脊柱侧弯复杂椎弓根情况下5点定位法点状接触式椎弓根导航模板的应用

doi:10.12307/2024.037

中国组织工程研究 ›› 2024, Vol. 28 ›› Issue (18): 2859-2864.doi: 10.12307/2024.037

• 骨科植入物 orthopedic implant • 上一篇下一篇

脊柱侧弯复杂椎弓根情况下5点定位法点状接触式椎弓根导航模板的应用

王力航，陆廷盛，陈啟鸰，姚书眈，蒲兴魏，姬林松，赵国权，欧阳北平，张斌，杨再松，罗春山

北京积水潭医院贵州医院脊柱外科，贵州省贵阳市 550004

收稿日期:2023-02-24 接受日期:2023-04-07 出版日期:2024-06-28 发布日期:2023-08-24
通讯作者: 罗春山，博士，主任医师，北京积水潭医院贵州医院脊柱外科，贵州省贵阳市 550004
作者简介:王力航，男，1986年生，贵州省人，四川大学华西医院在读博士，副主任医师，主要从事脊柱外科、脊柱矫形、新型分子药物方面的研究。
基金资助:
贵州省科技支撑计划项目(黔科合支撑[2020]4Y131)，项目负责人：王力航；贵州省科技支撑计划项目(黔科合支撑[2022]一般264)，项目负责人：陆廷盛

Application of 5-point positioning point-contact pedicle navigation template in the case of scoliosis and complex pedicle

Wang Lihang, Lu Tingsheng, Chen Qiling, Yao Shudan, Pu Xingwei, Ji Linsong, Zhao Guoquan, Ouyang Beiping, Zhang Bin, Yang Zaisong, Luo Chunshan

Department of Spinal Surgery, Guizhou Hospital, Beijing Jishuitan Hospital, Guiyang 550004, Guizhou Province, China

Received:2023-02-24 Accepted:2023-04-07 Online:2024-06-28 Published:2023-08-24
Contact: Luo Chunshan, MD, Chief physician, Department of Spinal Surgery, Guizhou Hospital, Beijing Jishuitan Hospital, Guiyang 550004, Guizhou Province, China
About author:Wang Lihang, Doctoral candidate, Associate chief physician, Department of Spinal Surgery, Guizhou Hospital, Beijing Jishuitan Hospital, Guiyang 550004, Guizhou Province, China
Supported by:
Guizhou Science and Technology Support Project, No. [2020]4Y131 (to WLH); Guizhou Science and Technology Support Project, No. [2022] 264 (to LTS)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

3D 打印技术：是一种利用计算机辅助设计、数控技术、三维 CT 技术等快速成型技术，将数据立体化建模，并运用粉末状的金属或塑料等可黏合材料逐层融合叠加，最终打印出三维实物模型的技术。
5点定位法点状接触式椎弓根导航模板：在既往设计导航模板基础上，在胸椎以胸椎双侧上关节突外缘、双侧横突下缘、棘突根为定位点；在腰椎以双侧峡部、双侧上关节突外缘、棘突根为定位点。在4个外侧定位点做长度为 2 mm 的反折包覆形成爪状结构，在面向椎板面设置10个/cm2高1 mm的细圆锥体。完成5点定位法点状接触式导航模板钉道及定位点设计后，将导板文件导入 3D 打印机打印出椎弓根置钉导航模板。

背景：椎弓根导板具有多种优势，但仍然存在一些问题，例如软组织剥离不干净导致导板贴合不严密的钉道偏差；为了贴合导板仔细剥离软组织导致手术时间延长，出血量增加；导板的设计无法预知椎体旋转及体位变化影响导致贴合不严密等。

目的：探讨新型5点定位法点状接触式椎弓根导航模板在脊柱侧弯复杂椎弓根情况下的效用。
方法：筛选2020年2月至2023年2月北京积水潭医院贵州医院脊柱外科收治的存在椎弓根复杂情况的脊柱侧弯患者20例，行脊柱侧弯矫形术，术中使用5点定位法点状接触式椎弓根导航模板引导置钉；按纳入排除标准匹配34例既往病例资料作为经验置钉组，常规徒手置钉。对比两组患者的置钉时间、置钉出血量、置钉透视次数、手动改道次数、置钉等级及准确率、置钉并发症和主弯矫形率等指标。

