基于3D打印技術(shù)選擇性椎弓根螺釘治療青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸

1、www.CRTER.org張樹芳，等. 基于3D打印技術(shù)選擇性椎弓根螺釘治療青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸基于3D打印技術(shù)選擇性椎弓根螺釘治療青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸張樹芳，陳榮春，郭朝陽，葉書熙，鐘紅發(fā)，游 輝(南昌大學(xué)附屬贛州醫(yī)院脊柱外科，江西省贛州市 341000)引用本文：張樹芳，陳榮春，郭朝陽，葉書熙，鐘紅發(fā)，游輝. 基于3D打印技術(shù)選擇性椎弓根螺釘治療青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸J.中國組織工程研究，2016，20(48):7225-7231.DOI: 10.3969/j.issn.2095-4344.2016.48.012 ORCID: 0000-0002-7437-1264(郭朝陽)文章快速閱讀：3

2、D打印技術(shù)如何對選擇性椎弓根螺釘治療青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸起輔助作用張樹芳，男，1983年生，江西省贛州市人，2012年南方醫(yī)科大學(xué)畢業(yè)，博士，主治醫(yī)師，主要從事脊柱外科工作。通訊作者：郭朝陽，副主任醫(yī)師，南昌大學(xué)附屬贛州醫(yī)院脊柱外科，江西省贛州市 341000中圖分類號:R318文獻標(biāo)識碼:B文章編號:2095-4344(2016)48-07225-07稿件接受：2016-09-08文題釋義：3D 打?。簝?nèi)固定前對患者進行CT掃描，獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，通過可以“打印”出真實物體的3D 打印機，打印出脊柱側(cè)凸模型。在傳統(tǒng)的脊柱側(cè)凸矯形術(shù)中，脊柱外科醫(yī)師是通過內(nèi)固定前X射線進行規(guī)劃，術(shù)中是通過C臂X射線

3、及手感來進行椎弓根螺釘置入和矯形。但這種手術(shù)方案的質(zhì)量高低主要依賴于醫(yī)師個體的手術(shù)臨經(jīng)驗和技能，而且這種方式無法被參與操作的的每一位成員共享。通過3D打印技術(shù)，脊柱外科醫(yī)師可以通過模擬真實的環(huán)境中進行模擬矯形手術(shù)及矯形后結(jié)果預(yù)測，從而減少手術(shù)時間和手術(shù)創(chuàng)傷。選擇性椎弓根螺釘：青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸椎弓根釘置入增多同樣也增加脊髓、神經(jīng)損傷的風(fēng)險，特別是上胸椎，一旦發(fā)生，其后果十分嚴(yán)重，選擇關(guān)鍵椎置釘明顯降低了手術(shù)風(fēng)險及患者的醫(yī)療費用。摘要背景：目前外科手術(shù)前通過3D打印技術(shù)進行規(guī)劃和手術(shù)設(shè)計已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢，并且應(yīng)用于骨盆骨折、腫瘤切除并取得了良好的效果，但應(yīng)用于青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸的術(shù)前規(guī)劃

4、的報道還很少。目的：探討青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者內(nèi)固定前采用3D打印仿真脊柱側(cè)凸型體外模擬手內(nèi)固定后應(yīng)用選擇性椎弓根螺釘治療的臨床療效。方法：回顧性分析2014年6月至2015年6月青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者70例，內(nèi)固定前先將患者CT薄層掃描數(shù)據(jù)用DICOM格式導(dǎo)入Mimics軟件進行三維重建、虛擬內(nèi)固定設(shè)計，采用3D技術(shù)打印出患者虛擬復(fù)位后的仿真脊柱側(cè)凸模型，并按照虛擬內(nèi)固定設(shè)計方案進行椎弓根螺釘最佳位置設(shè)計、螺釘長度測量、螺釘進入途徑設(shè)計等一系列內(nèi)固定前模擬內(nèi)固定，然后現(xiàn)實手術(shù)行選擇性節(jié)段椎弓根螺釘內(nèi)固定三維矯形。結(jié)果與結(jié)論：與內(nèi)固定前相比，患者內(nèi)固定后冠狀面主胸彎Cobb角、頂椎偏距明顯

