Traumatology and Orthopedics of RussiaTraumatology and Orthopedics of RussiaТравматология и ортопедия России2311-29052542-0933Vreden National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics1789210.17816/2311-2905-17892CLINICAL STUDIESКЛИНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯClinical studiesResearch ArticleCost-effectiveness analysis of patient-specific and standard vertebral body replacements in the surgical treatment of spinal tumorsАнализ клинико-экономической эффективности использования индивидуальных и серийных протезов тел позвонков при хирургическом лечении опухолевых поражений позвоночникаhttps://orcid.org/0000-0003-4562-81603766-5993ZaborovskiiNikita S.ЗаборовскийНикита Сергеевич
Russian Federation

Cand. Sci. (Med.)

канд. мед. наук

n.zaborovskii@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9853-70895505-2641MasevninSergei V.МасевнинСергей Владимирович
Russian Federation

Cand. Sci. (Med.)

канд. мед. наук

drmasevnin@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-5765-31587678-6542PtashnikovDmitrii A.ПташниковДмитрий Александрович
Russian Federation

Dr. Sci. (Med.), Professor

д-р мед. наук, профессор

drptashnikov@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0733-24143602-4912TikhilovRashid M.ТихиловРашид Муртузалиевич
Russian Federation

Dr. Sci. (Med.), Professor, Corresponding Member of the RAS

д-р мед. наук, профессор, чл.-корр. РАН

rtikhilov@gmail.comVreden National Medical Research Center of Traumatology and OrthopedicsФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена» Минздрава РоссииSt. Petersburg State UniversityФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет»St. Petersburg Clinical Hospital of the Russian Academy of SciencesФГБУЗ «Санкт-Петербургская клиническая больница Российской академии наук»Vreden National Medical Research Center of Traumatology and OrthopedicsФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена» Минздрава России250820263231805202615062026Copyright ©; , Eco-VectorCopyright ©; , Эко-ВекторCopyright ©; , Eco-VectorEco-VectorЭко-ВекторEco-Vectorhttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0https://journal.rniito.org/jour/article/view/17892

Abstract

Background. The widespread integration of patient-specific vertebral body prostheses is hindered by their high manufacturing costs. A comprehensive understanding of the long-term cost-effectiveness of additive manufacturing is required for informed decision-making in spine surgery.

Objective. To evaluate the cost-effectiveness of patient-specific 3D-printed polyetheretherketone (3D PEEK) prostheses compared to off-the-shelf constructs for anterior spinal column reconstruction in patients with spinal tumors.

Methods. A retrospective cohort study was conducted on 85 patients who underwent spinal surgery between 2018 and 2025 (34 in the 3D PEEK group, 51 in the standard group). We assessed clinical profiles, perioperative parameters, survival rates, complication frequencies, and quality of life (EQ-5D-5L). A health economic evaluation was performed using a Markov model (60-month horizon, 1-month cycle, 3% discount rate). Cost-effectiveness was determined based on the incremental cost-effectiveness ratio (ICER) against a willingness-to-pay (WTP) threshold of 2,235,202 RUB/QALY.

Results. Both cohorts were comparable in baseline demographics and clinical characteristics. The revision rate was significantly lower in the 3D PEEK group (12% vs. 33%, p=0.024). Both groups demonstrated improved quality of life, but the utility gain was more pronounced with customized implants: the final utility index reached 0.718±0.122 vs. 0.611±0.155 (p=0.004). Direct primary medical costs were predictably higher for the 3D PEEK cohort (489,361 RUB vs. 269,950 RUB, p<0.001). Markov modeling indicated that the 3D PEEK strategy required an additional 161,661 RUB while yielding an extra 0.298 QALY. The ICER was calculated at 541,873 RUB/QALY, remaining well below the established WTP threshold. Probabilistic sensitivity analysis confirmed a median ICER of 368,357 RUB/QALY.

