数字化虚拟技术在脊柱椎弓根内固定系统的应用研究课件

1、数字化技术在脊柱内固定系统的应用研究,宁金沛 吴卫东,1,PPT学习交流,研究背景,研究目的,研究内容,体会与讨论,2,PPT学习交流,研究背景,脊柱的直立解放了双手，将人类与其他动物区别开来，为人类文明跨越式发展，做出巨大贡献； 脊柱相关的各种疾病随之增加，如脊柱畸形、脊柱骨折脱位、脊椎滑脱和退变性椎间盘病变等。,3,PPT学习交流,研究背景,椎弓根是椎骨中最坚强的部分，被称之为“力的核心”，是前柱和后结构的连接部； 经椎板关节突传达到椎体的力均通过椎弓根，可经受侧弯、旋转和伸屈力矩。,4,PPT学习交流,研究背景,经椎弓根螺钉内固定技术，可获得满意的生物力学稳定性； 1959年Bouche

2、rl1首先应用椎弓根固定技术，将椎弓根螺钉穿过后关节进行固定。,1 BOUCHER H H. A method of spinal fusionJ. J Bone Joint Surg Br. 1959, 41-B(2): 248-259.,5,PPT学习交流,上胸椎和颈椎的椎弓根相对细小，周围毗邻脊髓、神经根、椎动脉、静脉丛等重要组织； 椎弓根形态存在个体差异和体位变化等因素，造成上胸椎和颈椎椎弓根螺钉置入的困难和危险性大。,研究背景,6,PPT学习交流,7,PPT学习交流,8,PPT学习交流,研究背景,数字可视化人体技术Digital Visible Human Being Technol

3、ogy,20世纪末出现的先进技术 信息技术与医学的交叉 通过计算机重建三维图象 应用于航空、设计、制造、电影特技、游戏等 医学：诊断、新药开发、手术等 许多领域迅速发展,9,PPT学习交流,研究背景,数字化可视人体Digital Visible Human Being,10,PPT学习交流,研究背景,如何将数字化技术应用于脊柱疾病的研究，尤其是脊柱内固定系统的研究？ 钟世镇、裴国献、张元智、陆声、尹庆水等人在国内率先开展相关研究，并出版专著数字骨科学、临床数字骨科学。,11,PPT学习交流,研究目的,利用数字化技术，结合3D打印技术，在脊柱内固定系统进行应用研究； 总结并逐渐完善一套应用方案。

4、,12,12,PPT学习交流,研究内容,第一阶段：CT三维重建，多平面测量、术前设计（2012年1月-2012年12月）； 第二阶段：Mimics软件重建，三维测量、术前设计（2013年1月-2013年12月）； 第三阶段： Mimics软件重建、设计，导航模板制作，3D打印技术应用（2014年1月至今）。,13,PPT学习交流,研究内容-第一阶段,我科2012年1月-2012年12月，采用CT术前测量技术，对12例患者进行三维重建及术前设计； 共计置入椎弓根钉共计50枚，穿出3枚，置钉准确率为94%1。,1 宁金沛等. 三维重建技术在上胸椎和颈椎椎弓根螺钉植入的临床应用. 实用骨科杂志. 2

5、014 :20(7).,14,PPT学习交流,研究内容-第一阶段,报告如下：,病例详情： 共计12例，其中男5例，女7例，年龄2574岁，平均47岁（表1）； 2. 利用CT工作站进行三维重建及术前三维测量（椎弓根高、宽、钉道长度、角、角）：,CT工作站进行参数测量,15,PPT学习交流,研究内容-第一阶段,表1,16,PPT学习交流,术前张口位DR,研究内容-第一阶段,典型病例：,病例1：枢椎齿状突骨折,17,PPT学习交流,术前设计,研究内容-第一阶段,18,PPT学习交流,研究内容-第一阶段,术后复查：显示椎弓根钉置入精准，位置满意：,19,PPT学习交流,典型病例：,病例2：胸2、3椎

