数字化脊柱椎弓根导航模板在胸腰椎骨折中的应用

目的 利用逆向工程(RE)原理和快速成型(RP)技术设计一种新的胸腰椎椎弓根定位的方法.方法 取患者CT连续扫描数据集,应用三维重建软件Amira 3.1建立胸腰椎三维模型,以.stl格式导出模型.在Imageware 12.0平台打开三维重建模型,定位三维参考平面,利用RE原理寻找椎弓根的最佳进钉钉道.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模板.拟合模板和椎弓根孔道成定位模板,将椎体和定位模板通过激光RP技术生产出实物模板,手术时利用建立的定位模板与椎体的后部结构相吻合,通过导航孔进行胸腰椎椎弓根的定位,置入椎弓根螺钉.术后根据X线片和CT扫描评价椎弓根螺钉的位置.结果 建立了制作个体化导航模板的方法,通过RP技术生产出的导航模板具有较好的准确性,适用于胸腰椎椎弓根螺钉的导航定位. 结论 利用RE原理和RP技术为胸腰椎椎弓根定位提供了一种新的方法,具有较大的应用前景.     

数字化导航模板在上颈椎椎弓根定位中的初步临床应用

目的 观察数字化导航模板在上颈椎椎弓根定位中的初步临床应用.方法 对患者进行CT连续扫描,三维重建软件Amira 3.1建立上颈椎三维模型,以STL格式导出模型.在UG Imageware 12.0平台打开三维重建模型,定位三维参考平面.利用RE原理寻找椎弓根的最佳进钉钉道.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模板.拟合模板和椎弓根孔道成定位模板,将椎体和定位模板通过激光RP技术生产出实物模板,手术时利用建立的定位模板与椎体的后部结构相吻合,通过导航孔进行上颈椎椎弓根的定位,置入椎弓根螺钉.术后根据X线片和CT扫描评价椎弓根螺钉的位置.结果 通过3例患者建立了制作个体化导航模板的方法,术后CT扫描显示椎弓根螺钉的位置准确,未出现相关椎弓根钉置入并发症.结论 利用RE原理和RP技术生产出的导航模板具有较好的准确性,为上颈椎椎弓根置钉提供了一种新的方法,具有较大的应用前景.     

计算机辅助导航模板在下颈椎椎弓根定位中的临床应用

目的 利用逆向工程(reverse engineering,RE)原理和快速成型(rapid prototyping,RP)技术设计一种新的下颈椎椎弓根定位的方法,并探讨其临床应用.方法 采用患者CT连续扫描数据集,三维重建软件Amira 3.1建立颈椎三维模型,以STL格式导出模型.在UG Imageware 12.0平台打开三维重建模型,定位三维参考平面.利用RE原理寻找椎弓根的最佳进钉钉道.提取椎板的表面解剖学形态,建立与椎体后部解削学形态一致的模板.拟合模板和椎弓根孔道成定位模板,将椎体和定位模板通过激光Rp技术生产出实物模板,手术时利用建立的定位模板与椎体的后部结构相吻合,通过导航孔进行下颈椎椎弓根的定位,植入椎弓根螺钉.术后根据X线片和CT扫描评价椎弓根螺钉的位置.结果 建立了制作个体化导航模板的方法,通过RP技术生产出的导航模板具有较好的准确性,适用于颈椎椎弓根螺钉的导航定位.结论 利用RE原理和RP技术为颈椎椎弓根的定位提供了一种新的方法,该方法为下颈椎椎弓根螺钉植入提供了一种新的方法,具有较大的应用前景.     

