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快速成型导航模板辅助颈椎螺钉置入的研究进展
颈椎螺钉内固定技术凭借其高融合率、手术节段即刻固定及良好的矫形能力在临床上得到广泛应用.但由于解剖结构变异、椎弓根较细等原因,采用传统方法置钉难度较大,螺钉穿孔率较高,可引起神经血管损伤等严重并发症.近年来快速成型导航模板被报道应用于辅助颈椎螺钉置入,以提高螺钉置入的准确性.本文通过回顾及总结近20年来已发表关于导航模板辅助颈椎螺钉置入相关文献,系统介绍了导航模板的制作与使用方法、设计理念发展历程以及在颈椎手术中的应用现状.目前相关临床及尸体研究证实在颈椎手术中,使用快速成型导航模板辅助颈椎螺钉置入可降低螺钉穿孔率、术中电离辐射伤害及手术时间,值得在临床工作中推广应用.但是不同设计类型的导航模板的具体临床疗效没有很高的总结.因此,更多比较不同设计类型导航模板准确性与安全性的尸体及临床试验急需进行,以帮助临床医生选择合适的导航模板进行手术.
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导航模板辅助脊柱椎弓根内固定术与传统椎弓根内固定术手术效果比较的Meta分析
目的:系统评价快速成型导航模板辅助脊柱椎弓根内固定术与传统通过解剖标志定位的内固定术的优良率与疗效.方法:计算机检索2017年6月前PubMed、The Cochrane Library(2017年5期)、Clinical Trial、Google Scholar、Web of Science、中国知网(CNKI)、万方(Wanfang Data)和维普(VIP)等中英文数据库,查找有关于导航模板辅助脊柱椎弓根螺钉置入与传统置入术临床疗效对比的临床随机对照试验(RCT)和前瞻性病例对照研究或回顾性病例对照研究.由2位研究者分别根据纳入与排除标准进行文献筛选、数据提取,通过Cochrane Handbook对纳入的随机对照试验进行方法学质量评价,通过NOS量表对纳入的前瞻性病例对照研究和回顾性病例对照研究进行方法学质量评价,采用Cochrane协作网RevMan 5.3软件对两种椎弓根螺钉置入方式所得疗效指标进行Meta分析.结果:终共纳入7篇文献,包括2篇RCT、1篇前瞻性病例对照研究和4篇回顾性病例对照研究,共计237例患者,置入椎弓根螺钉1 688枚,其中导航模板组898枚螺钉,传统手术组790枚螺钉.Meta分析结果显示:导航模板组与传统手术组在螺钉置入优良率的差异有统计学意义[OR=5.05,95％CI(3.13,8.16),P＜0.00001];两组胸腰段手术时间存在差异,且差异具有统计学意义[WMD=-27.19,95％CI(-38.21,-16.17),P＜0.00001];两组术中出血量存在差异,且差异有统计学差异[WMD=-100.82,95％CI(-182.26,-19.37),P=0.02].结论:导航模板脊柱椎弓根螺钉内固定术与传统椎弓根螺钉内固定术相比具有更好的临床疗效,可以提高螺钉置入的优良率,减少手术时间及术中出血量.
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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 studio 9、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.
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3D打印导航模板辅助股骨颈骨折空心钉置入的应用价值
目的 探讨3D打印导航模板辅助置钉在股骨颈骨折空心钉内固定术中的应用价值.方法 回顾性分析自2015-10-2016-10采用空心钉内固定治疗的50例股骨颈骨折,25例术中应用3D打印导航模板辅助置钉(导板组),25例术中在C型臂X线机透视下徒手置钉(徒手组).比较2组手术时间、术中出血量、术中X线透视次数,以及末次随访时髓关节功能Harris评分.结果 导板组解剖复位22例,功能复位3例;徒手组解剖复位21例,功能复位4例.50例均获得随访,随访时间平均5.8(5～7)个月.导板组手术时间、术中X线透视次数少于徒手组,差异有统计学意义(P＜0.05).导板组与徒手组术中出血量、末次随访时髋关节功能Harris评分差异无统计学意义(P＞0.05).结论 股骨颈骨折空心钉内固定术中采用3D打印导航模板辅助置钉可减少手术时间及术中X线透视次数,可取得良好治疗效果.
