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李忠海

副主任医师 副教授
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话题:一种新型辅助经皮胸腰椎椎弓根螺钉置入3D打印导航模板的设计与应用

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李忠海大夫

大连医科大学附属第一医院

骨科

发表于:2020-03-18

1楼

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经皮脊柱椎弓根螺钉内固定术(Percutaneous Pedicle Screw Fixation,PPSF)即日常老百姓口中所说的“微创手术”,是目前国际上治疗腰椎滑脱症、腰椎失稳症及胸腰椎骨折等脊柱疾病的一种先进的手术方式。它与传统的开放手术相比,有着不可比拟的优势:术中切口小,创伤出血少,且无需广泛切开肌肉韧带等软组织,从而避免了肌肉软组织剥离过多所导致的迟发性脊柱不稳。由于手术创伤小,术后患者恢复快,可以早期下床活动,对病人术后的功能锻炼和恢复提供了有利的条件。然而,由于椎弓根解剖结构变异、胸椎椎弓根直径过细等因素,造成这项技术在某些情况下应用存在较大的安全风险。日前,大连医科大学附属第一医院骨科李忠海教授、海军军医大学附属长征医院骨科李凤宁教授等利用3D打印技术设计研发了一种新型个体化的PPSF导航模板辅助经皮胸腰椎椎弓根螺钉置入,并通过尸体标本对这种新型3D打印导航模板临床操作过程中的准确性,安全性及可行性进行了验证。Li Z*, Xu D, Li F, Liu M, Xu G, Yang M. Design and application of a novel patient-specific 3D printed drill navigational guiding template in percutaneous thoracolumbar pedicle screw fixation: A cadaveric study. J Clin Neurosci. 2020 Feb 5. pii: S0967-5868(19)31929-0.大连医科大学附属第一医院骨科李忠海


方法:

1、 胸腰椎三维建模 将特殊金属电极板粘贴到预定手术区域的背面,CT扫描后将数据导入专用软件,建立皮肤及胸腰椎的三维模型。根据三维模型数据调整椎弓根螺钉进钉点和角度,获得最佳置钉路径。



2导航模板打印 根据三维模型数据,3D打印PPSF导航模板,该模板通过预先粘贴的金属电极定位,与手术区域皮肤轮廓完全贴合,并由先前计算出的最佳置钉路径精准设计出导航通道。


fig 2.jpg



3置入椎弓根螺钉钉 导航模板内表面凹陷与金属电极一一对应贴合后,沿引导模板中的引导通道植入椎弓根螺钉,术后CT扫描获取螺钉植入详细数据。


fig 3.jpg


结果:

导航模板与尸体标本的背部轮廓贴合紧密无松动,金属电极板显著提高了导向模板与标本结合的稳定性,手术可操作性高。所有置入的96枚椎弓根螺钉均成功置入T6-L1节段,术后CT证实穿刺准确率达到98.6%。实际置钉点至理想置钉点的X、Y、Z轴偏移距离(mm)分别为(0.42±0.21)、(0.18±0.53)、(0.44±0.62),两者之间无统计学差异(P>0.05)。


结论:

本项研究基于3D打印技术成功制备出一种新型PPSF个性化导航模板,该设计方法简单,使用操作方便,显著提高了经皮胸腰椎椎弓根螺钉置钉的准确性和安全性。

该项技术具有多项优点。首先,该技术利用计算机软件对数据进行了优化处理,极大辅助了三维模型的建立及螺钉置钉路径设计;其次,使用特殊金属电极,确保了导航模板可以精确地锚定在体表,从而使经皮导航成为可能;最后,该技术所使用的3D打印技术对材料及技术的要求较低,显著提高了可操作性。



4.jpg

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