引用本文： 王彥金, 周英杰, 柴旭斌, 禚漢杰. 3D打印多孔鈦合金椎間融合器與聚醚醚酮椎間融合器在后路腰椎椎間融合術中的應用研究. 中國修復重建外科雜志, 2022, 36(9): 1126-1131. doi: 10.7507/1002-1892.202204011 復制
后路腰椎椎間融合術（posterior lumbar interbody fusion，PLIF）是治療腰椎退變性疾病的一種成熟術式，具有高融合率與低并發癥等優點[1-2]。術中需植入椎間融合器（Cage）或同種異體骨塊以重建椎體序列、維持椎體穩定以及促進椎間融合，植入物的選擇在一定程度上會影響手術療效[3]。目前，臨床使用最廣泛的植入物為聚醚醚酮（poly-ether-ether-ketone，PEEK）Cage，它有效解決了傳統自體骨移植帶來的手術時間長、供骨區疼痛等問題[4]，但也有融合緩慢及椎體沉降等缺點[5-6]，需要進一步改進。3D打印鈦合金Cage（以下簡稱3D Cage）作為一種新型Cage，有望解決PEEK Cage的不足[7-8]。目前關于3D Cage的研究已逐漸從動物實驗階段進入臨床階段，但臨床研究主要以頸椎為主[9-10]，腰椎應用鮮有報道。為此，我們進行了一項前瞻性隨機對照研究，通過與采用PEEK Cage的患者比較，探討3D Cage用于PLIF的安全性與療效。報告如下。
1 臨床資料
1.1 患者選擇標準
納入標準：① 年齡18～75歲；② 因腰椎管狹窄癥、腰椎滑脫癥、腰椎間盤突出癥合并腰椎不穩，擬行PLIF；③ 單節段病變；④ 3個月內未參加其他臨床試驗；⑤ 患者或其法定代理人自愿參加臨床試驗，簽署知情同意書。
排除標準：① 明確或懷疑對試驗所用植入物過敏；② 骨質疏松癥患者（骨密度T值≤?2.5）；③ 患有脊柱感染性疾病或脊柱腫瘤；④ 有嚴重系統性疾病不能承受手術；⑤ 存在其他影響術后療效評價的因素，例如身體質量指數>24 kg/m2、有精神疾患不能遵從康復指導、長期服用影響骨愈合的藥物、在骨折愈合期間大量抽煙等。
根據上述標準，2018年1月—2019年6月共66例擬行PLIF患者納入研究。按照隨機數字表法，將其分為試驗組（植入3D Cage，n=33）與對照組（植入PEEK Cage，n=33）。其中試驗組1例未完成隨訪排除研究，最終試驗組32例、對照組33例納入統計分析。
1.2 一般資料
試驗組：男13 例，女19例；年齡33～70歲，平均51.6歲。病因：腰椎管狹窄癥8例，腰椎滑脫癥15例，腰椎間盤突出癥合并腰椎不穩9例。病程6個月～4年，中位病程2年。手術節段：L2、3 1例，L3、4 3例，L4、5 19例，L5、S1 9例。
對照組：男12例，女21例；年齡35～69歲，平均52.9歲。病因：腰椎管狹窄癥8例，腰椎滑脫癥17例，腰椎間盤突出癥合并腰椎不穩8例。病程6個月～4年，中位病程2年。手術節段：L2、3 2例，L3、4 3例，L4、5 17例，L5、S1 11例。
兩組患者性別、年齡、病因、病程、手術節段及術前日本骨科協會（JOA）評分等一般資料比較，差異均無統計學意義（P>0.05），具有可比性。見表1。術前均完善腰椎正側位X線片、MRI和CT檢查，確定病變責任節段并估計植入器械規格。
1.3 3D Cage制備
3D Cage由北京中諾恒康生物科技有限公司采用醫用Ti6Al4V合金粉末[11]制備。術前采用螺旋CT對試驗組患者行全椎體掃描，在醫學圖像處理軟件Mimics中通過繪制輪廓、數據處理等步驟重建椎間盤，將重建后的椎間盤導入Geomagic軟件中進行細節優化和曲面生成。3D Cage為不規格多面體，端面多孔，邊緣為實心，內部為規則多孔結構，孔隙率與孔徑范圍設計均基于前期動物實驗以及有限元分析結果[12-16]；前端近似錐形，尾部帶有螺孔和卡槽。最后，將椎間盤模型數據導入熔融沉積型3D打印機，打印與患者椎間隙解剖結構一致的多孔鈦合金Cage（圖1）。
圖1
3D Cage實物圖
Figure1.