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三维打印个体化导航模板在枕骨髁螺钉固定技术中的应用研究
目的：探讨一种基于三维打印技术制备个体化枕骨髁螺钉导航模板的可行性，并对该方法辅助置钉的准确性和安全性进行评估。方法：选取20具成人尸体的枕颈部标本，将其CT扫描数据导入Mimics软件，对枕骨至枢椎水平行选择性三维重建，观察并测量枕骨髁相关解剖结构以确定置钉参数。在计算机三维模型上虚拟枕骨髁螺钉钉道及其导向通道，设计与枕骨后部结构相贴合的阴模，将阴模与导向通道整合后利用三维打印技术成型，制作出枕骨髁模型及对应的个体化导航模板。然后导航模板辅助下分别于模型和尸体标本置入双侧枕骨髁螺钉，并通过解剖观察及CT扫描评估置钉准确性。结果：枕骨髁的大体形态及毗邻解剖结构个体差异较大，虚拟置钉后测得置钉轴位内倾角、矢状位倾角和进钉点至寰枕关节面的垂直距离分别为30.2°±6.3°、8.1°±2.6°和3.69±0.42mm。根据置钉参数设计并打印出20个枕骨髁模型及对应的个体化导航模板，在其辅助下成功置入双侧枕骨髁螺钉共40枚，置钉耗时（60.1±9.3）s。术后解剖观察及CT扫描提示所有螺钉均准确置入枕骨髁内。结论：使用Mimics软件能够根据CT扫描结果利用三维打印技术制作出个体化枕骨髁螺钉导航模板，辅助置钉准确性高，操作简单，为枕骨髁螺钉的精确置入提供了新思路。
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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.
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数字化腰椎椎弓根导航模板的临床应用
目的：探讨3D打印腰椎椎弓根导航模板在腰椎退变性疾病中应用的利与弊。方法：回顾性研究10例患者，男6例，女4例，平均年龄76岁，为腰椎间盘突出伴椎管狭窄患者，均使用导航模板但未成功植入螺钉。术前行64排CT扫描采集患者腰椎数据，mimics软件中设计腰椎椎弓根导航模板，利用3D打印技术制作出实体导板并临床应用。结果：椎弓根导航模板共22只，其中多椎体多通道导航模板3只；单椎体双通道导板三种，包括覆盖棘突导板6只、桥式导板8只、桥式椎板限位导板5只。22只腰椎导航模板在术中应用时均失败。结论：3D打印椎弓根导航模板在腰椎退变性疾病中应用时仍存在诸多问题，如导板贴附不佳、导板断裂、导板置入空间不足等问题，有待进一步改善。
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应用3D打印截骨导航模板进行胫骨截骨矫形的实验研究
目的：探索数字3D打印截骨导航模板在骨科截骨矫形治疗的临床意义。方法：选择1名胫骨畸形愈合的患者，通过提取该患者CT平扫所得的DICOM格式数据，利用计算机辅助处理软件（Mimics15.0和UnigraphicsNX9.0）进行图像处理、阈值分析等操作，建立与患者胫骨畸形愈合处三维互补的胫骨截骨导航模板的数字模型，并借助于3D打印机打印出实物模型，术中按照预先设计的截骨通道进行胫骨截骨矫形治疗。结果：3D打印截骨导航模板治疗胫骨畸形，术中操作简单，术后随访6月显示胫骨畸形矫正效果良好，患肢短缩得以纠正。结论：借助于3D打印技术所制成的截骨导航模板，为骨科截骨矫形的治疗提供了一种新的思路和方法，增加了截骨的精确性和安全性，未来应用前景广阔。
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导航模板在单侧髋关节发育不良全髋置换术中的初步应用
目的:利用计算机辅助设计与快速成形技术为单侧髋关节发育不良全髋置换髋臼假体的置入提供一种个性化、精确定位的方法.方法:22例成人单侧髋关节发育不良病人被随机分为两组,模板组(11例11髋)和对照组(11例11髋),分别采用导航模板辅助和标准常规技术完成全髋关节置换术.比较两组手术时间、术中失血量、以及髋臼杯外展角和前倾角的偏移度.模板组11例术前行骨盆连续螺旋CT扫描,将原始Dicom格式数据导入Amira3.1(TGS)软件,三维重建双侧髋关节模型,以STL格式保存,导入Imageware12.0软件,对重建髋臼进行形态学的测量,确定健侧髋关节解剖旋转中心,通过镜像确定患侧髋关节解剖旋转中心,设计髋臼侧假体佳置入方向,提取髋臼表面解剖学形态,建立与髋臼解剖学形态一致的导航模板模型,通过快速成形技术生成模板实体,手术时将导航模板与髋臼相吻合,通过导航孔行髋臼的打磨以及髋臼假体的定位,术后根据X线片评价髋臼侧假体的位置.结果:手术时间、术中平均出血量模板组与照组组之间无统计学差异(P＞0.05).对照组髋臼杯外展角偏移度(5.8°±2.9°)大于模板组(1.6°±0.4°)(P＜0.05),对照组髋臼杯前倾角偏移度(4.1°±2.8°)大于导航组(2.0°±1.1°)(P＜0.05).手术显示导航模板有较好的匹配性,术后X线片显示髋臼假体位置准确.结论:计算机辅助设计可以重建髋臼发育不良髋关节的旋转中心,为全髋关节置换髋臼侧假体的定位、定向提供有利的帮助,简化了手术过程.
