1.4.1  ACT钛金骨小梁椎间融合器  北京爱康宜诚医疗器械产品，医疗器械注册证编号：国械注准20163461289；产品技术要求编号：国械注准20163461289；生产许可证号：京食药监械生产证20040045号。融合器为多边棱柱形，上下表面为弧形，前后径12.5/14 mm，左右径15/17 mm，高度有4，5，6，7，8，9，10 mm共7种规格，具有0°，4°，8° 3种前凸角型号，具有多孔类似骨小梁结构，见图1及表1。

1.4.1  ACT钛金骨小梁椎间融合器  北京爱康宜诚医疗器械产品，医疗器械注册证编号：国械注准20163461289；产品技术要求编号：国械注准20163461289；生产许可证号：京食药监械生产证20040045号。融合器为多边棱柱形，上下表面为弧形，前后径12.5/14 mm，左右径15/17 mm，高度有4，5，6，7，8，9，10 mm共7种规格，具有0°，4°，8° 3种前凸角型号，具有多孔类似骨小梁结构，见图1及表1。

(1)完善术前、术后3 d、术后3，6个月及末次随访时颈椎正侧位及动力位X射线片(拍摄侧位X射线片时要求下颚角与枕骨下角保持在一个水平面上)。应用医院影像归档和通信系统测量相关颈椎矢状面参数，包括：①椎间隙高度：上位椎体下终板切线的中点与下位椎体上终板切线的中点连线的长度；②C_2-7 Cobb角：C₂、C₇椎体下终板平面垂线之间的夹角；③椎间隙角度：手术节段上位、下位椎体后缘切线之间的夹角；④C_2-7矢状面轴向距离：经过C₂椎体几何中心作铅垂线，该线与C₇椎体后上角的水平距离；⑤T₁倾斜角：T₁椎体上终板与水平线之间的夹角。各影像学参数示意图见图2。

2.2 试验流程图  见图3。

2.3  一般资料比较  2组一般资料具有可比性，差异无显著性意义，见表2。

2.4  围术期指标比较  试验组手术时间、术中出血量及术中C臂透视次数均小于对照组，差异有显著性意义(P < 0.05)，见表3。

2.5  临床疗效评估   随访时间15-49个月，所有患者均未出现脊髓、神经血管损伤、血肿压迫、脑脊液漏以及感染和内固定松动等并发症。日本骨科协会脊髓功能评分、目测类比评分和颈椎功能障碍指数结果见表4。术后2组日本骨科协会脊髓功能评分均较术前显著升高，目测类比评分以及颈椎功能障碍指数显著降低，术前、术后差异有显著性意义(P < 0.05)；2组间对比差异无显著性意义。

2.6  影像学参数评价  影像学参数测量见表5。术前2组各参数对比差异无显著性意义(P > 0.05)。术后3 d、3个月及末次随访时，2组手术节段椎间隙高度、椎间隙角度、C_2-7 Cobb角及T₁倾斜角均较术前增大(P < 0.05)，C_2-7矢状面轴向距离无明显变化；术后2组C_2-7 Cobb角、椎间隙角度及T₁倾斜角均呈下降趋势，在术后3 d、3个月及末次随访时，2组间手术节段椎间隙高度、C_2-7 Cobb角、椎间隙角度及T₁倾斜角差异有显著性意义(P < 0.05)，即对照组各参数值减小更为显著，但2组间C_2-7矢状面轴向距离对比差异无显著性意义(P > 0.05)。

2组影像学参数Pearson相关性分析结果见表6，术前、术后3 d、术后3个月及末次随访时 C_2-7 Cobb角与椎间隙角度及T₁倾斜角、椎间隙角度与T₁倾斜角、T₁倾斜角与C_2-7

