快速成型个体化导航模板辅助颈椎椎弓根螺钉的置入

背景:颈椎椎弓根螺钉内固定系统治疗颈椎疾病可获得坚强的三柱稳定,但目前关于颈椎椎弓根置钉方法选择尚未达成一致,力求寻找一种更加简单、安全、准确的置钉方法。目的:综合利用逆向工程原理和快速成型技术设计出一种新型个体化颈椎椎弓根置钉导航模板,观察并评估其辅助颈椎椎弓根螺钉置入的安全性和准确性。方法:对8具成人尸体标本颈椎(C3-6)进行CT扫描获取DICOM数据,MIMICS软件重建颈椎三维模型,寻找颈椎椎弓根的最佳进钉通道。根据颈椎椎板的表面解剖学形态,设计与颈椎椎板相吻合的反向模板。最后将设计的椎弓根螺钉进钉通道和反向模板合成在一起,建立个体化导向模板的数据模型并以STL格式保存。利用快速成型技术打印出导航模板实物。将导航模板与椎体的后部结构贴合,辅助置入颈椎椎弓根螺钉,根据术后X射线片及CT扫描评价椎弓根螺钉位置的准确性。结果与结论:(1)利用导航模板辅助置入颈椎椎弓根螺钉共64枚,62枚螺钉完全在椎弓根内,其中1枚螺钉穿破椎弓根内侧壁,1枚螺钉穿破椎弓根外侧壁,置钉准确性为97%左右;(2)快速成型个体化导航模板辅助颈椎椎弓根螺钉置入准确率高,增加了颈椎手术的安全性,具有较大的临床应用前景。     

数字化导航模板辅助儿童胸椎椎弓根螺钉置钉的准确性

背景：目前国内外学者已将椎弓根螺钉内固定技术应用于儿童脊柱损伤治疗中,儿童胸椎椎弓根细小,解剖结构变异大、毗邻关系复杂,如将以成人数据为依据的椎弓根螺钉技术简单地应用于处于不断生长发育的儿童,手术风险极大,提高置钉的准确性和降低失误率成为儿童椎弓根内固定技术能否深入开展的关键所在。 目的：利用计算机辅助设计与快速成型技术为儿童胸椎椎弓根螺钉置入提供一种个性化、精确化的定位方法。 方法：对4例儿童尸体标本CT 扫描后将原始数据利用软件进行三维重建,将标本随机分为2组：一组采用传统椎弓根内固定法,另一组采用逆向工程原理及快速成型技术设计并制造出个体化导航模板,利用个体化导航模板在标本上辅助置入腰椎椎弓根螺钉,随后分别根据CT 扫描评价椎弓根螺钉置钉位置。 结果与结论：传统椎弓根内固定法置钉准确率为58%;而个体化数字导航模板法的置钉准确率为81%,置钉成功率优于传统手术组,且经过卡方检验两者之间差异有显著性意义(P < 0.05)。提示个体化导航模板辅助儿童胸椎椎弓根螺钉置入具有较高的准确率,充分体现了置钉个体化原则,为儿童胸椎椎弓根螺钉的准确置入提供了一种新的可行的方法。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;组织工程全文链接：     

数控机床技术在下颈椎个体化导向模板制作中的应用

目的　利用计算机辅助设计与数控机床加工技术为下颈椎椎弓根螺钉个体化导向模板提供一种新的加工方法。 方法　取1具下颈椎标本（C3~7）进行CT扫描,在Mimics14.11中重建颈椎三维数字椎骨模型,依据三维椎骨模型在Geomagic studio12软件设计椎弓根导向模板,采用数控机床技术制造出金属材质的个体化导向模板,使用个体化导向模板辅助在下颈椎标本上置入椎弓根钉,根据术后CT数据评价椎弓根钉道位置。 结果　使用5个导向模板辅助钻削10个椎弓根钉道,术后CT扫描示所有钉道均位于椎弓根内。计算水平面绝对偏差值为（0.44±0.23）mm,矢状面为（0.37±0.20）mm,计算机模拟置入3.5 mm椎弓根螺钉置入椎弓根内,1级螺钉9枚,2级螺钉1枚。 结论　应用现代数字化技术,利用逆向工程原理设计并数控机床进行加工制作椎弓根螺钉导向模板,操作简单,准确性高,为下颈椎椎弓根导向模板提供了一种全新、安全的方法。     