5、改善，且未出現(xiàn)神經(jīng)、血管和內(nèi)臟損傷等并發(fā)癥，同時椎弓根螺釘置入良好。說明3D打印技術(shù)可使手術(shù)更加精準(zhǔn)、安全、完美及脊柱矯正率提高。內(nèi)固定前模擬螺釘置入、螺釘數(shù)據(jù)測量縮短了手術(shù)時間。關(guān)鍵詞：骨科植入物；脊柱植入物；青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸；脊柱植入物；腰椎：外科手術(shù)；椎弓根螺釘；數(shù)字化設(shè)計；3D 打印；準(zhǔn)確性主題詞：脊柱側(cè)凸；計算機輔助設(shè)計；組織工程基金資助：江西省衛(wèi)計委課題(20157172)3 P.O.Box 1200,Shenyang 110004 kf23385083Three-dimensional printing-assisted selective segmental pedjcle

6、 screws for adolescent idiopathic scoliosisZhang Shu-fang, Chen Rong-chun, Guo Chao-yang, Ye Shu-xi, Zhong Hong-fa, You Hui (Department of Spine Surgery, Ganzhou Hospital Affiliated to Nanchang University, Ganzhou 341000, Jiangxi Province, China)AbstractBACKGROUND: Three-dimensional (3D) printing ha

7、s been popular for preoperative planning, and has been extensively used in bone tumor resection and pelvic fractures achieving satisfactory treatment outcomes. However, seldom used in adolescent idiopathic scoliosis. OBJECTIVE: To evaluate the clinical effect of 3D printing-assisted selective segmen

8、tal pedicle screws for adolescent idiopathic scoliosis. METHODS: Seventy adolescent patients with idiopathic scoliosis from June 2014 to June 2015 were enrolled for retrospective analysis. Thin-layer computed tomography scan data of the patients were input into Mimics software in DICOM format for 3D

9、 editing and virtual surgery before surgery. The scoliosis model was created by 3D printing. Simulated operation was performed to design the optimum location of the plate screw, screw length measurement and screwing approach, and then real selective segmental pedicle screws were conducted. RESULTS A

10、ND CONCLUSION: Cobb angle of major thoracic curve in standing comnal plane and the distance of apical vertebra shift after operation were significantly improved compared with pre-operation (P < 0.05), without nerve, blood vessel or visceral injuries. The placement site, direction and length of pe

11、dicle screws were consistent with those in 3D printing model. These results suggest that 3D printing-assisted selective segmental pedicle screws can obtain accurate, safe and perfect outcomes in the treatment of adolescent idiopathic scoliosis through improving the correction rate and shortening the

12、 operation time.Subject headings: Scoliosis; Computer-Aided Design; Tissue Engineering Funding: the Project of the Health and Family Planning Commission of Jiangxi Province, No. 20157172Cite this article: Zhang SF, Chen RC, Guo CY, Ye SX, Zhong HF, You H. Three-dimensional printing-assisted selectiv

13、e segmental pedjcle screws for adolescent idiopathic scoliosis. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2016;20(48):7225-7231.Zhang Shu-fang, M.D., Attending physician, Department of Spine Surgery, Ganzhou Hospital Affiliated to Nanchang University, Ganzhou 341000, Jiangxi Province, ChinaCorresponding auth

14、or: Guo Chao-yang, Associate chief physician, Department of Spine Surgery, Ganzhou Hospital Affiliated to Nanchang University, Ganzhou 341000, Jiangxi Province, China7231ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH0 引言 Introduction青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸常發(fā)于青少年，其患病率達到1%-3%，嚴(yán)重影響著青少年的身心健康。青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸矯正畸形的手術(shù)原則是恢復(fù)脊柱平衡并獲得

