3D打印辅助SRS-Schwab Ⅳ级截骨术治疗退变性腰椎后凸畸形

赵 亮 陈 毅 王利民

退变性腰椎后凸畸形(lumbar degenerative kyphosis，LDK) 是脊柱退行性变引起的畸形，在亚洲国家的发生率相对较高，主要由某些特殊的生活方式引起，例如在农业工作或家务劳动中长期蹲下姿势[1]。目前，后路手术是脊柱后凸畸形截骨手术的主要术式[2]。对于矢状面不平衡的LDK来说，Smith-Petersen截骨(Smith-Petersen osteotomy，SPO)和经椎弓根椎体截骨(pedicle subtraction osteotomy，PSO)是目前应用最广泛的两种术式。2015年Schwab等[3]将脊柱截骨术分为6级，其中PSO属于Schwab Ⅲ级截骨，相比Schwab Ⅲ级截骨，Schwab Ⅳ级截骨增加了上方椎间盘的切除，而LDK患者往往存在椎间盘退变、椎间隙狭窄、椎体楔形变等问题。近来，Schwab Ⅳ级截骨逐渐被应用于治疗LDK。但是由于脊柱解剖比较复杂，不同患者的截骨节段、数量都不一样，导致手术难度大、风险高[4～7]。3D打印技术，又称快速原型打印技术，近年来有了飞速的发展，逐步应用到临床科室，并越来越多地应用于外科手术中[8，9]。在脊柱外科方面，3D打印技术不仅局限应用于脊柱外科的置钉手术，还被广泛用于治疗脊柱后凸、脊柱侧弯等脊柱疾病[10]。3D打印技术应用在脊柱矫正手术中，可以提升置钉精准度，并降低由置钉操作不当引起的出血、脊髓、神经损伤等风险[11～13]。但目前临床上关于3D 打印辅助SRS-Schwab Ⅳ级截骨术治疗LDK的报道还比较少。因此，本研究通过对临床资料的回顾性分析，对比研究根据术前影像学资料行SRS-Schwab Ⅳ级截骨术与3D 打印辅助SRS-Schwab Ⅳ级截骨术这两种手术方法，探讨3D 打印辅助SRS-Schwab Ⅳ级截骨术在LDK患者中的临床应用价值，以利于进一步指导临床工作。

资料与方法

1.一般资料：选择2016年6月～2020年6月于郑州大学第一附属医院住院接受手术治疗的LDK患者。共有44例患者(男性13例，女性31例)入选本研究，根据手术方式的不同将其分为实验组(22例)和对照组(22例)。术前一般资料详见表1，两组患者的性别、年龄、病程、矢状面平衡等方面比较，差异无统计学意义(P> 0.05)，具有可比性。本研究经郑州大学第一附属医院医学伦理学委员会批准通过。

表1 两组患者术前一般资料比较

2.纳入标准和排除标准：(1)纳入标准：①被临床医生诊断为LDK，脊柱矢状面失衡且患者临床症状明显，保守治疗无效，符合脊柱后凸畸形手术指征；②临床资料及影像学资料完整；③根据术前影像学资料行SRS-Schwab Ⅳ级截骨术或3D 打印辅助SRS-Schwab Ⅳ级截骨术的手术方法；④术后的随访时间≥12个月。排除标准：①由先天性、外伤性、肿瘤、结核性、强直性脊柱炎等原因引起的腰椎后凸畸形；②患者的冠状面存在脊柱侧凸畸形且侧凸Cobb角>10°；③患者既往有脊柱手术史；④腰椎后凸畸形不严重可以保守治疗的患者；⑤患者的影像学资料不完整或随访丢失。

3.手术方法：实验组：首先，对患者行脊柱0.5mm薄层CT(德国西门子公司)扫描，使用Mimics软件(比利时Materialise公司)在计算机上虚拟截骨操作，然后根据患者腰椎后凸畸形的形状、畸形严重程度及后凸顶点，设计多种截骨方案，在电脑上模拟出不同方案的截骨效果，观察并对比不同模拟截骨方案的矫形效果，确定最优手术方案，记录截骨的部位、角度、数量，测量截骨节段在椎板和椎体后缘的截骨宽度，同时记录椎弓根钉置入的位置、方向。将Mimics软件三维重建虚拟后的腰椎后凸模型用3D打印机实施打印，打印出患者虚拟复位后的腰椎后凸模型。术前通过3D打印模型仔细观察脊柱的三维形态，从多角度和多平面观察病变部位及椎弓根，避免在狭窄处置钉，并根据患者不同的畸形特点制定个体化手术方案，最后将模型予以等离子消毒后供术中截骨矫形参考。