Conclusion. The application of patient-specific 3D PEEK prostheses in spinal oncology is a highly cost-effective strategy. Despite elevated initial fabrication costs, enhanced biomechanical stability and the consequent reduction in revision surgeries facilitate long-term preservation of patient quality of life.

Обоснование. Широкое внедрение индивидуальных имплантов сдерживается их высокой стоимостью. Для принятия системных решений необходимо понимание долгосрочной рентабельности аддитивных технологий в хирургии позвоночника.

Цель исследования: оценить клинико-экономическую эффективность применения индивидуальных 3D протезов из полиэфирэфиркетона (3D PEEK) в сравнении со стандартными серийными конструкциями при реконструкции передней опорной колонны у пациентов с опухолями позвоночника.

Материалы и методы. Проведено ретроспективное когортное исследование 85 пациентов, перенесших хирургическое лечение с 2018 по 2025 год (34 в группе 3D PEEK, 51 в группе стандартных протезов). Оценивались клинические характеристики, периоперационные показатели, выживаемость, частота осложнений и качество жизни (EQ-5D-5L). Фармакоэкономический анализ выполнен с использованием марковского моделирования (горизонт - 60 месяцев, шаг - 1 месяц, ставка дисконтирования - 3%). Экономическая приемлемость определялась на основе инкрементального соотношения затрат и эффективности (ICER) при пороге готовности платить (WTP) 2 235 202 руб/QALY.

Результаты. Группы были сопоставимы по основным демографическим и клиническим параметрам. Частота ревизионных вмешательств в группе 3D PEEK была статистически значимо ниже (12% против 33%, p=0,024). В обеих группах отмечалось улучшение качества жизни, однако прирост оказался выше при использовании индивидуальных конструкций: индекс полезности при последнем наблюдении составил 0,718±0,122 против 0,611±0,155 (p=0,004). Первичные медицинские затраты были ожидаемо выше в когорте 3D PEEK (489 361 руб. против 269 950 руб., p<0,001). Марковское моделирование продемонстрировало, что применение 3D PEEK требует дополнительных затрат в размере 161 661 руб., обеспечивая прирост на 0,298 QALY. Показатель ICER составил 541 873 руб/QALY, что значительно ниже порога WTP. По результатам вероятностного анализа чувствительности медиана ICER составила 368 357 руб/QALY.

Заключение. Применение индивидуальных 3D PEEK протезов при опухолевом поражении позвоночника является экономически приемлемой стратегией. Несмотря на первоначальное удорожание, достижение надежной реконструкции и минимизация частоты ревизионных операций обеспечивают долгосрочный прирост качества жизни пациентов.