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基于3D打印个性化手术导航模板辅助下的人工全膝关节置换
背景：膝关节的解剖形态个体差异显著，而传统膝关节置换手术定位力线方法复杂，不能准确预测术中患者的力线位置、假体大小及截骨量。
目的：探讨基于医学图像三维重建、计算机辅助设计技术以及3D打印制造的个性化手术导航模板辅助下全膝关节置换的临床效果。
方法：采用 CT 或者磁共振扫描设备对患者进行扫描，获取患者医学图像数据；采用二维医学图像处理技术进行骨骼的三维重构；利用计算机辅助设计技术进行导航模板的设计；采用3D打印技术制造个性化手术导航模板，并进行临床全膝关节置换；置换后采用影像学评估术后效果。
结果与结论：Arigin 3D Pro(昕健医疗技术有限公司)能够准确重构出患者下肢骨骼三维模型，自主研发的三维设计软件Arigin Surgical Templating(昕健医疗)能够精确定位包括下肢力线、股骨旋转轴等在内的下肢相关轴线及截骨参考点。该组研究设计和制作的个性化膝关节手术导航模板，术中和股骨髁与胫骨平台骨性解剖结构贴合紧密，无明显移动；全膝关节置换后患者下肢力线偏差小于3°。 -
中国导航模板数字骨科技术文献计量学分析
背景:随着数字骨科学的蓬勃发展,导航模板技术目前在骨科领域的应用越来越广泛,但尚未有从文献计量学角度分析国内导航模板数字骨科技术研究现状的文献报道.目的:基于文献计量学分析,了解导航模板技术在国内骨科领域的应用现状,探讨其发展趋势和研究热点,为国内数字骨科学的发展提供文献计量学依据.方法:以"导航模板相关关键词AND骨科学主题词"为检索策略,机检CBMdisc、CNKI、CSPD、CMCI等数据库,同时手检2016年骨科专业主要核心期刊(检索截止日期为2016-12-01),全文浏览并筛选命中文献,对终纳入的论文进行文献计量学分析.结果与结论:①国内早报道导航模板数字骨科技术的文章发表于2008年,9年间共发表相关论文199篇,2009至2014年每年均产出十余篇文献,2015,2016年则进入快速增长期;②文献主要发表在骨科专业杂志以及与数字骨科学密切相关的生物医学工程、基础医学、数字医学等专业期刊上;国内核心科技期刊为该主题贡献了86.9%的论文;《中华创伤骨科杂志》、《中华骨科杂志》、《中国组织工程研究》等杂志是发表该主题的重要期刊;③论文合著率为99.5%,合著度为6.15,张元智、丁焕文、陆声、陈玉兵、胡勇、黄轩、郑朋飞等为该主题的高产作者,核心作者发表文献占论文总数的53.8%,表明其核心作者群正在形成中;所有论文的第一作者均来自医院和大学院校,成都军区昆明总医院、广州军区广州总医院、内蒙古医学院附属医院、华南理工大学是发文多的机构;而两个机构以上合作产出的文献占54.8%,提示在大学科研单位的积极参与和强有力支持下,该主题研究科研力量雄厚,发展势头强劲.59.3%的论文获得基金资助,国家级、省部级基金占基金总数(239项)的64.0%,57.6%的基金文章为两项以上基金资助,提示该主题文献具有较高的研究水平和学术价值;④共被引763次,陆声、陈玉兵、张元智为高被引作者,成都军区昆明总医院、广州军区广州总医院、南方医科大学南方医院为高被引机构,《中华创伤骨科杂志》为高被引杂志;⑤主题分析结果表明,在模板设计制作及尸体标本研究的基础上,国内学者将导航模板技术应用于脊柱外科(尤其是颈椎外科)、创伤骨科、关节外科、骨肿瘤科、小儿骨科等各个领域,在辅助螺钉置钉、引导截骨矫形、辅助肿瘤精确切除与功能重建等方面进行了有益的尝试,取得了满意效果,但未有多中心大样本长期随访报道.
