1、u研究背景研究背景u研究目的研究目的u研究內容研究內容u體會與討論體會與討論第1頁/共68頁研究背景研究背景脊柱的直立解放了雙手，將人類與其他動物區別開來，為人類文明跨越式發展，做出巨大貢獻；脊柱相關的各種疾病隨之增加，如脊柱畸形、脊柱骨折脫位、脊椎滑脫和退變性椎間盤病變等。第2頁/共68頁研究背景研究背景椎弓根是椎骨中最堅強的部分，被稱之為“力的核心”，是前柱和后結構的連接部；經椎板關節突傳達到椎體的力均通過椎弓根，可經受側彎、旋轉和伸屈力矩。第3頁/共68頁研究背景研究背景經椎弓根螺釘內固定技術，可獲得滿意的生物力學穩定性；1959年Boucherl1首先應用椎弓根固定技術，將椎弓根螺釘穿

2、過后關節進行固定。 1 BOUCHER H H. A method of spinal fusionJ. J Bone Joint Surg Br. 1959, 41-B(2): 248-259.第4頁/共68頁上胸椎和頸椎的椎弓根相對細小，周圍毗鄰脊髓、神經根、椎動脈、靜脈叢等重要組織；椎弓根形態存在個體差異和體位變化等因素，造成上胸椎和頸椎椎弓根螺釘置入的困難和危險性大。研究背景研究背景第5頁/共68頁研究背景研究背景u目前常用徒手置釘方法來完成椎弓根螺釘系統的置入，該種方法主要憑借術者的手術經驗，主觀性較強；u然而該種方法學習曲線較長，且存在精確度較低、反復穿刺、多次透視以及螺釘穿出率較

3、高等缺點。第6頁/共68頁研究背景研究背景l 因而螺釘穿入椎動脈孔、椎管，時有發生：第7頁/共68頁研究背景研究背景數字可視化人體技術數字可視化人體技術Digital Visible Human Being Technologyl20世紀末出現的先進技術l信息技術與醫學的交叉l通過計算機重建三維圖象l應用于航空、設計、制造、電影特技、游戲等l醫學：診斷、新藥開發、手術等l許多領域迅速發展第8頁/共68頁研究背景研究背景數字化可視人體數字化可視人體Digital Visible Human Being第9頁/共68頁研究背景研究背景l 如何將數字化技術應用于脊柱疾病的研究，尤其是脊柱內固定系統的

4、研究？l 鐘世鎮、裴國獻、張元智、陸聲、尹慶水等人在國內率先開展相關研究，并出版專著數字骨科學、臨床數字骨科學。第10頁/共68頁研究目的研究目的l 利用數字化技術，結合3D打印技術，在脊柱內固定系統進行應用研究；l 總結并逐漸完善一套應用方案。11第11頁/共68頁研究內容研究內容l 第一階段：CT三維重建，多平面測量、術前設計（2012年1月-2012年12月）；l 第二階段：Mimics軟件重建，三維測量、術前設計（2013年1月-2013年12月）；l 第三階段： Mimics軟件重建、設計，導航模板制作，3D打印技術應用（2014年1月至今）。第12頁/共68頁研究內容研究內容- -

5、第一階段l 我科2012年1月-2012年12月，采用CT術前測量技術，對12例患者進行三維重建及術前設計；l 共計置入椎弓根釘共計50枚，穿出3枚，置釘準確率為94%1。1 寧金沛等. 三維重建技術在上胸椎和頸椎椎弓根螺釘植入的臨床應用. 實用骨科雜志. 2014 :20(7).第13頁/共68頁研究內容研究內容- -第一階段報告如下：報告如下：1.病例詳情： 共計12例，其中男5例，女7例，年齡2574歲，平均47歲（表1）；2. 利用CT工作站進行三維重建及術前三維測量（椎弓根高、寬、釘道長度、角、角）：CT工作站進行參數測量第14頁/共68頁研究內容研究內容- -第一階段表1病例性別年