经口咽枢椎椎弓根逆向精确置钉的个性化组合式导航模板的研究

目的　利用CT三维重建、计算机辅助设计与快速成型技术为经口咽枢椎椎弓根逆向置钉设计制作一种新型的组合式个性化精确定位置钉的导航模板。 方法　取4具成人颈椎标本进行CT扫描,在Mimics14.11中重建寰枢椎三维模型,将该模型结合经口咽寰枢椎复位钢板（transoral atlantoaxial reduction plate, TARP）导入Solidworks 2014软件,设计经口咽枢椎椎弓根组合式个性化导航模板。采用快速成型技术制备组合式个性化导航模板,经该导航模板辅助在枢椎标本上置入椎弓根钉,根据术后CT数据评价椎弓根钉道位置。 结果　使用4个导向模板辅助置入8个枢椎椎弓根钉道,术后CT扫描计算水平面绝对偏差值为（0.85±0.70）mm,矢状面为（0.88±0.53）mm,水平面和矢状面的偏差值均无统计学差异（P>0.05）。在椎弓根螺钉钉道评价分析中,I型螺钉为7枚（87.5%）,II型螺钉1枚（12.5%）,所有螺钉处于可接受位置。 结论　本研究提出了一种新型组合式个性化导航模板用于辅助经口咽枢椎椎弓根螺钉准确置入,其操作简单,准确性高,为经口咽枢椎椎弓根精准置钉提供了一种全新、安全的方法。     

数字化影像导航模块辅助儿童胸椎椎弓根螺钉置入的准确及安全性

背景:椎弓根螺钉内固定已在儿童胸椎损伤中得到应用,常规方法更多的以徒手置钉为主,该方法虽然能满足手术需要,但是精度较低,并发症发生率较高,使得数字化影像导航辅助模块的运用成为可能。目的:探讨数字化影像导航模块辅助儿童胸椎椎弓根螺钉置入的准确性及安全性。方法:8具胸椎尸体标本采用随机数字方法分为徒手置入组和数字化影像导航辅助模块组,每组4具。徒手置入组行徒手置钉,数字化影像导航辅助模块组根据CT扫描结果结合逆向工程原理以及快速成型理论制作影像导航辅助模块,利用数字化影像导航辅助模块置入椎弓根螺钉。结果与结论:(1)数字化影像导航辅助模块组一次置钉成功率显著高于徒手置入组(P<0.05);(2)数字化影像导航辅助模块组和徒手置入组均分别植入28枚螺钉,数字化影像导航辅助模块组置钉优良率为96%,显著高于徒手置入组的75%(P<0.05);(3)结果表明,采用数字化影像导航模块,能够有效的提高椎弓根螺钉置入成功率,并且该方法操作相对简单,易于掌握,能够根据每一位患儿情况制定个性化置钉方案。     

三维CT辅助颈椎椎弓根螺钉的置入

目的探讨三维CT在颈椎椎弓根螺钉置入手术中的应用。方法22例患者,其中男性14例,女性8例,年龄28～67岁(中位年龄46岁);9例为颈椎椎骨骨折,4例为颈椎肿瘤,6例为颈椎滑脱失稳,3例颈椎病。术前行SCT扫描三维重建,测量钉道的角度和安全范围,术中根据相关的数据选择螺钉,并进行个体化置钉,术后进行CT扫描,评估螺钉位置,计算每个螺钉置入的时间。结果导航下成功对22例患者共置入112枚颈椎椎弓根螺钉。术后CT椎弓根位置扫描:A级,104枚(92.8%);B级,5枚;C级,2枚;D级1枚。平均每枚螺钉置入的时间为9.3min(8～11min),术后临床无脊髓、神经和椎动脉损伤。结论在三维CT辅助下可以进行颈椎椎弓根个性化置钉,并能提高螺钉的准确性和效率。     

