个体化导航模板辅助腰椎椎弓根螺钉置钉准确性实验研究

目的:探讨个体化导航模板辅助腰椎椎弓根螺钉置入的准确性.方法:根据10具尸体腰椎(L1～L4)标本术前CT资料,利用逆向工程原理及快速成型技术设计制造出个体化导航模板,在尸体标本上进行个体化导航模板辅助腰椎椎弓根螺钉的置入手术,术后行CT断层扫描评价螺钉在椎弓根及椎体内的位置.结果:共应用40个个体化导航模板,辅助置入腰椎椎弓根螺钉80枚.CT扫描发现所有螺钉进钉点准确,进钉方向适当:全部螺钉均准确置入相应椎弓根及椎体内,无穿破椎弓根皮质及椎体前方的螺钉.结论:个体化导航模板辅助腰椎椎弓根螺钉置钉准确性高,操作简单,为腰椎椎弓根螺钉的准确置入提供了一种新的可供选择的方法.     

快速成型个体化导航模板辅助胸椎椎弓根螺钉置入可行性研究

[目的]通过尸体标本实验的方法探讨个体化导航模板辅助胸椎椎弓根螺钉置入的准确性及可行性.[方法]对6具胸椎尸体标本进行CT扫描,根据CT扫描资料,利用逆向工程原理及快速成型技术设计制造出个体化导航模板,利用个体化导航模板在尸体标本上辅助置入胸椎椎弓根螺钉,所有螺钉的置入由同一位具有腰椎椎弓根螺钉置钉经验但无胸椎椎弓根螺钉置钉经验的骨科医师进行操作,随后采用大体解剖的方法肉眼观察置钉的准确性;并根据螺钉是否穿破椎弓根、穿出距离及穿破方向进行分级.[结果]共设计制作了72个个体化导航模板辅助置入胸椎椎弓根螺钉144枚,132枚(91.7%)螺钉完全在椎弓根内;12(8.3%)枚螺钉穿破椎弓根,其中2枚螺钉穿破椎弓根内侧壁(穿破距离分别为0.6、0.8 mm),10枚螺钉穿破椎弓根外侧壁(9枚螺钉穿出距离<2 mm,1枚螺钉穿出距离为2.5 mm);没有椎弓根上方、下方及椎体前方穿破的螺钉.所有穿破椎弓根壁的螺钉均在安全可接受的范围内.[结论]快速成型个体化导航模板辅助胸椎椎弓根螺钉置入准确率高,对术者无特别的经验要求,手术操作简单、安全,可避免术中放射性损伤,为胸椎椎弓根螺钉的置入提供了一种新的可行方法,尤其适用于初学者.     

数字化导航模板在颈椎椎弓根螺钉置入中的应用

目的 :评价个体化导航模板辅助颈椎椎弓根螺钉置入的准确性和安全性。方法 :2010年8月~2013年8月,对25例需要行颈椎椎弓根螺钉内固定的患者术前行64排螺旋CT连续扫描,计算机重建颈椎三维模型、设计颈椎椎弓根的最佳进钉通道,获取每个颈椎椎板的解剖形态,设计与颈椎椎板吻合的反向模板,并模拟螺钉的最佳进钉通道,形成单侧定位导向孔的导航模板。利用3D打印技术打印颈椎模型和导航模块,通过术前模拟置钉测量出每个椎弓根的螺钉通道长度及椎弓根宽度,术中采用导航模板辅助置入椎弓根螺钉,术后行CT扫描评价螺钉位置,记录有无与螺钉置入相关的并发症。结果:利用导航模板辅助置入颈椎椎弓根螺钉共164枚,其中152枚完全在椎弓根内,4枚螺钉穿破椎弓根内侧皮质,8枚螺钉穿破椎弓根外侧皮质,无椎弓根上方、下方穿破的螺钉,未发现与置钉相关的椎动脉、神经根和颈髓等损伤的症状。结论:个体化导航模板辅助颈椎椎弓根螺钉置入可以提高置钉的准确率,增加颈椎手术的安全性。     

