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3D打印導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用于后路手術(shù)治療青少年特發(fā)型脊柱側(cè)凸

2022-04-27 09:03李雷楊國(guó)志
頸腰痛雜志 2022年2期
關(guān)鍵詞:椎弓螺釘脊柱

李雷,楊國(guó)志

(南陽(yáng)市中心醫(yī)院骨二科,河南南陽(yáng) 473000)

青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸(adolescent idiopathic scoliosis,AIS)約占整個(gè)脊柱側(cè)凸的80%,國(guó)內(nèi)發(fā)病率達(dá)0.61%~1.9%[1]。手術(shù)是治療進(jìn)展性AIS的主要方式,其治療目的是完全或部分矯正畸形、重建或保持脊柱平衡[2]。近年來(lái),3D打印技術(shù)在脊柱外科得到廣泛應(yīng)用,通過(guò)脊柱畸形的CT掃描數(shù)據(jù)可重建和快速打印1:1的聚苯乙烯脊柱模型,用于模擬手術(shù)[3]。3D打印技術(shù)在脊柱手術(shù)中的應(yīng)用促進(jìn)了椎弓根導(dǎo)向器的應(yīng)用,但其在AIS術(shù)中的有效性尚需進(jìn)一步論證。本研究觀察了3D打印技術(shù)和椎弓根引導(dǎo)技術(shù)對(duì)AIS患者手術(shù)時(shí)間和并發(fā)癥的影響,現(xiàn)報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2016年6月~2019年12月在本院接受后路固定矯形治療的AIS患者作為研究對(duì)象。納入標(biāo)準(zhǔn):①符合AIS的診斷標(biāo)準(zhǔn),年齡10~18歲;②進(jìn)展性AIS,具有手術(shù)指征;③心肺功能足以承受脊柱手術(shù)。排除標(biāo)準(zhǔn):①精神疾病或溝通障礙者;②先天性、骨軟骨發(fā)育不良、結(jié)締組織疾病、腫瘤等導(dǎo)致的脊柱側(cè)凸患者;③合并嚴(yán)重基礎(chǔ)疾病不能耐受手術(shù)或可保守治療的AIS患者;④既往有脊柱手術(shù)史者。共納入64例AIS患者,根據(jù)椎弓根置釘技術(shù)的不同分為觀察組(n=31)和對(duì)照組(n=33)。觀察組中,男9例,女22例;年齡10~17歲,平均(14.32±3.16)歲。對(duì)照組中,男10例,女23例;年齡10~18歲,平均(14.79±2.87)歲。兩組患者性別、年齡等一般資料差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),具有可比性。