15、堅固的骨性融合，同時盡可能保留遠(yuǎn)端活動節(jié)段1-13。近年來隨著對特發(fā)性脊柱側(cè)凸認(rèn)識的深入，內(nèi)固定器械也不斷改進，選擇性節(jié)段椎弓根螺釘固定治療青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸能夠取得良好效果，側(cè)凸現(xiàn)矯正率明顯提高14-15，但也存在椎弓根螺誤置造成脊髓損傷等并發(fā)癥16-20，特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者椎弓根的結(jié)構(gòu)與正常人相比復(fù)雜多變，給椎弓根螺釘?shù)臏?zhǔn)確置入帶來了一定困難。近年來3D打印技術(shù)越來越多地應(yīng)用于骨科的臨床及科研21-23，現(xiàn)在通過3D打印技術(shù)進行術(shù)前規(guī)劃已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢，并且在骨腫瘤切除、骨盆骨折都有很好的應(yīng)用24-29，但進行青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸手術(shù)前規(guī)劃的報道還很少30-31。因此，作者結(jié)合當(dāng)前高

16、速發(fā)展的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)、計算機技術(shù)和3D打印技術(shù)，利用Mimics軟件設(shè)計，3D打印出仿真模型，用于輔助選擇性節(jié)段椎弓根螺釘治療青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者。1 對象和方法 Subjects and methods 1.1 設(shè)計 回顧性分析。1.2 時間及地點 試驗于2014年6月至2015年6月在南昌大學(xué)附屬贛州醫(yī)院脊柱外科完成。1.3 對象 收集2014年6月至2015年6月在南昌大學(xué)附屬贛州醫(yī)院脊柱外科進行治療的青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：女性患者均不在月經(jīng)期，均無明顯骨質(zhì)疏松，無活動性出血，且不存在嚴(yán)重內(nèi)科基礎(chǔ)疾病及手術(shù)禁忌證；在內(nèi)固定前攝全脊柱站立位正位、側(cè)位和Bending位X射

17、線片，內(nèi)固定后及終末隨訪時攝全脊柱站立位正側(cè)位X射線片；內(nèi)固定前所有患者行懸吊牽引試驗觀察有無神經(jīng)癥狀出現(xiàn)；內(nèi)固定前X射線檢查評價患者側(cè)彎類型；患者所行三維重建和通過快速成圖1 3D打印設(shè)計Figure 1 Design of three-dimensional printing圖注：圖中A為三維CT掃描；B為設(shè)計虛擬釘?shù)?；C為設(shè)計導(dǎo)航模塊基板；D為3D打印導(dǎo)航模塊實體；E和F為塊與術(shù)野椎板周圍骨面緊密卡位，置釘。型完成模型制作均在患者及監(jiān)護人知情同意下完成。 排除標(biāo)準(zhǔn)：先天性脊柱畸形脊髓內(nèi)病變者；具有手術(shù)禁忌證者。共納入患者70例，其中男33例，女37例，年齡13-18歲，平均16.5歲，其

18、中Lenke型27例，Lenke型26例，Lenke型5例，Lenke 型5例，Lenke型4例，Lenke型3例。手術(shù)方案的制定主要依據(jù)患者的Lenke分型進行32。1.4 方法1.4.1 X射線觀察 所有患者均在內(nèi)固定前攝全脊柱站立位正位、側(cè)位和Bending位X射線片，內(nèi)固定后及終末隨訪時攝全脊柱站立位正側(cè)位X射線片。Cobb法測量冠狀面、矢狀面畸形角度33：椎體旋轉(zhuǎn)度按Nash-Moe分級33；采用C7椎體中點偏離骶骨中垂線的距離測量軀干偏移距離，評價軀干平衡程度34；測量頂椎偏距(頂椎中點至骶骨正中線的垂線距離)35；內(nèi)固定前所有患者行懸吊牽引試驗觀察有無神經(jīng)癥狀出現(xiàn)36；內(nèi)固定前X