计算机辅助导航模板辅助颈椎椎弓根置钉可行性研究

目的：利用逆向工程原理和快速成型技术,通过尸体标本试验验证导航模板可行性及准确性。方法：选取成年男性正常颈椎骨标本1具,范围从C1-7CT连续断层扫描数据集,采用Mimics 8．1三维重建颈椎数字解剖模型。分别在Geomagic studio9、Magics 9．5软件平台打开三维重建模型,定位三维参考平面,利用逆向工程（RE）原理寻找椎弓根的最佳进钉通道,提取椎板的表面解剖学形态,建立与椎体后部解剖学形态一致的反向模板,拟合模板和椎弓根孔道成定位模板,将导航模板通过激光快速成形技术制造出实物模型。将制作的实物模板和标本的椎板相吻合,利用导航模板的导航孔置入椎弓根螺钉,术后根据CT扫描评价椎弓根螺钉位置的准确性。结果：成功的设计并制作出与椎体后部解剖学结构一致的导航模板。术后CT扫描显示,模拟手术置入的14枚椎弓根钉位置均为Ⅰ类。结论：利用逆向工程原理和快速成型（RP）技术为颈椎弓根的定位、定向提供了一种新的方法,具有较好的应用前景。     

个体化3D打印导向模板辅助上颈椎椎弓根螺钉置入的实验研究

目的 评价个体化3D打印导向模板辅助上颈椎椎弓根螺钉置入的准确性和安全性。方法 纳入2013年10月—2015年9月蚌埠医学院第二附属医院CT中心的13例上颈椎疾病患者术前CT检查数据,利用Mimics 15.0、Geomagic Studio 2013、NX 8.5三种计算机软件设计出寰枢椎椎弓根螺钉置钉导向模板,并运用3D打印技术打印出颈椎等比例实体模型和上颈椎椎弓根置钉导向模板。每例颈椎模型3D打印2份,分为两组:实验组利用导向模板辅助置入寰枢椎椎弓根螺钉;对照组采用影像学透视徒手置入寰枢椎椎弓根螺钉。两组上颈椎椎弓根螺钉均由同一名脊柱外科主任医师负责置入。以术后CT扫描数据评估上颈椎椎弓根螺钉置钉导向模板辅助置钉的准确性,对螺钉置入情况分类,依据螺钉在矢状面和横断面穿破椎弓根皮质程度以及是否需要翻修将其分为3类,其中Ⅰ类和Ⅱ类螺钉为可接受置钉,Ⅲ类螺钉为不可接受置钉。结果 实验组设计并打印出上颈椎3D打印导向模板19块,辅助置入螺钉37枚,其中Ⅰ类33枚(86.49%)、Ⅱ类2枚(8.11%)、Ⅲ类2枚(5.40%);模拟手术置入1枚螺钉平均时间为(5.37±1.26) min,X线机透视次数为(5.48±1.19)次,螺钉长(28.38±2.98)mm。对照组使用C形臂X光机透视下徒手置入上颈椎椎弓根螺钉合计37枚,其中Ⅰ类23枚(62.16%)、Ⅱ类3枚(8.11%)、Ⅲ类11枚(29.73%);模拟手术置入1枚螺钉平均时间为(11.48±2.32) min,X线机透视次数平均为(17.85±2.96)次,螺钉长(28.65±2.83)mm。实验组与对照组螺钉置入的成功率分别为94.60%(35/37)和70.27%(25/37),差异有统计学意义(Z=-5.790, P<0.05);实验组与对照组使用螺钉长度差异无统计学意义(t=0.399, P>0.05);实验组置入单枚螺钉用时和X光机透视次数均明显少于对照组,差异均有统计学意义(t=-14.078、-23.586, P值均<0.01)。结论 个性化导向模板辅助上颈椎置钉显著提高了置钉的安全性和准确性,尤其适用于严重畸形的上颈椎椎体。3D打印个体化上颈椎椎弓根螺钉置钉导板体现了个体化置钉原则,置钉成功率高、安全、有效、可行,有临床推广价值。     

