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3D打印导板辅助置钉的可行性?

更新时间: 2019-12-13 10:27:27  查看次数: 316    

目前,寰枢椎椎弓根螺钉内固定技术已经广泛应用于寰枢椎脱位的内固定治疗。寰椎椎弓根螺钉技术又称寰椎经后弓侧块螺钉技术,与寰椎侧块螺钉技术相比,寰椎椎弓根螺钉技术进钉点由后弓下方上移到后弓,而寰椎后弓下方有丰富的静脉丛及C2神经根,因此,寰椎椎弓根置钉能够有效避免后弓下方静脉丛及C2神经根的损伤,从而减少出血及损伤C2神经根造成的枕颈部不适。由于寰椎椎弓根螺钉的钉道比侧块螺钉钉道长,寰枢椎椎弓根螺钉具有更强的抗拔除性能。此外,与寰椎Magerl螺钉技术相比,椎弓根螺钉技术具有在手术中进行提拉复位的优势,而Magerl螺钉技术需要术前完成寰枢关节的复位,术中不能进行复位。


传统寰枢椎椎弓根置钉方法主要依靠术前观察影像学资料,以及术中仔细辨识解剖结构进行置钉。然而,寰枢椎解剖结构复杂,徒手进行寰枢椎椎弓根置钉有较大难度,一旦出现置钉偏差即有可能造成椎动脉、脊髓、静脉丛及神经根的损伤。


为提高寰枢椎椎弓根置钉精确度,国内外学者使用了多种手术方法及技术进行辅助置钉。计算机导航辅助置钉已被证实能有效提高置钉精确度。Richter等使用传统方法对临床患者置入93枚椎弓根螺钉,使用计算机导航技术辅助置入167枚螺钉,结果发现传统方法组椎弓根突破率为8.6%,计算机导航组突破率为3.0%。然而,计算机导航辅助置钉存在的一些不足限制了其使用计算机导航操作复杂,学习曲线长,不易掌握;术中相邻节段的椎体一旦出现相对移位,就需要重新定位;延长手术时间,进而增加感染的风险;需要很大的经济投入,高昂的设备及软件系统只有为数不多的医疗机构能够负担。


3D打印导板辅助置钉是另一种提高置钉准确率的方法,术前使用软件制作出导板,并进行3D打印,术中即可在3D打印导板的引导下进行置钉。与计算机导航辅助置钉不同,3D打印导板辅助置钉不需要庞大的设备及术中复杂的操作步骤,该技术近几年得到了较多的研究与应用。3D打印辅助置钉最早由Radermacher等报道,其后导板的设计与制作得到了不断优化改进。Lu等结合逆向工程技术,设计出更加精密,带双侧导向孔的通道型导板,这种导板可以紧密贴附于颈椎椎板、棘突及侧块,因此进一步提高置钉精确度。在Lu等的试验中,对6具颈椎标本共置入84枚椎弓根螺钉,结果仅有2枚螺钉轻微突破椎弓根。胡勇等使用通道型导板对18具颈椎标本置入36枚椎板螺钉,结果显示所有螺钉均未穿破枢椎椎板腹侧或背侧皮质骨。


然而,我们在使用通道型3D打印导板辅助置钉时发现,术者不能再通道型导板引导的基础上进行钉道调整。术中术者只能被动的按照通道的引导的方向置钉,一旦导板与椎板贴合不紧密,置钉出现误差,术者难以在标杆的基础上调整钉道。此外,使用通道型导板辅助置钉时,需要对椎体后方肌肉等软组织进行充分剥离,而通道型导板含有两个平行于椎弓根的导向通道,向两侧张开成一定角度,因此需要剥离较大范围的软组织来获得空间安放导板,此种较大范围的软组织剥离会增加术中出血量。


为此,我们在通道型导板设计的基础上加以改进,设计出标杆型导板。标杆型导板去除了两侧的导向通道,代之以两个定位孔和两个导向标杆。在标杆型导板的设计过程中,定位孔的位置即为预设最佳进钉点的位置,导向标杆的方向即为预设最佳进钉的方向。此种标杆型3D打印导板的优势在于术者可在标杆指引的基础上进行钉道的调整。当出现因软组织剥离不充分等因素造成导板与寰枢椎后方骨性表面贴合不紧密时,标杆指引的方向将偏离最佳进钉方向,术中透视确认钉道发生偏移后,术者可结合自身经验在标杆指引的基础上调整钻探方向。此外,标杆型3D打印导板的另一个优势在于其对手术空间的需求减小。标杆型导板以位置偏内的导向标杆代替了位置偏外导向通道,减少了安放导板时对手术空间的要求,从而减少过多剥离造成的出血。


在本组病例中,导板组的术中透视次数明显小于传统组,差异具有统计学意义,说明此种标杆型导板有利于减少术中透视造成的辐射。术后的CT扫描显示,在传统组病例中,有4枚2级螺钉,1枚3级螺钉;而在导板组中,0级螺钉达96%,1级达4.0%,无2级或3级螺钉。统计学检验显示导板组的置钉准确度高于传统组,差异具有统计学意义说明标杆型导板能够通过提高置钉准确度而提高手术安全性。在传统组的这枚3级螺钉完全穿破寰椎皮质骨进入椎管,此螺钉的偏移很可能造成严重的神经功能损害。然而该患者术后未出现明显神经功能障碍,考虑为寰椎的椎孔空间较大,偏移的螺钉进入脊髓旁的椎管容许空间。


本组病例的研究结果与此前的报道结果存在一些异同点。Yang等比较了通道型导板辅助寰枢椎置钉与传统方法置钉的临床效果,结果发现导板组能明显降低术中透视次数,差异具有统计学意义;两组的手术时间、出血量均未发现统计学差异,这些与本组病例的研究结果一致。但Yang等发现导板组与传统组的置钉准确度无明显差异,这与本组病例的研究结果不一致。出现此种不同结果的原因可能包括以下几个方面,第一,本研究使用的为标杆型3D打印导板,与通道型导板不同,使用标杆型导板,术者可在导向标杆的基础上调整进钉方向。第二,本研究纳入的病例数更大,为54例,而Yang等纳入的病例为25例。第三,评价螺钉准确度时,Yang等使用的为二分类方法,而本研究使用了Lu等推荐的四分类方法,这种分类方法更加精确。



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