结果与结论：①导航模板组与经验置钉组在性别、年龄、主弯冠状面Cobb’s角、主弯bending位Cobb’s角、椎弓根变异、顶椎旋转、融合节段、置钉数、置钉等级、置钉准确率、主弯矫形率方面差异均无显著性意义(P > 0.05)；②与经验置钉组相比，导航模板组在置钉时间(P=0.034)、置钉出血量(P=0.036)、置钉透视次数(P=0.000)、手动改道次数(P=0.021)方面更具优势；③两组患者的置钉相关并发症均为0例；④提示5点定位法点状接触式3D打印椎弓根导航模板具有爪状结构，牢固适配各种畸形椎板关节突，可避免漂移现象，准确置钉；具有尖端点状接触椎板结构，避免广泛彻底剥离后方结构，可减少出血量及手术时间，减少创伤；提前设计了进钉点进钉方向，可减少透视次数及手术时间；分节段设计，避免因麻醉体位改变等不适配；操作简便，置钉准确率高。

https://orcid.org/0000-0001-9623-1310 (王力航)

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

关键词: 脊柱侧弯, 复杂椎弓根, 3D打印, 椎弓根导航模板, 5点定位法点状接触式模板

Abstract: BACKGROUND: The pedicle navigation template has many advantages, but there are still some problems. For example, poor soft tissue dissection leads to poor adhesion of the pedicle navigation template, resulting in screw path deviation; careful dissection of soft tissue to fit the pedicle navigation template leads to prolonged surgery time and increased bleeding; the design of the pedicle navigation template cannot predict the vertebral rotation and the impact of body position changes, resulting in the poor fitting.
OBJECTIVE: To explore the utility of a new 5-point positioning point-contact pedicle navigation template in the case of scoliosis and complex pedicle.
METHODS: A total of 20 patients with scoliosis and complicated pedicle admitted to the Department of Spinal Surgery, Guizhou Hospital, Beijing Jishuitan Hospital from February 2020 to February 2023 were selected for scoliosis orthopedics. During the operation, the 5-point positioning point-contact pedicle navigation template was used to guide the screws. According to the inclusion and exclusion criteria, 34 cases were matched as the empirical nail placement group, and conventional barehanded nail placement was performed. The time of placement, the amount of bleeding, the number of fluoroscopies, the number of manual diversions, the level and accuracy of pedicle screws, the complications of placement, and the rate of correction of main curvature were compared between the two groups.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) There were no significant differences in sex, age, coronal Cobb’s angle of the main curvature, bending Cobb’s angle of the main curvature, pedicle variation, apex rotation, fusion segment, number of screws, level of screws, accuracy of screws, and rate of correction of main curvature between the navigation template group and the empirical nail placement group (P > 0.05). (2) Compared with the empirical nail placement group, the navigation template group had more advantages in time of placement (P=0.034), amount of bleeding (P=0.036), number of fluoroscopies (P=0.000) and number of manual diversions (P=0.021). (3) There were 0 cases of screw-related complications in both groups. (4) In conclusion, the 5-point positioning point-contact 3D printing pedicle navigation template has a claw-like structure. It can firmly adapt to various deformities of the lamina articular process, avoid drift, and accurately place the screws. It has a point-like contact lamina structure to avoid extensive and complete dissection of the posterior structure, and reduce bleeding, operation time, and trauma. Pre-designed screw entry points and directions can reduce the number of fluoroscopy and operation time. Segmental design can avoid discomfort due to changes in anesthesia position. The operation is simple and the accuracy of screw placement is high.

Key words: scoliosis, complex pedicle, 3D printing, pedicle navigation template, 5-point positioning point contact navigation template

中图分类号:

王力航, 陆廷盛, 陈啟鸰, 姚书眈, 蒲兴魏, 姬林松, 赵国权, 欧阳北平, 张斌, 杨再松, 罗春山. 脊柱侧弯复杂椎弓根情况下5点定位法点状接触式椎弓根导航模板的应用[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(18): 2859-2864.

Wang Lihang, Lu Tingsheng, Chen Qiling, Yao Shudan, Pu Xingwei, Ji Linsong, Zhao Guoquan, Ouyang Beiping, Zhang Bin, Yang Zaisong, Luo Chunshan. Application of 5-point positioning point-contact pedicle navigation template in the case of scoliosis and complex pedicle[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2024, 28(18): 2859-2864.

