3D打印技术应用于颈椎OPLL前入路术前规划中的临床研究*
时间：2023-04-08 20:05:03 来源：千叶帆 本文已影响人
江东育，崔 跃，吴 岳，郑剑卿，张 钦，丁 涛**
（1南京医科大学附属无锡市人民医院骨科，江苏 214023；
2南京医科大学）
颈椎后纵韧带骨化症（ossification of the posterior longitudinal ligament，OPLL）是一种以颈椎后纵韧带自发性骨化为特点的脊髓压迫疾病[1]，好发于亚洲人群，国人发病率约为3.08%[2]。OPLL原始骨化灶在无外科干预的情况下会逐年增厚，最终压迫脊髓神经，导致患者出现四肢麻木、行走不稳等神经功能障碍[3]。一旦出现脊髓症状均需外科干预进行减压，手术入路方式有颈椎后入路、颈椎前入路或颈椎前后路联合入路。颈椎后入路手术操作相对简单，但仅能间接减压，长期随访发现患者常出现颈椎后凸畸形，神经减压效果不佳等情况。颈椎前后路联合入路虽能充分扩大椎管容积，但手术创伤更大，存在术后颈椎活动度明显丢失等缺点[4-5]。相较之下，颈椎前入路可直接解除骨化灶对神经的压迫，效果好、创伤小，常被选为治疗OPLL的手术方式[5-6]。由于骨赘紧贴脊髓前缘，手术存在脑脊液漏、骨赘残留等风险，术中也会有暴露过程损伤椎动脉、减压范围难以确定等问题[7-8]，因此精确的术前规划是手术成功的关键。
目前3D打印技术辅助手术在骨科中应用已较为广泛，最常见的是建立骨折模型，为骨折复位提供指导。在颈椎OPLL术前规划中，3D打印技术可将颈椎手术节段按1∶1比例打印，医师可在模型上进行手术规划，从而提高手术效率。本研究选取无锡市人民医院2016年6月—2021年6月收治的颈椎OPLL患者43例，探讨3D打印技术在颈椎OPLL前入路术前规划中的应用价值。
1.1 一般资料 OPLL患者43例，采用随机表法分为对照组21例和3D打印组22例。对照组中男性17例，女性4例，平均年龄54.10±6.77岁，术前颈椎JOA评分9.05±1.91分，病程2.16±0.99年。3D打印组中男性18例，女性4例，平均年龄54.59±6.74岁，术前JOA评分9.27±1.93分，病程2.01±0.96年。两组性别、年龄、术前颈椎JOA评分、病程等一般资料比较，差异均无统计学意义（P＞0.05）。纳入标准:（1）根据临床症状、CT及MRI检查确诊为颈椎后纵韧带骨化症；
（2）骨化纵向长度1～3个节段；
（3）未受机械外力损伤。排除标准:（1）一般情况较差，不能耐受手术者；
（2）术后无法完成功能锻炼者。本研究经无锡市人民医院医学伦理委员会审核批准，所有患者签署知情同意书。
1.2 CT扫描及数据处理 3D打印组:使用德国西门子SOMATOM SENSATION 16排螺旋CT机，以1 mm为层厚对患者颈椎1～7扫描获得180张图片，以DICOM格式保存并导入Mimics 20.0软件。设定椎骨灰度值窗为226～1 517 HU，使用编辑功能擦除颅骨、牙齿、甲状软骨等显影骨质，填充各颈椎椎体，标注后纵韧带骨化物，分割出所需骨块，最后利用3D建模及模型光滑功能得到C1～7椎体模型。对照组:与3D打印组相同，完成颈椎1～7螺旋CT扫描，层厚1 mm，以DICOM格式保存并导入Mimics 20.0软件，不进行三维重建，仅得到冠状位、矢状位图像。
1.3 术前规划与手术操作 3D打印组:在Mimics 20.0软件中建立颈椎OPLL三维模型，将骨块透明化可直接观察骨化灶位置，在椎管内选中骨化灶并高亮标记，根据骨赘位置确定减压手术节段（图1）。利用软件旋转平移放大功能观察毗邻结构，选择手术入路避开椎动脉，同时尽量减少对气管的推移牵拉。根据骨化灶宽度在椎体上选择合适的截骨角度，测量磨钻深度，模拟钛笼放置位置，使神经得到最大程度的减压。在数字模型上完成手术规划后，使用3D打印技术按1∶1比例打印实体模型（图2），手术医师根据规划好的入路在3D模型上进行模拟手术，使用超刀磨钻进行截骨操作，测量磨钻钻入的角度及深度，确定钛笼的位置大小。常规手术消毒3D打印模型，术中主刀医师在台上可随时对照模型，严格按术前制定的方案进行椎体次全切，把控截骨的宽度、长度、角度以保护椎动脉，高速磨钻逐层磨除椎体，使后纵韧带的增生骨赘漂浮或去除，达到减压目的，最后置入钛笼融合椎体。对照组按传统进行常规术前规划。两组均采取颈椎前入路减压+植骨融合术手术方式，术后予地塞米松、甘露醇、抗生素静滴3天，佩戴颈围进行康复训练，复查颈椎三维CT。
图1 颈椎OPLL三维模型
图2 3D打印模型