个性化导航模板辅助儿童颈椎椎弓根螺钉置入与徒手置入准确性的对比研究

目的 :探讨个性化导航模板辅助儿童颈椎椎弓根螺钉置入的可行性及准确性,并与徒手置钉进行对比。方法:选取儿童尸体4具,男女各2具,年龄6~9岁。随机分为2组,均行颈椎椎弓根螺钉置入术。徒手置钉组(A组)行徒手置钉;个性化导航模板辅助下置钉组(B组)依据颈椎CT扫描资料,利用计算机辅助及快速成型技术设计并制作出相应颈椎椎弓根螺钉置入个性化导航模板,行该模板辅助下置钉。置钉后行颈椎CT扫描评价两种置钉方法的置钉成功率及优级率并行统计分析。结果:A组共置入28枚螺钉,寰椎置入4枚螺钉,其中良级3枚、差级1枚;枢椎置入4枚螺钉,其中优级2枚、良级2枚;下颈椎(C3~C7)置入20枚螺钉,其中优级9枚、良级5枚、差级6枚。B组共置入28枚螺钉,寰椎置入4枚螺钉,其中良级2枚、差级2枚;枢椎置入4枚螺钉,其中优级3枚、良级1枚;下颈椎置入20枚螺钉,其中优级16枚、良级3枚、差级1枚。两组上颈椎的置钉成功率及优级率因样本数太少未进行统计学比较;两组下颈椎置钉的成功率及优级率均有统计学差异(P<0.05)。结论 :个性化导航模板辅助儿童下颈椎椎弓根螺钉置入术具有较好的置钉成功率,该方法操作简单、易于掌握,充分体现了儿童置钉个性化原则。     

个体化三维打印导航模板辅助下颈椎椎弓根置钉的实验研究

[目的]探讨一种基于三维打印成型技术制备个体化下颈椎椎弓根螺钉导航模板的可行性,并对该方法辅助置钉的准确性进行评估。[方法]选取10具成人尸体的颈椎标本,行CT扫描后将原始数据导入Mimics软件,对C3⁷节段行选择性重建,设计与其椎板和棘突相贴合的阴模,利用三维打印技术成型。基于目标椎体三维模型,直视下徒手将阴模制成具有双侧椎弓根螺钉钉道的导航模板,并在其辅助下于各椎体标本置入双侧椎弓根螺钉。术后再次行CT扫描评估螺钉位置。[结果]剔除骨性结构不完整的标本后,共制作62个下颈椎导航模板,辅助置入椎弓根螺钉124枚。CT扫描轴位图像显示121枚螺钉完全位于椎弓根内,3枚部分穿破椎弓根壁;矢状位图像提示除1枚螺钉误入椎间孔外,余钉位准确。[结论]本研究结果表明,基于CT图像,使用Mimics软件能够精确重建下颈椎各节段椎体及其附属结构,并建立其对应阴模。利用三维打印模型所设计的个体化导航模板,辅助置钉准确性高、操作简单,为下颈椎椎弓根螺钉的精确置入提供了一种可供选择的新方法。     

3D打印导航模板引导双侧下颈椎前路椎弓根螺钉置钉的可行性

目的 :通过3D打印技术及骨科数字化技术制作下颈椎前路椎弓根螺钉置钉导航模板,观察模板辅助下置钉的准确性。方法:选取正常成人颈椎湿性标本10具(男、女各5具),将椎前软组织剔除,采用64排薄层CT扫描后获取其DICOM格式数据,导入Mimics软件后三维建模并为颈前路椎弓根螺钉选取理想钉道,设计建立螺钉导航模板后导出其STL数据,通过3D打印机快速打印成型。在导航导板引导下进行下颈椎前路椎弓根螺钉置钉,通过X线及CT评价螺钉的准确性。结果:10具尸体分别于C3~T1每节段置入2枚螺钉,共计120枚,根据螺钉的位置将其分为4级:0级,螺钉完全在椎弓根内,共115枚;1级,螺钉穿破椎弓根皮质,穿出部分小于螺钉直径的25%,1枚;2级,螺钉穿破椎弓根皮质,穿出部分为螺钉直径的25%~50%,3枚;3级,螺钉穿出椎弓根部分大于螺钉直径的50%,1枚。5枚穿破椎弓根皮质者2枚穿破椎弓根内侧皮质,3枚穿破外侧皮质,总体准确性为95.8%。结论:在湿性尸体颈椎标本上应用3D打印及骨科数字化技术制作的导航模板辅助行下颈椎前路椎弓根螺钉置钉的准确性高,为临床应用提供了依据。     

