3D 打印椎間融合器應(yīng)用于頸椎病的臨床療效和矢狀位平衡隨訪

王建華，吳迪，孫賀，張義龍，信麗麗，李樂

承德醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院脊柱外科，河北 承德 067000

頸椎病是常見的頸椎退行性疾病，多發(fā)于中老年人，表現(xiàn)為肢體麻木疼痛，肌力下降，精細動作困難和走路不穩(wěn)等癥狀，可嚴重影響患者的工作及生活，脊髓型頸椎病和保守治療無效的神經(jīng)根型頸椎病應(yīng)盡早行手術(shù)治療[1,2]。頸椎前路間盤切除融合術(shù)（anterior cervical discectomy and fusion，ACDF）可直接解除來自脊髓或神經(jīng)根前方的壓迫，創(chuàng)傷較后路手術(shù)小，減壓直接徹底，成為治療各型頸椎病的經(jīng)典術(shù)式[3,4]。前路減壓椎間融合需要使用椎間融合材料，自體髂骨是植骨融合的金標(biāo)準(zhǔn)，不過其取材有限，且容易引起局部的疼痛麻木和感染等并發(fā)癥，難以廣泛應(yīng)用。針對椎間融合材料，學(xué)者們進行了大量的臨床研究和實踐探索，目前臨床常用的椎間融合器主要是聚醚醚酮椎間融合器（PEEK），雖然克服了自體髂骨取材困難，局部疼痛等缺點，但其不具備生物活性，無促進成骨功能，需要同種異體骨或自體骨輔助植骨，同時彈性模量與融合界面差異較大，易出現(xiàn)沉降、移位等并發(fā)癥[5,6]。近年來3D 打印技術(shù)快速發(fā)展和成熟，出現(xiàn)多種3D 打印植入材料，并逐漸于臨床中得到應(yīng)用和推廣，其中3D 打印椎間融合器獨特的孔隙結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了近似松質(zhì)骨的彈性模量，創(chuàng)造了利于骨細胞增殖和長入的微環(huán)境，能很好地彌補聚醚醚酮椎間融合器的缺點，使ACDF 手術(shù)的椎間材料有了新的選擇[7～10]。我科于2017 年6 月至2019 年6 月采 取ACDF手術(shù)治療單節(jié)段頸椎病患者60 例，術(shù)中分別應(yīng)用了兩種類型椎間融合器進行椎間融合，現(xiàn)回顧分析兩組病例的相關(guān)數(shù)據(jù)，探討3D 打印椎間融合器應(yīng)用于ACDF 手術(shù)的臨床效果和矢狀位平衡，為頸椎病ACDF 手術(shù)椎間融合器的選擇提供參考。

1 資料與方法

1.1 基本資料

1.1.1 病例選取 納入回顧分析的病例共60 例，其中30 例應(yīng)用3D 打印椎間融合器設(shè)為實驗組，30 例應(yīng)用傳統(tǒng)PEEK 椎間融合器設(shè)為對照組。兩組患者基本資料比較無統(tǒng)計學(xué)差異（P＞0.05）（表1）。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）符合神經(jīng)根型或脊髓型頸椎病的診斷標(biāo)準(zhǔn)，頸椎MRI 明確診斷；（2）非手術(shù)治療6 周無效，甚至加重者；（3）單節(jié)段頸椎病變者；（4）隨訪期間資料完整者。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）兩個及其以上節(jié)段病變手術(shù)者；（2）非頸椎病行ACDF 手術(shù)者；（3）合并頸椎發(fā)育畸形或骨質(zhì)疏松者；（4）隨訪時間不足1 年的患者。

表1 患者基本資料Tab.1 Comparison of general data of patients

1.1.2 椎間融合器和前路鈦板 術(shù)中所用3D 打印椎間融合器由北京愛康宜誠有限公司提供，批準(zhǔn)號T00035543，鈦合金材質(zhì)，有楔形與弧形兩種設(shè)計，高5～10 mm，按每1 mm 遞增；3 種前凸角（0°、4°、8°），可以符合多種矯形設(shè)計。3D ACT 技術(shù)所構(gòu)建的骨小梁結(jié)構(gòu)，孔隙率80%，孔徑（800±200）μm，類似骨小梁的構(gòu)造，可調(diào)控彈性模量。聚醚醚酮（PEEK）椎間融合器由山東威高骨科材料有限公司提供，批準(zhǔn)號191100433，融合器為玻璃纖維和碳纖維材質(zhì)，高4～10 mm，具有高強度、高生化穩(wěn)定性、耐高溫等特點。頸椎前路鈦板及螺釘均由山東威高骨科材料有限公司提供。