在全身麻醉下，患者取俯卧体位，锐性分离两侧椎旁肌至两侧关节突关节外侧，充分显露椎板及关节突关节，以术前模拟截骨的最优手术方案为指导，以等离子消毒后的3D打印模型为参考，在后凸畸形椎体上下两侧的邻近椎体打入合适的椎弓根螺钉，充分显露后凸顶椎椎弓根，然后用磨钻经椎弓根开凿洞口进入椎体，在3D打印模型的指导下，按照术前确定的最优截骨部位、角度、数量行SRS-Schwab Ⅳ级截骨术，严格控制椎板和椎体后缘的截骨宽度与术前设计方案的一致性。一侧截骨完成后，单侧置棒临时固定，然后进行对侧截骨。两侧截骨完成后，潜行修整上位椎板下缘和下位椎板上缘，防止矫形复位时对神经根造成机械性压迫。将术中截骨获得的松质骨咬成碎骨粒植于顶椎上下椎间隙。放置预弯棒，连接椎弓根螺钉，逐步加压使截骨面闭合，C臂透视确定截骨面对合良好，用适量0.9%NaCl溶液冲洗切口，见无活动性出血，然后放置负压引流管。手术中所有操作都在体感诱发电位、运动诱发电位监护下进行。对照组：根据术前影像学资料行SRS-Schwab Ⅳ级截骨。

4.观察指标：手术时间、放射暴露时间、出血量。采用疼痛视觉模拟评分(visual analogue scales,VAS)和Oswestry功能障碍指数(Oswestry disability index,ODI)评价疼痛和功能的改善情况。拍摄术前、术后两周及随访时站立位脊柱全长正侧位X线片，测量下列指标：①腰椎前凸角(lumbar lordosis,LL)：T12椎体下终板与S1椎体上终板之间的角度(LL后凸记为正值，前凸为负值)；②腰椎前凸角(lumbar lordosis,LL)丢失率：LL丢失率=(末次随访LL-术后2周LL)/末次随访LL×100%；③矢状面平衡(sagittal vertical axis,SVA)：经C7椎体中心的铅垂线距S1后上角之间的水平距离(铅垂线在S1后上角前方记为正值，后方为负值)。

结 果

1.一般资料：所有患者均获得随访，随访时间为12～20个月，平均随访时间为15.38±2.42个月。实验组手术时间、出血量、放射暴露时间均显著低于对照组，差异有统计学意义(P<0.05，表2)。

表2 两组患者手术指标比较

2.影像学评估：两组患者术后 2周和末次随访的LL均小于术前，差异有统计学意义(P<0.05)；实验组LL矫正度数高于对照组，差异有统计学意义(P<0.05)；两组末次随访LL矫正丢失率(实验组13.71% vs 对照组16.36%)比较，差异无统计学意义(P>0.05)，详见表3。两组患者术后两周和末次随访的SVA均小于术前，差异有统计学意义(P<0.05)；在术后两周和末次随访时，实验组SVA均小于对照组，差异有统计学意义(P<0.05，表4)。3D打印辅助SRS-Schwab Ⅳ级截骨术治疗LDK典型病例详见图1；根据术前影像学资料行SRS-Schwab Ⅳ级截骨术治疗LDK典型病例详见图2。

表3 两组术前、术后2周、末次随访LL的比较

表4 两组SVA比较

图1 3D打印辅助SRS-Schwab Ⅳ级截骨术治疗LDK典型病例A.术前正位X线；B.术前侧位X线；C.术前3D打印模型；D.模拟截骨部位；E.模拟截骨矫形后的3D打印模型；F.术后两周正位X线；G.术后两周侧位X线；患者，女性，66岁

图2 根据术前影像学资料行SRS-Schwab Ⅳ级截骨术治疗LDK典型病例A.术前正位X线；B.术前侧位X线；C.术后两周正位X线；D.术后两周侧位X线;患者，女性，68岁

3.两组患者VAS和ODI的比较：与术前比较，术后两周和末次随访两组VAS和ODI均显著降低，差异有统计学意义(P<0.05)；在相同时间点，两组之间VAS和ODI比较，差异无统计学意义(P>0.05，表5)。

4.两组患者术后并发症情况比较：两组患者在围术期间均未发生相关并发症，如麻痹性肠梗阻、神经损伤、伤口感染、内固定断裂及脱位等；所有患者在随访期间均未出现内固定松动、内固定断裂及假关节形成等情况。