三维打印成型导航模板辅助枢椎椎板螺钉置入的实验研究

【摘要】 目的：探讨基于三维打印成型技术制备个体化枢椎椎板螺钉导航模板的可行性,并对该方法辅助置钉的准确性进行评估。方法：选取19具成人尸体的正常颈椎标本,行CT扫描后将原始数据导入Mimics软件,对枢椎行选择性重建,设计与枢椎椎板背侧贴合的阴模,利用三维打印技术成型,基于枢椎模型直视下徒手将阴模制成带钉道的导航模板,并在其辅助下于枢椎标本置入双侧椎板螺钉。术后再次行CT扫描评估螺钉位置。结果：基于CT图像,使用Mimics软件能够精确重建枢椎,并建立其对应阴模。共制作19个导航模板,辅助置入枢椎椎板螺钉38枚。术后CT扫描图像显示38枚螺钉均完全位于枢椎椎板内,无穿破椎板壁或进入横突孔的螺钉。结论：利用三维打印模型设计的个体化导航模板辅助置钉准确性高、操作简单,为枢椎椎板螺钉的精确置入提供了一种可供选择的新方法。     

3D打印个体化导航模板在胸椎和颈椎椎弓根螺钉植入的临床应用

目的 研究数字化(3D)打印技术的个性化导航模板设计在胸椎和颈椎手术个性化置钉应用的准确性和安全性。方法 2014年7月至2014年11月,对7例需要行胸椎、颈椎椎弓根螺钉植入手术的患者术前通过CT扫描、Mimics软件三维重建建立三维仿真模型。并使用Geomagic软件设计最佳的内固定钉道,然后根据钉道设计导航模板,用3D打印机打印导航模板,用于手术时辅助置钉;术中辅助植入胸椎、颈椎椎弓根螺钉共24枚,术后CT扫描评价螺钉位置,记录有无与螺钉植入的相关并发症。结果 通过导航模板辅助植入的24枚椎弓根螺钉,23枚完全在椎弓根内,1枚穿破椎弓根外壁,穿出距离均小于1.2 mm,椎弓根穿破率为4%,植钉准确率为96%,螺钉位置可接受率为100%。无一例出现螺钉植入有关的神经、血管损伤等并发症。结论 3D打印个体化导航模板辅助胸椎、颈椎椎弓根螺钉植入的植钉准确性高、安全。     

个体化导航模板在胸椎椎弓根螺钉置入中的初步临床应用

目的:通过临床应用评价个体化导航模板辅助胸椎椎弓根螺钉置入的准确性和安全性。方法:2008年7月～2009年9月,对11例需要行胸椎椎弓根螺钉置入手术的患者(青少年特发性脊柱侧凸7例,先天性脊柱侧凸2例,胸椎结核后凸畸形1例,多发性胸椎骨折1例)术前根据CT三维重建图像利用计算机辅助设计及快速成型技术设计制作46个胸椎个体化导航模板,术中应用个体化导航模板辅助在T2～T12置入椎弓根螺钉92枚,术后CT扫描评价螺钉位置,记录有无与螺钉置入相关的并发症。结果:通过个体化导航模板辅助置入的92枚胸椎椎弓根螺钉中,83枚完全在椎弓根内,9枚穿破椎弓根壁(其中椎弓根内侧壁穿破2枚、椎弓根外侧壁穿破7枚),其中5枚螺钉因椎弓根宽度小于4mm(3.0～3.8mm)而采用椎弓根旁固定方法(椎弓根螺钉轻度穿破椎弓根外侧壁经胸肋关节内侧进入椎体),椎弓根壁非故意穿破率为4.3%,置钉准确率为95.7%,所有穿破椎弓根壁的螺钉的穿出距离均小于2mm,螺钉位置可接受率为100%。无与螺钉置入有关的神经、血管、内脏损伤等并发症的发生。结论:个体化导航模板辅助胸椎椎弓根螺钉置入的置钉准确率高,安全、可行。     