1.2 研究方法

1.2.1 手術(shù) 所有患者由同一組醫(yī)師完成手術(shù)。氣管插管靜吸復(fù)合全麻滿意后取平臥位，肩下墊軟枕，頸椎固定于中立略過伸位，取右側(cè)橫形切口，顯露、定位病變間隙，摘除間盤組織，潛行減壓至脊髓前方，試模測量間隙，確定植入融合器型號，沖洗、止血。然后，實驗組將選好的3D 打印椎間融合器植入減壓間隙（不需植骨），對照組則取同種異體骨粒1 袋，填充于PEEK 椎間融合器內(nèi)，之后植入減壓間隙。前路鈦板固定，再次透視位置滿意后放置負壓引流管1 枚，沖洗縫合，頸部制動，引流管留置1～2 d 拔除。

1.2.2 主要觀察指標(biāo) 觀察患者手術(shù)時間、術(shù)中出血量和平均住院日。療效評價指標(biāo)：（1）JOA 評分（頸椎）：滿分17 分，分值越大說明脊髓功能越好；（2）VAS 評分：總分值10 分，分值越高，疼痛越劇烈；（3）圍術(shù)期并發(fā)癥。影像學(xué)參數(shù)指標(biāo)：利用我院PACS 系統(tǒng)分別于術(shù)前、術(shù)后3 d、3 個月和末次隨訪時測量患者頸椎正側(cè)位X 線片以下指標(biāo)：手術(shù)節(jié)段椎間高度；手術(shù)節(jié)段椎間角度；C2～7Cobb 角；C2～7矢狀位軸向距離（cSVA）；T1傾斜角。

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析

用SPSS 23.0 軟件進行數(shù)據(jù)分析，計量資料以（）表示，數(shù)據(jù)比較采用配對t檢驗，計數(shù)資料采用卡方檢驗。

2 結(jié)果

圖1 典型病例1 對照組患者，女性，45 歲，術(shù)前術(shù)后影像資料1a、1b：頸椎正側(cè)位X 線片示頸椎退變，曲度變直 1c、1d：CT 示C4～5 間盤突出，繼發(fā)椎管狹窄 1e、1f：MRI 示C4～5 間盤突出，頸髓嚴重受壓1g、1h：術(shù)后3 d 頸椎正側(cè)位X 線片示C4～5改變，PEEK 椎間融合器位置良好Fig.1 Typical case 1,preoperative and postoperative imaging data of the female patient with 45 years old in the control group1a,1b: Anteroposterior and lateral X-ray films of cervical spine showed cervical degeneration and straightening curvature; 1c,1d:CT showed disc herniation of C4-5,secondary spinal stenosis;1e,1f: MRI showed disc herniation of C4-5 and compressed the spinal cord; 1g,1h:Anteroposterior and lateral X-ray films of cervical spine 3 days after operation showed that PEEK intervertebral fusion cages were in good position

2.1 圍手術(shù)期指標(biāo)

實驗組手術(shù)時間和術(shù)中出血量小于對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）；平均住院日兩組比較無統(tǒng)計學(xué)差異（P＞0.05），見表2。

表2 手術(shù)時間、術(shù)中出血量、術(shù)后引流量和平均住院時間（±s）Tab.2 Comparison of operative time,intraoperative blood loss,postoperative drainage and length of hospital stay (Mean±SD)

表2 手術(shù)時間、術(shù)中出血量、術(shù)后引流量和平均住院時間（±s）Tab.2 Comparison of operative time,intraoperative blood loss,postoperative drainage and length of hospital stay (Mean±SD)

2.2 JOA 評分 和VAS評分比 較

兩組患者術(shù)后JOA 和VAS 評分較術(shù)前均有明顯改善，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）；術(shù)后3 月及更遠期的隨訪數(shù)據(jù)顯示實驗組優(yōu)于對照組，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），見表3。