讨 论

近年来退变性脊柱畸形矢状位平衡的相关问题受到广泛关注。退变性脊柱畸形是一种复杂的三维畸形，其主要临床症状为腰背部疼痛，以活动时为主，并呈进行性加重；双下肢疼痛、麻木，可有间歇性跛行。对于LDK患者而言，手术目的是重建脊柱-骨盆矢状面平衡，改善患者的临床症状，提高患者的生活质量。既往研究表明，退变性脊柱畸形患者的生活质量主要与其矢状面畸形密切相关[14]。在LDK患者中，脊柱的退行性变可以引起矢状位的不平衡，这会导致椎体和椎间盘在轴向应力上的改变，从而引起椎间盘和椎体终板的破坏，此外，椎间盘和椎体终板的变形会进一步加剧矢状位的失衡[15]。何守玉等[16]研究发现，LDK患者后凸节段的椎体呈楔形变，椎间盘前缘高度存在塌陷，而且椎体的楔形变及椎间盘前缘高度的塌陷均与脊柱后凸畸形明显相关。Schwab Ⅳ级截骨术比PSO术式增加了上方椎间盘的切除，由于SRS-Schwab Ⅳ级截骨术切除了退变、狭窄的椎间盘，在闭合时可以达到骨与骨的直接接触，在一定程度上提高了融合率，降低了椎间盘源性腰痛的发生率。赵清华[17]研究发现，SRS-Schwab Ⅳ级截骨术可以很好地矫正脊柱后凸畸形，同时患者术后VAS、ODI和临床症状也得到了明显的改善。但SRS-Schwab Ⅳ级截骨主要依靠术前X线、CT等影像学资料制定手术方案，存在手术时间过长、术中出血量多等情况，且手术医生在术前对脊柱后凸畸形缺乏直观性的认识，使得手术过程中容易出现神经、血管、脊髓损伤等现象。

3D打印技术在临床上的广泛应用，使脊柱外科医生可以在术前通过软件重建出患者脊柱畸形附近各组织的解剖关系，获取3D打印脊柱模型，在电脑上模拟椎弓根螺钉的置入、截骨数量以及截骨部位、角度等情况，根据不同患者的脊柱畸形特点，制定个体化的手术方案，并打印出个体化的3D模型[18，19]。本研究结果表明，实验组手术时间、出血量、放射暴露时间均显著低于对照组，差异有统计学意义(P<0.05)。其原因可能在于3D打印技术使手术医生在术前就可以根据患者自身情况设计出个体化3D打印模型，并在电脑上进行多次模拟置钉、模拟截骨，从而选择最优的手术方案，此外，手术时以等离子消毒后的3D打印模型为参考，为手术提供直观的三维模型，指导术中置钉与截骨，由于短时间内脊柱周围的解剖结构并不会发生明显的变化，因此减少了手术时间、出血量，对C臂、术中CT等的使用次数减少，从而减少了透视的次数，使得手术中放射暴露时间减少，降低了手术医生和患者接受的辐射量。这也与Garg等[20]的研究结果相符。说明3D打印辅助SRS-Schwab Ⅳ级截骨术治疗LDK可以缩短手术时间、减少出血量和术中放射暴露时间。

本研究结果表明，与术前比较，术后两周和末次随访两组VAS和ODI均显著降低，差异有统计学意义(P<0.05)；但在相同时间点，两组之间VAS和ODI比较，差异无统计学意义(P>0.05)，说明两组都可以有效改善LDK患者的临床症状。此外，实验组LL矫正度数高于对照组，差异有统计学意义(P<0.05)；在术后两周和末次随访时，实验组SVA均小于对照组，差异有统计学意义(P<0.05)。与既往文献报道中的正常人矢状面参数比较，实验组的LL和SVA更接近正常人的参数。说明3D打印辅助SRS-Schwab Ⅳ级截骨术在腰椎前凸矢状曲度恢复方面及矢状面平衡恢复方面优于根据术前影像学资料行SRS-Schwab Ⅳ级截骨术，其原因可能在于手术医生术前通过电脑进行反复模拟截骨，对比不同的手术方案，并选择最优方案。此外，在手术时，以虚拟复位后的3D打印模型为参考，可以为手术提供直观的三维模型，可以使手术医生直观的获取腰椎固定节段的正常矢状曲度数据，使预弯连接棒的效果更佳，表明3D打印在LDK患者矢状曲度及矢状面平衡的恢复指导中具有可行性。本研究结果显示，实验组末次随访时LL矫正丢失率为13.71%，对照组末次随访时LL矫正丢失率为16.36%，虽然实验组LL矫正丢失率低于对照组，但是两组末次随访时LL矫正丢失率的比较，差异无统计学意义(P>0.05)，且末次随访时两组矢状面平衡尚维持良好。

综上所述，3D打印辅助SRS-Schwab Ⅳ级截骨术治疗LDK具有可行性，矫形效果良好，腰椎前凸矢状曲度恢复效果佳，可以减少手术时间、出血量及放射暴露时间，具有临床应用价值。本研究仍存在不足之处，本研究采用回顾性分析，纳入病例数相对较少，随访时间较短，因此，仍需要开展长期的临床随访观察。