1.4 观察指标 （1）术中相关指标:包括手术时间、术中出血量、术中透视时间。（2）并发症发生率。（3）颈椎JOA评分改善率:术后6个月采用术后颈椎JOA评分，改善率=（术后评分-术前评分）/（17-术前评分）×100%。改善率＜25%为差，25%～60%为可，60%～80%为良，80%～100%为优。以优+良计为改善。
1.5 统计学处理 应用SPSS 26.0统计学软件对数据进行分析处理。计量资料以表示，组间比较采用t检验；
计数资料以频数或率表示，组间比较采用χ2检验。P＜0.05为差异有统计学意义。
2.1 两组术中相关指标比较 3D打印组手术时间227.8±25.6 min、术中出血量171.1±30.1 mL、术中透视时间10.2±2.6 s，分别少于对照组的252.9±27.0 min、239.0±33.3 mL及12.9±2.8 s，差异均有统计学意义（P＜0.01）。
2.2 两组并发症发生率比较 发生脑脊液漏3D打印组有1例（4.55%），对照组有6例（28.57%），3D打印组脑脊液漏发生率显著低于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）。3D打印组未发生椎动脉损伤，对照组发生1例（4.76%）椎动脉损伤。患者为C6椎体后纵韧带骨化压迫，骨化灶较宽，在术中截骨过程中椎体右侧发生出血，量较大，考虑损伤椎动脉，随即停止减压操作。予以大量止血材料压迫止血，视野改善后，骨蜡封闭减压造成的侧方骨缺损破口，观察5分钟后未见活动性出血，继续完成手术。术后立即行血管造影，所幸无动静脉瘘或假性动脉瘤，脑部血液供应正常。患者无脑缺血损伤表现，10天后复查磁共振血管成像（MRA）和CT血管成像（CTA）。
2.3 两组术后JOA评分改善率比较 所有患者随访6～12个月，平均随访10.7个月。术后6个月3D打印组JOA评分改善率81.82%，显著高于对照组的52.38%，差异有统计学意义（P＜0.05），见表1。
表1 两组术后JOA评分改善率比较 n（%）
颈椎OPLL是一种罕见的后纵韧带骨质沉积的病理过程，骨化逐年增厚最终压迫脊髓神经。无神经症状患者可选择保守治疗，对于有神经根型或脊髓型症状严重影响生活质量的患者，手术解除压迫是唯一治疗方法[1]。经颈椎前入路可以咬除后纵韧带骨化，对脊髓进行直接减压，较后入路间接减压的效果更好，同时有利于恢复颈椎前凸[9-10]。由于OPLL紧贴硬脊膜，减压过程中易发生脑脊液漏，因此保护硬脊膜是手术的重要环节。
3D打印技术以影像数据为基础，建立数字模型后将材料逐层固化堆砌，打印成实体模型。术前规划应用3D打印技术已成为骨科手术的发展趋势，在各种骨折内固定术、关节置换术及骨肿瘤手术中均有报道[11-14]。精确的三维重建及3D模型有助于骨科医生在术前全面直观了解手术部位的解剖结构。在Mimics 20.0软件中可同时重建气管、食道和椎旁血管，明确颈椎比邻结构，排除畸形血管可能，合理规划手术切口入路。截骨减压范围关系到手术出血量，在打印模型上根据后纵韧带骨化的宽度和长度，在椎体前方划定截骨范围和选择截骨角度，在手术中可参考模型尽可能保留椎体，以减少出血量。
保护硬脊膜的操作是颈椎前入路手术时间的限速器，特别是在椎体截骨过程中，需要时刻注意磨钻的磨除深度，在预估靠近硬脊膜时就要减慢速度，甚至放弃使用磨钻改用刮勺进行逐层刮除，直至进入椎管。在本研究中，3D打印组在术前根据3D打印的模型，个性化地设计了截骨的角度与深度，手术中与模型直接比对，对超刀或磨钻的减压角度和深度进行实时纠偏。在到达设定深度后仅隔着一层薄的骨皮质，此时再改用刮勺，完成最后的截骨操作。这种方式明显缩短了手术时间，同时减少了脑脊液漏的风险。
颈椎前入路手术对椎管直接减压，减压的充分程度是术后神经功能改善的重要保障，经过数十年的发展，颈前路椎体次全切除术已形成了一套成熟的手术流程，足以指导医师完成神经减压，但较长的手术时间和较高的并发症发生率一直困扰着脊柱科医师。3D打印技术根据患者影像，个性化地为医师提供了一个直观的手术视角，在模型的指导下可以为每个患者设计术前计划，既保证减压充分，又将损伤降到最低。与此同时基于完善的术前规划，颈椎前入路微创操作得以实施，微创技术可以减小手术窗口，降低颈椎拉钩的拉力，以此降低术后发生颈部血肿呼吸危象等并发症[15]。
综上所述，通过3D打印技术对OPLL患者进行颈椎前入路手术术前规划，可缩短手术时间，减少术中出血量和降低术后并发症发生率，提高患者脊髓功能改善率。但本研究具有一定的局限性，病例样本量较少，随访时间较短，在后续的研究中，我们将扩大样本数量，延长随访时间，以增加本研究结论的可靠性。
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