本文關(guān)鍵詞：輔助頸椎前路經(jīng)椎弓根螺釘置入的生物安全的個(gè)性化導(dǎo)航模板研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：背景 對于因頸椎退行性變而導(dǎo)致的頸椎疾病,常常需要外科手術(shù)治療。根據(jù)相關(guān)生物力學(xué)及臨床研究報(bào)道,由于頸椎后路經(jīng)椎弓根螺釘內(nèi)固定是頸椎三柱固定,這種固定方式具有很好的生物力學(xué)穩(wěn)定性能。但后路固定需要充分剝離頸椎后部的肌肉組織,從而引起一系列并發(fā)癥,如肌筋膜痛、術(shù)后相關(guān)頸部軸性癥狀及頸部疼痛。相反,頸前路手術(shù)具有手術(shù)創(chuàng)傷小、對椎旁肌無破壞、松解徹底等優(yōu)點(diǎn)。但目前頸椎前路固定系統(tǒng)多為椎體固定,其生物力學(xué)性能相對較弱,可導(dǎo)致較高的手術(shù)失敗率。尤其對于多節(jié)段的椎體損傷,雖然前后路聯(lián)合手術(shù)比較能取得令人滿意的手術(shù)效果,但它需要后路輔助手術(shù),從而導(dǎo)致相關(guān)手術(shù)并發(fā)癥發(fā)生率的明顯升高。 隨著研究的深入有學(xué)者報(bào)道了頸椎前路經(jīng)椎弓根螺釘固定術(shù)(ATPS)在臨床上的應(yīng)用,分別對不同病人進(jìn)行了1到3節(jié)段不等的椎體次全切術(shù)后,在可視化條件下將腓骨移植到頸椎上植骨并進(jìn)行了頸椎前路經(jīng)椎弓根螺釘內(nèi)固定；又有研究證明了ATPS在解剖學(xué)上的可行性,并發(fā)現(xiàn)頸椎前路經(jīng)椎弓根螺釘內(nèi)固定的拔出力比經(jīng)椎體螺釘固定效果要好�？梢哉fATPS技術(shù)既具備后路椎弓根固定的生物力學(xué)優(yōu)點(diǎn),又具有前路手術(shù)外科學(xué)上的優(yōu)點(diǎn)。正是因?yàn)锳TPS能提高頸椎前路手術(shù)固定的初始結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,因此可以認(rèn)為它是多節(jié)段嚴(yán)重頸椎損傷前路手術(shù)治療時(shí)的最佳手術(shù)方案。 如何準(zhǔn)確進(jìn)釘是影響ATPS在臨床上推廣應(yīng)用的關(guān)鍵因素。經(jīng)報(bào)道,采用X線透視輔助頸椎前路經(jīng)椎弓根置釘在軸平面上準(zhǔn)確率是78.3%。另外有報(bào)道在椎體軸向面透視圖像輔助下,成功進(jìn)行了頸椎病人的頸椎前路經(jīng)椎弓根螺釘內(nèi)固定。但是其樣本量偏小,并且此種手術(shù)方法需要大量時(shí)間以及經(jīng)驗(yàn)豐富的外科醫(yī)生。另外一項(xiàng)技術(shù)電導(dǎo)技術(shù)(ECD)也獲得了很高的進(jìn)釘準(zhǔn)確率；電導(dǎo)技術(shù)的原理是依靠骨組織的不同物理屬性以防止螺釘在椎弓根內(nèi)走行時(shí)穿透致密的皮質(zhì)骨。利用三維重建技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)(CAD)以及快速成型技術(shù)(RP)構(gòu)建的個(gè)性化導(dǎo)航模板能幫助螺釘進(jìn)入椎弓根并且具備很好的準(zhǔn)確度。然而,這些技術(shù)目前只在后路經(jīng)椎弓根螺釘內(nèi)固定手術(shù)中應(yīng)用,還未應(yīng)用于前路經(jīng)椎弓根內(nèi)固定手術(shù)。除此之外,這些模板所使用的材料如光敏樹脂有很明顯的細(xì)胞毒性,在外科鉆孔過程中,由于電鉆的摩擦,導(dǎo)航模板會(huì)產(chǎn)生一定的粉末,而這些粉末將直接與傷口區(qū)域接觸,如果這些粉末不能完全沖洗干凈的話會(huì)對人體健康造成潛在的危險(xiǎn)。 因此,在頸椎前路經(jīng)椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)中,如何準(zhǔn)確置入螺釘以及使用生物相容性好的材料仍是一個(gè)很大的難題。為解決這些問題,本研究將采用三維重建技術(shù)、快速成型技術(shù)、逆向工程技術(shù)等技術(shù)來構(gòu)建一種適用于ATPS手術(shù)的生物相容性好的個(gè)性化導(dǎo)航模板,這是一種全新的手術(shù)策略；并且我們評估了這種個(gè)性化導(dǎo)航模板輔助置釘?shù)木_度。 