉组。3D打印技术在术前的运用有助于提高腰椎滑脱椎体椎弓根钉植入的准确率，同时减少穿刺次数以及手术的时间，提高了置钉效率，并且减少了因穿刺次数增加的C臂透视所带来的射线暴露。分析其原因，笔者认为可能与下列原因有关：(1)传统的CT三维重建仅能提供虚拟的三维图像，医者对于疾病的评估仅能通过想象在脑中进行空间的三维图像再重建，而3D打印技术所形成的三维实体模型提供了传统二维图像以及虚拟三维图像所不能给予的直观感受，在术前提供更为宏观的模型有利于术者对手术节段的整体把握，3D打印实体模型有助于术者在术前滑脱节段进行全面的整体评估[16]。(2)3D打印模型在术前可以充分评估腰椎滑脱节段在手术中可能带来的难点及重点，对关节突关节增生导致的骨性标志的模糊充分评估，去伪存真，选择出正确的椎弓根钉置钉点，减少增生组织导致的误判，在术前即可形成良好的手术计划；然而椎弓根的置钉仍需要术者丰富的经验和技术作为支持，椎弓根钉植入的基本技术是椎弓根成功置入的根本。, 百拇医药(陈勤 陈荣春 游辉)
1.1 一般资料 选取2014年7月-2015年6月在赣州市人民医院脊柱外科手术治疗的腰椎滑脱患者40例，均为单节段滑脱，共计40个滑脱椎体，共80个椎弓根；其中退变性滑脱14例，真性滑脱26例；1度滑脱31例，2度滑脱7例，3度滑脱2例；年龄38～72岁，平均(52.40±6.80)岁；男17例，女23例；腰3椎体滑脱5例，腰4椎体滑脱24例，腰5椎体11例。根据术前计划是否引入3D打印技术，将所有病例分为传统徒手穿刺组与3D打印组，每组各20例，手术方式均为后路PLIF手术。传统徒手穿刺组术中椎弓根钉的置入依靠术前相关影像资料确定，术中根据经验手法穿刺；3D打印组选择术前通过三维CT资料导入软件建模，使用3D打印机进行实体模型打印。两组术中均采用C臂机透视进一步证实置钉的准确性。
1.2 方法 所有纳入患者术前均行64排螺旋CT检查对腰椎滑脱节段进行三维重建，传统徒手穿刺组根据CT及X线影像资料并结合Magerl定位方法确定滑脱椎体的穿刺方案，术中徒手进行穿刺；3D打印组将所得CT检查DICOM文件导入软件进行建模并进行滑脱椎体节段的实体打印，在实体标本及模拟对滑脱腰椎椎体进行椎弓根入钉点解剖标志的判定及定位，并确定置钉方向及深度。所有手术均由同一组手术团队施行，钛合金材质椎弓根螺钉系统均由天津正天医疗器械有限公司生产。患者均使用脊柱专用手术床摆放体位，全麻插管麻醉完成后取俯卧位，对腰背部手术区域进行常规消毒铺巾，对手术节段C臂机准确定位后取腰椎后正中入路，切开皮肤及筋膜层后沿棘突向两侧剥离椎旁肌群，充分暴露滑脱需固定节段的关节突关节。依据术前手术计划在椎体的上关节突上进一步确认椎弓根螺钉的入钉点以及方向并进行椎弓根穿刺，穿刺完成后通过C臂机进一步确认椎弓根穿刺方向及深度，如确认无误则随后植入椎弓根钉，随后临时连接钉棒系统并稍撑开椎间隙，对椎体的后方椎板部分进行切除以完成椎管减压。检查并松解双侧上位及下位神经根，保护好硬膜及神经根对滑脱节段的椎间盘进行切除，并对椎间隙充分松解后对滑脱节段进行复位，复位完成后对椎间隙进行植骨并置入椎间融合器，随后完成椎弓根钉棒系统的加压及锁定。主要记录椎弓根钉置入时间(穿刺开始到螺钉置入完毕时间)、穿刺次数(包含椎弓根穿刺调整次数)，手术后行CT检查明确椎弓根螺钉置入后是否在椎弓根内，是否存在穿破皮质的情况。
, http://www.100md.com
1.3 统计学处理 使用SPSS 17.0统计软件进行分析，计量资料采用(x±s)表示，比较采用t检验，计数资料采用 字2检验，以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