表3 手術(shù)前后不同時段JOA 和VAS 評分（±s）Tab.3 Comparison of JOA and VAS scores between the two groups at different times (Mean±SD)

表3 手術(shù)前后不同時段JOA 和VAS 評分（±s）Tab.3 Comparison of JOA and VAS scores between the two groups at different times (Mean±SD)

注：a P＜0.05，與同組術(shù)前相比Note：Compared with pre-operation in same group，aP＜0.05

圖2 典型病例2 實驗組患者，男性，49 歲，術(shù)前術(shù)后影像資料2a、2b：頸椎正側(cè)位X 線片示頸椎退變，曲度變直 2c、2d：CT 示C4～5 間隙變窄，椎體唇樣增生 2e、2f：MRI 示C4～5 間盤突出，脊髓受壓2g、2h：術(shù)后3 d 頸椎正側(cè)位示C4～5改變，3D 打印椎間融合器位置良好Fig.2 Typical case 2,preoperative and postoperative imaging data of the male patient with 49 years old in the experimental group2a,2b: Anteroposterior and lateral X-ray films of cervical spine showed cervical degeneration and straightening curvature; 2c,2d: CT showed narrowing of C4-5 intervertebral disc,and labial hyperplasia of the two vertebral body; 2e,2f: MRI showed disc herniation of C4-5 and compressed the spinal cord; 2g,2h: Anteroposterior and lateral X—ray films of cervical spine 3 days after operation showed that 3D-printed iintervertebral fusion cages were in good position

2.3 手術(shù)前后椎間隙高度及角度比較

術(shù)前兩組患者椎間高度及角度分別為（3.5±0.8）mm、（4.2±1.3）°和（3.6±0.9）mm、（4.1±1.4）°，術(shù)后末次隨訪時分別為（6.8±1.3）mm、（5.7±1.4）°和（7.3±1.3）mm、（6.0±1.4）°，組內(nèi)術(shù)后各期與術(shù)前比較有明顯改善，術(shù)后3 月及更遠期的隨訪顯示實驗組數(shù)據(jù)變化小于對照組，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），見表4。

表4 手術(shù)前后不同時段椎間高度和椎間角度（±s）Tab.4 Comparison of intervertebral height and angle between the two groups at different times (Mean±SD)

表4 手術(shù)前后不同時段椎間高度和椎間角度（±s）Tab.4 Comparison of intervertebral height and angle between the two groups at different times (Mean±SD)

注：a P＜0.05，與同組術(shù)前相比Note：Compared with pre-operation in same group，aP＜0.05

2.4 矢狀位平衡參數(shù)比較

術(shù)前兩組患者各影像參數(shù)比較差異無顯著性意義（P＞0.05)，術(shù)后3 d、3 個月和末次隨訪時C2～7Cobb角和T1傾斜角較術(shù)前增大，C2～7矢狀位軸向距離較術(shù)前減小，差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。術(shù)后兩組患者T1傾斜角和C2～7Cobb 角均較術(shù)前有一定程度下降，C2～7矢狀位軸向距離均較術(shù)前有一定程度上升；術(shù)后3 d 矢狀位平衡參數(shù)組間比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），但術(shù)后3 個月和末次隨訪時相關(guān)參數(shù)組間比較差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），見表5。

表5 手術(shù)前后不同時段矢狀位平衡相關(guān)參數(shù)（±s）Tab.5 Comparison of parameters of sagittal balance between the two groups at different times (Mean±SD)

表5 手術(shù)前后不同時段矢狀位平衡相關(guān)參數(shù)（±s）Tab.5 Comparison of parameters of sagittal balance between the two groups at different times (Mean±SD)

注：a P＜0.05，與同組術(shù)前相比Note：Compared with pre-operation in same group，aP＜0.05

2.5 并發(fā)癥

所有病例手術(shù)順利完成，圍手術(shù)期未出現(xiàn)相關(guān)并發(fā)癥，后期隨訪中對照組出現(xiàn)1 例融合器塌陷和螺釘松動，并發(fā)癥發(fā)生率為3.3%。