1.2 研究方法

兩組患者術(shù)前、術(shù)后均采用64排螺旋CT,采用基于模型的迭代重建降低輻射劑量。觀察組從工作站下載Dicom格式的數(shù)據(jù)并上傳到mimics14.0軟件重建數(shù)字三維脊柱模型。重建的三維脊柱模型可以從任何方向觀察和測(cè)量,以評(píng)估椎弓根長(zhǎng)度、橫徑和椎體旋轉(zhuǎn)角度等各種特征。從重建的三維脊柱模型獲得的數(shù)據(jù)保存為立體光刻(STL)格式的文件?;趍imics14.0軟件生成的STL格式文件應(yīng)用Makerbot replicator2打印機(jī)打印一個(gè)三維的脊柱模型。采用激光熔融技術(shù)將聚苯乙烯粉末固化成三維模型。三維脊柱模型按照1:1比例打印,可直觀地觀察椎體和椎弓根發(fā)育等表現(xiàn)(見(jiàn)圖1)。在術(shù)前制訂方案時(shí)使用三維脊柱模型確定截骨方案和適合融合的節(jié)段。利用mimics14.0軟件,基于該軟件重建的虛擬脊柱模型,設(shè)計(jì)了椎弓根螺釘導(dǎo)向器。通過(guò)反復(fù)調(diào)整虛擬桿的插入點(diǎn)和角度確定理想的置入軌跡。根據(jù)虛擬桿坐標(biāo)設(shè)計(jì)了一個(gè)空心隧道,以允許手術(shù)中克氏針通過(guò)。設(shè)計(jì)了連桿穩(wěn)定左右椎弓根的引導(dǎo)通道。基底由板層、棘突和橫突的內(nèi)側(cè)邊緣支撐,與局部骨表面完全吻合。椎弓根螺釘導(dǎo)向器由基底、兩個(gè)空心隧道和一個(gè)連桿組成。椎弓根引導(dǎo)器用相應(yīng)的椎體標(biāo)記,并采用聚乳酸材料用三維打印機(jī)打印。術(shù)前在三維脊柱模型表面測(cè)試了每個(gè)椎弓根螺釘導(dǎo)向器。患者全身麻醉后,剝離椎旁肌,顯露椎板、上下關(guān)節(jié)突和棘突,將椎弓根導(dǎo)向器固定于椎板和關(guān)節(jié)突上,通過(guò)提供插入點(diǎn)和角度的引導(dǎo)通道將一根3.0 mm的K形導(dǎo)針鉆入椎弓根,用椎弓根探針擴(kuò)大椎弓根軌跡,并置入椎弓根螺釘。對(duì)照組采用徒手技術(shù)置入椎弓根螺釘(見(jiàn)圖2)。兩組均根據(jù)術(shù)前討論行預(yù)定截骨術(shù)。

1.3 2觀察指標(biāo)

術(shù)后2周觀察椎弓根螺釘置入的CT分型和準(zhǔn)確性。根據(jù)CT檢查,將螺釘置入分為四個(gè)等級(jí):①0級(jí):螺釘未穿過(guò)椎弓根皮質(zhì);②1級(jí):螺釘穿過(guò)椎弓根皮質(zhì)0~2 mm;③2級(jí):螺釘穿過(guò)椎弓根皮質(zhì)2~4 mm;④3級(jí):螺釘穿過(guò)椎弓根皮質(zhì)>4 mm。0~1級(jí)定義為精確置釘,2~3級(jí)定義為錯(cuò)位。

通過(guò)全脊柱X線片測(cè)量術(shù)前和術(shù)后主要影像學(xué)參數(shù),由2名脊柱外科副主任醫(yī)師獨(dú)立測(cè)量,并協(xié)商一致。詳細(xì)記錄手術(shù)時(shí)間、螺釘放置時(shí)間及螺釘放置相關(guān)并發(fā)癥。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

圖1 三維打印脊柱模型((a)模型冠狀面,(b)模型矢狀面,(c)導(dǎo)向模板設(shè)計(jì),(d)導(dǎo)向模型的三維打印模型)

圖2 患者,15歲,采用徒手技術(shù)置入椎弓根螺釘,(a、b)示術(shù)前正側(cè)位片,(c、d)示術(shù)后正側(cè)位片。

2 結(jié)果

觀察組31例患者置入505枚螺釘,平均(16.29±3.17)枚/例,對(duì)照組33例患者置入561枚螺釘,平均(17.00±2.76)枚/例。兩組患者平均置釘數(shù)相比,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。觀察組螺釘置釘準(zhǔn)確率高于對(duì)照組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),見(jiàn)表1。術(shù)后兩組患者主彎、C7鉛垂線與骶骨中垂線相對(duì)距離(C7plumb line- center sacral vertical line,C7PL-CSVL)、脊柱后凸角、矢狀面平衡距離均較術(shù)前顯著降低(P<0.05),但兩組差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),見(jiàn)表2。觀察組手術(shù)時(shí)間和單枚螺釘放置時(shí)間顯著短于對(duì)照組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);觀察組置釘相關(guān)并發(fā)癥發(fā)生率低于對(duì)照組,但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),見(jiàn)表3。

表1 兩組患者椎弓根螺釘準(zhǔn)確性比較[n(%)]