图/表（结果） 5

2.1 参与者数量分析纳入脊柱侧弯患者54例，分为导航模板组和经验置钉组，全部进入结果分析，无脱落。
2.2 试验流程图见图1。

2.3 基线资料比较两组患者基线资料比较，差异无显著性意义(P > 0.05)，具有可比性，见表2。

2.4 围术期情况导航模板组20例患者均顺利完成手术操作，共置236枚螺钉；手术时间220-400 min，平均(288.64±55.54) min；术中出血量640-1 800 mL，平均(917.74±368.57) mL；双节段全椎体截骨1例，单节段全椎体截骨7例，单节段经椎弓根椎体截骨3例，双节段邻椎不对称短缩截骨6例，原位融合1例；矫正率46%-71%，平均(57.85±9.46)%。
经验置钉组34例既往病例资料，共置413枚螺钉；手术时间200-420 min，平均(291.11±57.35) min；术中出血量610-1 950 mL，平均(921.46±375.37) mL；双节段全椎体截骨1例，单节段全椎体截骨12例，单节段经椎弓根椎体截骨7例，双节段邻椎不对称短缩截骨12例，原位融合2例；矫正率45%-70%，平均(56.71±9.00)%。
两组所有患者术中、术后均未出现神经损伤及大血管损伤，无脑脊液漏、感染、死亡病例，未出现内固定移位、松动及断裂。患者一般情况好，患者外形、躯干平衡较术前明显改善。
2.5 置钉情况导航模板组20例患者从切皮开始，到置入最后1枚螺钉为止，置钉时间55-130 min，平均(83.00±24.19) min；置钉出血量30-170 mL，平均(71.50±41.07) mL；置钉透视次数3-7次，平均(4.25±1.02)次；手动改道次数0-2次，平均(0.45±0.69)次。椎弓根螺钉置入等级共分4级，术后CT结果显示，Ⅰ级21枚，Ⅱ级13枚，Ⅲ级4枚，Ⅳ级0枚。置钉相关并发症0例。
经验置钉组34例既往病例的置钉时间为50-140 min，平均(97.50±25.80) min；置钉出血量30-250 mL，平均(105.45±62.90) mL；置钉透视次数3-9次，平均(6.30±1.76)次；改道次数0-6次，平均(0.91±0.85)次。椎弓根螺钉置入等级术后CT结果显示，Ⅰ级383枚，Ⅱ级22枚，Ⅲ级7枚，Ⅳ级1枚。置钉相关并发症0例。见表3，4。

综上，导航模板组与经验置钉组在性别、年龄、主弯冠状面Cobb’s角、主弯bending位Cobb’s角、椎弓根变异、顶椎旋转、融合节段、置钉数、置钉等级、置钉准确率、主弯矫形率方面差异均无显著性意义(P > 0.05)。与经验置钉组相比，导航模板组在置钉时间(P=0.034)、置钉出血量(P=0.036)、置钉透视次数(P=0.000)、手动改道次数(P=0.021)方面更具优势。
2.6 典型病例男性患者，16岁，发现背部侧后凸畸形5年入院，诊断先天性脊柱侧后凸畸形，身高151 cm。治疗相关影像学图片见图2。