快速成型导航模板在脊柱外科的应用研究

脊柱外科常规的影像检查常难以清楚地观察病变局部,最常用的徒手置钉法术中并发症风险高,手术时间长,且术中透视量大。快速成型导航模板为椎弓根螺钉的置入提供了新的方法,使复杂手术简单化,提高置钉准确性,保证手术快速安全。现介绍快速成型导航模板的原理及制作过程,综述其在颈椎、胸椎、腰椎及复杂脊柱畸形手术方面的研究进展,总结不足并展望其应用前景。     

新型单椎单侧椎弓根导向模板辅助下颈椎椎弓根个体化置钉

目的探讨新型单椎单侧椎弓根导向模板辅助下颈椎椎弓根个体化置钉的准确性。方法对需要行颈椎后路椎弓根内固定治疗的22例下颈椎患者术前行CT扫描,根据CT扫描资料,利用逆向工程原理及快速成型技术,采用Mimics 16.0和Imageware 12.0软件,制作颈椎三维模型,并设计出个体化的新型单椎单侧椎弓根导向模板,辅助颈椎椎弓根置钉。术后复查颈椎CT评价椎弓根螺钉的位置,按照Lee et al的评定方法将螺钉在椎弓根内的位置分为4级:0级,螺钉完全位于椎弓根内;1级,穿破椎弓根的部分螺钉直径的25%;2级,螺钉直径的25%~50%穿破椎弓根;3级,穿破椎弓根的部分螺钉直径的50%。0级和1级认为置钉满意,2级和3级认为螺钉误置。结果 22例均获得随访,时间6~36个月。22例患者共置入椎弓根螺钉113枚,改为侧块螺钉固定3枚。术后复查CT提示椎弓根螺钉位置107枚为0级,4枚为1级,2枚为2级。仅2例发生误置,置钉准确率达98.2%。其中1级和2级共6枚椎弓根螺钉均穿破椎弓根外侧壁,无椎弓根内侧壁及上、下壁穿破情况。对螺钉穿破外侧壁的患者行椎动脉MRA检查,未见椎动脉损伤。患者均未出现螺钉误置导致的脊髓、神经损伤并发症。结论新型单椎单侧椎弓根导向模板辅助下颈椎椎弓根个体化置钉准确性高,相关并发症少,为下颈椎椎弓根的置入提供了一种新的方法。     

数字化导航模板辅助胸椎椎弓根螺钉置钉实验研究

目的探讨数字化导航模板辅助胸椎椎弓根螺钉置入的准确性和可行性。方法将20具尸体胸椎标本随机分为两组,每组10具标本,由同一位具有一定腰椎椎弓根螺钉置钉经验但无胸椎椎弓根螺钉置钉经验的骨外科医师分别采用导航模板法和徒手法进行胸椎椎弓根螺钉的置入手术。术后CT扫描比较两种方法的置钉准确性。结果导航模板法和徒手法各置入240枚螺钉。对两种方法的置钉准确率及风险螺钉发生率进行比较,导航模板法的置钉准确率高于徒手法,风险螺钉发生率低于徒手法,差异有统计学意义（P〈0.05）。徒手法学习曲线明显,导航模板法学习曲线不明显。结论数字化导航模板辅助胸椎椎弓根螺钉置入安全可行,手术操作简单,置钉准确率高,为胸椎椎弓根螺钉置入提供了一种新的方法。     