19、射線檢查評價患者側(cè)彎類型。1.4.2 3D打印CT掃描：對患者胸腰椎進行連續(xù)薄層CT掃描。掃描條件設(shè)置為130 kV，21.6 mAs，層厚0.625 mm。采集Dicom格式圖像，所有圖像像素均為512×512 pxl。三維重建：通過Mimics 14.0軟件(比利時Materialise公司)讀取胸腰椎薄層CT掃描Dicom格式斷層圖像，輸入并組織圖像(Import imgaes，Organize images)，然后設(shè)定閾值(Thresholding)，通過Mimics設(shè)定的Bone(CT) Scale，即226-1 448 Hu進行設(shè)定；進行區(qū)域增長，相鄰椎骨進行圖像分割，對

20、每張斷層圖像經(jīng)選擇性編輯及去除冗余數(shù)據(jù)，重建三維模型(Calculate 3D)即可得到脊柱側(cè)凸的初步三維模型(圖1A)，可隨時對Mask進行三維重建以了解進程并定位。在脊柱側(cè)凸的三維模型上確定要行椎弓根螺釘固定的椎體，設(shè)計虛擬釘?shù)兰爸沃⒎指羁蓜冸x骨面(圖1B)：使用Mimics中的“MedCAD”功能，新建“Cylinder”，對其屬性進行調(diào)整，把“Radius”設(shè)置成1.5 mm(大小可調(diào)整)，“Cylinder”就是模擬進釘通道的釘?shù)罈U，在透明視圖下，選中CADObjects，可以任意角度旋轉(zhuǎn)或擴大釘?shù)罈U直徑，觀察有無穿透釘?shù)乐車琴|(zhì)，反復(fù)調(diào)整為預(yù)定的理想位置。以Measuremen

21、ts中測量工具(Measurement Distance)可確定釘?shù)罈U進釘點至理想深度的距離以及進釘軸線，得到合適長度、直徑的螺釘數(shù)據(jù)，然后再測量出置入棒的長度與直徑。在每一個椎體椎板后部及棘突根部背側(cè)建立與其解剖形狀一致的反向模板，設(shè)計模擬螺釘置入重建模型上，確定螺釘進釘方向及長度、直徑。將螺釘?shù)淖罴堰M釘通道和模板擬合為一體，形成帶有雙側(cè)定位導(dǎo)向孔的單椎骨個體化導(dǎo)航模板，在三維重建脊柱側(cè)凸模型上將各椎模板貼合于相應(yīng)椎骨后部并在各個方向上轉(zhuǎn)動模型，觀察定位導(dǎo)向孔與椎弓根對應(yīng)的準(zhǔn)確性(圖1C)，3D打印機(美國Makerbot replicator公司)實施打印，打印出患者虛擬復(fù)位后的脊柱側(cè)凸模

22、型(圖1D)。1.4.3 內(nèi)固定 內(nèi)固定前1周進行枕頜帶重力懸吊牽引?？焖倥实菢翘莼虼禋馇虻儒憻捲黾臃位盍俊２捎脷夤懿骞苋?，患者取俯臥位。根據(jù)內(nèi)固定前擬定的融合范圍后正中切口，逐層切開皮膚和皮下組織，保留棘間韌帶，用剝離器骨膜下剝離兩側(cè)骶棘肌等組織。椎板、上下關(guān)節(jié)突和橫突：按三維矯形理論，依據(jù)內(nèi)固定前分型基礎(chǔ)擬定好的融合椎體，導(dǎo)航模板模擬椎弓根螺釘置入的最佳位置和螺釘置入的最佳方向(圖1E)。確定螺釘置入的安全區(qū)或絕對和相對危險區(qū)，按虛擬模擬椎弓根螺釘置入方案進行操作，以避免螺釘穿入椎管(圖1F)。根據(jù)內(nèi)固定前根據(jù)3D打印模型將鈦合金棒(北京富樂科技開發(fā)有限公司)預(yù)彎成正常的脊柱前凸或后凸，