6、齡診 斷手術方式椎弓根釘數1女25歲頸7胸1神經鞘瘤頸7胸1神經鞘瘤切除、頸5、6側塊螺釘、胸1、2椎弓根釘內固定術4枚2女36歲胸2、3黃韌帶骨化癥后入路胸2、3節段減壓、胸2、3 椎弓根釘內固定術4枚3女46歲胸4轉移性腺癌后入路胸4椎板減壓、病灶內骨水泥成形、胸3、5椎弓根釘內固定術4枚4男73歲胸3非何杰金氏病后入路胸3病灶清除、鈦網植骨、胸2、4椎弓根釘內固定術4枚5男50歲樞椎齒狀突骨折寰樞椎椎弓根釘內固定術4枚6女 54歲樞椎齒狀突骨折寰樞椎椎弓根釘內固定術4枚7男56歲胸3、4椎管內副神經節細胞瘤后入路胸3、4椎管內副神經節細胞瘤切除、胸3、4椎弓根釘內固定術4枚8男41歲樞椎

7、Hangman骨折頸2椎弓根釘、頸3側塊螺釘內固定術2枚9男61歲樞椎Hangman骨折頸2椎弓根釘、頸3側塊螺釘內固定術2枚10女49歲頸1轉移性腺癌枕頸釘棒系統固定融合術（頸2椎弓根釘內固定）2枚11女74歲胸3、4椎體結核胸2、3、6、7椎弓根釘內固定術8枚12女62歲胸7椎體轉移性腺癌后路胸7、8椎板切除、胸4、5、8、9椎弓根釘內固定，前路胸7椎體切除鈦網植骨融合術8枚第15頁/共68頁術前張口位DR研究內容研究內容- -第一階段典型病例：典型病例：病例1：樞椎齒狀突骨折第16頁/共68頁術前設計研究內容研究內容- -第一階段第17頁/共68頁研究內容研究內容- -第一階段術后復查：

8、顯示椎弓根釘置入精準，位置滿意：第18頁/共68頁典型病例：典型病例：病例2：胸2、3椎管內腫瘤術前MR研究內容研究內容- -第一階段第19頁/共68頁術前設計研究內容研究內容- -第一階段第20頁/共68頁研究內容研究內容- -第一階段術后復查：顯示椎弓根釘置入精準，位置較好：第21頁/共68頁典型病例：典型病例：病例3：胸4、5椎體結核術前設計研究內容研究內容- -第一階段術前MR第22頁/共68頁研究內容研究內容- -第一階段術后復查：顯示椎弓根釘置入精準，位置較好：術后DR第23頁/共68頁研究內容研究內容- -第一階段3. 小結：l CT三維重建技術輔助椎弓根螺釘植入具有較好的可行性

9、，同時置釘準確率高（94%）；l 該技術縮短了年輕醫生行椎弓根置入手術的學習曲線，加速年輕脊柱外科醫生的成長等優點，值得在臨床上推廣使用；l 尚存在以下不足：術前準備較復雜，需要CT室醫師協同完成，消耗較多人力；置釘準確度可進一步提高。第24頁/共68頁l 能否不依賴于CT機工作站，在計算機上完成上述研究？l 能否進一步提升置釘準確率？第25頁/共68頁研究內容研究內容- -第二階段l 我科自2013年1月-2013年12月對12例需行椎弓根釘固定的患者（A組），采用術前Mimics三維重建技術進行椎弓根植釘的評估，并與2012年14例徒手置釘患者（B組），進行置釘準確率比較；l A組共計置入

10、椎弓根螺釘46枚，穿出1枚，置釘準確率為97.8%；B組共計置入椎弓根螺釘40枚，穿出8枚，置釘準確率為80%，兩組間有統計學差異（P=0.002）第26頁/共68頁研究內容研究內容- -第二階段a.椎弓根水平面測量； b.椎弓根矢狀面測量。報告如下：報告如下：1.病例詳情： 共計12例，其中男5例，女7例，年齡2075歲，平均47.3歲（表2）；2. 利用Mimics軟件進行三維重建及術前三維測量（椎弓根高、寬、釘道長度、角、角）：第27頁/共68頁表2 2013年12例患者基本情況病例性別年齡診斷手術方式椎弓根釘數1女291、T12椎體壓縮性骨折(輕度)；2、L1、2椎體爆裂型骨折L1、2