2.7 植入物与宿主的生物相容性两组患者均未出现植入物周围感染、过敏反应、免疫反应及排斥反应等。

参考文献

[1] SAMDANI AF, RANADE A, SALDANHA V, et al. Learning curve for placement of thoracic pedicle screws in the deformed spine. Neurosurgery. 2010;66(2):290-294; discussion 294-295.
[2] GERTZBEIN SD, ROBBINS SE. Accuracy of pedicular screw placement in vivo.Spine.1990;15(1):11-14.
[3] MIEKISIAK G, KORNAS P, LEKAN M, et al. Accuracy of the Free-hand Placement of Pedicle Screws in the Lumbosacral Spine Using a Universal Entry Point: Clinical Validation. J Spinal Disord Tech. 2015; 28(4):E194-E198.
[4] LIU Z, JIN M, QIU Y, et al. The Superiority of Intraoperative O-arm Navigation-assisted Surgery in Instrumenting Extremely Small Thoracic Pedicles of Adolescent Idiopathic Scoliosis: A Case-Control Study. Medicine (Baltimore). 2016;95(18):e3581.
[5] WU AM, SHAO ZX, WANG JS, et al. The accuracy of a method for printing three-dimensional spinal models. PLoS One. 2015;10(4): e0124291.
[6] SUGAWARA T, HIGASHIYAMA N, KANEYAMA S, et al. Accurate and Simple Screw Insertion Procedure With Patient-Specific Screw Guide Templates for Posterior C1-C2 Fixation. Spine (Phila Pa 1976). 2017;42(6):E340-E346.
[7] 魏巍,邢龙颜,焦甲勋,等.数字化导航模板技术联合颈椎椎弓根螺钉植入的有效性及安全性:前瞻性、单中心、自身对照临床试验方案[J].中国组织工程研究,2017,21(35):5644-5648.
[8] 张树芳,陈荣春,郭朝阳,等.基于3D打印技术选择性椎弓根螺钉治疗青少年特发性脊柱侧凸[J] .中国组织工程研究,2016,20(48): 7225-7231.
[9] 闻志靖,高正超,卢腾,等.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[J] .中国骨伤, 2018,31(11):1069-1076.
[10] 严斌,孙永建,欧阳汉斌,等.3D打印导航模块辅助腰椎椎弓根螺钉精确植入的应用研究[J] .中国临床解剖学杂志,2017,35(2):156-159.
[11] 李洪珂,董胜利,刘帅,等.3D打印导航模板辅助置钉在脊柱侧弯术中的应用价值[J].生物医学工程与临床,2022,26(3):300-306.
[12] 王飞,刘志斌,张建华,等.3D打印导航模板在辅助寰枢椎椎弓根螺钉置入中的应用价值[J] .中国脊柱脊髓杂志,2017,27(1):61-68.
[13] 杜心如,赵玲秀,张一模,等.胸腰椎椎弓根内径的测量及其临床意义[J] .中国脊柱脊髓杂志,2001,11(3):162-164.
[14] 史亚民,柴伟,侯树勋,等.胸椎椎弓根形态测量研究[J].中国脊柱脊髓杂志,2002,12(3):191-193.
[15] 石锐,刘浩,袁元,等.不同节段椎弓根内部结构的测量和比较[J].中国临床解剖学杂志,2005,23(5):458-462.
[16] 侯树勋,史亚民.国人下胸椎及腰椎椎弓根形态学特点及其临床意义[J].中华骨科杂志,1994,14(4):222-225.
[17] KOTANI Y, ABUMI K, ITO M, et al. Accuracy analysis of pedicle screw placement in posterior scoliosis surgery: comparison between conventional fluoroscopic and computer-assisted technique. Spine (Phila Pa 1976). 2007;32(14):1543-1550.
[18] RAO G, BRODKE DS, RONDINA M, et al. Inter- and intraobserver reliability of computed tomography in assessment of thoracic pedicle screw placement. Spine (Phila Pa 1976). 2003;28(22):2527-2530.
[19] FISHER CG, SAHAJPAL V, KEYNAN O, et al. Accuracy and safety of pedicle screw fixation in thoracic spine trauma. J Neurosurg Spine. 2006;5(6):520-526.
[20] KIM YJ, LENKE LG, BRIDWELL KH, et al. Free hand pedicle screw placement in the thoracic spine: is it safe? Spine (Phila Pa 1976). 2004; 29(3):333-342.
[21] SUGAWARA T, HIGASHIYAMA N, KANEYAMA S, et al. Multistep pedicle screw insertion procedure with patient-specific lamina fit-and-lock templates for the thoracic spine: clinical article. J Neurosurg Spine. 2013;19(2):185-190.
[22] NIU G, CHENG J, LIU L, et al. Individualized 3D printed navigation template-assisted atlantoaxial pedicle screws vs. free-hand screws for the treatment of upper cervical fractures. Front Surg. 2022;9:932296.
[23] LU C, MA L, WANG X, et al. Comparison of 3D-printed Navigation Template-assisted Pedicle Screws versus Freehand Screws for Scoliosis in Children and Adolescents: A Systematic Review and Meta-analysis. J Neurol Surg A Cent Eur Neurosurg. 2023;84(2):188-197.
[24] 李玉伟,王海蛟,崔巍,等.O-arm导航、3D打印导板及C型臂X线机辅助下寰枢椎螺钉置入的准确性比较[J]. 中国脊柱脊髓杂志, 2023,33(1):9-18.
[25] 余城墙,韦建勋.3D打印技术在脊柱外科围手术期应用的研究进展[J]. 中国脊柱脊髓杂志,2019,29(3):275-278.
[26] 王力航,陈啟鸰,陆廷盛,等.头盆环牵引治疗重度僵硬型脊柱侧后凸伴复杂椎管内畸形的临床研究[J]. 中华外科杂志,2021,59(5): 370-377.
[27] 李洪珂,郝申申,王鹏程,等.3D打印导航模板辅助特发性脊柱侧弯椎弓根螺钉置入的准确性[J]. 中国组织工程研究,2020,24(30): 4757-4762.