数字化“定点-定向”双导航模板辅助椎弓根螺钉置钉治疗寰枢椎不稳

目的评价数字化"定点-定向"双导航模板辅助椎弓根螺钉置钉治疗寰枢椎不稳的临床效果。方法回顾性分析2013年9月—2016年12月收治的24例采用数字化"定点-定向"双导航模板辅助行颈椎后路椎弓根螺钉置钉的寰枢椎不稳患者的临床资料。术前CT扫描获取数据经Mimics 10.0软件三维重建后进行寰枢椎后路椎弓根螺钉置钉理想钉道的计算机辅助规划,并根据寰枢椎后方骨性结构表面数据设计个性化"定点-定向"双导航模板。在3D打印机上制作"定点-定向"双导航模板,高温消毒后应用于临床手术辅助置钉。术后根据颈椎X线和CT检查结果评价椎弓根螺钉的位置,并观察植骨融合情况及颈椎稳定性。采用颈部和/或枕骨下疼痛视觉模拟量表(VAS)评分评估患者的临床疗效。结果应用数字化双导航模板为24例患者置入椎弓根螺钉,22例行寰枢椎后路椎弓根螺钉固定,2例行寰枢椎后路椎弓根螺钉并椎板螺钉固定。共置入寰椎椎弓根螺钉48枚,枢椎椎弓根螺钉46枚,枢椎椎板螺钉2枚。术后CT检查示所有螺钉均未穿破钉道骨皮质。所有患者随访6个月,大部分患者颈部疼痛明显缓解,VAS评分由术前(7.78±1.12)分降至术后(2.48±0.55)分,差异有统计学意义(P0.05)。术前肌力下降者术后均不同程度恢复。所有患者均未发生神经、血管损伤等置钉相关并发症。结论数字化"定点-定向"双导航模板不仅能够提高手术置钉的准确性和安全性,还能针对不同类型的寰枢椎不稳提供更合理的置钉方式。     

快速成型模型佐助胸腰椎椎弓根置钉的研究

目的 探讨快速成型技术佐助胸腰椎椎弓根螺钉置入的准确性和可靠性.方法 将患者分成两组,快速成型组26例,传统手法置钉组26例,由同一位医师分别采用快速成型模型佐助置钉法和传统手法置钉进行胸腰椎椎弓根螺钉置入.术后CT扫描比较两种方法的置钉准确性.结果 快速成型模型佐助置钉156枚,其中3枚穿破皮质,成功率98.08％,绝对风险率0.64％;传统手法置钉121枚,11枚穿破皮质,成功率90.91％,绝对风险率4.13％.两组病例均未出现神经血管损伤并发症,快速成型佐助置钉法准确率明显高于传统手法置钉,安全性提高,差异具有统计学意义(P＜0.05).结论 快速成型模型佐助胸腰椎椎弓根置钉,可提高准确率和安全性,操作简单,符合个体化置钉,为胸腰椎椎弓根螺钉置入提供一种新方法.     

Error rate of multi-level rapid prototyping trajectories for pedicle screw placement in lumbar and sacral spine

Objective：Free-hand pedicle screw placement has a high incidence of pedicle perforation which can be reduced with fluoroscopy,navigation or an alternative rapid prototyping drill guide template.In our study the error rate of multi-level templates for pedicle screw placement in lumbar and sacral regions was evaluated.Methods：A case series study was performed on 11 patients.Seventy-two screws were implanted using multilevel drill guide templates manufactured with selective laser sintering.According to the optimal screw direction preoperatively defined,an analysis of screw misplacement was performed.Displacement,deviation and screw length difference were measured.The learning curve was also estimated.Results：Twelve screws （17％） were placed more than 3.125 mm out of its optimal position in the centre of pedicle.The tip of the 16 screws （22％） was misplaced more than 6.25 mm out of the predicted optimal position.According to our predefined goal,19 screws （26％） were implanted inaccurately.In 10 cases the screw length was selected incorrectly：1 （1％） screw was too long and 9 （13％） were too short.No clinical signs of neurovascular lesion were observed.Learning curve was insignificantly noticeable （P=0.129）.Conclusion：In our study,the procedure of manufacturing and applying multi-level drill guide templates has a 26％ chance of screw misplacement.However,that rate does not coincide with pedicle perforation incidence and neurovascular injury.These facts along with a comparison to compatible studies make it possible to summarize that multi-level templates are satisfactorily accurate and allow precise screw placement with a clinically irrelevant mistake factor.Therefore templates could potentially represent a useful tool for routine pedicle screw placement.     