Physical drawing of 3D Cage
1.4 手術方法
兩組手術均由同一組醫師完成。患者于全身麻醉下取俯臥位，胸腹部兩側適當墊高，術區常規消毒、鋪巾。在病變椎間隙周圍沿背部正中線逐層切開皮膚、皮下組織、筋膜，電刀仔細剝離，依次將兩側豎脊肌推向外側，直至小關節外緣；干紗布填塞止血，椎板牽開器將豎脊肌牽向兩側，顯露上、下椎體棘突及椎板；于上、下椎體椎弓根分別植入椎弓根螺釘，C臂X線機透視明確螺釘位置準確。然后，用椎板鉗咬除上位椎體一側椎板，行半椎板切除減壓。探查待融合椎間隙，游離黃韌帶，牽開并用尖刀切除黃韌帶，分離椎板與硬膜粘連部分，顯露硬膜及神經根，保護椎間隙一側神經根，將硬膜囊拉向另一側，尖刀環形切開纖維環，髓核鉗向深部探查并取出髓核組織，用刮匙及絞刀處理上、下椎體軟骨終板，顯露上、下椎體骨性終板，徹底沖洗椎間隙。椎間隙內植入術中切取的自體碎骨塊與同種異體骨塊（天津中津生物發展有限公司）后，兩組對應植入已填充自體骨塊且貼合度和松緊度合適的PEEK Cage（山東威高骨科材料股份有限公司）或3D Cage。最后，探查硬膜囊及神經根無明顯受壓后，以預折彎固定棒進行固定，透視證實固定棒系統位置準確及固定牢固后，留置引流管并縫合切口。
1.5 術后處理
兩組術后均常規給予消腫、鎮痛、抗感染等治療。定期切口換藥，待24 h引流量低于50 mL后拔除引流管，并指導患者佩戴腰圍下地活動。術后佩戴腰圍固定2～3個月。
1.6 療效評價指標
1.6.1 臨床評價指標
記錄手術時間、術中出血量，以及術中硬膜、神經損傷和術后免疫排斥反應、螺釘松動、釘棒斷裂、Cage塌陷等不良事件發生情況。采用JOA評分評價神經功能，按照以下公式計算改善率，改善率=（術后評分?術前評分）/（29?術前評分）×100%。
1.6.2 影像學評價指標
① 椎間隙高度丟失率：于側位X線片上測量手術節段椎間隙前、后緣高度及上位椎體前緣高度，首先計算相對椎間隙高度，公式為：［（手術節段椎間隙前緣高度+手術節段椎間隙后緣高度）/2］/上位椎體前緣高度，然后按照以下公式計算椎間隙高度丟失率：（術后7 d內相對椎間隙高度?術后隨訪相對椎間隙高度）/術后7 d內相對椎間隙高度×100%。 ② 椎間融合情況：通過CT矢狀位、冠狀位圖像，按照Brantigan和 Steffee評定標準[9]對腰椎椎間融合進行評級，分為Ⅰ～Ⅴ級。
1.7 統計學方法
采用SPSS21.0統計軟件進行分析。計量資料行正態性檢驗，如符合正態分布，數據以均數±標準差表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗，組內比較采用配對t檢驗；如不符合正態分布，數據以M（Q1，Q3）表示，組間比較采用秩和檢驗。等級資料組間比較采用秩和檢驗。檢驗水準α=0.05。
2 結果
兩組手術均順利完成。試驗組手術時間與術中出血量分別為（128.13±26.36）min、350（255，400）mL，與對照組（133.64±23.56）min、350（300，410）mL比較，差異均無統計學意義（t=?0.889，P=0.377；Z=?0.829，P=0.407）。試驗組術中出現硬膜破裂并發腦脊液滲漏1例，使用纖維蛋白膠封閉，術后采用頭低腳高體位充分臥床制動，引流管引流并加壓包扎，1周后癥狀消失。兩組其他患者無手術相關并發癥發生。術后兩組切口均Ⅰ期愈合。
兩組患者均獲隨訪，隨訪時間12～24個月，平均16.7個月。兩組術后1年JOA評分與術前比較，差異有統計學意義（P<0.05）；兩組間手術前后差值及術后1年JOA 評分改善率比較，差異均無統計學意義（P>0.05）。見表1。
表1
兩組JOA評分及椎間隙高度丟失率比較（
）
Table1.