表2 兩組患者影像學(xué)參數(shù)比較

表3 兩組圍手術(shù)期結(jié)局比較

3 討論

后路手術(shù)是AIS最常用的矯形方式,椎弓根螺釘系統(tǒng)可為側(cè)凸矯形提供堅(jiān)強(qiáng)固定,在AIS得到廣泛應(yīng)用[4]。嚴(yán)重AIS患者椎弓根明顯旋轉(zhuǎn),椎弓根小,椎弓根螺釘置入仍是一個(gè)難題。本研究比較了3D打印結(jié)合椎弓根導(dǎo)航技術(shù)與傳統(tǒng)徒手矯正技術(shù)在AIS中的應(yīng)用,結(jié)果顯示,前者可有效提高AIS患者椎弓根螺釘置入的準(zhǔn)確性、縮短手術(shù)時(shí)間,體現(xiàn)了3D打印結(jié)合椎弓根導(dǎo)航技術(shù)的前景。

一項(xiàng)關(guān)于嚴(yán)重先天性脊柱側(cè)凸患者的研究顯示,采用椎弓根導(dǎo)航技術(shù)的患者84%螺釘完全固定于椎弓根內(nèi),沒(méi)有發(fā)生穿孔[5]。另一項(xiàng)針對(duì)嚴(yán)重脊柱側(cè)凸(主彎>70°)患者應(yīng)用椎弓根引導(dǎo)模板植入48枚螺釘?shù)难芯恐?,椎弓根置入的?zhǔn)確率為93.8%[6],與本研究94.47%的準(zhǔn)確率類似。既往研究顯示,CT和O型臂導(dǎo)航輔助置釘均可獲得90%左右的置入精確率[7-8],但CT導(dǎo)航存在配準(zhǔn)過(guò)程復(fù)雜和患者體位變化可能引起圖像漂移等缺點(diǎn),O型臂導(dǎo)航則增加了患者的輻射量,且費(fèi)用昂貴。相比之下,椎弓根螺釘導(dǎo)向器植入過(guò)程簡(jiǎn)單,不增加額外的放射定位和放射量,具有明顯優(yōu)勢(shì)。

本研究中,3D打印技術(shù)和椎弓根螺釘導(dǎo)向器技術(shù)縮短了總手術(shù)時(shí)間和每枚螺釘?shù)闹萌霑r(shí)間。在椎體嚴(yán)重旋轉(zhuǎn)、椎弓根狹窄等狀況下,徒手置釘需要反復(fù)透視和調(diào)整螺釘,無(wú)疑增加了AIS患者的手術(shù)時(shí)間。既往研究顯示,手術(shù)時(shí)間是脊柱側(cè)凸患者術(shù)后并發(fā)癥的獨(dú)立風(fēng)險(xiǎn)因素[9-10],因此在理論上,縮短手術(shù)時(shí)間有助于降低AIS患者術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率。既往研究顯示,AIS患者椎弓根螺釘錯(cuò)位可能導(dǎo)致神經(jīng)損傷,嚴(yán)重的螺釘位置不當(dāng)可能導(dǎo)致癱瘓和潛在的血管損傷[11],常見(jiàn)包括胸主動(dòng)脈損傷、髂動(dòng)脈損傷。但本研究未發(fā)現(xiàn)兩組并發(fā)癥發(fā)生率差異,這可能與病例數(shù)較少有關(guān)。

綜上所述,3D打印聯(lián)合椎弓根螺釘導(dǎo)向器引導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用于AIS后路內(nèi)固定矯形手術(shù),可提高螺釘置入準(zhǔn)確性,縮短手術(shù)時(shí)間。本研究樣本量較小,無(wú)法精確統(tǒng)計(jì)單項(xiàng)并發(fā)癥發(fā)生率的差異,因此3D打印和椎弓根螺釘導(dǎo)向器對(duì)手術(shù)安全的影響尚需要大樣本、多中心研究進(jìn)一步論證。

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