6、管内肿瘤,术前MR,研究内容-第一阶段,20,PPT学习交流,术前设计,研究内容-第一阶段,21,PPT学习交流,研究内容-第一阶段,术后复查：显示椎弓根钉置入精准，位置较好：,22,PPT学习交流,典型病例：,病例3：胸4、5椎体结核,术前设计,研究内容-第一阶段,术前MR,23,PPT学习交流,研究内容-第一阶段,术后复查：显示椎弓根钉置入精准，位置较好：,术后DR,24,PPT学习交流,研究内容-第一阶段,3. 小结：,CT三维重建技术辅助椎弓根螺钉植入具有较好的可行性，同时置钉准确率高（94%）； 该技术缩短了年轻医生行椎弓根置入手术的学习曲线，加速年轻脊柱外科医生的成长等优点，值得在

7、临床上推广使用； 尚存在以下不足：术前准备较复杂，需要CT室医师协同完成，消耗较多人力；置钉准确度可进一步提高。,25,PPT学习交流,能否不依赖于CT机工作站，在计算机上完成上述研究？ 能否进一步提升置钉准确率？,26,PPT学习交流,研究内容-第二阶段,我科自2013年1月-2013年12月对12例需行椎弓根钉固定的患者（A组），采用术前Mimics三维重建技术进行椎弓根植钉的评估，并与2012年14例徒手置钉患者（B组），进行置钉准确率比较； A组共计置入椎弓根螺钉46枚，穿出1枚，置钉准确率为97.8%；B组共计置入椎弓根螺钉40枚，穿出8枚，置钉准确率为80%，两组间有统计学差异（P

8、=0.002）,27,PPT学习交流,研究内容-第二阶段,a.椎弓根水平面测量； b.椎弓根矢状面测量。,报告如下：,病例详情： 共计12例，其中男5例，女7例，年龄2075岁，平均47.3岁（表2）； 2. 利用Mimics软件进行三维重建及术前三维测量（椎弓根高、宽、钉道长度、角、角）：,28,PPT学习交流,29,PPT学习交流,研究内容-第二阶段,在Mimics软件上确定进钉点参数测量，并模拟置钉；,a.根据CT测量的数据确定Mimics软件上螺钉的进针点； b.根据测量的进针点，在Mimics上模拟置入螺钉；c.置入的螺钉完全位于椎弓根内；d.椎弓根的宽度；e.模拟置入螺钉的长度；f

9、.模拟置入螺钉的角；g.模拟置入螺钉的角。,30,PPT学习交流,研究内容-第二阶段,寰椎术前设计图,31,PPT学习交流,研究内容-第二阶段,枢椎术前设计图,32,PPT学习交流,研究内容-第二阶段,结果,33,PPT学习交流,研究内容-第二阶段,6. 小结：,Mimics三维重建技术辅助椎弓根螺钉置入可行性较高，置钉准确率较CT辅助技术进一步提高（94%97.8%）； 该技术缩短了年轻医生行椎弓根置入手术的学习曲线，加速年轻脊柱外科医生的成长等优点，值得在临床上推广使用； 不足：Mimics软件要达到熟练应用的学习曲线较长，阻碍了该技术的广泛推广应用。,34,PPT学习交流,2012年4月

10、，英国经济学人发表专题报道指出，全球正在经历第三次工业革命，而“3D打印是这次工业革命的重要标识”！,35,PPT学习交流,能否将3D打印技术应用于脊柱内固定系统？ 能否将复杂的置钉过程变得直观化、简单化？,36,PPT学习交流,研究内容-第三阶段,Makerbot 5th快速成型系统,我科3D打印机,成型速度快； 模型精度高； 材料为聚乳酸（PLA），无毒副作用，可接触人体组织。,37,PPT学习交流,研究内容-第三阶段,聚乳酸对人体有高度安全性并可被组织吸收，加之其优良的物理机械性能，其可应用在生物医药领域，如一次性输液工具、免拆型手术缝合线、药物缓解包装剂、人造骨折内固定材料、组织修复材

11、料、人造皮肤等1 。,1 Rafael Auras, Loong-Tak Lim, Susan E. M. Selke, Hideto Tsuji. Poly(Lactic Acid): Synthesis, Structures, Properties, Processing, and Applications. doi:10.1002/9780470649848. ISBN 9780470293669.,38,PPT学习交流,研究内容-第三阶段,高分子量的聚乳酸有非常高的力学性能，在欧美等国已被用来替代不锈钢，作为新型的骨科内固定材料如骨钉、骨板而被大量使用，其可被人体吸收代谢的特性使病人