矢状面轴向距离均呈正相关(P < 0.01)，C_2-7矢状面轴向距离与C_2-7 Cobb角呈负相关(P < 0.01，术前时除外)。

2.7  典型病例  见图4，5。

2.7  典型病例  见图4，5。

颈前路椎间盘切除减压融合术(anterior cervical discectomy with fusion，ACDF)因其可对脊髓前方的压迫如椎间盘、椎体后方骨赘等进行直接减压，重建颈椎整体稳定性，已成为颈椎病治疗的“金标准”^[1-3]。椎间盘切除融合属于脊柱椎间融合技术，需要在椎间植入融合材料以重建脊柱稳定性，而选用的椎间融合材料在很大程度上决定“重建”的临床效果，对于手术成败至关重要。三面骨皮质自体髂骨移植是植骨融合的金标准^[4]，但随着近年来科技及经济水平的发展，患者对生活质量的要求越来越高，自体髂骨移植由于其难以避免的供骨区并发症诸如因神经损伤引起的持续性疼痛、相应区域的感觉麻木及感染等限制了其广泛应用^[5]。目前常用的植骨替代材料如金属椎间融合器、聚醚醚酮椎间融合器，存在弹性模量偏大、在与骨接触面会存在应力遮挡效应不利于融合，同时容易出现沉降等缺点^[6]。

目前3D打印技术在骨科临床领域应用渐多，采用钛金属粉末等打印成类似于骨小梁的均匀连通的微孔支架结构，可以调控弹性模量，满足特定的理化性能，同时为成骨细胞提供黏附空间，有利于其生长和分化，增强生物组织相容性，作为内固定植入物取得了理想效果。目前，钛合金材料通过3D打印技术已经成功应用于人工髋关节置换、脊柱肿瘤患者行全椎体切除后人工椎体替代等方面，如之前程文俊等^[7]报道的3D打印钛金骨小梁金属臼杯应用于全髋关节置换取得了良好的临床疗效。所以作者应用3D打印技术制作的钛合金骨小梁椎间融合器行ACDF术治疗颈椎病，观察评估其临床疗效，是否可解决前述相关问题。同时，随着目前对脊柱的生物力学特性认知的逐步加深，颈椎矢状位平衡因可作为预测颈椎退行性疾病的重要指标逐渐被脊柱外科医师所重视^[8]。颈椎的矢状位平衡对维持颈椎的生物力学特性及运动功能起着重要作用，既往亦可见对前路钛板+椎间融合器、零切迹椎间融合器等行颈椎前路手术后颈椎矢状位平衡变化的相关研究^[9-12]。文章回顾性分析山西医科大学第二医院使用3D打印ACT钛金骨小梁椎间融合器行单节段ACDF治疗颈椎病的病例，并与使用常规椎间融合器(聚醚醚酮融合器)的病例进行对比，探讨3D打印钛金骨小梁椎间融合器行ACDF治疗颈椎病患者术后的临床疗效及颈椎矢状位参数的变化。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

1.1  设计  回顾性分析。

1.2  时间及地点  于2019年1至10月在山西医科大学第二医院骨科脊柱组完成。

1.3  对象  回顾性分析2013年1月至2018年6月在山西医科大学第二医院脊柱组采用3D打印ACT钛金骨小梁椎间融合器及聚醚醚酮椎间融合器行单节段ACDF术的颈椎病患者共60例。

纳入标准：①符合颈椎病临床诊断标准，经过CT、MRI检查确诊者；②经3个月以上非手术治疗无效；③术前、术后影像学资料完整者，随访时间大于12个月；④末次随访手术节段获得骨性融合。

排除标准：①合并骨质疏松症、脊柱发育畸形及感染、肿瘤者；②合并责任节段外的颈椎失稳；③有颈椎既往手术史者；④失随访及术前术后临床资料不完整者。

所有患者要求于术后即刻、3个月、6个月、1年及末次随访于山西医科大学第二医院复查颈椎正侧位及动力位X射线片，进行临床疗效评价，测量颈椎矢状面相关参数，去除失访及术前、术后影像资料不完整者。筛选符合条件患者60例，根据融合器类型分组，其中3D打印ACT钛金骨小梁椎间融合器30例(试验组)，聚醚醚酮椎间融合器30例(对照组)。经医院伦理委员会批准，取得患者及患者家属对手术方案知情同意。