脊柱椎弓根定位数字化导航模板的试验研究

目的 利用逆向工程原理和快速成型技术为脊柱椎弓根定位提供一种新的方法,并通过尸体标本试验验证其可行性.方法 选取老年男性正常人体脊柱标本一具,范围:L1-3 CT连续扫描数据集,三维重建软件Amira3.1建立L4-3,椎体模型,以.stl格式导出模型.在UG lmageware 12.0平台打开三维重建模型,定位三维参考平面.利用椎弓根内切圆原理设计椎弓根的最佳进钉钉道.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模板.拟合模板和椎弓根孔道成定位模板,将椎体和定位模板通过激光快速成型技术生产出实物模板.将制作的实物模板与标本的椎板相吻合,利用导航模板的导航孔进行椎弓根的定位,置入椎弓根钉,术后利用X线片、CT扫描验证椎弓根钉位置的准确性.结果 建立了椎体个体化钉道模型,通过快速成型技术生产出的带椎弓根准确信息的导航模板具有较好的准确性.结论 利用逆向工程原理和快速成型技术为椎弓根的定位提供了一种新的方法,该方法为脊柱椎弓根螺钉的置入提供了一种新的方法,值得进一步在临床推广应用.     

脊柱椎弓根定位数字化导航模板的设计

目的 利用逆向工程原理和快速成型技术为脊柱椎弓根定位提供一种新方法.方法 C3单关节交锁伴关节突骨折患者CT连续扫描数据集,将断层扫描数据导入Amira 3.1软件,三维重建C3椎体模型,以.stl格式导出模型.在Imageware 12.0平台打开三维重建模型,定位三维参考平面.利用逆向工程原理寻找椎弓根的最佳进钉钉道.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模板.拟合模板和椎弓根孔道成定位模板,将椎体和定位模板通过激光快速成形技术生产出实物模板. 结果 建立了制作个体化导航模板的方法,通过快速成型技术生产出的带椎弓根的导航模板具有较好的准确性. 结论 利用逆向工程原理和快速成型技术为椎弓根的定位和置钉提供了一种新的方法,具有较大的应用前景.     

骶骨骨折手术导航模板的设计与临床应用

目的 利用三维重建与逆向工程技术为骶骨骨折手术固定提供一种精确匹配的方法. 方法对2006年6月至2008年9月收治的6例骶骨骨折患者骨盆进行连续螺旋CT扫描,将原始.dicom格式数据导入Amira3.1(TGS)软件,三维重建骨折模型以.8tl格式保存,导入Image-ware10.0软件,模拟复位后设计拉力螺钉固定的最佳方向及长度,提取髂骨后部解剖学形态,建立与髂后上棘解剖学形态一致的模板,拟合模板和骶髂关节拉力螺钉孔道成定位模板,将定位模板通过激光快速成形技术生产出实物模板,手术时将建立的定位模板与髂骨后部结构相吻合,通过导航孔进行拉力螺钉的定位,置入拉力螺钉. 结果 6例患者拉力螺钉固定位置满意,重建的导航模板有较好的匹配性.本组6例患者手术时间为40～80min,术中出血量150～400mL术中X线暴露时间为2～6min.经6～24个月随访,根据Majeed评分标准评定疗效:优2例,良3例,可1例. 结论通过三维重建与逆向工程分析构建的定位导航模板为骶骨骨折拉力螺钉的定位、定向提供了一种新的方法.     

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。     

数字化技术在脊柱畸形手术中的应用

目的 介绍利用数字化技术为脊柱畸形手术提供更好的术前设计和术中实施措施.方法 2006年11月至2011年8月利用三维可视化技术进行脊柱畸形术前计划,并采用个体化导航模板辅助置钉进行脊柱畸形纠正手术58例,男 21例,女37例;年龄3～68岁,平均21岁.先对脊柱畸形部位行三维CT扫描,图像以dicom格式保存,然后转换到Mimics软件里生成需要的脊柱三维重建模型,通过术前脊柱畸形三维可视化研究进行手术规划;通过建立与椎体后部解剖学形态一致的模板设计虚拟的导向模板,将椎体和定位模板通过快速成型技术生产出实物导航模板,通过导航模板辅助畸形椎体的置钉 . 结果 通过虚拟三维模型的术前规划为手术的准确实施提供了良好参考在术中通过建立的导航模板准确地完成了各种螺钉的精确置入,每枚螺钉的置入时间0.7～1.2min,平均1.03 min,未出现与置钉相关的并发症. 结论 利用数字化技术提高了对脊柱畸形的一进步认识,并为脊柱畸形手术各种内固定螺钉的置入提供了一种新的方法.     

