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    3D打印技術(shù)在老年退變性腰椎側(cè)彎手術(shù)中的應(yīng)用

    2019-08-06 12:40:38劉向陽(yáng)吳建明
    關(guān)鍵詞:導(dǎo)板變性椎弓

    趙 暉,鄒 明,胡 偉,劉向陽(yáng),吳建明

    亳州市人民醫(yī)院脊柱外科 安徽亳州 236803

    3D打印技術(shù)又稱快速成型技術(shù),是一種以計(jì)算機(jī)數(shù)字化模型為基礎(chǔ),在其控制下利用光敏材料逐層黏合打印的逆向增材工程技術(shù)[1]。近年來(lái)3D打印技術(shù)迅猛發(fā)展,在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用也更為廣泛[2-4]。2016年1月至2018年5月,我院有20例老年退變性腰椎側(cè)彎患者接受聯(lián)合3D打印腰椎模型和術(shù)中椎弓根定位-定向?qū)О宓难岛舐窚p壓植骨融合椎弓根螺釘內(nèi)固定側(cè)彎糾正術(shù),20例接受常規(guī)手術(shù)治療,本研究比較了兩組患者的療效及手術(shù)相關(guān)指標(biāo),評(píng)價(jià)3D打印技術(shù)在老年退變性腰椎側(cè)彎手術(shù)中的臨床價(jià)值。

    1 對(duì)象與方法

    1.1研究對(duì)象40例老年退變性腰椎側(cè)彎患者均符合以下標(biāo)準(zhǔn):①年齡60~80歲。②術(shù)前行脊柱全長(zhǎng)Bending位X線片,腰椎CT、MRI檢查,查體確認(rèn)癥狀、體征與影像學(xué)表現(xiàn)相符合,明確診斷為退變性腰椎側(cè)彎。③術(shù)前完善相關(guān)檢查,必要時(shí)由相關(guān)科室會(huì)診,綜合評(píng)估為可耐受手術(shù)和麻醉者;術(shù)前充分溝通,手術(shù)意愿強(qiáng)烈,可以接受手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的患者。20例采取常規(guī)腰椎后路減壓植骨融合椎弓根螺釘內(nèi)固定側(cè)彎糾正術(shù)(對(duì)照組),男11例,女9例,61~80歲。另外20例采取聯(lián)合3D打印腰椎模型和術(shù)中椎弓根定位-定向?qū)О宓暮舐窚p壓植骨融合椎弓根螺釘內(nèi)固定側(cè)彎糾正術(shù)(研究組),男12例,女8例,60~80歲。兩組年齡、性別分布及術(shù)前疼痛視覺(jué)模擬評(píng)分(visual analogue scale,VAS)、腰椎功能障礙指數(shù)(Oswestry disability index,ODI[5])等一般資料比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

    1.23D打印腰椎模型和導(dǎo)板的制作研究組采用西門子64排CT薄層掃描患者腰椎,掃描層厚0.6 mm,掃描圖像以Dicom格式保存后通過(guò)處理軟件Mimics17.0(比利時(shí)Materialise公司)導(dǎo)入3D圖像生成及編輯處,設(shè)計(jì)出卡在雙側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)處的椎弓根定位-定向?qū)О?圖1A),導(dǎo)板直徑為3.5 mm。椎弓根螺釘走行設(shè)計(jì)平行于椎弓根,橫截面上沿椎弓根方向進(jìn)針。術(shù)前計(jì)算機(jī)上初步模擬觀察直徑6.5 mm(視實(shí)際椎弓根螺釘直徑調(diào)整)椎弓根置釘?shù)氖笭钗?圖1B)、軸狀位釘?shù)?圖1C)與椎弓根的位置關(guān)系,并作出相應(yīng)精細(xì)調(diào)整,設(shè)計(jì)出滿意的定位-定向?qū)О鍞?shù)據(jù),以STL格式導(dǎo)入上海麥遞途公司生產(chǎn)的盤古4.0系3D打印機(jī),打印出1∶1的腰椎椎體和模型導(dǎo)板,同時(shí)也為椎弓根螺釘大小的選擇提供參考。