个体化3D打印导向模板在下颈椎椎弓根螺钉置钉中的应用研究

目的 通过数字化骨科技术制作出个体化导向模板,在导板引导下在下颈椎实物模型上置入椎弓根螺钉,并比较其与传统徒手置钉方法在置钉准确率方面的区别。方法 随机选取芜湖市第二人民医院2021年1月至2021年12月住院行颈椎CT三维重建的患者CT资料30例,通过Mimics软件进行三维重建,模拟椎弓根螺钉置钉,设计出最佳进针钉道。继而通过逆向工程软件提取设计出个体化反向模板,3D打印制作出椎体模型及带钉道的导向模板。在C₃-C₆椎体模型上采用随机数字法随机于一侧应用导向模板辅助置入椎弓根螺钉(导向模板组),另一侧徒手置钉(徒手置钉组),检查并比较两组的置钉准确率。结果 所有颈椎椎体模型双侧均顺利完成置钉,共240枚螺钉。导向模板组116枚螺钉(96.7%)位置为Ⅰ级,4枚螺钉(3.3%)为Ⅱ级,而徒手置钉组73枚螺钉位置为Ⅰ级(60.8%),17枚螺钉(14.1%)为Ⅱ级,11枚螺钉(9.2%)为Ⅲ级,19枚螺钉Ⅳ级(15.8%),两组比较差异有统计学意义(P<0.05)。结论 通过计算机辅助软件与3D打印机制作出个体化导向模板,在导板引导下在...     

3D打印组合式导板辅助下颈椎前路椎弓根螺钉置入与徒手置钉的准确性对比

背景:下颈椎前路椎弓根钉内固定技术整合了前路和后路手术的优势,仅通过一次前路手术可解决减压和重建两个问题,但该技术固定难度风险大,而3D打印组合式导板的设计可以提高此技术置钉的安全性和准确性。目的:探讨3D打印组合式导板辅助下颈椎前路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6具成人防腐尸体的颈椎标本,男性2具,女性4具,年龄53-64岁,平均58.5岁,随机分为2组,每组3具颈椎标本。徒手置钉组行徒手置钉;导板辅助置钉组颈椎标本采用CT扫描后获得DICOM格式数据,将原始数据导入Mimics软件三维重建后进行下颈椎(C3-C7)前路椎弓根钉模拟安全钉道的计算机辅助设计,在Pro-E软件中设计出与模拟安全钉道匹配的克氏针定位圆柱帽和可拆分空心钉导向管,并建立与下颈椎椎体前缘贴合的基座,利用3D打印技术制作出导板,在该导板辅助下置钉。置钉后行颈椎CT扫描评价2种置钉方法的置钉可接受率。结果与结论:(1)徒手置钉组共置入30枚螺钉,术后CT扫描Grade 1级22枚,Grade 2级6枚,Grade 3级2枚,位置可接受的(Grade 1-2级)28枚(93%);导板辅助置钉组共置入30枚螺钉,术后CT扫描Grade 1级25枚,Grade 2级4枚,Grade 3级1枚,位置可接受的(Grade 1-2级)29枚(97%),2组下颈椎置钉的可接受率差异无显著性意义(P0.05);(2)结果表明,3D打印组合式导板的双重定位导向功能使下颈椎前路椎弓根螺钉的置入安全准确,与传统徒手置钉相比,3D打印组合式导板操作简单、易于掌握,体现了置钉的个体化。     

颈椎弓根置钉植入的新型3D打印导板有效性研究

目的　通过评价新型3D打印的导板在手术中植入颈椎椎弓根螺钉的有效性,旨在为颈椎内固定器械操作提供准确和安全的方法。 方法　6例无病损成人颈椎标本,CT扫描后重建颈椎的三维数字化模型,根据颈椎椎板的具体的解剖形态特征,设计与颈椎椎板的特异性反向模板,3D 打印出颈椎的导航模块,保证进钉通道的方向和深度。采用个体化的3D导板技术, 6例标本植入84枚钉,X线片和CT图像评价术前设计的椎弓根钉进入的长度和宽度与术后实际符合程度。 结果　通过数字化技术打印的个体化3D导板与颈椎椎板吻合程度高度一致,可以控制植入螺钉方向和长度。采用此导板植入的84枚螺钉中,79枚螺钉位于椎体内,5例穿破椎弓根外出骨皮质,无椎板周围重要解剖结构损伤,椎弓根钉进入的长度符合率达到100%,椎弓根钉进入的宽度符合率达到94.05%。 结论 新型3D打印导板使颈椎椎弓根植入的长度和宽度均达到良好的可控性,并且提高了颈椎椎弓根植入的安全性和准确率。     