12、免收了二次开刀之苦。其技术附加值高，是医疗行业发展前景的高分子材料1。,1 Gina L. Fiore; Feng Jing; Victor G. Young, Jr.; Christopher J. Cramer; Marc A. Hillmyer. High Tg Aliphatic Polyesters by the Polymerization of Spirolactide Derivatives. Polymer Chemistry. 2010, (1): 870877.,39,PPT学习交流,研究内容-第三阶段,聚乳酸具有较好的生物安全性，其能否使用高温消毒？,40,PPT学习交

13、流,研究内容-第三阶段,使用其他方法（如浸泡法、照射法）会不会导致材料溶解，或者灭菌不彻底？ 所以如何将其安全、稳定的带上手术台，是又一个问题。,41,PPT学习交流,研究内容-第三阶段,消毒效果的评估：,使用环氧乙烷消毒后打包,表面取材,深部取材,送细菌培养,42,PPT学习交流,研究内容-第三阶段,细菌培养结果显示无菌落生长！ 环氧乙烷针对聚乳酸消毒效果达到手术标准！,43,PPT学习交流,研究内容-第三阶段,颈椎模型与导板的打印试验：,C1,C2,C3,复位前,复位后,C1椎弓根螺钉导板,C2椎弓根螺钉导板,C3侧块螺钉导板,44,PPT学习交流,研究内容-第三阶段,导板贴合良好,45,

14、PPT学习交流,研究内容-第三阶段,我科自2014年1月对6例需行椎弓根钉固定的患者，行术前Mimics软件三维重建、制作导航模板、3D打印并在术中应用，获得了较好的临床效果； 报告如下：,46,PPT学习交流,研究内容-第三阶段,第1例：潘某某，女，57岁，诊断：T8、9椎体浆细胞瘤,实例应用,术前资料,47,PPT学习交流,术中使用,术前设计,术中透视,研究内容-第三阶段,48,PPT学习交流,研究内容-第三阶段,术后DR,术后大体标本,49,PPT学习交流,第2例：潘某某，男，61岁，诊断：T4椎体转移瘤,研究内容-第三阶段,术前CT,术前MR,50,PPT学习交流,研究内容-第三阶段,

15、术前设计,术中使用,51,PPT学习交流,研究内容-第三阶段,术后DR,术中透视,52,PPT学习交流,研究内容-第三阶段,第3例：李某某，男，65岁，诊断：无骨折脱位型颈髓损伤,术前CT,术前MR,53,PPT学习交流,研究内容-第三阶段,术前设计,54,PPT学习交流,研究内容-第三阶段,术后DR,55,PPT学习交流,研究内容-第三阶段,第4例：黎某某，男，27岁，诊断：颈2齿突骨折,术前MR,术前CT,56,PPT学习交流,研究内容-第三阶段,术前CT,57,PPT学习交流,研究内容-第三阶段,术前设计,术中使用,术中透视,术中照片,58,PPT学习交流,研究内容-第三阶段,术后CT,

16、术后DR,59,PPT学习交流,研究内容-第三阶段,第5例：陈某，男，31岁，诊断：C1后弓骨折、C2齿突骨折,术前DR,术前CT,60,PPT学习交流,研究内容-第三阶段,术前设计,术中使用,术中透视,61,PPT学习交流,研究内容-第三阶段,术后DR,62,PPT学习交流,第6例：林某，男，50岁，诊断：颈髓挫伤并高位截瘫,研究内容-第三阶段,63,PPT学习交流,研究体会,数字化技术辅助椎弓根螺钉置入，具有较高的可行性，可较大幅度提升准确率； 在导向模板的辅助下，螺钉1次置入的精确性较高； 置钉难度下降，通过使用个体化的导向模板，极大的缩短了学习曲线，使得复杂手术变的简单化成为可能； 缩短了手术时间，减少了患者和医务人员所受的射线损伤； 数字化技术结合3D打印技术，在脊柱内固定研究领域，具有很好的研究意义和应用