    1.3手術(shù)方法和術(shù)后處理研究組:麻醉后取俯臥位,腹部懸空,常規(guī)消毒鋪巾,以側(cè)彎頂點(diǎn)為中心縱行逐層切開(kāi)皮膚、皮下及淺深筋膜,骨膜下剝離骶棘肌,顯露需要置釘固定的椎體棘突、椎板、關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)及橫突;徹底去除關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的軟組織,充分暴露;取出低溫消毒后的3D打印椎體,觀察和患者椎體是否完全一致;將消毒后的定點(diǎn)-定向?qū)О蹇ㄔ谙鄳?yīng)椎體的關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)上,固定牢靠,避免導(dǎo)板移位。根據(jù)預(yù)先在1∶1腰椎模型上測(cè)量的椎弓根螺釘長(zhǎng)度,在導(dǎo)板引導(dǎo)下使用電鉆,安裝直徑3.0 mm、相應(yīng)長(zhǎng)度的限深鉆頭,緩慢鉆孔(圖1D),鉆孔成功后球探探查四壁均為骨道,插入定位針。透視見(jiàn)定位針位置良好,攻絲,再次探查四壁均為骨質(zhì),置入椎弓根螺釘。需要減壓椎體,咬骨鉗咬除相應(yīng)椎體棘突、雙側(cè)椎板及部分增生內(nèi)聚的關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié),擴(kuò)大狹窄的側(cè)隱窩,徹底減壓。切開(kāi)狹窄椎體間椎間盤,撐開(kāi)器逐步撐開(kāi),刮刀刮除腰椎間軟骨板,將咬除的骨質(zhì)塞入合適的融合器中。置入預(yù)彎鈦棒,適當(dāng)撐開(kāi),擰緊螺塞。再次透視見(jiàn)椎弓根螺釘及融合器位置良好,生理弧度恢復(fù)佳,側(cè)彎得到矯正。再次探查見(jiàn)硬膜搏動(dòng)良好,神經(jīng)根松弛。超聲磨鉆打磨固定椎體關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)及椎板,將減壓碎骨置入雙側(cè)腰椎橫突間、關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)及椎板后方。清點(diǎn)器械敷料無(wú)誤后,內(nèi)置引流管1根,逐層縫合傷口,無(wú)菌敷料包扎。術(shù)后送麻醉恢復(fù)室,患者蘇醒后,送入脊柱外科病房,髓核送病理。

    對(duì)照組手術(shù)方法:按照常規(guī)的“人”字棘頂點(diǎn)進(jìn)針,通過(guò)術(shù)前閱片和手術(shù)經(jīng)驗(yàn)調(diào)整頭、尾傾和外展角度置釘,余手術(shù)步驟同研究組。

    術(shù)后處理:術(shù)后患者均采用平臥位休息,軸向翻身;觀察手術(shù)切口負(fù)壓引流管引流量,24 h引流量<50 mL、無(wú)腦脊液漏的患者拔出引流管。術(shù)后使用頭孢呋辛鈉24~48 h,激素3~5 d,脫水藥、質(zhì)子泵抑制劑3~5 d,有神經(jīng)癥狀的患者加用神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)藥物。

    1.4觀察指標(biāo)采用Kawaguchi等[6]的方法評(píng)價(jià)置釘精準(zhǔn)度。0級(jí):螺釘完全在椎弓根內(nèi);1級(jí):螺釘穿出椎弓壁不超過(guò)2 mm,未出現(xiàn)并發(fā)癥;2級(jí):螺釘穿出椎弓根壁超過(guò)2 mm,未出現(xiàn)并發(fā)癥;3級(jí):出現(xiàn)臨床并發(fā)癥,如神經(jīng)刺激或損傷癥狀。記錄兩組病例的手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、術(shù)中C臂機(jī)透視次數(shù);術(shù)后6個(gè)月隨訪,再次行VAS、ODI評(píng)價(jià)。

    A:術(shù)前設(shè)計(jì)的定位-定向?qū)О?;B:術(shù)前模擬椎弓根置釘矢狀位的位置;C:術(shù)前模擬椎弓根置釘軸狀位的位置;D:術(shù)中電鉆安裝直徑3.0 mm的鉆頭穿刺

    圖1術(shù)前設(shè)計(jì)

    1.5統(tǒng)計(jì)學(xué)處理采用SPSS 19.0處理數(shù)據(jù)。采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較兩組手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、術(shù)中C臂機(jī)透視次數(shù),術(shù)后6個(gè)月與術(shù)前VAS及ODI差值的差異,采用χ2檢驗(yàn)比較兩組椎弓根螺釘置釘0級(jí)率,檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。

    2 結(jié)果

    研究組典型病例術(shù)前術(shù)后影像見(jiàn)圖2。與對(duì)照組相比,研究組手術(shù)時(shí)間縮短,術(shù)中出血量及術(shù)中C臂機(jī)透視次數(shù)減少;但兩組術(shù)后6個(gè)月與術(shù)前VAS評(píng)分及ODI評(píng)分的差值差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,見(jiàn)表1。對(duì)照組置釘0級(jí)率為91.9%(193/210),研究組為98.1%(212/216), 差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=8.856,P=0.003)。兩組病例均獲骨性融合,均未出現(xiàn)神經(jīng)癥狀,也未見(jiàn)內(nèi)固定裝置松動(dòng)、斷裂等并發(fā)癥。