引言

材料方法

1.1 设计对比观察试验，计量资料采用独立样本t检验，计数资料采用χ2检验。
1.2 时间及地点试验于2020年2月至2023年2月在北京积水潭医院贵州医院脊柱外科完成。
1.3 对象
纳入标准：①椎弓根发育不良或椎板融合的先天性脊柱侧弯；②椎弓根发育不良或椎板融合的神经纤维瘤病性脊柱侧弯；③椎弓根异常或椎板融合的陈旧性骨折后遗脊柱侧弯；④顶椎旋转超过40°的脊柱侧弯病例。
排除标准：①椎弓根发育正常的特发性脊柱侧弯；②术前伴有神经症状的患者；③合并椎管内畸形如脊髓纵裂、脊髓栓系、肿瘤、脊膜膨出等。
严格按照纳入与排除标准筛选2020年2月至2023年2月北京积水潭医院贵州医院脊柱外科收治的脊柱侧弯患者20例，男7例，女13例；年龄8-34岁，平均(16.33±6.53)岁。所有患者术前常规行全脊柱X射线片、CT及MRI检查。术前主弯冠状面Cobb’s角67°-136°，平均(88.55±18.94)°；主弯bending位Cobb’s角48°-116°，平均(79.45±18.07)° 。主弯顶椎位于胸段15例，胸腰段3例，腰段2例。融合节段4-11节椎体，平均(7.32±1.78)节，共计融合节段147节椎体，其中单侧椎弓根缺失3节，椎弓根内径小于同龄国人均值50% 14节[13-16]，椎弓根内径小于同龄国人均值75% 33节。2节椎板融合7例，3节椎板融合5例，4节椎板融合2例；顶椎旋转超过40° 6例。所有患者术前均未发现神经功能异常。
按纳入排除标准匹配34例既往病例资料作为对照组(经验置钉组)，病例来源于北京积水潭医院贵州医院脊柱外科，男12例，女22例；年龄6-33岁，平均(17.12±6.43)岁。术前主弯冠状面Cobb’s角59°-133°，平均(87.88±18.56)°；主弯bending位Cobb’s角44°-121°，平均(78.47±17.27)° 。主弯顶椎位于胸段26例，胸腰段5例，腰段3例。融合节段4-13节椎体，平均(7.55±1.92)节，共计融合节段257节椎体，其中单侧椎弓根缺失4节，椎弓根内径小于同龄国人均值50% 24节，椎弓根内径小于同龄国人均值75% 57节。2节椎板融合12例，3节椎板融合7例，4节椎板融合3例；顶椎旋转超过40° 10例。所有患者术前均未发现神经功能异常。
此次研究经北京积水潭医院贵州医院(贵州省骨科医院)医院医学伦理委员会批准(伦理批号：2019010A，审批时间：2019-10-08)，所有患者均知情同意并自愿参与此次研究。

