應用3D打印人工椎體治療脊柱結核術后翻修一例報告

高開銀,向小兵,馮凱凱,李程鵬,曹廣如

(遵義醫科大學第二附屬醫院 骨科,貴州 遵義 563006)

脊柱結核病灶清除、植骨融合內固定術是脊柱結核常用的治療方法,但對于脊柱結核翻修合并大段骨缺損患者的治療是長期以來困擾骨科醫師的重大難題。應用3D打印人工椎體重建患者病椎,鮮有文獻報道,現對1例脊柱結核翻修患者應用3D打印人工椎體重建病椎穩定性獲得成功,報道如下。

1 病例介紹

患者,男,52歲,因“胸腰椎結核術后3年,發現后凸畸形3月”入院?；颊?0多年前曾于當地醫院行胸腰椎結核清除內固定術。3年前因脊柱結核復發(圖1 A～C)。就診于我院,予以行“后路病灶清除、截骨矯形、椎管擴大探查減壓、釘棒系統內固定術+前入路病灶清除植骨融合術(圖1 D～F)”,術后順利出院規律服用化療藥物1年半,3個月前發現胸背部后凸,近來感胸背部疼痛,復查CT檢查提示:發現內固定物斷裂。入院生命體征平穩,肚臍至腹股溝區皮膚感覺麻木伴針刺痛覺減退,鞍區感覺未見明顯異常,腹壁反射及提睪反射存在,肛門括約肌無明顯松弛。左小腿及左足皮膚感覺麻木伴針刺痛覺減退,余雙下肢感覺未見明顯異常,雙下肢各關節活動尚自如,肌張力不高,左側髂腰肌、股四頭肌及脛前肌肌力3級,左側足背伸肌及踇背伸肌肌力1級、跖屈肌力3級,右側髂腰肌、股四頭肌及脛前肌肌力5級,右側足背伸肌及踇背伸肌肌力2級、跖屈肌力4級。腰背部VAS評分7分,Cobb角43°,Frankel分級D級。檢驗及檢查結果顯示:血常規:白細胞總數 8.42×109/L,中性粒細胞百分比 0.75 %,CRP 30.4 mg/L,ESR 35 mm/h,白蛋白34.9 g/L,肝腎功能、血離子、凝血功能、心肌酶、肌鈣蛋白未見明顯異常。胸腰段CT示:脊柱內固定連接棒斷裂,螺釘有松動移位跡象,T10～12、L1椎體見植骨塊部分吸收消失,后凸畸形明顯(圖2)。

A、B、C:胸腰椎 CT 及 MRI檢查示胸腰椎后凸成角(Cobb角約為85°),序列不連續, T10～12、L1 椎體骨質破壞并多發死骨影 ,膿腫向后突壓迫椎管,椎管變窄;D、E、F: 2016年8月手術時術中圖片及影像,術后復查X線。

A、B、C:入院前復查MRI及CT見內固定斷裂、螺釘松動,T10～12、L1椎體見植骨塊部分吸收消失,后凸畸形明顯(Cobb角約43°);箭頭所示為斷裂。

A、B、C、D:術前數據及模型重建資料;E、F、G:定制假體設計方案資料;H、I:最終重建模型示意資料(愛康公司)。

患者為脊柱結核翻修術后,目前存在大段骨缺損,為解決患者大段骨缺損問題,在術前均重建了患者病椎的 3D 模型(圖 3 A～D),使用Mimics 19.0版軟件(materialise, leuven, belgium)進行虛擬復位,以恢復患病椎骨的高度和生理曲度。此外,設計了一個個性化人工椎體,其上下各帶一個用于固定的翼展,翼展上預留螺釘固定孔和加壓孔,可以實現前路固定(圖 3 E～J),并對假體植入進行虛擬模擬,結果顯示假體可以完美植入,翼展固定孔及加壓孔螺釘可以準確地插入上下椎體,假體邊緣與上下殘椎椎體邊緣齊平,并且表面適合(圖 3 I)。假體設計有大中小三種規格(由愛康公司打印出人工椎體成品,術前測量病椎骨缺損高度63 mm,以此為標準號,并以3 mm為間隔設計3個尺寸。內部為孔隙結構,孔隙率為70%～80%,孔徑600～800 m),方便術中按實際需要進行選擇(圖 3 H)。在征得患者及家屬同意后。行一期經后路內固定翻修+前路病灶清除、前路 3D打印人工椎體植入重建矯形術進行治療。