11、椎板開窗減壓、骨折復位、T12L1、2、3椎弓根釘骨固定術2個2男551、原發性肝癌；2、T12L轉移性腺癌T12L1轉移癌切除、T10、11L2、3椎弓根釘內固定術4個3女40T6、7節段椎管內神經鞘瘤T6、7全椎板切除椎管內腫物摘除、T5、7椎弓根釘內固定術4個4男70T11、12后縱韌帶骨化癥T11、12全椎板切除減壓、后縱韌帶骨化切除、T10、T12椎弓根釘內固定術4個5男501、原發性肺癌；2、T11、12L1、2、4、5椎體轉移性腺癌1、T12L1椎體成形、T11、L1椎弓根釘內固定術2、L5椎體成形、L4骶1椎弓根釘內固定術2個6男55T3、4椎管內副神經節細胞瘤T3、4全椎板切

12、除、椎管內腫物摘除、T3、4椎弓根釘內固定術4個7女341、T12、L1爆裂型骨折并不完全性截癱；2、雙肺挫傷L1全椎板減壓、T11、12L2、3椎弓根釘骨固定、T12-L2橫突間植骨融合術4個8男581、L1椎體爆型骨折；2、L3壓縮性骨折1、雙側多裂肌入路傷椎置釘，T12L1、2椎弓根釘內固定術2、L3椎體成形術2個9女42L1椎體爆型骨折左側多裂肌入路、右側椎旁肌入路，右側半椎板切除減壓、碎片復位，傷椎置釘T12、L、2椎弓根釘內固定術2個10女50L1椎體爆型骨折后正中入路右側椎板減壓、傷椎置釘T12、L、2椎弓根釘內固定術2個11女751、T4、5椎體結核并椎旁膿腫；2、糖尿病；3、

13、高血壓后入路T4、5結核病灶清除、植骨、后路T2、3、6、7椎弓根釘內下術8個12女57T6椎板、T7椎體轉移性腺癌期后入路T6、7椎板切除、T4、5、8、9椎弓根釘內固定，前路T7椎體切除鈦網植骨融合術8個第28頁/共68頁研究內容研究內容- -第二階段3.在Mimics軟件上確定進釘點參數測量，并模擬置釘；a.根據CT測量的數據確定Mimics軟件上螺釘的進針點； b.根據測量的進針點，在Mimics上模擬置入螺釘；c.置入的螺釘完全位于椎弓根內；d.椎弓根的寬度；e.模擬置入螺釘的長度；f.模擬置入螺釘的角；g.模擬置入螺釘的角。第29頁/共68頁研究內容研究內容- -第二階段寰椎術前設

14、計圖第30頁/共68頁研究內容研究內容- -第二階段樞椎術前設計圖第31頁/共68頁研究內容研究內容- -第二階段4.結果 一次置釘成功（顆）非一次置釘成功（顆）P值（?2）A組4510.002B組328第32頁/共68頁研究內容研究內容- -第二階段6. 小結：l Mimics三維重建技術輔助椎弓根螺釘置入可行性較高，置釘準確率較CT輔助技術進一步提高（94%97.8%）；l 該技術縮短了年輕醫生行椎弓根置入手術的學習曲線，加速年輕脊柱外科醫生的成長等優點，值得在臨床上推廣使用；l 不足：Mimics軟件要達到熟練應用的學習曲線較長，阻礙了該技術的廣泛推廣應用。第33頁/共68頁u2012年

15、年4月，英國月，英國經濟學人經濟學人發表專題發表專題報道指出，全球正在經歷第三次工業革報道指出，全球正在經歷第三次工業革命，而命，而“3D打印是這次工業革命的重要打印是這次工業革命的重要標識標識”！第34頁/共68頁l 能否將3D打印技術應用于脊柱內固定系統？l 能否將復雜的置釘過程變得直觀化、簡單化？第35頁/共68頁研究內容研究內容- -第三階段Makerbot 5th快速成型系統我科我科3D打印機打印機 成型速度快； 模型精度高； 材料為聚乳酸（PLA），無毒副作用，可接觸人體組織。第36頁/共68頁研究內容研究內容- -第三階段l 聚乳酸對人體有高度安全性并可被組織吸收，加之其優良的物