1.4  材料  

1.4.1  ACT钛金骨小梁椎间融合器  北京爱康宜诚医疗器械产品，医疗器械注册证编号：国械注准20163461289；产品技术要求编号：国械注准20163461289；生产许可证号：京食药监械生产证20040045号。融合器为多边棱柱形，上下表面为弧形，前后径12.5/14 mm，左右径15/17 mm，高度有4，5，6，7，8，9，10 mm共7种规格，具有0°，4°，8° 3种前凸角型号，具有多孔类似骨小梁结构，见图1及表1。

1.4.2  聚醚醚酮融合器  Sanyou公司的Cervios chronOS椎间融合器，为聚醚醚酮材料，由玻璃纤维、碳纤维制成，具有高热氧稳定性、高力学性能，是一种耐高温、电绝缘材料，是目前椎间融合器制备的常规材料种类之一，见表1。

1.5  方法

1.5.1  手术方法  2组患者手术均由同一组医师完成。全麻后取平卧位，使颈部过伸，常规术野消毒，行颈前右侧横切口，逐层切开皮肤、皮下组织、颈阔肌，经血管鞘及内脏鞘间隙显露颈椎体前缘，C型臂X射线定位手术节段椎体，刮除椎间盘组织，咬除椎体后缘骨赘至后纵韧带，刮除邻近终板软骨组织至骨面渗血。选择相应节段型号3D打印ACT钛金骨小梁椎间融合器/选用大小合适的聚醚醚酮椎间融合器内装自体松质骨，置入手术节段椎间隙内，选用长度合适的颈前路钛板安置(Sanyou公司CSLP钛板)，依次置入螺钉，C臂透视见钛板及螺钉位置及深度好，彻底冲洗，电刀止血，留置负压引流1根，逐层关闭切口，无菌敷料包扎固定，佩戴颈托。

1.5.2  术后处理  术后均使用脱水药物，口服甲钴胺(华北制药股份有限公司，国药准字H20031126)营养神经治疗，术后24 h拔除引流管，佩戴颈托下地活动，根据患者具体情况指导其功能锻炼，术后2-4周视情况进行颈部肌肉力量锻炼。

1.6  主要观察指标  临床功能评价由1名未参与患者治疗的高年资医师进行；影像学相关参数测量由1名高年资放射科医生进行阅片指导，1名未参与患者治疗的脊柱外科医师于3次不同时间测量，取3次结果均值。

1.6.1  围术期指标  观察2组患者的手术时间、术中出血量及术中C臂透视次数。

1.6.2  临床功能评价   

(1)脊髓功能评定：使用日本骨科协会脊髓功能评分表评价^[13]，总分为 17分，最高17分，最低0分，分数增大提示脊髓功能情况改善。改善率(%)=(术后评分-术前评分)/(17-术前评分)×100%；

(2)疼痛评估：采用目测类比评分法，0分无痛，10分剧痛；

(3)功能障碍程度评估：采用颈椎功能障碍指数评估，共10个项目，每个项目最低评分0分，最高评分5分，评分越高表示功能障碍程度越重。颈椎功能障碍指数(%)=[总分/ (患者完成项目数×5)×100]，0-20%为轻度功能障碍，21%-40%为中度，41%-60%为重度，61%-80%为极重度，81%-100%为完全功能障碍或仔细检查患者有无夸大症状。

1.6.3  影像学参数测量及融合标准  

(1)完善术前、术后3 d、术后3，6个月及末次随访时颈椎正侧位及动力位X射线片(拍摄侧位X射线片时要求下颚角与枕骨下角保持在一个水平面上)。应用医院影像归档和通信系统测量相关颈椎矢状面参数，包括：①椎间隙高度：上位椎体下终板切线的中点与下位椎体上终板切线的中点连线的长度；②C_2-7 Cobb角：C₂、C₇椎体下终板平面垂线之间的夹角；③椎间隙角度：手术节段上位、下位椎体后缘切线之间的夹角；④C_2-7矢状面轴向距离：经过C₂椎体几何中心作铅垂线，该线与C₇椎体后上角的水平距离；⑤T₁倾斜角：T₁椎体上终板与水平线之间的夹角。各影像学参数示意图见图2。