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应用动力髋螺钉治疗股骨转子下骨折导航模板与传统方法的效果比较
[目的]比较导航模板下与传统方法应用动力髋螺钉(DHS)内固定治疗股骨转子下骨折的效果.[方法]选择2009年2月～ 2010年12月期间接受导航模板与传统方法应用DHS治疗的16例股骨转子下骨折患者资料.随机分成常规手术组及导航模板组,两组均采用动力髋螺钉内固定.导航模板组通过数字化重建技术得到了基于动力髋螺钉个体化导航模板,重建的导航模板有较好的匹配性.采用Harris评分标准对术后随访1年手术效果进行评估.[结果]与传统组比较,导航模板组缩短了手术时间,减少了手术出血量,术后复查X线片见骨折端复位良好,内固定位置良好,应用Harris髋关节评分患者恢复良好,显著提高了手术的有效性,均达到了术前的预期效果.[结论]导航模板下DHS内固定具有缩短手术时间、术中出血量少、安全准确等优点,有其临床应用价值.
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3D打印技术在脊柱外科中的应用现状
3D打印技术作为一种新型的快速成型制造技术获得了越来越多的认可.此技术目前已经在医学领域有了比较广泛的应用,比如术前规划、手术导板、医学教育、定制假体、定制内置物以及非常有应用潜力的生物打印等.本文综述了目前3D打印技术在脊柱外科的的应用进展,同时对其在脊柱外科未来的应用进行展望.
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后路辅助寰椎椎弓根螺钉置钉技术的研究进展
近年来,后路寰枢椎椎弓根螺钉内固定术已成为手术治疗寰枢椎脱位的“金标准”.但寰椎的特殊结构和变异使得徒手椎弓根螺钉置钉具有极高的难度.随着计算机导航辅助系统、个性化导航模板的应用,使得寰椎椎弓根螺钉置钉的安全性、精确性不断提高.本文就后路辅助寰椎椎弓根螺钉置钉技术作一综述.
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3D打印个体化定位导板与徒手置钉技术治疗颈椎骨折脱位的疗效比较
[目的]比较3D打印个体化定位导板与徒手置钉技术治疗颈椎骨折脱位的疗效.[方法]随机将本院201 1年6月～2012年6月收治的60例颈椎骨折脱位患者分为对照组和观察组,每组30例.对照组采用徒手置钉技术治疗,观察组采用3D打印个体化定位导板技术治疗.比较两组手术时间、出血量、置钉情况.[结果]观察组手术时间、出血量均明显低于对照组(P＜0.05).观察组置钉成功率为93.3％,显著高于对照组的60％ (P＜0.05).[结论]相比于徒手置钉技术,3D打印个体化定位导板技术治疗颈椎骨折脱位,具有手术时间短、出血量少、置钉成功率高的优点.
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个体化颈椎椎弓根置钉导航模板的设计制作及其应用观察
目的：设计制作个体化颈椎椎弓根置钉导航模板，观察其辅助颈椎椎弓根螺钉置入的效果。方法对8具成人尸体标本颈椎（C3～C6）进行CT扫描获取数据，用MIMICS软件重建颈椎三维模型，设计颈椎椎弓根的佳进钉通道。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。后将椎弓根螺钉进钉通道和反向模板合成在一起，建立个体化颈椎椎弓根置钉导航模板的数据模型并以STL格式保存。用快速成型技术打印出导航模板实物。将导航模板与尸体椎体的后部结构贴合，辅助置入颈椎椎弓根螺钉，术后X线及CT检查评价椎弓根螺钉位置。结果共制作出个体化颈椎椎弓根置钉导航模板32个，充分暴露尸体椎体后部骨性结构，模板能够和椎体后部结构很好地贴合在一起。在无透视情况下置钉64枚。置钉过程中导航模板稳定性高，置钉顺利。术后X线和CT检查结果显示62枚螺钉完全在椎弓根内，1枚螺钉穿破椎弓根内侧壁，1枚螺钉穿破椎弓根外侧壁。结论成功设计制作了个体化颈椎椎弓根置钉导航模板，用其辅助颈椎椎弓根螺钉置入效果满意。
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3D打印技术在关节置换领域的应用现状
3D打印技术是一项材料工程领域的快速成型技术,其具有准确、快速成型的特性,受到医学界和社会的广泛关注.关节手术因涉及复杂的运动功能,需要精密、细致的术前规划及手术操作.本文就目前3D打印技术在关节置换术前规划、内植物材料、导航模板及骨组织工程支架方面的应用与发展进行综述.