23、置入一側(cè)，預(yù)擰入螺帽；先分別在凹側(cè)不同的間區(qū)緩慢適當(dāng)?shù)負(fù)伍_，平衡各固定點之間的應(yīng)力，使凹側(cè)畸形減小。再適當(dāng)凸側(cè)加壓，利用雙棒去旋轉(zhuǎn)。直至矯形滿意；用體內(nèi)折彎器將鈦合金棒折彎，進一步適應(yīng)胸腰椎曲線，擰緊各螺帽融合節(jié)段較長的兩端安置橫向連接器；雙側(cè)椎板、橫突去皮質(zhì)。植入異體脫鈣骨(北京大清生物技術(shù)有限公司)或和自體髂骨，留置引流管，逐層縫合切口。術(shù)中行神經(jīng)誘發(fā)電位監(jiān)測。術(shù)畢行喚醒試驗。記錄手術(shù)時間及術(shù)中出血量。BA圖3 女性14歲特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者經(jīng)基于3D打印技術(shù)選擇性椎弓根螺釘治療的效果Figure 3 Images of a 14-year-old female patient with i

24、diopathic scoliosis undergoing the 3D printing-assisted selective segmental pedicle screw圖注：圖A，B為內(nèi)固定前胸腰椎正側(cè)位片；C，D為修復(fù)內(nèi)固定前3D打印11脊柱側(cè)凸模型； E，F(xiàn) 為內(nèi)固定1周后胸腰椎正側(cè)位片，矯形效果良好。FEDC1.4.4 術(shù)后處理 內(nèi)固定后常規(guī)預(yù)防感染、支持、對癥治療。內(nèi)固定后l周左右胸腰支具保護下下床活動，支具佩戴3-6個月。1.4.5 術(shù)后隨訪 所有患者出院后均行信訪、門診隨訪或電話隨訪。隨訪時間為內(nèi)固定后1周、內(nèi)固定后1個月及末次隨訪。1.4.6 置釘效果評價 螺釘置入后，

25、觀察螺釘?shù)倪M釘點，螺釘走向及有無螺釘穿破骨皮質(zhì)情況。通過X射線、CT掃描驗證螺釘?shù)倪M釘點、走向、長度、直徑是否與Mimics軟件中模擬的最佳參數(shù)一致(圖2)。圖2 置釘后1周影像學(xué)圖片F(xiàn)igure 2 Radiographic images of 1 week after screw placement1.4.7 置釘準(zhǔn)確率 內(nèi)固定后采用CT掃描評價螺釘置入情況。采用Siemens64排螺旋CT 1mm間隔薄層掃描和三維重建圖像來判斷(圖2)，2名放射科醫(yī)師獨立評價。椎弓根螺釘置釘準(zhǔn)確情況分類標(biāo)準(zhǔn)見表1，統(tǒng)計時，將一類置釘情況均視為準(zhǔn)確置釘，并計算置釘準(zhǔn)確率，記錄是否引起神經(jīng)、血管及內(nèi)臟損傷。

26、表1 椎弓根螺釘置釘準(zhǔn)確情況分類標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Classfication standard for accruate localization of pedicle screw placement置釘分類具體標(biāo)準(zhǔn)一類螺釘置入位置滿意，螺釘未出現(xiàn)穿透椎弓根皮質(zhì)情況二類螺釘置入位置不理想，存在穿透椎弓根皮質(zhì)情況，需要進行翻修，未損害鄰近組織，穩(wěn)定性良好三類螺釘置入位置不理想，存在穿透椎弓根皮質(zhì)情況，損害鄰近組織，穩(wěn)定性差1.5 主要觀察指標(biāo) 畸形矯正效果。1.6 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件包，數(shù)據(jù)以±s表示，數(shù)據(jù)比較采用兩獨立樣本均數(shù)t 檢驗，P < 0.05