3 討論

頸椎病是脊柱外科常見疾病，可嚴重影響患者的肢體活動和身心健康，治療的經(jīng)典術(shù)式是頸椎前路間盤摘除減壓融合術(shù)（ACDF）。ACDF 手術(shù)可以直接解除來自脊髓或神經(jīng)根前方的壓迫，同時重建局部穩(wěn)定[11]。ACDF 術(shù)中椎間融合材料可選用自體髂骨、異體骨塊、聚醚醚酮椎間融合器等，各有其優(yōu)缺點，也一定程度影響ACDF 的手術(shù)效果[12]。3D 打印椎間融合器作為新興的椎間融合材料，具有組織相容性好，類骨小梁的微孔結(jié)構(gòu)，可調(diào)控彈性模量及表面粗糙技術(shù)利于骨細胞長入等優(yōu)勢，逐漸應(yīng)用于臨床[13]。

本研究對分別應(yīng)用兩種不同椎間融合器行ACDF 手術(shù)治療單節(jié)段頸椎病的病例進行隨訪觀察，比較治療效果，結(jié)果顯示實驗組患者平均手術(shù)時間、術(shù)中失血量均小于對照組，但術(shù)后平均住院日組間比較無明顯差異。手術(shù)時間及術(shù)中出血量的差異考慮原因主要是對照組聚醚醚酮椎間融合器需要進行植骨，先將同種異體骨填入椎間融合器，之后才能植入融合間隙，術(shù)中如需更換融合器型號，需重復(fù)植骨操作；而實驗組3D 打印椎間融合器為多孔鈦結(jié)構(gòu)，不需植骨，類穹隆的界面設(shè)計更利于融合器與終板緊密貼合，降低測量誤差引起融合器型號不匹配調(diào)換的發(fā)生率，簡化了手術(shù)步驟，節(jié)約了手術(shù)時間，同時也減少了出血量。這與吳敏飛等[14]的研究結(jié)論一致。

脊柱矢狀位平衡使人體能夠在直立情況下以最小的能耗維持軀體平衡，頸椎矢狀位失衡可導(dǎo)致患者出現(xiàn)頸肩部疼痛不適，頸部活動障礙，嚴重影響生活質(zhì)量。頸椎矢狀位平衡情況對疾病診斷、手術(shù)設(shè)計和預(yù)后評估有重要意義，越來越受到廣大學(xué)者的重視[15,16]。C2～7Cobb 角、C2～7矢狀位軸向距離和T1傾斜角是評估頸椎矢狀位平衡最常用的3 個參數(shù)，其中C2～7Cobb 角反映頸椎曲度的情況，良好的頸椎曲度是維持正常頸椎功能的基礎(chǔ)[17]，C2～7Cobb 角減小，意味著頸椎曲度變直甚至反張，可導(dǎo)致患者頸項部的肌肉過度緊張和痙攣，頸項部疼痛和功能障礙，嚴重可造成頸椎退變加速，椎管狹窄和脊髓神經(jīng)受壓。因此，頸椎病行ACDF 手術(shù)治療其中一個重要目的就是恢復(fù)和重建頸椎曲度[18]。