Placement and complications of cervical pedicle screws in 144 cervical trauma patients using pedicle axis view techniques by fluoroscope

Cervical pedicle screw fixation is an effective procedure for stabilising an unstable motion segment; however, it has generally been considered too risky due to the potential for injury to neurovascular structures, such as the spinal cord, nerve roots or vertebral arteries. Since 1995, we have treated 144 unstable cervical injury patients with pedicle screws using a fluoroscopy-assisted pedicle axis view technique. The purpose of this study was to investigate the efficacy of this technique in accurately placing pedicle screws to treat unstable cervical injuries, and the ensuing clinical outcomes and complications. The accuracy of pedicle screw placement was postoperatively examined by axial computed tomography scans and oblique radiographs. Solid posterior bony fusion without secondary dislodgement was accomplished in 96% of all cases. Of the 620 cervical pedicle screws inserted, 57 (9.2%) demonstrated screw exposure (<50% of the screw outside the pedicle) and 24 (3.9%) demonstrated pedicle perforation (>50% of the screw outside the pedicle). There was one case in which a probe penetrated a vertebral artery without further complication and one case with transient radiculopathy. Pre- and postoperative tracheotomy was required in 20 (13.9%) of the 144 patients. However, the tracheotomies were easily performed, because those patients underwent posterior surgery alone without postoperative external fixation. The placement of cervical pedicle screws using a fluoroscopy-assisted pedicle axis view technique provided good clinical results and a few complications for unstable cervical injuries, but a careful surgical procedure was needed to safely insert the screws and more improvement in imaging and navigation system is expected.     

三维重建技术在上胸椎和颈椎椎弓根螺钉植入的临床应用

目的通过应用三维重建技术辅助椎弓根螺钉的植入,评价其在上胸椎和颈椎置钉中的准确性和安全性。方法 2013年1月至2013年11月,对12例需要行上胸椎、颈椎椎弓根螺钉植入手术的患者术前通过Mimics三维重建图像设计进钉通道并获取相关参数,术中辅助植入上胸椎、颈椎椎弓根螺钉共50枚,术后CT扫描评价螺钉位置,记录有无与螺钉植入的相关并发症。结果通过Mimics三维重建植入的50枚椎弓根螺钉,47枚完全在椎弓根内,3枚穿破椎弓根壁,椎弓根穿破率为6%,植钉准确率为94%,所有穿破椎弓根壁的螺钉的穿出距离均小于2 mm,螺钉位置可接受率为100%。无一例出现螺钉植入有关的神经、血管损伤等并发症。结论 Mimics三维重建技术辅助上胸椎、颈椎椎弓根螺钉植入的置钉准确性高、安全,且明显缩短手术时间。     

Iso-C3D fluoroscopy-based navigation in direct pedicle screw fixation of Hangman fracture: a case report

Direct pedicle screw fixation of the C2 is rarely performed in trauma owing to the risk of damage to the neurovascular structures. Computed tomography-based navigation has the problem of change in intersegmental anatomy after positioning for surgery. Iso-C-based computer navigation acquires the intraoperative real-time images after patient positioning and thus avoids registration errors and improves accuracy. A Hangman fracture treated by posterior direct pedicle screw fixation using Iso-C computer navigation guidance is reported. Postoperative computed tomographic images confirmed the accurate placement of pedicular screws. Intraoperative fluoroscopy-based computer navigation is advantageous especially in an unstable upper cervical spine injury where the likelihood of change in the intersegmental relationship is maximal before and after positioning for surgery. The Iso-C navigation has the advantages of clarity and accuracy, making safe pedicle fixation of C1 and C2 possible despite fractured posterior elements. To our knowledge, this is the first reported case of displaced Hangman fracture treated successfully using Iso-C fluoroscopic navigation assisted direct pedicle screw osteosynthesis in the literature. Intraoperative acquisition of fluoroscopic images avoids registration-related problems. Three-dimensional fluoroscopic navigation gives excellent accuracy and safety in screw instrumentation of Hangman fracture.