規范抗結核治療3周,術前完善常規檢查,排除手術禁忌后,于2019年6月3日手術。全麻生效后,取俯臥位、常規消毒鋪巾,充分顯露手術視野后,見雙側連接棒在橫連桿處斷裂,椎弓根螺釘松動,取出原來的內固定裝置。探査見椎弓根螺釘釘孔四壁及底部均為骨性結構,T8～9、L2～3椎雙側更換椎弓根螺釘,安放連接棒后鎖定頂絲及橫連接,置負壓引流管,逐層縫合切口。將患者改為左側臥位,常規消毒鋪巾,充分顯露胸膜外腔,見胸膜外腔粘連嚴重,細致分離粘連帶,切斷部分膈肌用撐開器撐開胸壁,顯露胸10至腰1椎體側方,胸10～腰1椎椎體破壞嚴重,大量死骨及未融合的肋骨組織填充,見少量膿腫及干酪樣壞死組織,顯露并結扎胸10～腰1椎節段動、靜脈,充分顯露胸10～腰1椎體,見椎間有少許骨橋形成,充分清除胸10下半部一腰1椎體上半部分病灶組織。適當撐開椎間隙用高速磨鉆打磨備好植骨床,測量并安放預備好的中號3D打印人工椎體,將混合有鏈霉素的自體肋骨顆粒置入人工椎體旁,在人工椎體上預先設計好的鎖定孔中安裝螺釘鎖定,C臂透視見人工椎體位置滿意(圖4A)。放置負壓引流管及胸腔閉式引流管,縫合膈肌,關閉胸膜腔,逐層縫合切口。手術順利完成,手術時間8 h,術中出血600 mL,未出現關鍵血管、神經損傷等嚴重并發癥。術后病理報告提示脊柱結核復發(圖4 B),術后1周復查X線片提示3D打印假體及內固定在位(圖4C、D)。術后繼續規范抗結核藥物化療18個月,予以加強營養支持治療?；颊咝g后疼痛癥狀明顯減輕。術后佩戴胸腰椎固定支具3月。隨訪顯示患者癥狀進一步改善,術后3個月隨訪腰背部VAS評分1分,顯示疼痛明顯緩解,Cobb角25°,明顯改善,Frankel分級E級,顯示神經功能基本恢復。3年隨訪期間,總體情況良好。術后影像學資料均顯示,人工椎體適當固定到位,實現骨融合,內固定釘棒無松動移位及斷裂、3D打印人工椎體、植骨塊及椎體融合穩定,結核病灶已完全治愈(圖4 E～G)。

A:術中影像;B:術后病理結果:慢性肉芽腫性炎伴凝固性壞死,傾向結核;C、D:術后1周復查X線;E、F、G:術后3年復查CT見脊柱內固定釘棒無松動移位及斷裂、3D打印人工椎體、植骨塊及椎體融合穩定。

2 討論

結核病是世界上最古老的疾病之一,其中脊柱結核是最常見的肺外結核,約占骨和關節結核的50%[1]。脊柱結核的早期往往只有局部疼痛、低熱盜汗等不典型表現,而影像學上無明顯變化,因此早期診斷脊柱結核十分困難,常常出現漏診、誤診[2-3],待明確診斷時往往已出現大量骨質破壞,脊柱穩定下降,脊髓神經功能損害。目前,脊柱結核治療的關鍵是規范抗結核藥物治療以及良好的營養支持治療,手術治療是重要手段,對清除病灶,解除脊髓、神經壓迫,挽救脊髓神經功能,糾正脊柱后凸畸形以及重建脊柱穩定性有著重要意義[4]。隨著抗結核治療的規范化及鈦合金內置物用于結核病灶,治愈率進一步提高,但是仍有一定的復發率。其中大多數學者認為,術后未行正規化療、營養狀況差、術中病灶清除不徹底、術后脊柱穩定性差、耐藥結核等因素與脊柱結核術后復發有顯著相關性[5-8]。