80个滑脱椎体经统计学分析，两组的性别与年龄比较差异无统计学意义(P>0.05)；3D打印组在滑脱椎体中置入单个椎弓根螺钉的平均时间为(5.60±1.85)min，明显短于传统手法穿刺组的(8.10±1.63)min，两组比较差异均有统计学意义(P<0.05)；3D打印组穿刺次数平均为(1.20±0.20)次，少于传统徒手穿刺组(1.80±0.50)次，两组比较差异均有统计学意义(P<0.05)。术后CT平扫提示3D打印组38枚(95.00%)椎弓根螺钉完全位于椎弓根内，2枚椎弓根螺钉部分穿破内侧壁(未产生神经症状体征)，穿出率为5.00%，分别为腰5椎体3度滑脱单侧及腰4椎体2度滑脱单侧；传统徒手穿刺组32枚(80.00%)椎弓根螺钉完全位于椎弓根内，8枚部分穿破内侧壁(未产生神经症状体征)，穿出率为20.00%，分别为4例腰5椎体1度滑脱单侧、2例腰4椎体滑脱单侧以及2例腰4椎体2度滑脱双侧，3D打印组在椎弓根螺钉的准确性方面明显优于传统手法穿刺组，两组比较差异有统计学意义(P<0.05)，典型病例见图1。
, 百拇医药
3 讨论
在腰椎滑脱症病例中，椎弓根钉的准确置入对于抵抗滑脱椎体的各个方向的剪切应力对实现椎体的滑脱顺利复位以及恢复椎体稳定性的过程起着至关重要的作用，椎弓根螺钉的准确植入是手术成功的基础，穿破椎弓根的螺钉对于邻近重要神经组织损伤将导致严重不良后果[5-6]。对于解剖结构复杂多变的滑脱椎体，由于长期慢性的炎症介质刺激，关节突关节严重增生，椎弓根的解剖结构存在巨大的变异性，人字嵴等传统定位解剖标识往往难以识别，甚至横突结构也存在一定的改变，传统椎弓根钉入钉点的确定更为困难，腰椎滑脱椎体植入椎弓根钉的准确性也难以得到保障。
目前虽有多种椎弓根螺钉置入的定位及穿刺办法，然而目前仅依靠解剖结构的定位，并没有哪一种穿刺定位手段可以达到高度准确的成功率。有学者提出手术者的经验在一定程度上决定着置钉的准确性，因此有部分学者提出在椎弓根钉的置入中应当采用个体化治疗的手段，可以在术前通过个体化的影像数据进行数字化技术处理，在术前模拟完成椎弓根钉置入的计划以提升置钉的准确性[7-9]。也有学者指出采用术中导航技术对椎弓根钉置入实现实时监控，可以大大提高椎弓根钉植入的准确程度[10]。然而由于导航设备的昂贵及操作的复杂程度，限制了该技术的进一步发展，可以确定的是，为了保证在椎弓根螺钉的置入中的准确率，应当采取个体化的原则。近年来3D打印技术逐渐运用于医疗，尤其在骨科学领域逐渐得到重视，在骨科手术的个体化诊断以及治疗中，有研究发现在椎弓根钉的植入方面可制作出专门的导板以进一步提高成功率，并有较多研究指出3D打印快速成型技术在指导创伤骨科手术以及关节置换等方面可以提高手术的效率以及准确性[11-15]。
, http://www.100md.com
本研究通过利用3D打印技术，对手术节段进行建模并打印出与实体1∶1等大的实体腰椎滑脱节段模型，在术前通过结合影像测量以及观察实体模型的方法，对滑脱椎体椎弓根钉的植入产生立体的概念及构型，并在术前可对实体模型进行模拟的椎弓根钉置入，确定准确的入钉点及相关标志、方向以及深度。在本次研究的实际运用中，使用了3D打印技术组的病例在置钉时间上明显短于传统徒手置钉组，穿刺的次数也比徒手组减少，术后的CT影像上穿破椎弓根皮质的情况也少于徒手置钉组。3D打印技术在术前的运用有助于提高腰椎滑脱椎体椎弓根钉植入的准确率，同时减少穿刺次数以及手术的时间，提高了置钉效率，并且减少了因穿刺次数增加的C臂透视所带来的射线暴露。分析其原因，笔者认为可能与下列原因有关：(1)传统的CT三维重建仅能提供虚拟的三维图像，医者对于疾病的评估仅能通过想象在脑中进行空间的三维图像再重建，而3D打印技术所形成的三维实体模型提供了传统二维图像以及虚拟三维图像所不能给予的直观感受，在术前提供更为宏观的模型有利于术者对手术节段的整体把握，3D打印实体模型有助于术者在术前滑脱节段进行全面的整体评估[16]。(2)3D打印模型在术前可以充分评估腰椎滑脱节段在手术中可能带来的难点及重点，对关节突关节增生导致的骨性标志的模糊充分评估，去伪存真，选择出正确的椎弓根钉置钉点，减少增生组织导致的误判，在术前即可形成良好的手术计划；然而椎弓根的置钉仍需要术者丰富的经验和技术作为支持，椎弓根钉植入的基本技术是椎弓根成功置入的根本。, 百拇医药(陈勤 陈荣春 游辉)