本研究中兩組患者術(shù)后C2～7Cobb 角度、椎間高度及角度與術(shù)前相比均有明顯改善，差異有統(tǒng)計學(xué)意義，組間術(shù)前及術(shù)后3 d 對比差異無統(tǒng)計學(xué)意義，說明頸椎病前路手術(shù)中應(yīng)用聚醚醚酮椎間融合器或3D 打印椎間融合器均可以顯著改善C2～7Cobb 角度、椎間高度及角度，二者在早期隨訪中并無顯著差異。術(shù)后3個月及末次隨訪發(fā)現(xiàn)所有患者C2～7Cobb 角度、椎間高度及角度有不同程度的丟失，但實驗組丟失程度明顯小于對照組，說明實驗組可有效減少甚至避免改善的C2～7Cobb 角度、椎間高度及角度的遠期丟失，使其維持長久穩(wěn)定?？紤]主要是由于實驗組所用3D 打印椎間融合器具有獨特的金屬骨小梁多孔隙結(jié)構(gòu)，可調(diào)控其彈性模量與上下椎體相似，有效減小局部的應(yīng)力遮擋效應(yīng)，從而不易下沉及移位，另外其具有生物學(xué)活性，可以誘導(dǎo)骨細胞長入融合器內(nèi)部，最終實現(xiàn)骨長入，達到骨性融合，維持長期的穩(wěn)定[19]。而PEEK 椎間融合器的彈性模量介于皮質(zhì)骨與松質(zhì)骨之間，存在一定的應(yīng)力遮擋效應(yīng)[20]，且融合器中央的大部區(qū)域是植骨區(qū)，這也造成此類融合器本身與上下椎體的接觸面積明顯小于3D 打印椎間融合器，使其應(yīng)力較為集中，另外其鋸齒狀結(jié)構(gòu)本身也加重了應(yīng)力集中的情況，增加了融合器下沉的風(fēng)險。所以實驗組所用3D打印椎間融合器可以更加持久穩(wěn)定地維持頸椎術(shù)后矯形效果，遠期療效優(yōu)于對照組。手術(shù)后3 個月及更遠期的隨訪數(shù)據(jù)顯示實驗組JOA 和VAS 評分優(yōu)于對照組，組間同期對比存在統(tǒng)計學(xué)差異。毛克政等[19]、Wu 等[21]等制作了3D 打印椎間融合器的動物頸椎融合模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)3D 打印椎間融合器與聚醚醚酮椎間融合器相比，有更好的力學(xué)性能、彈性模量和骨整合能力。楊旭等[22]、Spetzger 等[23]研究發(fā)現(xiàn)在ACDF手術(shù)中應(yīng)用3D 打印椎間融合器可顯著改善頸椎曲度及椎間高度，術(shù)后隨訪未發(fā)生融合器的脫位和下沉，遠期療效優(yōu)于應(yīng)用聚醚醚酮椎間融合器。

胸1 椎體連接頸椎和胸椎，起著承上啟下的作用，可視其為頸椎的“基座”，T1傾斜角被認為是評估頸椎矢狀位平衡的重要參考指標(biāo)。有研究顯示T1傾斜角與C2～7Cobb 角之間存在明顯正相關(guān)，T1傾斜角增加，人體為維持平視，頸椎曲度會代償性增加，C2～7Cobb 角變大[24,25]，但Knott 等人[26]認為頸椎曲度的這種代償能力有限，尤其是當(dāng)T1傾斜角＞25°時，頸椎重心前移，頸椎有出現(xiàn)后凸的趨勢，T1傾斜角＞25°或＜13°均提示頸椎矢狀位可能存在失衡，可加速頸椎退變，是導(dǎo)致頸椎病的危險因素。

C2～7矢狀位軸向距離是評估頸椎矢狀位平衡的另一重要參考指標(biāo)。研究表明正常人群中C2～7矢狀位軸向距離在20 mm 之內(nèi)，當(dāng)其≥40 mm 時，考慮存在頸椎矢狀位失衡，頸椎矢狀位失平衡可加重患者的神經(jīng)功能障礙[27,28]。余文超等[29]研究認為C2～7矢狀位軸向距離較大的患者臨床癥狀更重，行ACDF 手術(shù)可明顯改善C2～7矢狀位軸向距離，重建頸椎矢狀位平衡。本研究中實驗組和對照組患者行ACDF 手術(shù)治療后T1傾斜角和C2～7矢狀位軸向距離較術(shù)前均有改善，后期隨訪中實驗組較對照組維持得更穩(wěn)定，組間比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義，說明3D 打印椎間融合器與聚醚醚酮椎間融合器相比，能更好地重建和維持頸椎矢狀位平衡。

綜上，臨床隨訪觀察認為頸椎病手術(shù)治療中應(yīng)用3D 打印椎間融合器效果良好，可長久穩(wěn)定重建和維持頸椎矢狀位平衡，效果優(yōu)于對照組所用的傳統(tǒng)PEEK 椎間融合器。但本研究為回顧性非隨機性對照研究，患者選擇可能存在偏倚；由于金屬偽影的影響，3D 打印鈦合金椎間融合器術(shù)后遠期椎間融合的情況很難準(zhǔn)確評估，并且3D 打印椎間融合器在脊柱外科臨床應(yīng)用時日尚短，隨訪期有限，需更多的基礎(chǔ)研究及多中心大樣本的臨床長期隨訪研究，進一步評估其安全性及有效性。