3d打印导航模块辅助腰椎椎弓根螺钉精确植入的-研究

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1、万方数据硕士学位论文近年来，随着科技的进步，3D打印技术发展迅速。3D打印机可打印出器官或组织的三维实体模型，能将器官或组织内部结构的细节真实地突显出来，使医学知识变得更为直观明了。与此同时，通过3D打印技术制造出三维实体模型可以清晰直观地显示患者的疾病状况，以便医生更为详细地了解患者的病情，如复杂骨折、严重畸形等。其提供了比医学影像资料更加具体的解剖学信息，实现了由虚拟到现实、由二维到三维、由平面到立体的转变。医生可直接在打印的三维实体模型上进行手术设计及模拟试验，开拓思路，熟练手术操作，以确保实际手术的成功。因此，3D打印技术为临床疾病的诊断和治疗提供了个性

2、化、精确化的新思路和新方法。基于数字化设计和3D打印技术的个体化腰椎椎弓根螺钉导航模块能够和特定患者的实体骨骼完全匹配，具有准确、安全、便于使用等优点，并可有效减少医生和患者在术中的放射性暴露。综上所述，3D打印技术为临床医生诊断和治疗疾病的提供了新思路和方法，有助于个体化医疗的进步。但是，为了促进腰椎椎弓根螺钉植入手术的发展，尚需进一步探讨具有螺钉植入准确率高、设计简单、操作方便、对手术人员经验技术要求低，并能缩短手术时问、减少术中X线损伤等优点的新型腰椎椎弓根螺钉植入方法，而3D打印技术的进步为这一方法的可行性铺开了道路。3D打印导航模块辅助腰椎椎弓根螺钉精

3、确植入的实验研究目的通过在电脑软件Mimicsl4．0中数字化设计个体化腰椎椎弓根螺钉导航模块，利用3D打印技术制造出个体化腰椎椎弓根螺钉导航模块实体和腰椎实体，接着使用导航模块在3D打印的腰椎上进行模拟螺钉植入试验，以验证导航模块的可行性及精确性，为实际手术中实现微创下个体化的腰椎椎弓根螺钉精确植入打好坚实的基础。方法利用软件Mimics14．0三维重建成人虚拟腰椎(L1一L5)三维模型，去除与椎弓根螺钉植入无关的其他组织结构，以免其影响设计人员的视野和操作，仅III万方数据摘要保留与个体化腰椎椎弓根螺钉导航模块数字化设计相关的腰椎。首先，进行导航杆的设计，一

4、般选择腰椎“人”字嵴的中心为腰椎椎弓根螺钉的进钉点，调整导航杆位置，使其恰好穿过椎弓根中心，此时导航杆的方向和位置即是虚拟钉道的方向和位置。基于导航杆，数字化设计出个体化腰椎椎弓根螺钉导航模块前体，使导航模块前体的前端与腰椎“人”字嵴部位的骨面紧密贴合，然后通过“布尔运算”，用导航模块前体减去腰椎和导航杆便可获得虚拟的个体化腰椎椎弓根螺钉导航模块。接着，将虚拟的个体化腰椎椎弓根螺钉导航模块和腰椎数据导入到3D打印机所配套的软件MakerWare中，调整导航模块和腰椎位置，设置好打印属性，接着通过3D打印机制造出个体化腰椎椎弓根螺钉导航模块和腰椎标本实体。最后，在

5、个体化腰椎椎弓根螺钉导航模块的辅助下植入合适尺寸的腰椎椎弓根螺钉。观察试验植入腰椎椎弓根螺钉的进钉点、进钉方向和螺钉在椎弓根内的位置，并与在Mimics14．0中虚拟的腰椎椎弓根螺钉植入方案进行比较，用以检验实际置钉和虚拟置钉的一致性。观察有无腰椎椎弓根螺钉穿破腰椎椎弓根皮质，评价螺钉的植入效果。结果(1)总共通过数字化设计和3D打印技术研制了228个个体化腰椎椎弓根螺钉导航模块，应用228个个体化腰椎椎弓根螺钉导航模块辅助植入腰椎椎弓根螺钉228枚。全部螺钉的进钉点，进钉方向均与虚拟置钉方案相一致，螺钉在椎弓根内位置良好，无一例螺钉穿破椎弓根皮质。进钉点大多位

6、于“人”字嵴的中央部位，腰椎椎弓根螺钉准确地位于椎弓根的中心，距离上、下、内、外侧壁的距离适中。(2)数字化设计的个体化腰椎椎弓根螺钉导航模块的直径范围为7～9mm，长度为25～35mm，在此范围内，个体化腰椎椎弓根螺钉导航模块与腰椎“人”字嵴部位骨面贴合紧密，固定牢固，应用方便。根据不同患者的实际需要，植入的腰椎椎弓根螺钉的直径一般为腰椎椎弓根横径的70％左右，椎弓根螺钉的长度为钉道长度的80％左右。万方数据硕士学位论文结论基于数字化设计的3D打印个体化腰椎椎弓根螺钉导航模块能够有效地辅助植入腰椎椎弓根螺钉，螺钉植入的精确性高。此种方法操作方便、过程简单、学习

7、曲线短、减少了患者的术者的放射性暴露、对术者的手术经验和技术要求低、便于推广普及。3D打印导航模块辅助腰椎椎弓根螺钉精确植入的临床应用研究目的将基于数字化设计的3D打印个体化腰椎椎弓根螺钉导航模块应用于临床腰椎骨折患者，检验个体化腰椎椎弓根螺钉导航模块辅助植入腰椎椎弓根螺钉的可行性及精确性，实现微创下个体化的腰椎椎弓根螺钉精确植入。方法采集2例成年腰椎前柱压缩性骨折患者CT数据资料，将CT资料导入软件Mimicsl4．0中，三维重建患者的虚拟腰椎三维模型。设计个体化腰椎椎弓根螺钉导航模块，并利用3D打印机制造出个体化腰椎椎弓根螺钉导航模块和腰椎实体。术前，先利用

8、腰椎椎弓根螺钉个体化导航