个体化3D打印辅助后路螺钉内固定治疗上颈椎损伤的效果及并发症分析

隋吉生，殷冲冲，徐杰,江一帆

(1.南京医科大学附属南京医院(南京市第一医院)骨科，江苏南京 210006；
2.东部战区总医院秦淮医疗区(原八一医院)急诊科，江苏南京 210000)

颈椎损伤是脊柱外科常见伤，多伴有颈脊髓损伤，可致四肢瘫痪及严重的呼吸功能障碍，甚至危及生命。本研究旨在探讨个体化3D打印辅助后路螺钉内固定治疗上颈椎损伤的效果及安全性，现报道如下。

1.1 一般资料

选取2018年2月～2021年12月在本院行颈椎后路内固定手术治疗的上颈椎损伤患者40例。纳入标准：符合上颈椎损伤相关诊断标准[1]；
均行颈椎正侧位片、寰枢椎张口位片、颈椎薄层 CT、颈椎 MRI检查；
临床资料完整无缺失，包括术后复查资料。排除标准：不符合手术指征，存在手术禁忌证；
存在严重心脑、肝肾等全身重要器官损伤；
存在凝血功能障碍；
术后复查时间小于6个月。根据不同手术方式，将患者分为3D打印组(20例，行个体化3D打印辅助后路螺钉内固定治疗)和徒手置钉组(20例，行徒手法置钉颈椎后路内固定治疗)。3D打印组：男12例，女8例；
年龄44～58岁，平均(51.55±4.70)岁；
致伤原因：交通伤13例，高处坠落伤5例，重物砸伤2例；
损伤类型：寰枢椎脱位2例，寰椎骨折5例，齿状突骨折8例，Hangman骨折2例，复合骨折3例；
Frankel神经功能分级：C级13例，D级7例，E级0例。徒手置钉组：男13例，女7例；
年龄40～58岁，平均(49.40±4.91)岁；
致伤原因：交通伤12例，高处坠落伤6例，重物砸伤2例；
损伤类型：寰枢椎脱位2例，寰椎骨折5例，齿状突骨折8例，Hangman骨折1例，复合骨折4例；
Frankel神经功能分级：C级12例，D级8例，E级0例。两组性别、年龄等基础资料比较，差异无统计学意义(P>0.05)。本研究通过本院医学伦理委员会审核。

1.2 方法

1.2.1 数据采集及个体化3D打印模型制备

将患者颈椎薄层CT(荷兰飞利浦)扫描的原始数据(DICOM文件格式)导入Mimics 14.0三维图像处理软件(比利时Materialise公司)，重建颈椎三维模型。将颈椎三维模型文件导入3D打印系统(比利时Materialise公司)，使用光敏树脂材料在高精度模式下，打印出个体化3D上颈椎模型(比例为1∶1)。

1.2.2 手术方法

所有患者均由同一组医师顺利完成手术。全身麻醉后取俯卧位，将俯卧位头面部保护架应用于头面部保护，持续行颅骨牵引(重量4kg)，使颈椎保持稳定；
使用布胶条粘贴皮肤，使颈部皮肤能够充分绷紧，标记长度约5 cm的切口。常规后正中切口，显露颈椎后方结构，彻底剔除骨质表面的软组织，暴露C1后弓结节及C2棘突。3D打印组按照个体化3D打印颈椎模型及导板所标记的骨性参照标志、进钉点及置钉方案进行置钉；
徒手置钉组按照传统徒手置钉方式，使用高速磨钻在预先设计的进钉点结合临床经验进行开口，并制备椎弓根置钉通路，徒手置钉。制定完成后，行C臂机透视，确定螺钉位置良好。折弯连接钛棒，于寰椎后弓与枢椎棘突间放入骨块植骨融合，旋紧螺栓、固定内置物。常规放置胶原蛋白海绵，并留置负压引流管1根。逐层缝合并重建软组织。3D打印组的典型病例见图1。

图1 3D打印的三维模型、打印模型和术中应用情况

1.3 观察指标

(1)比较两组患者手术时间、术中出血量、术后引流量等手术相关指标。(2)比较两组患者手术前、术后1周、1个月的疼痛VAS评分。(3)比较两组患者手术前、术后6个月的神经功能Frankel分级[2]。(4)根据kawaguchi标准[3]对两组患者置钉等级进行评价。(5)出院后3、6个月复查颈椎CT，观察两组患者颈椎术后骨融合情况。

1.4 统计学方法

3D打印组患者手术时间显著短于徒手置钉组，术中出血量、术后引流量均显著少于徒手置钉组(P<0.05)；
见表1。术前、术后1周、1个月，两组患者VAS评分差异均无统计学意义(P>0.05)；
但术后两组患者VAS评分均较术前显著降低(P<0.05)，见表2。

表1 两组患者手术相关指标比较

表2 两组患者手术前后VAS评分比较分)

