于乃春,吉光榮

(哈爾濱醫(yī)科大學附屬第二醫(yī)院骨科,黑龍江哈爾濱,150086)

脊柱畸形的形成是在脊柱胸、腰段矢狀面和冠狀面發(fā)生的復(fù)雜動態(tài)進展過程。近年來椎弓根螺釘內(nèi)固定技術(shù)成為脊柱后路內(nèi)固定手術(shù)的常規(guī)術(shù)式,但復(fù)雜脊柱畸形常常伴有脊柱側(cè)凸、后凸和椎體旋轉(zhuǎn)、楔變等畸形,對這類患者進行手術(shù)治療時,胸椎椎弓根螺釘置釘?shù)碾y度和風險都會增加[1-2]。因此,術(shù)前掌握畸形的具體病變情況,提前做好手術(shù)計劃和準備非常重要。人體器官仿真成型技術(shù)也稱為人體器官快速原型技術(shù)(RP),可在較短的時間內(nèi)快速制造出和患者脊柱畸形尺寸完全一致的實物模型.并且通過三維輔助設(shè)計用(CAD)快速成型技術(shù),在術(shù)前建立個體化導航模板,術(shù)中引導椎弓根置釘,從而實現(xiàn)手術(shù)置釘?shù)陌踩院蜏蚀_性,縮短手術(shù)時間[3-4]。本研究探討該技術(shù)進行脊柱畸形矯正椎弓根置釘?shù)闹笇Ч?現(xiàn)報告如下。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選取本院2010—2011年應(yīng)用快速成型技術(shù)來實施胸椎椎弓根螺釘內(nèi)固定矯正脊柱側(cè)凸的患者35例,其中男23例,女 12例,年齡 5～60歲,平均27.5歲;青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸16例,先天性脊柱側(cè)凸13例,神經(jīng)肌肉型脊柱側(cè)凸6例。

1.2 方法

1.2.1 實物模型及個體化導航模板的設(shè)計:所有患者脊柱畸形部位進行64排螺旋CT(美國GE公司)連續(xù)掃描,掃描部位包括頸椎、胸椎和腰椎。掃描條件:電壓120KV,電流150mA,層厚0.625 mm,512×512矩陣。將CT連續(xù)斷層圖像數(shù)據(jù)以DICOM格式保存,然后導入MIMICS 10.01軟件進行胸椎三維模型重建,以STL格式導出模型。在UG Imageware12.0平臺打開三維重建模型,定位三維參考平面,設(shè)計胸椎椎弓根的最佳進釘釘?shù)?。提取需要行胸椎椎弓根螺釘置入?jié)段的胸椎椎板、橫突后部及棘突根部背側(cè)的解剖形態(tài),在軟件中設(shè)計與上述解剖形狀一致的反向模板,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)定位導向孔的單椎體個體化導航模板,通過固體激光快速成型機(陜西恒通智能機器有限公司制造,成型精度為0.11 mm)和光固化成型技術(shù)制作出實物模型和個體化導航模板。本實驗共成功制作了187個胸椎個體化導航模板。

1.2.2 術(shù)前方案的制定和規(guī)劃:從不同角度和方向觀察制成的實物模型以了解脊柱側(cè)凸畸形情況,直觀、準確地分析每1例患者脊柱側(cè)凸和后凸的畸形程度、范圍、區(qū)域以及具體病變情況,根據(jù)更加個體化的解剖學形態(tài)進行術(shù)前方案的制定與規(guī)劃。同時在體外將椎體模型與導航模板貼合、匹配,進行模擬置釘操作,觀察定位導向孔的準確性,用環(huán)氧乙烷滅菌消毒后用于手術(shù)中指導椎弓根螺釘?shù)闹萌?。在術(shù)前根據(jù)CT測量結(jié)果確定每枚置入螺釘?shù)闹睆胶烷L度,螺釘直徑一般為椎弓根橫徑的70%～80%,螺釘長度為椎弓根螺釘通道長度的80%,椎弓根螺釘均為鈦質(zhì)螺釘(北京富樂公司提供)。

1.2.3 個體化導航模板在術(shù)中的應(yīng)用:患者取俯臥位,脊柱后路內(nèi)固定手術(shù)常規(guī)消毒、鋪單。后正中切口暴露胸椎后方棘突和椎板等結(jié)構(gòu),盡可能清除固定胸椎椎板后方的軟組織,并切除棘突上方的棘上和棘間韌帶,充分暴露出椎板后部及棘突根部背側(cè)的骨性結(jié)構(gòu),將消毒后的導航模板貼附于相應(yīng)的胸椎椎板后部及棘突上,確認匹配準確性后采用高速磨鉆(鉆頭直徑為2 mm),通過定位導向孔鉆出進釘點和進釘通道,進釘通道深度與所需置入的螺釘長度相同,用比所需螺釘直徑小1 mm的絲錐攻絲后緩慢旋入相應(yīng)長度和直徑的螺釘,然后連接鈦棒,完成固定。本實驗置入的螺釘直徑為315～610mm,長度為215～410 mm。置釘時均未采用透視及其他輔助設(shè)備。記錄手術(shù)時間。