目的 鑒于頸椎三柱固定的良好生物力學(xué)性能以及頸前路椎體固定相對不穩(wěn)定性,頸椎前路經(jīng)椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)(ATPS)對于多節(jié)段頸椎損傷的手術(shù)治療就成了比較理想的選擇；但是頸椎前路經(jīng)椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)(ATPS)螺釘?shù)臏?zhǔn)確置入仍面臨著很大困難。針對此問題,我們將探討一種生物相容性好的個(gè)性化導(dǎo)航模板來輔助進(jìn)行頸椎前路經(jīng)椎弓根螺釘內(nèi)固定螺釘?shù)闹萌氩⑦M(jìn)行精確性分析。 方法 1.尸體頸椎標(biāo)本 24個(gè)頸椎標(biāo)本(C2-C7)來自4具尸體(3具為男性,1具為女性,年齡在52到68歲之間,平均年齡61.5歲)。所有樣本都用64位CT (Philips, Eindhoven, The Netherlands)掃描。平面像素值為0.5mm,層厚0.705mm。所有24個(gè)頸椎標(biāo)本的48個(gè)椎弓根經(jīng)CT掃描檢查顯示沒有明顯骨缺損。 以下內(nèi)容分兩部分介紹：1.個(gè)性化導(dǎo)航模板的設(shè)計(jì)與制作；2.體外尸體標(biāo)本實(shí)驗(yàn)與精確性分析 1.個(gè)性化導(dǎo)航模板的設(shè)計(jì)與制作 1.1設(shè)計(jì)帶有虛擬置釘軌道的頸椎三維模型 將頸椎標(biāo)本CT掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics軟件14.11(Materialise Corp., Leuven,Belgium),用“閾值分割”、“區(qū)域增長”等交互性圖像處理策略來分割頸椎輪廓以獲得三維重建模型,此三維模型均來自二維CT圖像。利用電腦輔助設(shè)計(jì)軟件UG6.0軟件設(shè)計(jì)直徑2mm圓柱形軌道,再將此軌道以stl格式導(dǎo)入Mimics軟件,在Mimics軟件中,圓柱形軌道能任意調(diào)動(dòng)位置以及進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。然后通過視覺觀察確保圓柱形軌道位于椎弓根中央。隨后利用Geomagic軟件中布爾操作的減法運(yùn)算構(gòu)建出帶有雙側(cè)虛擬置針軌道的頸椎模型,將所獲模型以STL格式(此格式能支持多種軟件并廣泛應(yīng)用于快速成型與計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù))保存在group1. 1.2生物相容性鉆孔模板構(gòu)建 將以上所得STL格式頸椎數(shù)據(jù)導(dǎo)入Zprint7.10(Z Corporation, Burlington, MA)軟件進(jìn)行虛擬切割,厚度為0.0875mm,后轉(zhuǎn)移到Spectrum Z510進(jìn)行快速成型。將克氏針插入快速成型模型置釘軌道,用PMMA材料來構(gòu)建導(dǎo)航模板,這種材料常被骨科醫(yī)生用做骨水泥并具備很好的生物相容性。此外,考慮到便利以及方便攜帶,我們在鉆孔模板頂端設(shè)置了手柄。因?yàn)橥饪剖中g(shù)區(qū)域比較狹窄,鉆孔模板底部不能超過椎體與橫突連接處。待PMMA固化后拔出克氏針完成導(dǎo)航模板的制作。 2.體外尸體標(biāo)本實(shí)驗(yàn)與精確性分析 2.1尸體標(biāo)本的克氏針置入 剝除椎骨前軟組織。手握鉆孔導(dǎo)航模板輕按在頸椎前表面使其緊貼。隨后在導(dǎo)航模板幫助下將克氏針打入頸椎椎弓根內(nèi)。2.2二次三維重建帶有椎弓根釘?shù)赖念i椎模型 24個(gè)頸椎椎弓根鉆孔完成后,用同一臺CT同樣參數(shù)掃描尸體頸椎。所有克氏針都在CT掃描前拔出避免其產(chǎn)生偽影。再用同樣的三維分割與重建策略構(gòu)建帶有椎弓根釘?shù)赖念i椎三維模型。以STL格式保存在group2。2.3螺釘置入的精確性分析 個(gè)性化導(dǎo)航模板輔助下的ATPS置釘準(zhǔn)確性利用了逆向工程軟件Geomagic studio11(Geomagic, Inc., Morrisville,NC)來進(jìn)行的評估。將group1、group2的三維模板數(shù)據(jù)導(dǎo)入Geomagic軟件,計(jì)算螺釘軌道距離椎弓根中央點(diǎn)在椎弓根水平面和矢狀面的偏差值。椎弓根水平面上偏向外側(cè)的記錄為正值,偏向內(nèi)側(cè)的記錄為負(fù)值；矢狀面偏上為正值,偏下為負(fù)值。 將預(yù)先設(shè)計(jì)好的直徑3.5mm三維螺釘模型導(dǎo)入Mimics并與group2三維模型置針軌道對齊模擬螺釘插入。