1.4 材料植入物介绍见表1。

1.5 方法
1.5.1 导板制备患者术前行脊柱CT扫描，采用西门子
SOMATOM Drive CT检查，层厚0.24 mm，扫描图像以Dicom格式保存。将Dicom格式文件导入3D图像生成及编辑Mimics
21.0(Materialise 公司，比利时)软件，生成目标椎体的三维模型。在计算机辅助设计软件Creo 2.0(PTC公司，美国)中，使用直径4.5 mm的圆柱体模拟椎弓根螺钉，在双侧椎弓根内以平行于椎弓根的方向置钉，在3D界面的横断位、矢状位、冠状位观察钉道与椎弓根的位置关系，并对钉道进行细致调整，确保钉道不突破椎弓根骨皮质，极细椎弓根确保钉道不突破内侧皮质，无椎弓根椎体则跳过。以单个椎体为单位以该圆柱体中轴线为轴心，在椎板表面做长度为 30 mm、内径为3.0 mm、外径为4.5 mm的椎弓根中空引导管。在胸椎以胸椎双侧上关节突外缘、双侧横突下缘、棘突根为定位点；在腰椎以双侧峡部、双侧上关节突外缘、棘突根为定位点；在4个外侧定位点做长度为 2 mm 反折包覆形成爪状结构。在面向椎板面设置10个/cm2高1 mm的细圆锥体。各个椎体完成5点定位法点状接触式导航模板钉道及定位点设计后，通过布尔求差切除导板与椎体三维模型干涉部分，形成导板定位面。将导板文件导入 Forml+3D 打印机(Formlabs，美国)，用光敏树脂材料打印出椎弓根置钉导航模板。术前在3D打印出来的脊柱侧弯畸形椎体模型上进行手术模拟操作，通过导板通道经椎弓根打出通道，剖面观察通道均位于椎弓根内，未穿出椎弓根的骨皮质。体外试验证实了3D打印导板的精确性。确认方案可行后，将导板通过环氧乙烷消毒备用。
1.5.2 矫形手术导航模板组和经验置钉组患者手术均由同一组医生、同一位术者完成。两组患者均行脊柱侧弯截骨矫形内固定术，均使用同一生产厂家内固定器械。麻醉后取俯卧位，用软垫摆放体位，采用后路最上-最下固定椎棘突连线切口，剥离椎旁肌，显露融合范围的椎板及关节突。
导航模板组将各个椎体椎板的3D打印导航模板以卡钳结构牢固锁定在椎板上，以3.0 mm克氏针顺导板引导管缓慢钻入椎弓根，透视确认均在椎弓根内，逐级扩张钉道，探查钉道无误，攻丝，再次探查钉道，置入椎弓根螺钉，透视。
经验置钉组按常规徒手置钉，开口-开路-透视-探-扩大-探-攻丝-探-置钉-透视。
置钉完成后，按计划截骨，在截骨区切除两三个椎板，防止矫形后脊髓卡压或过度堆积造成脊髓损伤。截骨完成前先置单侧棒，截骨完成后上棒矫形。矫形完成后，进行麻醉唤醒试验。所有患者均在融合节段内行上位椎体的下关节突切除，增加矫正效果，创造植骨床。椎板打磨，行融合节段充分植骨。放置引流，逐层缝合切口，待患者麻醉清醒后，返回病房。
1.6 主要观察指标记录并对比两组患者置钉时间、置钉出血量、置钉透视次数、手动改道次数、置钉等级及准确率、置钉并发症和主弯矫形率。
椎弓根螺钉置入等级共分4级[17-20]：Ⅰ级为螺钉完全位于椎弓根内，没有穿破椎弓根皮质；Ⅱ级为螺钉穿破椎弓根皮质，穿破距离< 2 mm；Ⅲ级为螺钉穿破椎弓根皮质，穿破距离≥ 2 mm且< 4 mm；Ⅳ级为螺钉穿破椎弓根皮质，穿破距离≥4 mm。
1.7 统计学分析使用SPSS 22.0软件进行统计分析，计量资料以x±s表示，比较采用独立样本t检验，计数资料采用χ2检验，P < 0.05为差异有显著性意义。文章统计学方法已经北京积水潭医院贵州医院生物统计学专家审核。