Comparison of JOA score and the rate of intervertebral height loss between the two groups (
)
X線片復查示隨訪期間兩組均無螺釘松動、釘棒斷裂、Cage塌陷和免疫排斥反應等不良事件發生（圖2、3）。術后3個月及1年，試驗組椎間隙高度丟失率均小于對照組，差異有統計學意義（P<0.05）。見表1。術后3、6個月，試驗組椎間融合分級均優于對照組，差異有統計學意義（P<0.05）；術后1年兩組差異無統計學意義（P>0.05）。見表2。
圖2
試驗組患者，女，59歲，L4、5椎體滑脫癥
a～d. 術前正、側位及過伸、過屈位X線片；e、f. 術前CT；g、h. 術前MRI；i、j. 術后1周正、側位X線片示腰椎序列規整，3D Cage在位并與上、下終板貼合較好；k～n. 術后3個月正、側位X線片與CT示椎間融合良好
Figure2. A 59-year-old female patient with L4, 5 spondylolisthesis in the trial groupa-d. Preoperative X-ray films of anteroposterior, lateral, hyperextension, and hyperflexion positions; e, f. Preoperative CT; g, h. Preoperative MRI; i, j. Anteroposterior and lateral X-ray films at 1 week after operation showed that the lumbar spine sequence was regular and 3D Cage was in place and fitted well with the upper and lower endplates; k-n. Anteroposterior and lateral X-ray films and CT at 3 months after operation showed the good intervertebral fusion
圖3
對照組患者，女，60歲，L4、5椎體滑脫癥
a～d. 術前正、側位及過伸、過屈位X線片；e、f. 術前CT；g、h. 術前MRI； i、j. 術后1周正、側位X線片示腰椎序列規整，PEEK Cage在位；k～n. 術后3個月正、側位X線片與CT示椎間融合良好
Figure3. A 60-year-old female patient with L4, 5 spondylolisthesis in the control groupa-d. Preoperative X-ray films of anteroposterior, lateral, hyperextension, and hyperflexion positions; e, f. Preoperative CT; g, h. Preoperative MRI; i, j. Anteroposterior and lateral X-ray films at 1 week after operation showed that the lumbar spine sequence was regular and PEEK Cage was in place; k-n. Anteroposterior and lateral X-ray films and CT at 3 months after operation showed the good intervertebral fusion
表2
兩組術后椎間融合分級比較
Table2.