用分級法來區(qū)分非臨界與臨界螺釘位置。簡單來說,分為以下5級： 1級：螺釘位于椎弓根中央。 2級：貫穿皮質(zhì)螺釘橫截面小于1/3(≤1.2mm)。 3級：貫穿皮質(zhì)螺釘橫截面大于1/3,小于1/2(偏差值2mm)。 4級：貫穿皮質(zhì)橫截面大于1/2(偏差值≥2mm)。 5級：偏差值≥3.5mm。 1-2級為非臨界螺釘位置,3-5級為臨界螺釘位置；螺釘在臨界位置可能會(huì)對椎動(dòng)脈、神經(jīng)根以及硬膜囊造成損害。 2.4統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 對椎弓根水平面內(nèi)外側(cè)之間、矢狀面上下之間的差異,本研究采用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)進(jìn)行分析。P0.05有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；并且計(jì)算了水平面和矢狀平面上絕對偏差的均值與標(biāo)準(zhǔn)差來反應(yīng)真實(shí)差異。 此外我們對椎弓根螺釘在水平面和矢狀平面上的位置進(jìn)行了評分評估,1到5分分別代表1至5級,這樣水平面與矢狀平面的分?jǐn)?shù)波動(dòng)范圍均是1到5分。那么水平面與矢狀平面精確分?jǐn)?shù)值總和的最大值是10分,最小值是2分。這樣就能對螺釘位置進(jìn)行最準(zhǔn)確的描述。 結(jié)果： 1.通過頸椎CT掃描,成功獲得了DICOM格式CT數(shù)據(jù),利用Mimics軟件建立精確的三維模型； 2.利用Geomagic及UG軟件建立了帶有虛擬釘?shù)赖念i椎三維模型； 3.利用RP技術(shù)成功打印出高精度的頸椎實(shí)體模型,并根據(jù)模型制作出了相應(yīng)的導(dǎo)航模板； 4.在個(gè)性化導(dǎo)航模板的輔助下成功置入48枚頸椎前路經(jīng)椎弓根螺釘內(nèi)固定(ATPS)螺釘(用克氏針代替)。椎弓根水平面內(nèi)外側(cè)(P=0.797)或者矢狀面上下方(P=0.741)之間差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。水平面與矢狀面的絕對偏差值分別是：0.82±0.75mm、1.10±0.96mm。在虛擬置釘實(shí)驗(yàn)中,螺釘置入非關(guān)鍵部位的準(zhǔn)確率是44/48(91.7%)。 結(jié)論： 在體外實(shí)驗(yàn)中,個(gè)性化導(dǎo)航模板具備了生物相容性好、操作簡單、能準(zhǔn)確的輔助頸椎前路經(jīng)椎弓根螺釘內(nèi)固定(ATPS)的置釘?shù)葍?yōu)點(diǎn)。但是此項(xiàng)技術(shù)的臨床應(yīng)用階段還需進(jìn)一步研究探討。
【關(guān)鍵詞】：頸椎前路 生物安全 導(dǎo)航模板 精確性
【學(xué)位授予單位】：南方醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：R687.3;R322
【目錄】：

• 摘要3-8
• ABSTRACT8-15
• 前言15-19
• 參考文獻(xiàn)16-19
• 第一章 輔助頸椎前路經(jīng)椎弓根螺釘置入的生物安全的個(gè)性化導(dǎo)航模板設(shè)計(jì)與制作19-34
• 1. 引言19
• 2. 材料與方法19-23
• 3. 結(jié)果23-25
• 4. 討論25-30
• 5. 結(jié)論30
• 6. 參考文獻(xiàn)30-34
• 第二章 導(dǎo)航模板的體外實(shí)驗(yàn)及精確性分析34-50
• 1. 引言34-35
• 2. 材料與方法35-41
• 3. 結(jié)果41-42
• 4. 討論42-46
• 5. 結(jié)論46
• 6. 參考文獻(xiàn)46-50
• 全文小結(jié)50-51
• 中英文對照縮略詞表51-52
• 攻讀碩士學(xué)位期間成果52-53
• 致謝53-55

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10 陳國平;數(shù)字化導(dǎo)航模板輔助頸椎椎弓根螺釘置入的實(shí)驗(yàn)研究及臨床應(yīng)用[D];昆明醫(yī)學(xué)院;2010年

  本文關(guān)鍵詞：輔助頸椎前路經(jīng)椎弓根螺釘置入的生物安全的個(gè)性化導(dǎo)航模板研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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