讨论

脊柱侧弯伴有椎弓根发育不良、狭窄、缺失等病例并不少见，特别是先天性脊柱侧弯以及神经纤维瘤病性侧弯，且合并有椎板的结构异常和/或椎体的异常，这导致脊柱侧弯矫形术中对相关结构识别的偏差甚至错误，特别是依靠人字嵴、横突、关节突等解剖结构确定的椎弓根进钉点。椎弓根的狭窄变异、凹侧椎弓根发育不良、进钉点的识别偏差以及椎体的旋转，极易导致椎弓根置钉的偏差，进而减弱螺钉把持力影响矫形效果，甚至椎弓根的骨折，更严重的会导致神经根甚至脊髓的医源性损伤。为安全准确地置入椎弓根螺钉，必然广泛彻底显露术区及反复C臂透视，这都增加了手术时间、出血量、感染风险及辐射剂量[21-24]。
随着数字医学与骨科的结合，3D打印技术逐渐应用于脊柱骨科。3D打印导航模板应用于脊柱侧弯椎弓根螺钉固定矫形术具有优化术前规划、提供个体化及精准化治疗的特点，可降低置钉难度，提升置钉准确性[25]。如术前在计算机的辅助下可精确地测算出拟置螺钉的规格、设计进钉角度和进钉深度；模拟置钉操作可增加术者的操作熟练度，同时能够对置钉的关键区域和存在的难点进行预习，起到降低置钉过程中损伤脊髓、神经风险的作用[26]；术中置钉时可实时与3D模型进行对比、观察，明确解剖结构和毗邻关系，减少因椎体畸形变异而引发的判断失误和置钉相关并发症；导航模板与拟置钉节段具有良好匹配性，通过与椎板表面骨性结构的贴敷即可置钉，同时也可对置钉起到指导作用，减少了二次置钉次数，降低了置钉难度与风险；在置钉完成后只需进行一次验证性透视，极大地缩短了置钉时间、减少了X射线透视次数和置钉出血量[27]。导板具有以上多种优势，但在实际使用中仍然存在一些亟待解决的问题：①软组织剥离不干净导致导板贴合不严密的钉道偏差；②为了贴合导板仔细剥离软组织导致手术时间延长，出血量增加；③导板的设计无法预知椎体旋转及体位变化影响导致贴合不严密等。
此次研究基于以上不足，创新设计了5点定位法点状接触式椎弓根导航模板，使用导航模板共置钉236枚准确率98.5%，无神经并发症，说明5点定位法点状接触式椎弓根导航模板引导脊柱侧弯置钉安全有效。两组间病例主弯冠状面Cobb’s角、主弯bending位Cobb’s角、椎弓根变异、顶椎旋转、融合节段、置钉数、主弯矫形率等指标比较没有明显差异，说明5点定位法点状接触式3D打印椎弓根导航模板的使用并未限制脊柱侧弯手术的既往标准和效果。入组病例中存在椎弓根的狭窄变异、凹侧椎弓根发育不良、椎板的结构异常以及椎体旋转等不利于置钉的情况，但在导航模板的辅助下Ⅲ级不可接受螺钉只有4枚，无Ⅳ级螺钉，相较于经验置钉存在1枚Ⅳ级螺钉的情况，说明椎弓根导航模板能规避或减少椎弓根复杂情况下的置钉风险。在置钉时间、置钉出血量、置钉透视次数、手动改道次数等方面，5点定位法点状接触式椎弓根导航模板相较于经验置钉具有明显优势。究其原因，在置钉时间方面，经验置钉需要清晰识别椎板结构，需完整暴露关节突横突等结构，这就导致剥离暴露过程所需时间增加，其次上一代导航模板需要将椎板关节突横突完全剔除干净才能适配，这也是增加置钉时间的操作。作者创新设计的5点定位法点状接触式椎弓根导航模板具有爪状结构，能抓牢椎板，无论是正常结构的椎板还是结构异常的椎板，不会产生漂移。其次，模板的椎板接触面有10个/cm2
高1 mm的细圆锥体，以圆锥体的尖端接触椎板，能最大程度避免因椎板及周围结构有未完全剥离的软组织阻挡导致不能完全适配而产生漂移，导致置钉不准确。
以上创新可避免在暴露椎板过程中增加操作时间。在置钉出血量方面，经验置钉需暴露横突关节突，其周围有关节突返支血管，不可避免的会损伤该血管导致大量出血以及止血操作的时间累积。矫形手术的过程绝大部分不需要如此向外的广泛暴露，而5点定位法点状接触式3D打印椎弓根导航模板无需广泛的暴露即可实现椎弓根螺钉的置入，故而置钉时间可进一步缩短，同时一定程度上减少患者的手术创伤。在置钉透视次数方面，经验置钉在经验丰富术者操作下可做到全部置钉一次透视，但若遇到困难置钉情况，则需单枚螺钉2-4次透视。如若年轻术者甚至需要一钉一透视，当然此次研究前后两组患者均由同一经验丰富术者完成。导航模板组在椎弓根导板完全固定及克氏针开道后需一次透视，扩大钉道后需一次透视，置钉后需一次透视，整个矫形术的完全置钉只需3次透视。因导航模板的提前设计，以及避免漂移的创新设计，可最大程度降低需要透视的次数。在改道次数方面，经验置钉需识别进钉点、判断进钉方向、把握进钉手感等主观因素，不可避免出现置钉不可接受情况，增加手动改道的次数，甚至单钉反复改道，降低了螺钉的把持力，可能导致矫形效果下降。另外，入组病例存在椎弓根的狭窄变异、凹侧椎弓根发育不良、椎板的结构异常以及椎体旋转等不利于置钉的情况，进一步增加了经验置钉的难度，统计数据也表明改道次数的增加。
3D打印导航模板的使用可最大程度的降低主观因素的干扰，避免出现进钉点进钉方向的偏差，但若出现不可接受螺钉的发生，仍不可避免的需要手动改道调整螺钉，但导板仍然可作为参考避免反复改道。在实际使用中发现，虽然有椎弓根的变异狭窄、椎板的结构异常、顶椎的旋转，但克氏针均能准确的穿过椎弓根进入椎体，说明导板爪形结构的可靠性，避免漂移的发生。最终置钉等级和主弯矫形率两组比较没有差异，说明5点定位法点状接触式椎弓根导航模板的使用和既往经验置钉矫形能到达相同效果且并发症少，但在操作过程中能提高效率、缩短手术时间、减少术中出血量、减少手术创伤、减少透视次数和辐射剂量。
综上所述，5点定位法点状接触式3D打印椎弓根导航模板的优势如下：①具有爪状结构，牢固适配各种畸形椎板关节突，避免漂移现象，准确置钉；②具有尖端点状接触椎板结构，避免广泛彻底剥离后方结构，减少出血量，减少手术时间，减少创伤；③提前设计的进钉点进钉方向，减少透视次数，减少手术时间；④分节段设计，避免因麻醉体位改变等不适配；⑤操作简便，置钉准确率高。但3D打印技术的应用仍存在部分缺点，如3D打印设备成本高，打印材料选择少，导航模板经数据采集、建模、设计、打印、消毒等一系列步骤耗时长以及经济成本高等。同时，此次研究样本量小，在一定程度上影响可信度，仍需进一步研究支持。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