Comparison of postoperative intervertebral fusion ratings between groups
3 討論
3D Cage由醫用Ti6Al4V合金粉末制備，鈦合金具有機械強度大、抗疲勞能力強、耐腐蝕性及生物力學性能好的特點，是理想的骨科植入材料[11]。但傳統工業生產的實體鈦合金彈性模量約為110 GPa，比人體腰椎10～30 GPa高，由其制備的Cage植入椎間隙后，Cage與椎體接觸界面會形成應力遮擋效應，導致上、下終板得不到足夠力學刺激發生骨質疏松，進而引起Cage沉降[12]。而3D Cage為多孔結構，合理設計的孔隙率和孔徑范圍能有效降低彈性模量，減少應力遮擋，進一步減緩了椎間高度丟失[13-14]。Zhang等[15]基于腰椎椎間融合術有限元模型，對比了實心鈦Cage、PEEK Cage以及3D Cage在不同運動模式下的生物力學性能，發現相比實心鈦Cage，PEEK Cage與3D Cage能顯著降低接觸界面應力；隨著3D Cage孔隙率增大，融合界面應力會逐漸減小，孔隙率在 65%～80% 之間的3D Cage能夠完全替代PEEK Cage。同時，3D Cage采用電子束熔融技術制備，加之生產過程中的真空環境、高溫鍛造特點，使其不僅能獲得均勻的顯微組織結構，還具有形狀穩定和低殘余應力特性，研究顯示其力學性能明顯優于普通Cage[17-18]。Adl Amini等[19]分析了腰椎融合術后6～12個月119例PEEK Cage融合節段與67例3D Cage融合節段的影像學表現，發現3D Cage早期沉降程度明顯低于PEEK Cage。本研究兩組術后3個月及1年椎間隙高度丟失率比較結果與上述結論一致。
在椎間融合術中Cage高度的選擇是手術成功的關鍵，如高度不足不僅不能有效恢復椎間隙高度和腰椎前凸，還會發生移位和融合失敗[3，20]；高度較大時又會導致椎間壓力增大，加速Cage下沉[21-22]。而3D Cage是通過對患者全椎體CT掃描、三維成像建模打印制備，其高度與患者椎間隙解剖高度幾乎一致，誤差不超過2 mm，有效避免了高度選擇偏差導致的椎間壓力增大[23]。此外，3D Cage上、下面更加貼合上、下椎板弧度與斜度，增加了接觸面積，使局部壓強進一步減小，有效緩解Cage沉降[24]。為了防止移位，PEEK Cage采用鋸齒結構鑲入骨面來增大摩擦力。Wu等[25]研究發現為選擇合適大小及高度的PEEK Cage，術中需要反復測試，Cage的鋸齒結構會對上、下終板造成一定損傷，導致缺少充足皮質骨支持Cage而陷入椎體，最終引起椎間高度丟失。而3D Cage采用粗糙表面設計來增大摩擦力防止移位，有效避免了該弊端。
在椎間融合方面，PEEK Cage表面光滑、親水基團少、生物惰性高、無法為成骨細胞黏附提供環境，導致融合效能較低[26]。為此，PEEK Cage設計出中空結構填充移植骨以促進椎間融合，但中空結構中所植入的骨塊主要為術中咬除的椎板、關節突等碎骨以及同種異體骨。咬除的碎骨多以皮質骨為主，皮質骨成骨效能較差且表面軟組織不能絕對徹底清理，仍會影響成骨；同種異體骨骨吸收降解速率快、力學強度低、滅菌處理后成骨性能變差[27]；上述兩者均不利于椎間快速融合。3D Cage以鈦合金為原料，Rapuano等[28]研究發現鈦合金表面的氧化層能夠促進纖連蛋白、人骨唾液酸糖蛋白等細胞外基質蛋白結合至Cage表面，可為成骨細胞黏附及分化提供有利環境。此外，3D Cage連通的孔隙結構、合理設計的孔隙率以及粗糙表面，能為骨組織黏附、增殖和分化提供空間條件[14]，更有利于椎間快速融合。
綜上述，與PEEK Cage相比，PLIF術中采用3D Cage能有效降低椎體沉降、加速椎間融合。但本研究為單中心試驗，病例數相對較少，需多中心、大樣本研究進一步驗證上述結論。此外，3D Cage對術后影像造成遮擋和偽影，對椎間融合判斷有一定影響，且患者隨訪時間較短，椎間隙高度丟失與時間關系有待進一步隨訪觀察。