数字化技术设计腰椎椎弓根固定定位导航模板

目的 利用数字化技术为椎弓根固定定位提供一种精确匹配的方法. 方法 选择正常成人腰椎CT连续断层扫描数据集,将断层扫描数据导入Amira 3.1软件,三维重建L2椎体数字解剖模型,然后将三维重建模型导入Imageware 10.0软件,确定椎弓根位置,获取椎弓根点云轮廓,确定通道最大安全区、方向轴,设计钉道,提取椎体后部部分表面形态解剖结构及钉道模型,最后导入RapidForm 2004软件,建立与模型形态一致的定位导航模板. 结果 通过数字化重建技术得到了腰椎个体化导航模板的制作方法,重建的导航模板有较好的匹配性. 结论 利用数字化技术重建的导航模板为腰椎椎弓根的定位、定向固定提供了一种新的方法.     

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。     

A novel computer-assisted drill guide template for placement of C2 laminar screws

The present method of C2 laminar screw placement relies on anatomical landmarks for screw placement. Placement of C2 laminar screws using drill template has not been described in the literature. The authors reported on their experience with placement of C2 laminar screws using a novel computer-assisted drill guide template in nine patients undergoing posterior occipito-cervical fusion. CT scan of C2 vertebrae was performed. 3D model of C2 vertebrae was reconstructed by software MIMICS 10.01. The 3D vertebral model was then exported in STL format, and opened in a workstation running software UG imageware12.0 for determining the optimal laminar screw size and orientation. A virtual navigational template was established according to the laminar anatomic trait. The physical vertebrae and navigational template were manufactured using rapid prototyping. The navigational template was sterilized and used intraoperative to assist the placement of laminar screw. Overall, 19 C2 laminar screws were placed and the accuracy of screw placement was confirmed with postoperative X-ray and CT scanning. There were not complications of related screws insertion. Average follow-up was 9 months (range 4–13 months), 77.8% of the patients exhibited improvement in their myelopathic symptoms; in 22.2% the symptoms were unchanged. Postoperative computed tomographic (CT) scanning was available for allowing the evaluation of placement of thirteen C2 laminar screws, all of which were in good position with no spinal canal violation. This study shows a patient-specific template technique that is easy to use, can simplify the surgical act and generates highly accurate C2 laminar screw placement. Advantages of this technology over traditional techniques include planning of the screw trajectory is done completely in the presurgical period as well as the ability to size the screw to the patient’s anatomy.     

快速成型导向模板技术在枢椎椎板交叉螺钉置钉中的应用

 目的 验证在快速成型导向模板辅助下枢椎椎板交叉螺钉置钉的安全性、准确性及偏差因素分析。方法 选取正常颈椎标本18具,行螺旋CT扫描。扫描数据经Mimics软件三维重建后行枢椎椎板交叉螺钉最佳钉道的计算机辅助设计,建立与枢椎椎板及棘突后表面解剖结构互补的基板,组合形成导向模板。在激光快速成型机上进行导向模板实体化,利用导向模板辅助置钉。扫描置钉后的标本,分割重建螺钉钉道路径。将置钉前后的标本配对拟合,测量理想钉道与实际螺钉的进钉点及进钉角度。结果 上、下位椎板螺钉理想钉道长度分别为(29.12±1.39)、(29.62±1.40) mm;内倾角分别为56.20°±2.07°、56.02°±1.72°。下位椎板螺钉实际钉道内倾角和尾倾角分别为56.28°±1.54°、0.13°±0.65°;上位椎板分别为55.48°±1.75°、-0.19°±1.54°。下位椎板螺钉进钉点在X、Y、Z轴上的偏移分别为(0.69±1.79)、(2.54±4.86)、(0.63±1.37) mm;上位椎板分别为(0.64±1.61)、(2.36±4.85)、(0.62±1.38) mm。理想钉道与实际螺钉进钉点、钉道方向的差异无统计学差异。结论 利用数字化快速成型导向模板技术辅助枢椎椎板交叉螺钉置钉提高了置钉的安全性和准确性,理论上可降低椎动脉和脊髓损伤的风险。     