(2)融合标准评价：参照美国FDA及Kandziora标准，对椎间融合器的融合情况进行评价，满足以下条件者视为植骨融合，否则视为不融合：①颈椎屈伸动力位X射线片上融合节段椎体间角度变化小于5°；②融合器周围无明显透光带形成，位置无偏移；③钛钢板及螺钉系统未见松动，周围骨质透亮区不超过其周围表面50%。

1.7  统计学分析  采用SPSS 23.0统计学软件对所获数据进行统计学分析。计量资料服从正态分布以x(_)±s表示。应用Pearson相关分析法分析2组患者各个时刻影像学参数之间的相关性；运用独立样本t 检验对比组间同一时刻影像学参数、融合情况及临床指标的差异，使用重复测量方差分析对组内不同时刻各参数进行对比，P < 0.05表示差异有显著性意义。

颈椎病是一种慢性退行性疾病，近年来发病率逐渐提高且有低龄化的趋势，目前治疗方法主要有牵引、药物、针灸等保守治疗及手术治疗，而手术治疗是主要的治疗方式^[14]。ACDF术可直接减压，恢复椎间隙高度，重建颈椎整体稳定性，同时创伤小、恢复快，是目前临床上常用的手术入路。而对于植入物的选择，临床上存在较大争议，诸如自体骨、异体骨、人工椎间盘等，而不论哪种植入物，均存在与人体组织匹配不良而出现稳定性欠佳的问题。近年来3D打印技术在骨科领域的应用日渐趋多，其自由成型的特点可以精准订制与患者解剖特点匹配良好的植入物亦克服传统内植物与人体结构匹配不良及力学性能欠佳的难题。钛及其合金材料因为具有良好的组织相容性、较高的机械强度以及耐腐蚀性等优点，是目前应用于3D打印医用内植物的最为广泛的材料^[15]，以钛合金为原料通过3D打印技术可以制备出均匀联通的多微孔状结构，可以调控弹性模量，达到个体化匹配及减小应力遮挡效应的要求，也有研究显示，相较于聚醚醚酮材料，钛金属材料具有更好得促进成骨细胞黏附和分化的能力，体现出更好的骨结合特性及更少的微移动特性^[16]。

通过分析此次研究结果显示，试验组患者手术时间、术中出血量及术中C臂透视次数均小于对照组，2组术后日本骨科协会脊髓功能评分均较术前明显升高，而疼痛目测类比评分及颈椎功能障碍指数明显降低，组间对比无明显差异，说明3D打印ACT钛金骨小梁椎间融合器可以达到与常规融合器同等的临床疗效而明显缩短手术时间，减少术中出血及C臂透视次数。常规融合器置入需要在手术过程中反复试模及透视，从而选取大小合适的融合器植入，而且在置入过程中，由于测量误差等原因可能重复进行多次置入，对周围组织会进一步造成损伤。3D打印ACT钛金骨小梁椎间融合器可以根据手术节段及术前评估选择对应的型号，可以减少置入次数及操作带来的组织损伤，同时不需要植骨，从而减少了手术时间、出血量及C臂透视次数，省去植骨同时还可以减少自体髂骨植骨取骨带来的并发症，对于高龄患者可以降低手术风险及难度。在融合率方面，术后1年2组患者融合率均为100%；术后6个月左右聚醚醚酮融合器组有1例患者未融合，融合率为96.7%，试验组为100%；融合节段椎间活动有微动者，聚醚醚酮融合器组12例，试验组5例，说明后者较常规聚醚醚酮融合器可以缩短融合时间，作者认为与其具有与骨小梁孔隙率相似的微孔贯通结构有利于成骨细胞长入有关，同时3D打印具有的表面粗糙技术，亦可产生利于成骨细胞黏附、增生及分化的生物效应，从而使融合器表面与周围骨组织有更多的骨性结合，体现出更优良的抗扭特性。