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3D打印技术在骶神经调控术中精准穿刺的应用评估研究
目的:探讨基于CT三维重建、计算机辅助设计技术的3D打印技术在骶神经调控术中的应用及疗效评估.方法:2016年4月～2016年9月,12例行骶神经调控术的患者被纳入本研究,随机分为对照组5例、试验组7例.对照组采用传统X线透视下十字定位法,试验组采用3D打印技术制造个性化穿刺导航模板进行定位.两组患者性别、年龄、骶尾椎骨折、骶尾椎畸形、骶神经孔大小等一般资料差异无统计学意义(P＞0.05),具有可比性.统计两组患者穿刺进针次数、穿刺成功所需时间、术中调控测试时间及术后感染、出血等术后并发症作为评判指标进行临床疗效评估.结果:穿刺进针次数对照组(3.20±0.84)次vs.试验组(1.50±0.79)次(P＜0.01);穿刺成功所需时间对照组(25.80±8.41)min、试验组(9.42±3.31) min;术中调控测试时间对照组(40.20±7.76)min、试验组(30.86±3.63) min,两组间差异有统计学意义(P＜0.05);两组术后均无切口感染,术后3天切口渗血各有1例,差异均无统计学意义(P＞0.05).结论:骶神经调控术在3D打印出个性化的穿刺导航模板的辅助下,明显减少了穿刺的次数、缩短了穿刺时间、提高了术中调控测试的效率.同时与传统方法相比较,术后感染、出血等并发症发生率并无显著增加.该方法尤其适用于有骶骨骨折、畸形,骶神经孔狭小以及骶骨手术史的患者.同时我们还将进一步调整及完善3D打印设计方案,期待更好、更快、更方便的精准穿刺方法.
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3D打印个性化手术导航模板在成人发育性髋脱位髋臼重建中的应用
目的 评估3D打印个性化手术导航模板在发育性髋脱位髋臼重建中的应用价值.方法 成人发育性髋脱位患者19例19髋,Crowe分级Ⅲ级14髋,Ⅳ级5髋.术前模拟手术,制定手术方案,所有病例均采用全髋关节置换术,将3D打印个性化手术导航模板应用于髋臼重建中.结果 19例患者中1例失访,18例随访3~60个月,平均随访23.1个月.术前Harris评分为(35.3±3.9)分,随访时评分为(86.75±4.6)分,差异有统计学意义(P<0.01).术后患肢短缩畸形、跛行步态显著改善.3D打印的个性化髋臼重建手术导航模板具有良好的匹配性,术中与髋臼骨面完全贴附.术中按照导航模板的指引,快速地确定了真臼的位置,按导航模板确定的方向及角度打磨髋臼,假体与打磨好的髋臼窝完全匹配.X线片提示所有病例均显示髋臼假体位于真臼位置,与周围骨床结合紧密.结论 3D打印手术导航模板的应用为发育性髋脱位全髋关节置换髋臼重建的精确定位、定向提供一种新的个性化手术方案.
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椎弓根螺钉导航模板在上颈椎手术中的应用
目的 探讨上颈椎手术中椎弓根螺钉导航模板(Pedicle screw navigational template,PSNT)辅助椎弓根螺钉(Pedicle screw,PS)植入的准确性和可行性.方法 回顾性分析我科室收治的12例上颈椎畸形患者.术前根据患者上颈椎CT平扫数据获得个体化PSNT,并在手术过程中使用PSNT辅助PS的植入.术后观察患者CT平扫图像中PS与椎弓根和骨皮质的位置关系,并判断螺钉位置的优劣等级.结果 12例患者共放置34枚PS 34枚,其中20枚置入C2、8枚置入C3、2枚置入C4、2枚置入C5.PS位置Ⅰ级31枚(91.2％)、Ⅱ级2枚(5.9％)、Ⅲ级1枚(2.9％)、Ⅳ级0枚.优良率为97.1％.结论 在上颈椎手术中,PSNT为一有效可靠的导航方法,且能够显著降低术中电离辐射的暴露时间.值得在上颈椎手术中开展应用.