Accuracy and efficacy of thoracic pedicle screws in scoliosis with patient-specific drill template

With the rapid increase in the use of thoracic pedicle screws in scoliosis, accurate and safe placement of screw within the pedicle is a crucial step during the scoliosis surgery. To make thoracic pedicle screw placement safer various techniques are used, Patient-specific drill template with pre-planned trajectory has been thought as a promising solution, it is critical to assess the efficacy, safety profile with this technique. In this paper, we develop and validate the accuracy and safety of thoracic transpedicular screw placement with patient-specific drill template technique in scoliosis. Patients with scoliosis requiring instrumentation were recruited. Volumetric CT scan was performed on each desired thoracic vertebra and a 3-D reconstruction model was generated from the CT scan data. The optimal screw size and orientation were determined and a drill template was designed with a surface that is the inverse of the posterior vertebral surface. The drill template and its corresponding vertebra were manufactured using rapid prototyping technique and tested for violations. The navigational template was sterilized and used intraoperatively to assist with the placement of thoracic screws. After surgery, the positions of the pedicle screws were evaluated using CT scan and graded for validation. This method showed its ability to customize the placement and the size of each pedicle screw based on the unique morphology of the thoracic vertebra. In all the cases, it was relatively very easy to manually place the drill template on the lamina of the vertebral body during the surgery. This method significantly reduces the operation time and radiation exposure for the members of the surgical team, making it a practical, simple and safe method. The potential use of such a navigational template to insert thoracic pedicle screws in scoliosis is promising. The use of surgical navigation system successfully reduced the perforation rate and insertion angle errors, demonstrating the clear advantage in safe and accurate pedicle screw placement of scoliosis surgery.     

3D打印导板在寰枢椎后路椎弓根螺钉固定术中的临床应用

目的 探讨3D打印导板技术辅助寰枢椎后路椎弓根螺钉固定术治疗寰枢椎骨折脱位的可行性及临床疗效。方法 回顾性分析2015年1月—2017年6月长沙医学院附属石门医院,采用3D打印导板技术辅助寰枢椎后路椎弓根螺钉内固定术治疗的11例寰枢椎骨折脱位患者的临床资料。其中男9例、女2例,年龄52～69岁。寰椎骨折4例,其中前弓骨折2例、前后弓骨折2例;枢椎骨折5例,其中ⅡC型齿状突骨折4例、Hangman骨折1例;寰枢关节脱位2例。术前将患者颈椎CT扫描断层Dicom数据导入逆向工程软件Mimics 17.0,对目标椎体进行分割重建,选取目标椎体后方结构表面形态蒙版扩张,采用布尔运算获得导板模型,分别使用聚乳酸高分子材料和光敏树脂材料3D打印快速成型制作寰枢椎骨折脱位模型以及导板模型。术前利用聚乳酸高分子材料打印的寰枢椎骨折脱位模型进行模拟手术操作,确认导板设计的准确性。光敏树脂材料导板采用环氧乙烷消毒后封装以备术中使用。手术采用常规颈椎后入路切口,术中充分暴露椎体后方表面结构形态,根据术前模拟操作,利用导板辅助置入寰枢椎椎弓根螺钉。记录患者手术时间、术中出血量以及并发症的发生情况。术后6个月根据CT扫描判断螺钉与椎弓根位置关系,采用Kawaguchi等方法评价螺钉置入质量;术后1年采用VAS评估患者颈肩部疼痛情况,采用JOA评分评价患者颈髓神经功能情况。结果 11例患者均顺利完成手术,手术时间(130.55±18.83)min;术中出血量(266.36±72.43)mL。11例患者共置入44枚椎弓根螺钉,术后6个月采用Kawaguchi等级评价标准评价螺钉置入质量:0级41枚(93.18%),1级2枚(4.55%),2级1枚(2.27%)。所有患者获随访,随访时间12～26个月,平均17.18个月。随访期间无切口感染、脑脊液漏等并发症出现。术后1年患者颈肩部疼痛VAS(1.00±0.77)分,明显低于术前的(7.91±1.04)分;颈髓神经功能JOA评分(13.45±1.69)分,明显高于术前的(8.18±1.17)分:差异均有统计学意义(t=3.020、14.685,P值均＜0.05)。结论 3D打印导板技术辅助寰枢椎后路椎弓根螺钉固定术治疗寰枢椎骨折脱位,可降低寰枢椎椎弓根螺钉置入的手术难度,提高置钉精准度,安全有效,可获得良好的近期临床疗效。     