16、理機械性能，其可應用在生物醫藥領域，如一次性輸液工具、免拆型手術縫合線、藥物緩解包裝劑、人造骨折內固定材料、組織修復材料、人造皮膚等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.第37頁/共68頁研究內容研究內容- -第三階段l 高分子量的聚乳酸有非常

17、高的力學性能，在歐美等國已被用來替代不銹鋼，作為新型的骨科內固定材料如骨釘、骨板而被大量使用，其可被人體吸收代謝的特性使病人免收了二次開刀之苦。其技術附加值高，是醫療行業發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): 87

18、0877.第38頁/共68頁研究內容研究內容- -第三階段l 聚乳酸具有較好的生物安全性，其能否使聚乳酸具有較好的生物安全性，其能否使用高溫消毒？用高溫消毒？第39頁/共68頁研究內容研究內容- -第三階段l 使用其他方法（如浸泡法、照射法）會不使用其他方法（如浸泡法、照射法）會不會導致材料溶解，或者滅菌不徹底？會導致材料溶解，或者滅菌不徹底？l 所以如何將其安全、穩定的帶上手術臺，所以如何將其安全、穩定的帶上手術臺，是又一個問題。是又一個問題。第40頁/共68頁研究內容研究內容- -第三階段消毒效果的評估：消毒效果的評估：使用環氧乙烷消毒后打包表面取材深部取材送細菌培養第41頁/共68頁研究

19、內容研究內容- -第三階段l 細菌培養結果顯示無菌落生長！細菌培養結果顯示無菌落生長！l 環氧乙烷針對聚乳酸消毒效果達到手術標準！環氧乙烷針對聚乳酸消毒效果達到手術標準！第42頁/共68頁研究內容研究內容- -第三階段頸椎模型與導板的打印試驗：頸椎模型與導板的打印試驗：C1C2C3復位前復位后C1椎弓根螺釘導板C2椎弓根螺釘導板C3側塊螺釘導板第43頁/共68頁研究內容研究內容- -第三階段導板貼合良好第44頁/共68頁研究內容研究內容- -第三階段l 我科自2014年1月對6例需行椎弓根釘固定的患者，行術前Mimics軟件三維重建、制作導航模板、3D打印并在術中應用，獲得了較好的臨床效果；報

20、告如下：第45頁/共68頁研究內容研究內容- -第三階段第1例：潘某某，女，57歲，診斷：T8、9椎體漿細胞瘤實例應用術前資料第46頁/共68頁術中使用術前設計術中透視研究內容研究內容- -第三階段第47頁/共68頁研究內容研究內容- -第三階段術后DR術后大體標本第48頁/共68頁第2例：潘某某，男，61歲，診斷：T4椎體轉移瘤研究內容研究內容- -第三階段術前CT術前MR第49頁/共68頁研究內容研究內容- -第三階段術前設計術中使用第50頁/共68頁研究內容研究內容- -第三階段術后DR術中透視第51頁/共68頁研究內容研究內容- -第三階段第3例：李某某，男，65歲，診斷：無骨折脫位型

21、頸髓損傷術前CT術前MR第52頁/共68頁研究內容研究內容- -第三階段術前設計第53頁/共68頁研究內容研究內容- -第三階段術后DR第54頁/共68頁研究內容研究內容- -第三階段第4例：黎某某，男，27歲，診斷：頸2齒突骨折術前MR術前CT第55頁/共68頁研究內容研究內容- -第三階段術前CT第56頁/共68頁研究內容研究內容- -第三階段術前設計術中使用術中透視術中照片第57頁/共68頁研究內容研究內容- -第三階段術后CT術后DR第58頁/共68頁研究內容研究內容- -第三階段第5例：陳某，男，31歲，診斷：C1后弓骨折、C2齒突骨折術前DR術前CT第59頁/共68頁研究內容研究內容- -第三階段術前設計術中使用術中透視第60頁/共68頁研究內容研究內容- -第三階段術后DR第61頁/共68頁第6例：林某，男，5