    A:患者術(shù)前腰椎側(cè)凸Cobb角60°;B:術(shù)后腰椎側(cè)凸完全矯正,Cobb角0°

    圖2 研究組典型病例術(shù)前術(shù)后影像

    3 討論

    3.1應(yīng)用3D打印腰椎椎體及椎弓根導(dǎo)板在老年退變性腰椎側(cè)彎手術(shù)中的優(yōu)勢(shì)退變性腰椎側(cè)彎是老年人常見(jiàn)的疾病,隨著社會(huì)老齡化的加劇,發(fā)病率逐年增高[7]。術(shù)前即3D打印出1∶1的老年退變性腰椎側(cè)彎椎體模型和椎弓根導(dǎo)板,方便和患者及家屬溝通[8],可以讓患者及家屬直觀地感受手術(shù)操作步驟,理解手術(shù)可能會(huì)出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn);可以在計(jì)算機(jī)上預(yù)先設(shè)計(jì)出手術(shù)方式、減壓和固定范圍,判斷術(shù)后側(cè)彎矯正的滿意度,“個(gè)性化”地模擬手術(shù)[9],甚至遇到較大解剖變異的患者,手術(shù)內(nèi)固定器材可以“私人定制”。老年性退變性腰椎側(cè)彎畸形,椎體左、右側(cè)高度不對(duì)稱且伴有旋轉(zhuǎn)畸形,椎弓根同樣隨著椎體的變異而變異較大,關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)內(nèi)聚明顯,這些均給椎弓根螺釘?shù)闹萌霂?lái)困難。據(jù)Mason等[10]報(bào)道腰椎傳統(tǒng)置釘方法存在30%~40%的誤置率。對(duì)于老年性退變性腰椎側(cè)彎畸形患者,使用普遍性的理論指導(dǎo)個(gè)體化的置釘是誤置發(fā)生的根本原因[11];且老年人椎弓根骨質(zhì)疏松,置釘要求較高,多次穿刺后椎弓根把持力較差,凸側(cè)抱緊和凹側(cè)撐開(kāi)時(shí)易導(dǎo)致椎弓根爆裂,失去原本的固定作用,因此椎弓根螺釘穿刺要求最好一次性成功,避免反復(fù)調(diào)整。使用3D打印技術(shù),可于術(shù)前在椎體上進(jìn)行模擬置釘,保證螺釘均在椎弓根內(nèi),幾乎無(wú)偏差,基本上可以做到一次穿刺成功。這樣不僅減少創(chuàng)傷、出血,同時(shí)可以節(jié)約手術(shù)時(shí)間。我們的研究證實(shí)使用3D打印導(dǎo)板的研究組手術(shù)時(shí)間為(240.5±40.1) min、術(shù)中出血量為(910.1±92.3) mL,和對(duì)照組比較,手術(shù)時(shí)間和術(shù)中出血均減少。此外,由于3D打印的椎弓根導(dǎo)板精確度較高,可以減少術(shù)中透視次數(shù),從而減少患者和醫(yī)務(wù)人員的術(shù)中輻射量。

    3.2應(yīng)用3D打印腰椎椎體及椎弓根導(dǎo)板的注意事項(xiàng)術(shù)前所獲取的CT平掃數(shù)據(jù)要以Dicom格式保存,且平掃厚度至少要小于1 mm,層厚越小越精確。我們所使用的西門子公司生產(chǎn)的64排雙源CT,層厚為0.6 mm。術(shù)前一定在計(jì)算機(jī)上反復(fù)測(cè)試椎弓根螺釘?shù)闹睆胶烷L(zhǎng)度及螺釘在軸狀位、矢狀位的位置,確保螺釘大小、位置完全合適,方可逆向設(shè)計(jì)相應(yīng)導(dǎo)板,確保導(dǎo)板精確無(wú)誤。術(shù)中要解剖清楚,尤其是椎弓根導(dǎo)板所要卡的關(guān)節(jié)突部位,徹底剔除軟組織,避免導(dǎo)板放置偏差影響椎弓根螺釘置入的準(zhǔn)確性。在放置好椎弓根導(dǎo)板后,要固定牢靠,防止導(dǎo)板在使用過(guò)程中發(fā)生移位。

    3.3本研究的局限性本研究打印腰椎椎體和椎弓根導(dǎo)板所使用的醫(yī)用光敏樹(shù)脂是否可以進(jìn)行低溫消毒,消毒時(shí)是否會(huì)發(fā)生化學(xué)變化,消毒后的光敏樹(shù)脂導(dǎo)板接觸人體是否有害,均有待進(jìn)一步長(zhǎng)期研究。另外,本研究樣本量較小,隨訪時(shí)間較短,遠(yuǎn)期效果有待進(jìn)一步觀察。

    總之,3D打印技術(shù)可以個(gè)性化設(shè)計(jì)和制作腰椎模型及椎弓根導(dǎo)板,提高老年退變性腰椎側(cè)彎手術(shù)椎弓根螺釘置入的精確性,節(jié)約手術(shù)時(shí)間,減少術(shù)中出血,減少術(shù)中C臂機(jī)透視次數(shù),值得推薦應(yīng)用。

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