27、為差異有顯著性意義。2 結(jié)果 Results 2.1 參與者數(shù)量分析 所有患者均獲隨訪，70例患者均進入結(jié)果分析?；颊吲R床情況見表2。表2 參與者基本信息Table 2 The baseline data of participants項目數(shù)據(jù)患者數(shù)量70性別(n，男/女)33/37平均年齡(±s，歲)16.5±3.5Lenke分型(n)型27型26型5型5型4型3隨訪時間(±s，月)12.17±3.212.2 治療結(jié)果 內(nèi)固定后結(jié)果如表3，與內(nèi)固定前相比，患者內(nèi)固定后冠狀面主胸彎Cobb角、頂椎偏距明顯改善(P < 0.05)。表3 患者手術(shù)相關(guān)

28、指標(biāo) (±s)Table 3 The operation-related indexes of patients項目數(shù)據(jù)術(shù)中出血量(mL)340.10±87.90手術(shù)時間(min)120.59±21.12冠狀面主胸彎Cobb角(°)內(nèi)固定前16.5±3.5內(nèi)固定后1周11.4±10.3內(nèi)固定后1周冠狀面主胸彎畸形矯正率(%)92.07±11.80終末隨訪平均丟失度(°)15.37±10.31頂椎偏距(cm)內(nèi)固定前6.89±2.36內(nèi)固定后1周2.37±1.25內(nèi)固定后1周頂椎偏距矯正

29、率(°)70.47±8.80終末隨訪頂椎偏距丟失距離(cm)0.11±0.05終末隨訪頂椎偏距丟失率(°)4.07±1.112.3 置釘效果 置入椎弓根螺釘后觀察釘?shù)兰爸冕敽笞刁w周圍骨質(zhì)，未見爆裂。內(nèi)固定后行 X射線、CT 掃描重建復(fù)查，無三類置釘，置釘準(zhǔn)確率為99%(圖2)，發(fā)現(xiàn)置入椎弓根螺釘?shù)倪M釘點，進釘方向、長度均與3D打印的脊柱側(cè)凸模型模擬的預(yù)定理想進釘點、方向和長度一致。2.4 典型病例 患者，女，14歲，Lenke型青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸，冠狀面Cobb角為42°，內(nèi)固定后復(fù)查，患者椎弓根較細(xì)，椎弓根螺釘?shù)闹萌胛恢脻M意。矯形

30、效果良好滿意(圖3)。2.5 不良反應(yīng) 患者術(shù)中無神經(jīng)損傷發(fā)生，內(nèi)固定后無切口感染、內(nèi)固定松動及斷裂。無螺釘穿破骨皮質(zhì)情況發(fā)生，未發(fā)生置釘相關(guān)并發(fā)癥；至隨訪末期，無斷釘、螺釘松動、感染等不良事件或發(fā)生。3 討論 Discussion文章利用3D打印技術(shù)設(shè)計個性化的治療方案，其結(jié)果為臨床提供了參考數(shù)據(jù)。脊柱后路椎弓根螺釘固定技術(shù)因其具有三維固定等獨特的優(yōu)勢，現(xiàn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于脊柱畸形及退變等脊柱疾病，但由于脊柱側(cè)凸存在多個椎體局部三維解剖結(jié)構(gòu)變異，如椎體旋轉(zhuǎn) 椎管及椎弓根發(fā)育、不對稱、半椎體等增加了手術(shù)風(fēng)險和手術(shù)難度37。3D打印技術(shù)中準(zhǔn)確的內(nèi)固定前規(guī)劃和快速成型技術(shù)能夠在術(shù)中進行指導(dǎo)，3D打印技

31、術(shù)利用CT重建的三維數(shù)字模型，通過3D打印機打印出擬手術(shù)節(jié)段的脊柱模型，從而獲得每個病變椎弓根的三維數(shù)據(jù)，明確該椎弓根的形態(tài)大小、是否適合置釘及螺釘?shù)男吞?、直觀地顯示病變椎弓根的部位、范圍及局部解剖情況，并且還可以實現(xiàn)內(nèi)固定前在模型上模擬置釘以達到完善內(nèi)固定前規(guī)劃的目的。內(nèi)固定前的3D精確測量可以顯著減少術(shù)中椎弓根螺釘植入時間從而縮短手術(shù)時間、減少術(shù)中出血量和降低感染并發(fā)癥發(fā)生率。既往文獻報道椎弓根釘置入失誤率高達，其中多數(shù)沒有癥狀，只有少數(shù)導(dǎo)致神經(jīng)、血管損傷，而一旦出現(xiàn)神經(jīng)、血管損傷，則會引起災(zāi)難性的后果，損傷神經(jīng)可導(dǎo)致患者肢體功能障礙，損傷血管可導(dǎo)致大出血甚至危及生命16-19。另一方面，