术后置钉等级方面，3D打印组0级19例，1级1例，准确率95%；
徒手置钉组0级14例，1级5例，2级1例，准确率70%，两组置钉准确率差异有统计学意义(x2=4.329,P=0.037)。3D打印组术后3个月的植骨融合率为95%(19/20)，术后6个月为100%(20/20)；
徒手置钉组术后3、6个月的植骨融合率分别为65%(13/20)和95%(19/20)。3D打印组术后3个月的植骨融合率显著高于徒手置钉组(P<0.05)。

Frankel分级方面，3D打印组术前C级13例、D级7例，术后6个月改善至D级1例、E级19例；
徒手置钉组术前C级12例、D级8例，术后6个月改善至C级2例、D级5例、E级13例。术后3D打印组的Frankel分级改善效果显著优于徒手置钉组(Z=5.161，P=0.018)。

3D打印技术作为一种新型的快速成型及快速制造技术，逐渐被广泛应用于医学领域。国内外研究报道，3D打印技术应用于颈椎手术，可显著提高手术的精确性，降低手术并发症的发生率[4,5]。在本研究中，笔者通过将患者的术前CT数据进行个性化3D打印上颈椎模型及导板，辅助后路内固定治疗上颈椎损伤，与徒手法置钉内固定对比，手术时间缩短、术中出血量减少，术后引流量减少，提示个体化3D打印技术辅助内固定的术中风险更低，分析其原因可能是由于个体化3D 打印辅助下进行精准的椎弓根螺钉植入，避免了血管损伤、钉道调整等可能造成的术中出血。

本研究显示，两组术后3个月、6个月VAS评分较术前均有所改善，但两组间对比无差异。Yang等[6]研究对3D打印模型辅助后路内固定治疗寰枢椎损伤的优效性和可行性进行了分析，同样以徒手置钉法进行对照，结果发现两组在术后1周～12个月的VAS评分均差异无统计学意义，但均较术前明显改善；
樊勇等[7]的研究报道，3D打印和术中导航技术与常规后路寰枢椎椎弓根内固定手术比较，术后1年VAS评分存在统计学差异。本研究结合上述报道，均提示个体化3D打印技术辅助内固定治疗上颈椎损伤在缓解患者疼痛方面有一定的效果，可能与3D 打印辅助下软组织的精准暴露和保护有关。但对于个体化3D打印技术在缓解患者疼痛方面是否具有优越性，还未能明确。

本研究中，个体化3D打印辅助后路螺钉内固定的置钉准确率约为95.00%，显著高于徒手法置钉的70.00%，且均未出现神经、椎动脉损伤等并发症。唐接福等[8]研究显示，采用3D打印个体化定位导板技术的置钉成功率为93.3%，高于徒手置钉，与本研究结果相似。研究提示，个体化3D打印技术辅助内固定治疗上颈椎损伤有较高的手术精确性，且无严重并发症。本研究还发现，术后3个月，3D打印组骨融合率高于徒手置钉组，术后6个月两组无明显差异。方旭等[9]的研究报道，与传统椎弓根内固定术比较，3D打印联合椎内固定治疗退行性腰椎侧弯，术后6个月椎体融合率较高。本研究结果与上述报道存在部分差异，可能与本研究为上颈椎损伤疾病，较腰椎侧弯更易融合有关；
同时手术前通过个体化3D打印模型，评估了内固定方案的即刻稳定性，能多视角观察，使上颈椎更能完整、直观、立体地展现出来，准确评估损伤情况，了解骨折的“个性”，且手术中能完美的实现；
而徒手置钉在术中操作时，可能会因置钉调整、手术经验等因素，影响生物力学稳定性，从而影响其早期融合率。同时，本研究中，两组患者术后6个月的Frankel分级均有所改善，且3D打印组改善效果较好。谢兆林等[10]研究也报道，个体化导航模板辅助下颈椎椎弓根螺钉内固定术较传统方法的Frankel神经功能分级改善效果较优。结果提示，个体化3D打印技术辅助内固定治疗上颈椎损伤可加速患者骨融合，有助于患者脊髓损伤的恢复。

个体化3D打印技术辅助内固定治疗上颈椎损伤手术，有以下优势：(1)通过术前Mimics软件搭建上颈椎虚拟模型，遵循“个体化”治疗原则；
(2)弥补了徒手置钉可能出现的进钉点、进钉角度的失误，使椎弓根螺钉植入更加准确，手术成功率更高，减少并发症的风险；
(3)经低温消毒后的3D打印颈椎模型既可在手术区域内使用，便于术者术中再次确认置钉的角度、进钉点等。

综上所述，个体化3D打印辅助后路螺钉内固定治疗上颈椎损伤的临床疗效显著，能有效缩短手术时间，减轻患者术后疼痛，提高置钉准确性，修复脊髓损伤，促进骨融合，减少医源性并发症。