脊柱侧弯复杂椎弓根情况下5点定位法点状接触式椎弓根导航模板的应用

Application of 5-point positioning point-contact pedicle navigation template in the case of scoliosis and complex pedicle

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表（结果） 5

参考文献

相关文章 15

引言

材料方法

讨论

文章快阅

延伸阅读

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	王梦晗, 齐涵, 张元, 陈言智. 3种3D打印模型辅助治疗Robinson ⅡB2型锁骨骨折[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(9): 1403-1408.
[2]	宁天亮, 王坤, 王领彪, 韩鹏飞. 基于三点力原理对足内翻矫形器矫正效果的有限元分析[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(6): 891-899.
[3]	张之栋, 祁家龙, 裴少保, 马力, 王善松, 刘艺明. 3D打印导板技术联合多次去旋转治疗重度僵硬性脊柱侧凸[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(6): 922-926.
[4]	沈子青, 夏天, 单一波, 朱睿君, 万昊鑫, 丁浩, 潘枢, 赵军. 负载外泌体水凝胶修饰3D打印支架构建血管化的气道替代物[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(5): 697-705.
[5]	许晓东, 周骥平, 张琦, 冯辰, 朱勉顺, 史宏灿. 明胶/氧化纳米纤维素高弹性模量高孔隙皮肤支架的3D打印工艺[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(3): 398-403.
[6]	杨杰, 胡浩磊, 李硕, 岳玮, 徐弢, 李谊. 3D打印生物墨水在组织修复与再生医学中的应用[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(3): 445-451.
[7]	孔祥宇, 王兴, 裴志伟, 常家乐, 李斯琴, 郝廷, 何万雄, 张葆鑫, 贾燕飞. 生物支架材料及打印技术修复骨缺损[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(3): 479-485.
[8]	董汉青, 吴兴, 许朋成, 王晴雯, 张植生, 赵建勇. 3D打印精准定位指导尺神经沟成形治疗肘管综合征[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(18): 2825-2829.
[9]	曹怡静, 魏岁艳, 赵帅, 李冬瑶, 魏琴, 张旭婧, 许燕, 徐国强. 单轴及同轴载盐酸米诺环素骨支架抑菌性能的评价[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(10): 1547-1553.
[10]	焦文成, 代晶, 严文锐, 沈锦涛, 胡静璐, 金义光, 杜丽娜. 3D打印多功能敷料治疗放创复合伤[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(10): 1562-1567.
[11]	彭志鑫, 闫文刚, 王坤, 张振江. 3D打印前臂外固定支具的有限元分析与结构优化设计[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(9): 1340-1345.
[12]	贺垠皓, 李晓声, 陈宏文, 陈铁柱. 3D打印多孔钽金属治疗发育性髋关节发育不良：现状及应用前景[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(9): 1455-1461.
[13]	王彦金, 周英杰, 柴旭斌, 禚汉杰. 3D打印多孔钛合金椎间融合器在颈椎前路椎间盘切除植骨融合中应用效果与安全性的Meta分析[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(9): 1434-1440.
[14]	柴浩, 杨德勇, 张磊, 舒莉. 3D打印个性化截骨导板与传统全膝关节置换下肢力线准确性对比的Meta分析[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(4): 646-654.
[15]	吴敏辉, 唐昌烨, 代越星, 郑利钦, 李志鸿, 李少彬, 林梓凌. 不同灰度阈值的骨质疏松性骨小梁3D模型的力学性能差异[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(36): 5766-5770.