利益沖突 在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突；課題經費支持沒有影響文章觀點和對研究數據客觀結果的統計分析及其報道
倫理聲明 研究方案經河南省洛陽正骨醫院（河南省骨科醫院）倫理委員會批準（2016-015）
作者貢獻聲明 王彥金：收集病例、統計分析、查閱文獻以及文章撰寫；周英杰：構思設計、研究實施以及項目指導；柴旭斌、禚漢杰：觀點補充以及文章校對
后路腰椎椎間融合術（posterior lumbar interbody fusion，PLIF）是治療腰椎退變性疾病的一種成熟術式，具有高融合率與低并發癥等優點[1-2]。術中需植入椎間融合器（Cage）或同種異體骨塊以重建椎體序列、維持椎體穩定以及促進椎間融合，植入物的選擇在一定程度上會影響手術療效[3]。目前，臨床使用最廣泛的植入物為聚醚醚酮（poly-ether-ether-ketone，PEEK）Cage，它有效解決了傳統自體骨移植帶來的手術時間長、供骨區疼痛等問題[4]，但也有融合緩慢及椎體沉降等缺點[5-6]，需要進一步改進。3D打印鈦合金Cage（以下簡稱3D Cage）作為一種新型Cage，有望解決PEEK Cage的不足[7-8]。目前關于3D Cage的研究已逐漸從動物實驗階段進入臨床階段，但臨床研究主要以頸椎為主[9-10]，腰椎應用鮮有報道。為此，我們進行了一項前瞻性隨機對照研究，通過與采用PEEK Cage的患者比較，探討3D Cage用于PLIF的安全性與療效。報告如下。
1 臨床資料
1.1 患者選擇標準
納入標準：① 年齡18～75歲；② 因腰椎管狹窄癥、腰椎滑脫癥、腰椎間盤突出癥合并腰椎不穩，擬行PLIF；③ 單節段病變；④ 3個月內未參加其他臨床試驗；⑤ 患者或其法定代理人自愿參加臨床試驗，簽署知情同意書。
排除標準：① 明確或懷疑對試驗所用植入物過敏；② 骨質疏松癥患者（骨密度T值≤?2.5）；③ 患有脊柱感染性疾病或脊柱腫瘤；④ 有嚴重系統性疾病不能承受手術；⑤ 存在其他影響術后療效評價的因素，例如身體質量指數>24 kg/m2、有精神疾患不能遵從康復指導、長期服用影響骨愈合的藥物、在骨折愈合期間大量抽煙等。
根據上述標準，2018年1月—2019年6月共66例擬行PLIF患者納入研究。按照隨機數字表法，將其分為試驗組（植入3D Cage，n=33）與對照組（植入PEEK Cage，n=33）。其中試驗組1例未完成隨訪排除研究，最終試驗組32例、對照組33例納入統計分析。
1.2 一般資料
試驗組：男13 例，女19例；年齡33～70歲，平均51.6歲。病因：腰椎管狹窄癥8例，腰椎滑脫癥15例，腰椎間盤突出癥合并腰椎不穩9例。病程6個月～4年，中位病程2年。手術節段：L2、3 1例，L3、4 3例，L4、5 19例，L5、S1 9例。
對照組：男12例，女21例；年齡35～69歲，平均52.9歲。病因：腰椎管狹窄癥8例，腰椎滑脫癥17例，腰椎間盤突出癥合并腰椎不穩8例。病程6個月～4年，中位病程2年。手術節段：L2、3 2例，L3、4 3例，L4、5 17例，L5、S1 11例。
兩組患者性別、年齡、病因、病程、手術節段及術前日本骨科協會（JOA）評分等一般資料比較，差異均無統計學意義（P>0.05），具有可比性。見表1。術前均完善腰椎正側位X線片、MRI和CT檢查，確定病變責任節段并估計植入器械規格。
1.3 3D Cage制備
3D Cage由北京中諾恒康生物科技有限公司采用醫用Ti6Al4V合金粉末[11]制備。術前采用螺旋CT對試驗組患者行全椎體掃描，在醫學圖像處理軟件Mimics中通過繪制輪廓、數據處理等步驟重建椎間盤，將重建后的椎間盤導入Geomagic軟件中進行細節優化和曲面生成。3D Cage為不規格多面體，端面多孔，邊緣為實心，內部為規則多孔結構，孔隙率與孔徑范圍設計均基于前期動物實驗以及有限元分析結果[12-16]；前端近似錐形，尾部帶有螺孔和卡槽。最后，將椎間盤模型數據導入熔融沉積型3D打印機，打印與患者椎間隙解剖結構一致的多孔鈦合金Cage（圖1）。
圖1
3D Cage實物圖
Figure1.