脊柱在矢状位上的平衡可以在一定范围内使人体以最小的能耗来保持整体身体平衡和视野水平^[17]，目前认为脊柱术后矢状位失衡可能是引起患者术后疼痛和功能减退的主要原因之一^[18-19]，因此重建以及维持术后颈椎矢状位的平衡已经越来越引起脊柱外科医师的重视^[20-21]。通过对2组患者相关矢状位参数分析显示，试验组椎间隙高度、椎间隙角度及C_2-7 Cobb角均优于聚醚醚酮椎间融合器组，在随访过程中，2组椎间隙高度、椎间隙角度及C_2-7  Cobb角均有所丢失而聚醚醚酮融合器组丢失更为显著，说明2组患者的生理曲度及椎间隙高度均得到恢复，而试验组恢复程度更高且在维持效果方面更具优势。随访时椎间隙高度、椎间隙角度及及C_2-7  Cobb角均有所丢失，可能与术后融合器发生沉降有关^[22-23]。与现有的常规聚醚醚酮椎间融合器相比，3D打印ACT钛金骨小梁椎间融合器通过对孔隙率精确设计使之更接近椎骨的结构和力学特性，同时调控弹性模量，避免传统金属内植物因高弹性模量与骨面出现弹性失配而产生应力遮挡效应，导致邻近骨质密度减小而出现假体沉降^[24]。此次回顾性分析筛选患者时去除了经双能X射线吸收法测量骨密度提示骨质疏松者，而对2组患者术前骨密度进行比较，差异无显著性意义，所以作者认为2组术后随访出现的融合器沉降程度差异，骨质量差异并非其主要原因。同时，3D打印ACT钛金骨小梁椎间融合器上下表面为类似终板表面的曲面结构，可以达到更好的贴附，增大接触面积，亦提供了更好的稳定性，减少常规聚醚醚酮椎间融合器上下表面的齿状结构实际与上下终板表面为点状接触带来的应力集中问题，所以在重建及维持术后椎间隙高度、椎间隙角度及颈椎生理性前凸方面可以取得更好的效果。

T₁倾斜角作为颈胸交界处的“桥梁”，可以反映交界处的后凸程度，LEE等^[25]报道认为T₁倾斜角可以作为评价颈椎矢状位平衡的重要参数，此次研究测量的术前参数与LEE等^[25][T₁倾斜角(25.7±6.4)°、C_2-7 Cobb角(9.9±12.5)°]及赵文奎等^[26]测量的结果[T₁倾斜角(26.33±7.01)°、C_2-7 Cobb角(12.03±7.64)°]存有差异，可能由于此次研究纳入的为病变人群而非正常人群，再者也提示不同种群及地区之间可能存在差异。2组患者术后T₁倾斜角、C_2-7 Cobb角均较术前增大且两者之间存在正相关，与杨洋等^[9]报道颈椎前路手术能够增大T₁倾斜角、C_2-7 Cobb角相一致，而LEE等^[25]的研究也认为T₁倾斜角与C_2-7 Cobb角存在正相关。T₁倾斜角越小，C_2-7 Cobb角越小，则颈椎曲度变直，而WEI等^[27]的颈椎全节段有限元分析表明，颈椎曲度变直，活动度减少而应力增加并集中于C_3-4、C_4-5关节突关节、钩椎关节及椎间盘，加速椎间盘退变而产生症状，而T₁倾斜角及C_2-7  Cobb角增大，则颈椎曲度变大，应力逐渐分散，故低T₁倾斜角是颈椎病的危险因素，与此次研究结果及临床经验相一致，2组患者术后T₁倾斜角均有改善，而试验组在随访时较聚醚醚酮融合器组维持的更好，亦说明其在术后维持颈椎矢状位平衡方面更具有优势。既往研究亦表明过大或过小的T₁倾斜角均提示矢状面失衡^[25]，可能由于样本数量较小及选择偏倚，此次研究术前高T₁倾斜角病例较少，未分组进行分析，这亦是其不足之处，需要扩大样本量及进一步研究。

C_2-7矢状面轴向距离也是评价颈椎矢状位平衡的有效参数，TANG等^[28]认为C_2-7矢状面轴向距离与C_2-7 Cobb角存在线性关系，与此次研究结果一致。C_2-7矢状面轴向距离反映颈椎前倾的程度增加，增加会导致头颅重心前移，而重心偏移时肌肉能耗将增大。PATWARDHAN等^[29]对尸体的生物力学研究表明，C_2-7矢状面轴向距离的增加与颈屈肌和枕伸肌的缩短以及颈伸肌和枕屈肌的延长有关，而这些肌肉承受着相当大的负荷，故C_2-7矢状面轴向距离的增加会引起疼痛以及影响术后神经功能的恢复^[30-32]。此次研究也对C_2-7矢状面轴向距离进行了对比，发现2组患者术前与术后随访时C_2-7矢状面轴向距离无明显差异，同时术前C_2-7矢状面轴向距离测量值与赵文奎等^[26]对无症状正常人群测量结果(18.67±7.96) mm相差不大，所以作者推测，部分颈椎病患者可以通过代偿维持矢状位平衡。