导航模板辅助下颈椎皮质骨螺钉置入准确性的研究

目的　探讨基于皮质骨螺钉轨迹入路,导航模板辅助椎弓根螺钉置入的可行性和准确性。 方法　获取4具下颈椎标本（C3~7）CT数据,经Mimics软件三维重建后设计椎弓根皮质骨螺钉轨迹,并建立导航模板。随机分成2组,分别采用快速成型（RP）和数控机床技术（CNC）制造出两种材质导航模板并测量其在颈椎椎弓根辅助置钉的精确性。 结果　RP、CNC两组在进钉点的水平面上绝对偏差分别为：(0.28±0.24) mm、(0.32±0.23) mm;矢状面上分别为：(0.30±0.20) mm、(0.52±0.44) mm。钉道中点在水平面上分别为：(0.26±0.22) mm、(0.39±0.32) mm;矢状面上分别为：(0.37±0.29) mm、(0.49±0.50) mm。螺钉安全分级,RP组1级螺钉20枚;CNC组1级螺钉19枚,2级1枚。两组的绝对偏差值、安全分级差异均无统计学意义（P＞0.05）。 结论　CNC导航模板经皮质骨螺钉轨迹辅助置钉是可行的,为下颈椎椎弓根置钉提供了一种全新、安全的方法。     

CT evaluation of cervical pedicle in a Chinese population for surgical application of transpedicular screw placement

The lower cervical pedicle size differs between the Chinese and the non-Chinese population. Knowledge of pedicle dimensions and surface landmarks is crucial for the safe placement of screws, but few quantitative data concerning the lower cervical pedicle using CT scan and multiplanar reformations (MPR) in a Chinese population exist. The aim of this study was to evaluate lower cervical pedicle (C3-C7) dimensions in a Chinese population by computed axial tomography for surgical application. The dimensions of the pedicles (C3-C7) were determined in 60 patients from CT images of cervical spinal lesions. Measurements of pedicle height, width, pedicle axis length, effective length, and two angles of the pedicles, the distances from the projection point of the pedicle axis to the lateral edge of the lateral mass and to the inferior edge of the superior facet were measured. The smallest outer pedicle width was found at C3 among the female and C4 among the male. This measurement was significantly different between male and female patients in the outer pedicle width (P < 0.05; independent samples t test) at C3 and C4. The mean values of the outer pedicle width ranged from 5.4 to 6.7 mm in males, and 4.4 to 6.3 mm in females. The projection point of the pedicle axis in the lateral-superior area of the cervical lateral mass was the most important. There were significant correlations (P < 0.01; Kendall's W test) between the vertebral level and both pedicle angles (PTA and PSA). The smallest pedicle transverse angle was at C7 in males and females. The cervical spinal cord or vertebral artery may be at risk of injury if the angulation of the screw insert is over-medial or over-lateral in the transverse plane. Therefore, preoperative CT evaluation of pedicle transverse angle is very important. Considering the amount of variation among individuals, our data on CT measurements of pedicle in a Chinese population in conjunction with evaluation of the results of preoperative CT may enhance the safety of transpedicular screw fixation in the lower cervical spine.     

组配式角度定位仪与3D打印导航模板在椎弓根螺钉置钉中应用效果的对比研究

目的:对比分析角度定位仪与3D打印导航模板在椎弓根螺钉置钉中的临床应用效果。方法:前瞻性随机对照研究。纳入2017年1月—2020年7月溧阳市人民医院脊柱外科收治的脊柱骨折或脊柱退行性变患者40例,其中男18例、女22例,平均年龄59.55岁。术前均行CT薄层扫描,将获取的Dicom数据导入Mimics 19.0软件,...