Physical drawing of 3D Cage
1.4 手術方法
兩組手術均由同一組醫師完成。患者于全身麻醉下取俯臥位，胸腹部兩側適當墊高，術區常規消毒、鋪巾。在病變椎間隙周圍沿背部正中線逐層切開皮膚、皮下組織、筋膜，電刀仔細剝離，依次將兩側豎脊肌推向外側，直至小關節外緣；干紗布填塞止血，椎板牽開器將豎脊肌牽向兩側，顯露上、下椎體棘突及椎板；于上、下椎體椎弓根分別植入椎弓根螺釘，C臂X線機透視明確螺釘位置準確。然后，用椎板鉗咬除上位椎體一側椎板，行半椎板切除減壓。探查待融合椎間隙，游離黃韌帶，牽開并用尖刀切除黃韌帶，分離椎板與硬膜粘連部分，顯露硬膜及神經根，保護椎間隙一側神經根，將硬膜囊拉向另一側，尖刀環形切開纖維環，髓核鉗向深部探查并取出髓核組織，用刮匙及絞刀處理上、下椎體軟骨終板，顯露上、下椎體骨性終板，徹底沖洗椎間隙。椎間隙內植入術中切取的自體碎骨塊與同種異體骨塊（天津中津生物發展有限公司）后，兩組對應植入已填充自體骨塊且貼合度和松緊度合適的PEEK Cage（山東威高骨科材料股份有限公司）或3D Cage。最后，探查硬膜囊及神經根無明顯受壓后，以預折彎固定棒進行固定，透視證實固定棒系統位置準確及固定牢固后，留置引流管并縫合切口。
1.5 術后處理
兩組術后均常規給予消腫、鎮痛、抗感染等治療。定期切口換藥，待24 h引流量低于50 mL后拔除引流管，并指導患者佩戴腰圍下地活動。術后佩戴腰圍固定2～3個月。
1.6 療效評價指標
1.6.1 臨床評價指標
記錄手術時間、術中出血量，以及術中硬膜、神經損傷和術后免疫排斥反應、螺釘松動、釘棒斷裂、Cage塌陷等不良事件發生情況。采用JOA評分評價神經功能，按照以下公式計算改善率，改善率=（術后評分?術前評分）/（29?術前評分）×100%。
1.6.2 影像學評價指標
① 椎間隙高度丟失率：于側位X線片上測量手術節段椎間隙前、后緣高度及上位椎體前緣高度，首先計算相對椎間隙高度，公式為：［（手術節段椎間隙前緣高度+手術節段椎間隙后緣高度）/2］/上位椎體前緣高度，然后按照以下公式計算椎間隙高度丟失率：（術后7 d內相對椎間隙高度?術后隨訪相對椎間隙高度）/術后7 d內相對椎間隙高度×100%。 ② 椎間融合情況：通過CT矢狀位、冠狀位圖像，按照Brantigan和 Steffee評定標準[9]對腰椎椎間融合進行評級，分為Ⅰ～Ⅴ級。
1.7 統計學方法
采用SPSS21.0統計軟件進行分析。計量資料行正態性檢驗，如符合正態分布，數據以均數±標準差表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗，組內比較采用配對t檢驗；如不符合正態分布，數據以M（Q1，Q3）表示，組間比較采用秩和檢驗。等級資料組間比較采用秩和檢驗。檢驗水準α=0.05。
2 結果
兩組手術均順利完成。試驗組手術時間與術中出血量分別為（128.13±26.36）min、350（255，400）mL，與對照組（133.64±23.56）min、350（300，410）mL比較，差異均無統計學意義（t=?0.889，P=0.377；Z=?0.829，P=0.407）。試驗組術中出現硬膜破裂并發腦脊液滲漏1例，使用纖維蛋白膠封閉，術后采用頭低腳高體位充分臥床制動，引流管引流并加壓包扎，1周后癥狀消失。兩組其他患者無手術相關并發癥發生。術后兩組切口均Ⅰ期愈合。
兩組患者均獲隨訪，隨訪時間12～24個月，平均16.7個月。兩組術后1年JOA評分與術前比較，差異有統計學意義（P<0.05）；兩組間手術前后差值及術后1年JOA 評分改善率比較，差異均無統計學意義（P>0.05）。見表1。
表1
兩組JOA評分及椎間隙高度丟失率比較（）
Table1.