1.3 術(shù)后評價

每1例患者術(shù)后進行CT檢查,評估螺釘置入的準確性。隨訪6個月,觀察有無與置釘有關(guān)的神經(jīng)、血管方面的并發(fā)癥,脊柱畸形矯正的準確率。

2 結(jié) 果

35例患者均按照計劃順利完成手術(shù),術(shù)后進行CT檢查,共放置374枚螺釘 ,其中352枚(94.12%)螺釘完全在椎弓根內(nèi),22枚(5.88%)螺釘穿破椎弓根外側(cè)壁,無椎弓根上方、下方及椎體前方穿破的螺釘;術(shù)后隨訪正位X線片顯示脊柱畸形矯正滿意,未出現(xiàn)與置釘有關(guān)的神經(jīng)、血管損傷等并發(fā)癥。同時與常規(guī)脊柱畸形后路內(nèi)固定手術(shù)比較,快速成型技術(shù)的手術(shù)時間明顯縮短(平均3 h),且術(shù)中未采用透視及其他輔助設(shè)備,避免了術(shù)者及患者的放射線損傷。

3 討 論

快速成型技術(shù)又叫快速原型制造技術(shù),是在現(xiàn)代CAD技術(shù)、激光技術(shù)、計算機數(shù)控技術(shù)、精密伺服驅(qū)動技術(shù)以及新材料技術(shù)的基礎(chǔ)上集成發(fā)展起來的。不同種類的快速成型系統(tǒng)因所用成形材料不同,成形原理和系統(tǒng)特點也各有不同。但是,其基本原理都是一樣的,那就是“分層制造,逐層疊加”,也可以說快速成型系統(tǒng)就像是一臺“立體打印機”。

目前,快速成型的工藝方法已有幾十種之多,其中主要有4種基本類型:光固化成型法、分層實體制造法、選擇性激光燒結(jié)法和熔融沉積制造法。本實驗將患者的CT掃描數(shù)據(jù)在計算機軟件中重建三維模型,利用RP技術(shù)光固化成型法制造出脊柱個體化實物模型和導航模板,指導手術(shù)方案的規(guī)劃,并在術(shù)中直接幫助術(shù)者進行椎弓根置釘,大大縮短了手術(shù)時間,避免了患者和術(shù)者放射線損傷,提高了置釘準確率,并且減少了神經(jīng)、血管等并發(fā)癥的發(fā)生。

脊柱畸形發(fā)生時,脊柱椎體間的解剖關(guān)系和椎骨的形態(tài)已經(jīng)發(fā)生改變,主要表現(xiàn)為脊柱側(cè)凸、后凸和椎體旋轉(zhuǎn)、楔形變等畸形。另外,這些解剖結(jié)構(gòu)異常在一些情況下還會引起神經(jīng)及血管與椎管之間解剖關(guān)系的改變。這使得無論采用前路還是后路進行矯正手術(shù)都增加了難度,更為復(fù)雜的是,椎弓根形態(tài)會隨著脊柱畸形發(fā)生改變,尤其是在特發(fā)性脊柱側(cè)凸最為顯著[2]。和腰椎相比,胸椎椎弓根更加細小、節(jié)段性差異大,胸椎椎管內(nèi)為脊髓,周圍毗鄰肺、食管、主動脈等重要器官和血管,因此胸椎椎弓根置釘允許偏差范圍小,風險大。術(shù)前能夠準確掌握脊柱畸形的具體病變情況,提前做好手術(shù)規(guī)劃和方案制定是十分重要的。

盡管現(xiàn)在有了外科手術(shù)的改進、影像學的發(fā)展以及術(shù)中成像的協(xié)助,但是前瞻性和回顧性的研究均指出脊柱畸形后路椎弓根螺釘置釘術(shù)仍存在挑戰(zhàn),包括血管及神經(jīng)的損傷風險。脊柱畸形由于其冠狀面、矢狀面和水平面的復(fù)雜畸形,單純的X線片、CT或MRI均無法清晰顯示脊柱的三維畸形[5-8]。本研究將快速成型技術(shù)成功地應(yīng)用于脊柱畸形矯正手術(shù),不但能夠提供脊柱畸形的精確解剖數(shù)據(jù),快速制造出與患者脊柱畸形一致的實物模型,更直觀、更細微地觀察脊柱的病理性變化,還可用于輔助診斷、術(shù)前分析制定手術(shù)方案、模擬手術(shù)和與患者及其家屬的交流溝通,同時將個體化導航模板消毒后還可以帶到手術(shù)臺上直接指導手術(shù),大大提高了置釘準確率。本研究中應(yīng)用計算機輔助設(shè)計快速成型技術(shù)治療的35例脊柱畸形患者胸椎椎弓根螺釘置入均安全有效。

雖然許多研究[9-12]都證實了快速成型技術(shù)在脊柱畸形的矯正中起到了很重要的作用,包括術(shù)前的規(guī)劃及術(shù)中的指導,但由于模型跟畸形不能達到完全的一致,而且在脊柱靈活度和平衡方面此技術(shù)也還沒有明確的研究,所以仍有待進一步的深入研究。

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