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综述一数字技术及3D打印在椎体成形术中的临床应用进展

更新时间: 2019-10-05 16:47:12  查看次数: 299    
       基于计算机科学和现代医学的迅猛发展,数字技术在骨科疾病的诊断、治疗和康复过程中发挥越来越重要的作用。1989年美国提出并实施可视人计划(virtualhuman project,VHP) ,紧随韩国之后,我国于本世纪初成为世界上第三个开展此项研究的国家。在此基础上,结合数字技术和临床医学,裴国献等于2007年首先提出了数字骨科学的概念,标志临床骨科学中一门新的分支学科诞生。其范围包括数字解剖、导航外科、有限元分析(finite element analysis, FEA)、3D打印、机器人手术、虚拟手术(Virtual Surgery,VS)等m。使用的主要数字技术有三维重建、快速成形技术(rapid prototyping technique)、逆向工程技术(reverse orthopaedic engineeringtechnology)、临床计算机辅助设计/计算机辅助制造(Computer assisted design/computerassisted manufacturing, CAD/CAM)等等3D打印技术即快速成型技术广泛应用脊柱外科的各个方面,与数字骨科学结合使用为脊柱骨折的治疗提供了有力保障与可靠方案。骨质疏松性椎体压缩骨折是骨科常见病种,椎体成形术已经成为一线治疗方法。目前,数字技术在临床中应用广泛,在椎体成形术方面也取得了长足的发展,已经成为一个热门的研究方向。本文就从数字化医学影像技术与解剖学测量、术前数字化设计在椎体成形术中的应用、数字医学影像的术中辅助、三维导航技术在椎体成形术中的应用、以及3D打印技术在椎体成形术中的应用等方面做一综述。
数字化医学影像技术与解剖学测量
       数字医学首先开始于医学影像诊断,解剖学研究是骨科学的基础。详细了解骨科疾病除了常规诊断方法外,数字化影像及测量可以更好的评估手术适用症、制定手术计划、降低手术创伤、加速术后康复。数字化是信息社会的支柱技术之一,正引起一场深刻的革命。数字技术与医学融合的趋势不可阻挡,并必将把骨科临床研究推向一个新的高度。
       能否安全、准确地穿刺到达理想的目标靶点,是椎体强化术(包括PVP和PKP)成功的基石和前提。椎弓根螺钉技术安全成熟,有很多借鉴的地方,但椎弓根螺钉技术与经皮椎体成形术穿刺目的、要求和手术方式(开放/经皮)并不一致,具体为:①穿刺目的和要求不同:椎弓根钉内固定技术为了恢复脊柱稳定性,要求螺钉在椎弓根内即可,不需要螺钉尖端到达椎体中线;单侧椎体成形中,穿刺针不但要穿刺至椎体,而且对穿刺目标区域有更高的要求,为骨水泥双侧分布打下基础。②穿刺的方式不同:椎弓根钉固定术一般为开放手术,可以直视下确定骨性进钉点,而椎体强化术为经皮微创手术,只能透视下寻找穿刺点。上述差异导致两者进针/钉点、目标靶点、角度和方向的空间变化,尤其是单侧穿刺时。大多针对椎弓根螺钉技术的解剖学研究对椎体成形术并不完全适合。为了提高手术的有效性、精准性和安全性,需对包括进针点和进针角度在内的手术操作相关参数重新测定,进一步规范手术操作步骤。
       术前在CT、MRI上测量可以掌握穿刺点及穿刺角度等诸多信息。由于技术的进步,单侧入路椎体成形术已渐成热点。尤其是对传统椎弓根入路的各种改良技术。通过术前测量,有利于精确手术操作,提高单侧穿刺成功率,从而缩短手术时间,降低手术风险。
       腰椎是椎体成形术的研究重点之一。赵小兵通过对10例成人离体腰椎干燥骨标本测量,观察腰椎椎弓根外入路行椎体成形术的可行性,测量指标有内倾角、上倾角和骨性通道长度。结果初步证明该入路易达到目标穿刺点,安全性较高。胡攀等通过Aquarius iNtuition Viewer V4.4.6软件测量了60例患者的X线片和CT图像,获得了单侧经横突-椎弓根入路的相关解剖学参数(共300个腰椎椎体,左右侧共完成600次),结论认为单侧经横突-椎弓根入路的穿刺点较传统经椎弓根入路偏外,穿刺外偏角更大,穿刺总成功率更高通过测量200名患者的MRI片,比较单侧椎弓根入路PVP手术时不同节段、不同性别、不同侧别之间的最大穿刺角、穿刺成功值和穿刺成功率,结果显示单侧椎弓根入路PVP在L3和L5节段比L1和L2更容易成功;除L5外,男性患者各节段的成功率均高于女性;而且,单侧椎弓根入路更适合选择左侧穿刺。
       胸腰段是椎体压缩性骨折的最高发部位,故而是椎体成形术相关研究的热点。蔡佳敏等测量的数据来自于1〇例健康成年人胸腰段CT资料,用Mimics数字化模拟测量经椎弓根穿刺相关参数,认为单侧经椎弓根穿刺的外倾角可变动范围极其狭小,而且,患者的解剖形态对手术有巨大影响,直径和角度很小的椎弓根使穿刺变得困难。孙志峰等通过对下胸椎及腰椎穿刺最小角U角)、穿刺最大角(P角)以及穿刺点至棘突的距离等相关参数进行测量,明确了单侧经皮椎体成形术的外展角及进针点距棘突的距离,并将测量结果应用于60例单侧穿刺椎体成形术,认为术前测量可以指导临床应用。杨智贤等也有类似的研宄报告。
       胸椎的穿刺难度相对较大,风险相对较高,成为椎体成形相关研究的焦点。陶继祥等利用12具防腐脊柱标本,研究了胸椎单侧“肋椎关节入路椎体成形术”的安全操作范围。结果显示T5?T12外倾角为27?36°,呈现先减小后逐渐增大的趋势,其中T5最大,T9最小;而外倾角的安全范围为22?49°,不同性别和左右侧别对比无显著差异。任广军等又提供了不同的测量结果,经椎弓根外入路时穿刺外展角度为(35.4±3.4)度。穿刺点旁开棘突距离为(55.2±5.3)mm,但因为患者CT检查和手术时的体位不同,导致术中实际应用时要比测量数据小,所以结合临床实践,把数据修正为40mm。