spinal tumorsspinal reconstruction3D printingadditive manufacturingpatient-specific implantsPEEKcost-effectiveness analysisMarkov modelingquality of lifeQALYопухоли позвоночникареконструкция позвоночника3D-печатьаддитивные технологиииндивидуальные имплантатыполиэфирэфиркетонклинико-экономический анализмарковское моделированиекачество жизниQALY1. Disch AC, Schaser K-D, Melcher I, et al (2011) Oncosurgical Results of Multilevel Thoracolumbar En-bloc Spondylectomy and Reconstruction with a Carbon Composite Vertebral Body Replacement System. Spine 36:E647. https://doi.org/10.1097/BRS.0b013e3181f8cb4e2. Анастасиева ЕА, Садовой МА, Воропаева АА, Кирилова ИА (2017) Использование ауто и аллотрансплантатов для замещения костных дефектов при резекциях опухолей костей. Травматология И Ортопедия России 23:148–155. https://doi.org/10.21823/2311-2905-2017-23-3-148-1553. Заборовский НС, Пташников ДА, Михайлов ДА, et al (2021) Онкологические принципы в хирургии опухолей позвоночника. Хирургия Позвоночника 18:. https://doi.org/10.14531/ss2021.2.64-724. Валиев АК, Тепляков ВВ, Мусаев ЭР, et al (2022) Практические рекомендации по лечению первичных злокачественных опухолей костей. Злокачественные Опухоли 12:307–329. https://doi.org/10.18027/2224-5057-2022-12-3s2-307-3295. Rothrock RJ, Barzilai O, Reiner AS, et al (2020) Survival Trends After Surgery for Spinal Metastatic Tumors: 20-Year Cancer Center Experience. Neurosurgery 0:1–11. https://doi.org/10.1093/neuros/nyaa3806. Нехлопочин СН, Нехлопочин АС, Швец АИ (2018) Классификация имплантатов для реконструкции передней и средней опорных колонн позвоночника. Вопросы Нейрохирургии Им Нн Бурденко 82:. https://doi.org/10.17116/neiro2018823977. Заборовский НС, Шайлиева ШЛ, Масевнин СВ, et al (2025) Проседание протезов тел позвонков при опухолях позвоночника: систематический обзор литературы. Травматология и ортопедия России 31:179–1888. Xu H, Wang X, Han Y, et al (2022) Biomechanical comparison of different prosthetic reconstructions in total en bloc spondylectomy: a finite element study. BMC Musculoskeletal Disorders 23:955. https://doi.org/10.1186/s12891-022-05919-09. Заборовский НС, Масевнин СВ, Мураховский ВС, et al (2025) Факторы риска нестабильности имплантатов после спондилэктомии у пациентов с опухолями позвоночника. Гений ортопедии 31:183–193. https://doi.org/10.18019/1028-4427-2025-31-2-183-19310. Коваленко АН, Шубняков ИИ, Тихилов РМ, Черный АЖ (2015) Обеспечивают ли новые и более дорогие имплантаты лучший результат эндопротезирования тазобедренного сустава? Травматология и ортопедия России 5–2011. Zaborovskii N, Masevnin S, Smekalenkov O, et al (2025) Patient-specific 3D-Printed PEEK implants for spinal tumor surgery. Journal of Orthopaedics 62:99–105. https://doi.org/10.1016/j.jor.2024.10.02412. Cherny AA, Kovalenko AN, Kulyaba TA, Kornilov NN (2021) A prospective study on outcome of patient-specific cones in revision knee arthroplasty. Arch Orthop Trauma Surg 141:2277–2286. https://doi.org/10.1007/s00402-021-04047-z13. Roy M, Jeyaraman M, Jeyaraman N, et al (2025) Evaluating Effectiveness, Safety, and Patient Outcomes of 3D Printing in Orthopedic Implant Design and Customization: A PRISMA-Complaint Systematic Review. J Orthop Case Rep 15:213–222. https://doi.org/10.13107/jocr.2025.v15.i06.572014. Xu Y, Marques EMR, Welton NJ, et al (2026) Spectrum of Models for Assessing the Cost Effectiveness of Total Knee Replacement Implants: A Comparison of Discrete-Time Cohort Markov and Continuous-Time Individual-Level Multistate Models. Pharmacoeconomics 44:477–494. https://doi.org/10.1007/s40273-025-01578-w15. Тепцова ТС, Мусина НЗ, Омельяновский ВВ (2021) Оценка референтного значения инкрементального показателя «затраты-эффективность» для российской системы здравоохранения. ФАРМАКОЭКОНОМИКА Современная фармакоэкономика и фармакоэпидемиология 