患者術前CT發現后路釘棒系統斷裂、松動,前柱胸11、12椎體處植骨塊部分吸收消失,胸10椎體下半部至腰1椎體上半部骨質破壞明顯。對于這種病灶累及4個椎體,術前評估術中前中柱骨缺損范圍約3個椎體,后柱釘棒系統斷裂、松動,脊柱穩定性極差的復發性復雜胸腰段脊柱結核,其治療的重難點在于重建病椎穩定性,預防截癱。脊柱結核病灶清除術后大段骨缺損是病灶清除術應用以來一直困擾脊柱外科醫師的重大難題。長期以來脊柱外科醫師采用多種方式,包括多種植骨方式、鈦籠及骨水泥填充等方法重建病椎,均沒有取得滿意的融合率[9-10]。近年來,3D打印技術快速發展,已經在醫學領域得到廣泛研究應用,主要集中于復雜創傷、脊柱外科、神經外科、口腔頜面外科等專業,在脊柱外科中3D打印人工椎體在重建大段骨缺損方面已經得到廣泛研究探索。相比傳統前路重建方法,3D打印人工椎體具有與人體自身椎體相似的彈性模量、適合骨長入的微孔結構、良好的機械強度和組織相容性[11],這些優點使個體化人工椎體在脊柱腫瘤領域得到較多研究及應用[12-13]。Zhou等[14]報告23例應用3D打印椎體重建胸腰椎腫瘤患者病椎,術后隨訪時間24～58個月,總融合率為87.0%。僅2例患者出現器械故障,有明顯下沉。脊柱結核病灶清除造成大段骨缺損,重建患者病椎穩定性是手術的重點及難點,是預防截癱的關鍵點。查閱國內外相關文獻,研究報道3D打印人工椎體在脊柱結核治療中的應用鮮有報道[15-17]。劉艷成等[15]在研究人工椎體在脊柱結核重建手術的應用中發現,10例應用3D打印人工椎體重建脊柱穩定性的患者,隨訪12～45 個月,除1例多重耐藥結核患者外,其余9例患者均無假體下沉、松動及移位,植骨融合良好。在本研究中,我們通過術前全面、精確的影像學評估,根據病灶清除的范圍及相鄰椎體終板的角度設計出最適配的假體,并且在其上下各設計一個用于固定的翼展,翼展上預留螺釘固定孔和加壓孔,可以實現前路固定,再聯合后路椎弓根系統,可獲得即刻穩定性。值得注意的是,3D打印人工椎體重建脊柱病椎目前仍在研究及探索中,成功植入假體完成重建仍然困擾著脊柱外科醫生。Hu等[18]報告8例應用3D打印椎體重建患者病椎,僅6例成功,2例由于植入物不匹配而失敗,被迫轉換為傳統重建。在本研究中,3D打印人工椎體是根據患者術前仰臥位胸腰椎CT檢查設計制作的。手術時先行后路椎弓根螺釘系統更換,再改為左側臥位安裝假體,此二者均可能會造成骨缺損間隙的高度發生變化,可能導致假體植入困難。筆者認為成功植入假體有以下三方面因素:(1)全面精準的術前評估及假體設計;(2)假體需要有大中小三種規格(大號66 mm、中號63 mm、小號60 mm),方便術中按實際需要進行調整;(3)必須由手術經驗豐富的脊柱外科醫生主刀。

綜上所述,由于該患者病椎多次翻修,病灶清除范圍大,導致骨缺損范圍大。因此我們應用近年來興起的3D打印人工椎體作為前路支撐融合的載體,旨在恢復脊柱長度、排列和承重能力,并重建病椎即時穩定性,術后繼續規范抗結核治療18個月,隨訪3年已成功融合,無明顯沉降,植入物脫出等現象。筆者認為3D打印人工椎體可用于脊柱結核術后翻修,重建患者病椎穩定性。但這只是一個初步嘗試,這種重建方式在脊柱結核的應用中,其遠期效果仍需要進一步觀察,同時還需要進一步進行大樣本、多中心研究。