Comparison of JOA score and the rate of intervertebral height loss between the two groups ()
X線片復查示隨訪期間兩組均無螺釘松動、釘棒斷裂、Cage塌陷和免疫排斥反應等不良事件發生（圖2、3）。術后3個月及1年，試驗組椎間隙高度丟失率均小于對照組，差異有統計學意義（P<0.05）。見表1。術后3、6個月，試驗組椎間融合分級均優于對照組，差異有統計學意義（P<0.05）；術后1年兩組差異無統計學意義（P>0.05）。見表2。
圖2
試驗組患者，女，59歲，L4、5椎體滑脫癥
a～d. 術前正、側位及過伸、過屈位X線片；e、f. 術前CT；g、h. 術前MRI；i、j. 術后1周正、側位X線片示腰椎序列規整，3D Cage在位并與上、下終板貼合較好；k～n. 術后3個月正、側位X線片與CT示椎間融合良好
Figure2. A 59-year-old female patient with L4, 5 spondylolisthesis in the trial groupa-d. Preoperative X-ray films of anteroposterior, lateral, hyperextension, and hyperflexion positions; e, f. Preoperative CT; g, h. Preoperative MRI; i, j. Anteroposterior and lateral X-ray films at 1 week after operation showed that the lumbar spine sequence was regular and 3D Cage was in place and fitted well with the upper and lower endplates; k-n. Anteroposterior and lateral X-ray films and CT at 3 months after operation showed the good intervertebral fusion
圖3
對照組患者，女，60歲，L4、5椎體滑脫癥
a～d. 術前正、側位及過伸、過屈位X線片；e、f. 術前CT；g、h. 術前MRI； i、j. 術后1周正、側位X線片示腰椎序列規整，PEEK Cage在位；k～n. 術后3個月正、側位X線片與CT示椎間融合良好
Figure3. A 60-year-old female patient with L4, 5 spondylolisthesis in the control groupa-d. Preoperative X-ray films of anteroposterior, lateral, hyperextension, and hyperflexion positions; e, f. Preoperative CT; g, h. Preoperative MRI; i, j. Anteroposterior and lateral X-ray films at 1 week after operation showed that the lumbar spine sequence was regular and PEEK Cage was in place; k-n. Anteroposterior and lateral X-ray films and CT at 3 months after operation showed the good intervertebral fusion
表2
兩組術后椎間融合分級比較
Table2.