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。     

Placement of C2 laminar screws using three-dimensional fluoroscopy-based image guidance

The use of C2 laminar screws in posterior cervical fusion is a relatively new technique that provides rigid fixation of the axis with minimal risk to the vertebral artery. The techniques of C2 laminar screw placement described in the literature rely solely on anatomical landmarks to guide screw insertion. The authors report on their experience with placement of C2 laminar screws using three-dimensional (3D) fluoroscopy-based image-guidance in eight patients undergoing posterior cervical fusion. Overall, fifteen C2 laminar screws were placed. There were no complications in any of the patients. Average follow-up was 10 months (range 3–14 months). Postoperative computed tomographic (CT) scanning was available for seven patients allowing evaluation of placement of thirteen C2 laminar screws, all of which were in good position with no spinal canal violation. The intraoperative planning function of the image-guided system allowed for 4-mm diameter screws to be placed in all cases. Using modified Odom’s criteria, excellent or good relief of preoperative symptoms was noted in all patients at final follow-up. Eric W. Nottmeier, MD is a paid consultant for BrainLAB.     

Application of navigation template to fixation of sacral fracture using three-dimensional reconstruction and re-verse engineering technique

Objective: To provide a new method in the fixation of sacral fracture by means of three-dimensional reconstruc-tion and reverse engineering technique.Methods: Pelvis image data were obtained from three-dimensional CT scan in patients with sacral fracture. The data were transferred into a computer workstation. The three-dimensional models of pelvis were reconstructed using Amira 3.1 software and saved in STL format. Then the three-dimensional fracture models were imported into Imageware 9.0 software. Different situations of reduction (total reduction, half reduction and non-reduction) were simulated using Imageware 9.0 software. The best direction and loca-tion of extract iliosacral lag screws were defined using re-verse engineering according to these three situations and navigation templates were designed according to the ana-tomic features of the postero-iliac part and the channel. The exact navigational template was made by rapid prototyping.Drill guides were sterilized and used intraoperatively to as-sist in surgical navigation and the placement of iliosacral lag screws.Results: Accurate screw placement was confirmed with postoperative X-ray and CT scanning. The navigation template was found to be highly accurate. Conclusion: The navigation template may be a useful method in minimal-invasive fixation of sacroiliac joint fracture.     

改良金属个性化导航模板辅助颈椎椎弓根置钉的准确性

目的探讨利用激光选区熔化成型技术制作金属材质手术导航模板的可行性及准确性。方法选取新鲜成人正常颈椎标本(C_(1～6))8具,随机分为金属导航模板组(金属组)和树脂导航模板组(树脂组),每组4具。所有标本均通过CT扫描获取dicom格式数据,将数据导入计算机后,根据分组设计并制作金属或树脂颈椎椎弓根螺钉导航模板。2组分别在相应导航模板辅助下置入椎弓根螺钉,行CT钉道扫描,对2种模板的准确性和安全性进行评价。结果8具标本分别于C1～6的每个节段置入2枚螺钉,每组48枚,共计96枚。金属组置钉准确率为87.5%(42/48),树脂组为70.8%(34/48),2组比较差异有统计学意义(P 0.05)。金属组置钉安全率为97.9%(47/48),树脂组为93.8%(45/48),2组比较差异无统计学意义(P 0.05)。结论利用激光选区熔化成型技术制作的改良金属个性化导航模板具有良好的置钉准确性和安全性,为颈椎椎弓根螺钉的精确置入提供了一种新的方法。     

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.