32、椎弓根螺釘置入失誤可使椎弓根結(jié)構(gòu)破壞導(dǎo)致力學(xué)穩(wěn)定性下，最終導(dǎo)致椎弓根釘松動、內(nèi)固定失敗16-19。因此，提高手術(shù)精度和降低置釘失敗率是脊柱外科醫(yī)生必須面對的難題，而傳統(tǒng)后路脊柱顯露技術(shù)無法直視椎弓根全部，傳統(tǒng)的椎弓根螺釘置入技術(shù)依賴于解剖標(biāo)志的辨識和術(shù)者的經(jīng)驗，即使有經(jīng)驗的脊柱外科醫(yī)生也有可能出現(xiàn)著置入螺釘位置不佳的可能。3D打印技術(shù)應(yīng)用于青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸治療可達到精確治療的目的，修復(fù)更精確、可靠、簡便，療效更佳，可有效預(yù)防骨椎弓根螺釘置入失誤等主要并發(fā)癥。試驗中70例患者均應(yīng)用三維重建技術(shù)制作脊柱的三維圖像，幫助內(nèi)固定前評估及手術(shù)設(shè)計，并進行模擬矯形和模擬置釘操作，術(shù)中發(fā)現(xiàn)與內(nèi)固定前脊柱

33、側(cè)凸情況大致相同，手術(shù)均按計劃順利完成。患者內(nèi)固定后冠狀面主胸彎Cobb角、頂椎偏距與內(nèi)固定前相比明顯改善(P < 0.05)，所有患者癥狀明顯緩解，內(nèi)固定后矯形效果顯著，置釘準(zhǔn)確率為99%，內(nèi)固定位置和方向也均無重大偏倚，未出現(xiàn)翻修病例。3.1 3D打印技術(shù)的指導(dǎo)意義 與徒手椎弓根螺釘置入技術(shù)相比，3D打印技術(shù)為術(shù)者提供了更加直觀、立體、即時的影像資料，能夠增加置釘準(zhǔn)確率、縮短置釘時間、減少手術(shù)并發(fā)癥，術(shù)中X射線監(jiān)視技術(shù)雖然一定程度上能夠提高置釘準(zhǔn)確，但是由于術(shù)中反復(fù)透視、延長了手術(shù)時間，增加了患者及術(shù)者的射線攝入，并且術(shù)中X射線監(jiān)視為二維圖像、空間分辨率差，對于復(fù)雜的三維畸形來說效果

34、不夠確切38-40，計算機導(dǎo)航技術(shù)延長了手術(shù)時間，增加了出血量和內(nèi)固定后感染的發(fā)生41，3D打印技術(shù)為快速成型技術(shù)的一種，快速成型技術(shù)制備的脊柱側(cè)凸模型使手術(shù)操作更直觀，并且操作簡便，不需要計算機輔助導(dǎo)航系統(tǒng)等特殊設(shè)備。術(shù)者體外操練做到術(shù)中得心應(yīng)手從而減少術(shù)中誤差和降低術(shù)中風(fēng)險，從而實現(xiàn)了椎弓根螺釘一次性成功植入，減少輻射傷害。按照計算機虛擬內(nèi)固定優(yōu)化的椎弓根螺釘最佳位置在3D打印模型上進行精確設(shè)計和測量，避免螺釘錯誤進入椎管內(nèi)造成災(zāi)難性后果，模擬內(nèi)固定記錄了每顆螺釘?shù)拈L度術(shù)中也節(jié)約了測量螺釘長度的時間，這樣明顯縮短了手術(shù)時間。3D打印仿真脊柱側(cè)凸模型還有利于與患者進行溝通，降低醫(yī)療風(fēng)險。3.

