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快速成型技术在重度先天性脊柱畸形矫形手术中的应用

2015/10/23    来源:互联网    作者:桑宏勋  雷伟  马真胜  黄鲁豫  吴子祥  姥伟  李明全      
关键字:脊柱畸形  快速成型  三维重建  
脊柱快速成型能够直观地反映脊柱畸形情况,可指导术前评估、手术计划制定,对手术矫形和内固定操作具有较好的指导意义。

    重度先天性脊柱畸形往往由脊柱复合性先天发育异常引起,如完全或不完全半椎体畸形、分节不全、脊髓骨嵴及脊髓纵裂、脊髓低位与脊髓拴系等。由于椎体形态严重失常,脊柱常伴有侧凸、后凸、前凸、旋转等多种复杂畸形,解剖结构与解剖标志严熏变异。术前单凭传统X线平片或CT与MRI-维扫描,很难全面评估脊柱畸形情况及制定周密的手术方案,在手术矫形过程中会遇到相当大的困难和风险,内固定难以精确放置,手术时间长、失血多目。快速成型技术(rapid protypng,RP)是20世纪80年代末期发展起来的一门先进制造技术,是指在计算机的控制下,根据物体的计算机辅助设计(CAD)模型或CT等数据,通过材料的精确堆积,制造物体原型的一种成型技术目。由于CTMRI断层扫描的数据表示与RP切片数据格式的极其相似性,RP技术在医学中的应用成为一个新的研究领域固。本研究将复杂熏度脊柱畸形患者的CT扫描三维重建数据通过快速成型技术实现脊柱畸形的真实模拟,快速制造出和患者畸形脊柱尺寸及解剖标志完全一致的模型,探讨其在复杂重度脊柱畸形患者治疗过程中的应用及意义。

1 资料与方法

    1.1 临床资料

    2005年1月-2007年7月,我院收治的34例重度先天性脊柱畸形患者中,男15例,女19例,年龄12~20岁,平均15岁。均进行术前X线平片、MRI平扫及CT扫描三维重建。半椎体畸形22例,其中单一半椎体12例,2个半椎体6例,3个半椎体4例:椎体分节不全腰椎严重后凸6例:半椎体合并分节不全等混合畸形6例。胸椎(T2~T10)7例,胸腰段(T11~L2)18例,腰椎(L3~L5)9例。合并脊髓低位或拴系5例,脊髓空洞和骨性纵裂1例。侧凸Cobb角50°~125°,平均75°:后凸角50°~110°,平均78°:后凸大于90°8例,侧凸大于90°6例。

    1.2 CT扫描三维重建及快速成型制造模型

    采用西门子Picker 6000螺旋CT扫描机,层厚1mm,螺距1.0扫描患者脊柱畸形区域及相邻上下区域。将矢量化数据根据脊柱畸形的程度进行三维重建,得到患者脊柱内部及表面轮廓各位相三维图像。逐一调整重建出所需椎体的横断位图像,并显示出最佳椎弓根层面。根据手术需要逐一测量双侧椎板宽度、椎弓根宽度、椎体前缘至椎弓根距离、椎管宽度、椎体旋转角度及椎体前后径等数值,测量所要内固定椎体椎弓根的直径、方向和角度。将准备好的数据导入快速成型机(北京殷华公司MEM-300-E熔融挤压快速成型机)。以热塑性材料丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)高分子工程塑料为材料在快速成型机上完成成型过程。系统参数设置:加工层厚0.1mm,加工速度500mm/s温度40℃±2℃,整个成型过程约6-20h,平均9.5h。重建模型经戊二醛熏蒸消毒4h后直接在手术台上使用,直观指导手术操作。

    1.3 手术方法与临床观察

    根据术前三维重建及快速成型模型设计的手术计划方案,均在全麻下采用单纯后路畸形矫正及全节段椎弓根螺钉固定技术。27例切除42个先天性半椎体矫正侧凸和后凸畸形;7例经椎弓根楔形截骨矫正先天性腰椎后凸畸形。术中所见与术前三维重建和快速成型模型显示结果完全一致,按术前设计完成手术矫形和内固定,常规应用术中切除的椎体骨植骨,植骨量不够时混合无菌冻干同种异体骨粒植骨(用量5-15g),不再另取自体髂骨。术中常规应用自体血回输。术后伤口常规放置负压引流管24-48h,应用止血剂1d、脱水剂及激素1-3d、抗生素3-5d。拔除引流管后鼓励患者佩带支具下地行走,术后7-10d出院。术后1周及术后3、6、12、24个月随访复查站立位正、侧位X线片,至少复查一次CT扫描三维重建,并再次进行快速成型构建矫形后脊柱模型,观察手术后畸形矫正率、矫正丢失率、脊柱矢状面、冠状面和身体整体平衡情况以及骨融合情况。

2 结果

    根据术前快速成型脊柱模型施行手术,术中所见与术前三维重建和快速成型模型显示结果完全一致,对复杂难以识别清楚的脊柱畸形解剖结构容易确认,置入的椎弓根螺钉位置良好。手术时间3.5-7h,平均4.5h,术中出血400-1500ml,平均1100ml应用自体血回输装置平均回输自体红细胞约300-700ml所有病例伤口一期愈合,未出现伤口感染者,无脊髓神经损伤、脑脊液漏、血气胸等并发症发生。随访3-24个月,平均9个月,27例42个先天性半椎体切除彻底,无残留椎体,术后侧凸Cobb角5°-2°5,平均16°,侧凸畸形矫正率80%-98%,后凸畸形完全矫正,胸椎后凸角10°-35°,腰椎后凸-30°至-50°,后凸矫正率为100%,生理曲度恢复正常。7例经椎弓根楔形截骨矫正先天性腰椎后凸畸形效果满意,腰椎生理前凸恢复正常,后凸矫正率达100%。脊柱及下肢全长X线片显示脊柱矢状面、冠状面和躯干整体平衡情况好,术后36个月脊柱植骨逐步愈合。随访期间,胸椎侧凸及后凸矫正率无丢失,胸腰段及腰椎侧凸矫正丢失率小于5%、后凸矫正无明显丢失(表1和图1)。

表1 34例患者脊柱畸形情况及矫形效果

34例患者脊柱畸形情况及矫形效果

患者男

图1 患者男,14岁

责任编辑:程玥
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