Comparison of postoperative intervertebral fusion ratings between groups
3 討論
3D Cage由醫用Ti6Al4V合金粉末制備，鈦合金具有機械強度大、抗疲勞能力強、耐腐蝕性及生物力學性能好的特點，是理想的骨科植入材料[11]。但傳統工業生產的實體鈦合金彈性模量約為110 GPa，比人體腰椎10～30 GPa高，由其制備的Cage植入椎間隙后，Cage與椎體接觸界面會形成應力遮擋效應，導致上、下終板得不到足夠力學刺激發生骨質疏松，進而引起Cage沉降[12]。而3D Cage為多孔結構，合理設計的孔隙率和孔徑范圍能有效降低彈性模量，減少應力遮擋，進一步減緩了椎間高度丟失[13-14]。Zhang等[15]基于腰椎椎間融合術有限元模型，對比了實心鈦Cage、PEEK Cage以及3D Cage在不同運動模式下的生物力學性能，發現相比實心鈦Cage，PEEK Cage與3D Cage能顯著降低接觸界面應力；隨著3D Cage孔隙率增大，融合界面應力會逐漸減小，孔隙率在 65%～80% 之間的3D Cage能夠完全替代PEEK Cage。同時，3D Cage采用電子束熔融技術制備，加之生產過程中的真空環境、高溫鍛造特點，使其不僅能獲得均勻的顯微組織結構，還具有形狀穩定和低殘余應力特性，研究顯示其力學性能明顯優于普通Cage[17-18]。Adl Amini等[19]分析了腰椎融合術后6～12個月119例PEEK Cage融合節段與67例3D Cage融合節段的影像學表現，發現3D Cage早期沉降程度明顯低于PEEK Cage。本研究兩組術后3個月及1年椎間隙高度丟失率比較結果與上述結論一致。
在椎間融合術中Cage高度的選擇是手術成功的關鍵，如高度不足不僅不能有效恢復椎間隙高度和腰椎前凸，還會發生移位和融合失敗[3，20]；高度較大時又會導致椎間壓力增大，加速Cage下沉[21-22]。而3D Cage是通過對患者全椎體CT掃描、三維成像建模打印制備，其高度與患者椎間隙解剖高度幾乎一致，誤差不超過2 mm，有效避免了高度選擇偏差導致的椎間壓力增大[23]。此外，3D Cage上、下面更加貼合上、下椎板弧度與斜度，增加了接觸面積，使局部壓強進一步減小，有效緩解Cage沉降[24]。為了防止移位，PEEK Cage采用鋸齒結構鑲入骨面來增大摩擦力。Wu等[25]研究發現為選擇合適大小及高度的PEEK Cage，術中需要反復測試，Cage的鋸齒結構會對上、下終板造成一定損傷，導致缺少充足皮質骨支持Cage而陷入椎體，最終引起椎間高度丟失。而3D Cage采用粗糙表面設計來增大摩擦力防止移位，有效避免了該弊端。
在椎間融合方面，PEEK Cage表面光滑、親水基團少、生物惰性高、無法為成骨細胞黏附提供環境，導致融合效能較低[26]。為此，PEEK Cage設計出中空結構填充移植骨以促進椎間融合，但中空結構中所植入的骨塊主要為術中咬除的椎板、關節突等碎骨以及同種異體骨。咬除的碎骨多以皮質骨為主，皮質骨成骨效能較差且表面軟組織不能絕對徹底清理，仍會影響成骨；同種異體骨骨吸收降解速率快、力學強度低、滅菌處理后成骨性能變差[27]；上述兩者均不利于椎間快速融合。3D Cage以鈦合金為原料，Rapuano等[28]研究發現鈦合金表面的氧化層能夠促進纖連蛋白、人骨唾液酸糖蛋白等細胞外基質蛋白結合至Cage表面，可為成骨細胞黏附及分化提供有利環境。此外，3D Cage連通的孔隙結構、合理設計的孔隙率以及粗糙表面，能為骨組織黏附、增殖和分化提供空間條件[14]，更有利于椎間快速融合。
綜上述，與PEEK Cage相比，PLIF術中采用3D Cage能有效降低椎體沉降、加速椎間融合。但本研究為單中心試驗，病例數相對較少，需多中心、大樣本研究進一步驗證上述結論。此外，3D Cage對術后影像造成遮擋和偽影，對椎間融合判斷有一定影響，且患者隨訪時間較短，椎間隙高度丟失與時間關系有待進一步隨訪觀察。
利益沖突 在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突；課題經費支持沒有影響文章觀點和對研究數據客觀結果的統計分析及其報道
倫理聲明 研究方案經河南省洛陽正骨醫院（河南省骨科醫院）倫理委員會批準（2016-015）
作者貢獻聲明 王彥金：收集病例、統計分析、查閱文獻以及文章撰寫；周英杰：構思設計、研究實施以及項目指導；柴旭斌、禚漢杰：觀點補充以及文章校對