3D打印技术具有个体化匹配的优点，但其涉及多个学科领域，生产模式为“医院-工厂-医院”，相较于传统的“工厂-医院”模式，所需时间较长，同时需要生物工程、生物材料、计算机数据处理及建模以及临床医生等各专业领域人士共同合作，目前很少有相关机构整合相关资源，故限制了其临床使用。此外，根据现有成熟的可大规模使用的检查技术，无法完全模拟椎间盘组织，目前3D打印技术的数据来源主要基于CT或MRI，数据转换的精确性亦会影响打印的精准度，并且根据患者退变的椎间隙打印的椎间融合器并不能恢复椎间隙高度。实际上，即使建模调整后打印的融合器，因为术中需要处理上下终板，亦不能实现融合器表面与终板的完全贴附。故此次研究所用3D打印ACT钛金骨小梁椎间融合器实际上是根据国人正常椎间隙高度的解剖标准，使用3D打印技术制作的，每个节段间隙均有相对应的多个大小及前凸角型号的产品。通过术前评估需要矫形的程度，选择该节段间隙相应的型号，理论上可提供与上下终板曲面更好的贴附，但并不是完全个体化精准匹配每个患者的实际情况，是对前述问题的折中解决之策。而在实际使用中是否可真正达到提供更良好的贴附这一目的，或者是否需要制定操作标准来更好的达成这一目的均有待于进一步研究。

此次研究存在的不足之处是未选择正常人群与患者术前相关参数进行对比，此外术前X射线为站立位拍摄，而术中仰卧位则可能出现参数值偏差^[33-34]，影响其临床应用。且此次研究为回顾性分析，样本量偏少，数据测量难免存在偏倚，相关结论还需要大样本、多中心及前瞻性研究来证实。

综上所述，3D打印ACT钛金骨小梁椎间融合器可有效恢复缓解患者脊髓神经受压产生的临床症状，促进术后神经功能的恢复，且与常规聚醚醚酮椎间融合器相比较，可明显缩短手术时间、减少术中出血量及C臂透视次数，缩短融合时间，并在重建及维持颈椎生理性前凸更具有优势。由于实际上为术前成型的产品，并不能充分发挥3D打印技术精准化、个体化的优势，如何解决术前建模成型与术中处理后“终板-融合器”完全匹配的问题，还有待未来进一步解决。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

文题释义：

3D打印ACT钛金骨小梁椎间融合器：以钛合金为原料，通过电子束熔融快速成型技术进行三维精准构建建立互相连接的微孔而制成的多孔植入物，其类似骨小梁的多孔贯通的微孔结构，利于骨细胞的迁移和增殖，可提供良好的生物组织相容性和可靠的骨整合，同时类皮质骨的弹性模量，可以避免应力遮挡及骨吸收。

C_2⁃7 Cobb角：C₂，C₇下终板垂线之间的夹角。

C_2-7矢状面轴向距离：经过C₂椎体几何中心作铅垂线，该线与C₇椎体后上角的水平距离。

3D打印ACT钛金骨小梁椎间融合器：以钛合金为原料，通过电子束熔融快速成型技术进行三维精准构建建立互相连接的微孔而制成的多孔植入物，其类似骨小梁的多孔贯通的微孔结构，利于骨细胞的迁移和增殖，可提供良好的生物组织相容性和可靠的骨整合，同时类皮质骨的弹性模量，可以避免应力遮挡及骨吸收。

C_2⁃7 Cobb角：C₂，C₇下终板垂线之间的夹角。

C_2-7矢状面轴向距离：经过C₂椎体几何中心作铅垂线，该线与C₇椎体后上角的水平距离。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程