13:367–376. https://doi.org/10.17749/2070-4909/farmakoekonomika.2020.07116. Крылов СВ, Пасечник ИН, Гужев СС, et al (2025) Программа ускоренного восстановления в хирургии позвоночника. Вестник Травматологии И Ортопедии Им Нн Приорова 32:521–527. https://doi.org/10.17816/vto63400317. Кабардаев РМ, Мусаев ЭР, Кулага АВ, et al (2018) Результаты хирургического лечения больных с опухолями позвоночника. Саркомы Костей, Мягких Тканей И Опухоли Кожи 10:29–3318. Снетков АА, Ишкиняев ИД, Гамаюнов РС, et al (2025) Малоинвазивные методы лечения при остеоид-остеомах позвоночника. Вестник травматологии и ортопедии им НН Приорова 32:337–34519. Versteeg AL, Sahgal A, Kawahara N, et al (2019) Patient satisfaction with treatment outcomes after surgery and/or radiotherapy for spinal metastases. Cancer 125:4269–4277. https://doi.org/10.1002/cncr.3246520. Igarashi T, Murakami H, Demura S, et al (2018) Risk factors for local recurrence after total en bloc spondylectomy for metastatic spinal tumors: A retrospective study. Journal of Orthopaedic Science 23:459–463. https://doi.org/10.1016/j.jos.2018.01.00421. Coyle S, Kinsella S, Lenehan B, Queally JM (2018) Cost-utility analysis in orthopaedic trauma; what pays? A systematic review. Injury 49:575–584. https://doi.org/10.1016/j.injury.2018.01.02922. Vitali J, Cheng M, Wagels M (2019) Utility and Cost–Effectiveness of 3D-Printed Materials for Clinical Use. Journal of 3D Printing in Medicine 3:209–218. https://doi.org/10.2217/3dp-2019-001523. Honigmann P, Sharma N, Okolo B, et al (2018) Patient-Specific Surgical Implants Made of 3D Printed PEEK: Material, Technology, and Scope of Surgical Application. Biomed Res Int 2018:. https://doi.org/10.1155/2018/452063624. Тихилов РМ, Джавадов АА, Денисов АО, et al (2022) Анализ экономической эффективности использования индивидуальных и серийных вертлужных конструкций при ревизионном эндопротезировании тазобедренного сустава. Гений ортопедии 28:234–240. https://doi.org/10.18019/1028-4427-2022-28-2-234-24025. Mounsef PJ, Blackman B, Sharma O, et al (2025) Enhanced Functional and Surgical Outcomes With 3D Printing in Orthopedic Oncology: A Comparative Meta-Analysis Against Conventional Techniques. Journal of Surgical Oncology 132:1131–1142. https://doi.org/10.1002/jso.7008326. Tack P, Victor J, Gemmel P, Annemans L (2021) Do custom 3D-printed revision acetabular implants provide enough value to justify the additional costs? The health-economic comparison of a new porous 3D-printed hip implant for revision arthroplasty of Paprosky type 3B acetabular defects and its closest alternative. Orthopaedics & Traumatology: Surgery & Research 107:102600. https://doi.org/10.1016/j.otsr.2020.03.01227. Dong M, Gao Y, Fan H, et al (2024) Comparison of clinical efficacy of 3D-printed artificial vertebral body and conventional titanium mesh cage in spinal reconstruction after total en bloc spondylectomy for spinal tumors: a systematic review and meta-analysis. Front Oncol 14:. https://doi.org/10.3389/fonc.2024.132731928. Chen Z, Lü G, Wang X, et al (2023) Is 3D-printed prosthesis stable and economic enough for anterior spinal column reconstruction after spinal tumor resection? A retrospective comparative study between 3D-printed off-the-shelf prosthesis and titanium mesh cage. Eur Spine J 32:261–270. https://doi.org/10.1007/s00586-022-07480-929. Davidar AD, Khalifeh JM, Al-Mistarehi A-H, et al (2026) Carbon fiber-PEEK pedicle screw instrumentation in spinal oncology: a retrospective case series, systematic review of the literature, and cost-effectiveness analysis. J Neurooncol 176:190. https://doi.org/10.1007/s11060-026-05438-130. Ward J, Damante M, Wilson S, et al (2025) Impact of instrumentation material on local recurrence: a case-matched series using carbon fiber-PEEK vs. titanium. J Neurooncol 171:155–162. https://doi.org/10.1007/s11060-024-04842-9