35、2 3D打印技術(shù)的優(yōu)勢與局限性 近年來隨著以椎弓根螺釘為基礎(chǔ)的節(jié)段內(nèi)固定系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸手術(shù)僅從后路即可完成三維矯形，從而避免了前路松解及融合而引起的并發(fā)癥，全節(jié)段椎弓根內(nèi)固定系統(tǒng)還可以維持正常的矢狀面曲線，同時能有效矯正畸形，重建軀干平衡，而且能較持久地保持矯正效 果42-44。與全節(jié)段椎弓根螺釘固定相比，選擇性節(jié)段椎弓根螺釘治療青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸可以取得相似的矯正效果，且能減少置釘?shù)娘L(fēng)險和手術(shù)創(chuàng)傷，并減少患者的經(jīng)濟負(fù)擔(dān)44。理想的脊柱側(cè)凸矯治手術(shù)不僅要對畸形進行三維矯正，同時要為脊柱提供堅強內(nèi)固定，并且要能盡量減少融合節(jié)段，保留患者的活動功能。試驗結(jié)果顯示，3D打印指

36、導(dǎo)下的選擇性節(jié)段椎弓根螺釘能有效矯正畸形，重建軀干平衡，而且能較持久地保持矯正效果，頂椎至C7椎體中點偏離骶骨中垂線的距離明顯減小，這些參數(shù)均表明內(nèi)固定后軀干獲得較好的冠狀面平衡，說明3D打印指導(dǎo)下的選擇性節(jié)段椎弓根螺釘治療青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸減少了術(shù)中出血量，同時降低了手術(shù)風(fēng)險和手術(shù)費用。試驗的局限性在于，體位、麻醉以及術(shù)中對豎脊肌剝離等因素會對脊柱側(cè)凸在冠狀面、矢狀面及軸位旋轉(zhuǎn)上有一定程度的影響，因此內(nèi)固定前CT檢查數(shù)據(jù)并不能完全反映術(shù)中椎體三維畸形情況，從而導(dǎo)致3D模型不能完全充分地反映術(shù)中脊柱畸形；3D打印的成本隨著技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)得到了很大的降低，但是相對普通的X射線、CT掃描、MRI

37、等影像學(xué)檢查，價格仍稍顯昂貴。同時作者納入的病例數(shù)量偏少且隨訪時間偏短，因而有待多中心大樣本量的前瞻性隨機對照研究進一步驗證。作者貢獻：第一作者進行試驗設(shè)計，第一、三、四、五、六作者進行試驗實施，第二作者進行試驗評估，第一作者收集資料并成文，第二作者審校。利益沖突：所有作者共同認(rèn)可文章內(nèi)容不涉及相關(guān)利益沖突。倫理問題：試驗方案經(jīng)南昌大學(xué)附屬贛州醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，試驗方案已經(jīng)患者/家屬知情同意。文章查重：文章出版前已經(jīng)過CNKI反剽竊文獻檢測系統(tǒng)進行3次查重。文章外審：文章經(jīng)國內(nèi)小同行外審專家雙盲外審，符合本刊發(fā)稿宗旨。作者聲明：第一作者對研究和撰寫的論文中出現(xiàn)的不端行為承擔(dān)責(zé)任。論文中涉及的

38、原始圖片、數(shù)據(jù)(包括計算機數(shù)據(jù)庫)記錄及樣本已按照有關(guān)規(guī)定保存、分享和銷毀，可接受核查。文章版權(quán)：文章出版前雜志已與全體作者授權(quán)人簽署了版權(quán)相關(guān)協(xié)議。4 參考文獻 References1 Qiu XS, Wang ZW, Qiu Y, et al. Preoperative pelvic axial rotation: a possible predictor for postoperative coronal decompensation in thoracolumbar/lumbar adolescent idiopathic scoliosis. Eur Spine J. 2013;22

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