下颈椎后路经椎弓根固定的个性化导航模板研发及其置钉准确性分析

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1、南方医科大学2009级硕士学位论文下颈椎后路经椎弓根固定的个性化导航模板研发及其置钉准确性分析Thedevelopmentonpersonalizednavigationtemplateofposteriortranspediclefixationoflowercervicalvertebraeandits课题来源：自选accuracyevaluations专业名称学位申请人临床解剖学宋柯指导教师李鉴轶副教授答辩委员会主席汪华侨教授答辩委员会成员论文评阅人吴增晖教授张琳教授欧阳钧教授廖华教授夏虹教授赵卫东副研究员2012年5月23日广州下颈椎后路经椎弓根固定的个性

2、化导航模板研发及其置钉准确性分析硕士研究生：宋柯指导老师：李鉴轶副教授摘要引言下颈椎椎弓根螺钉内固定系统因其良好的生物力学性能已成为最常用的下颈椎脊柱内固定方法之一。因下颈椎椎弓根毗邻结构解剖复杂而重要，手术置钉难度较大，与之相关的手术并发症时有发生。即便是具有一定经验的医生也难以完全避免并发症的发生。如果螺钉植入位置不佳，不仅引起内固定系统强度下降甚至失效，更着影响手术疗效。手术成功的关键在于植入螺钉必须按照椎弓根长轴轴线通过这一狭小骨性管道。结合三维重建技术，我们利用三维重建软件，使椎弓根螺钉通道可视化。目前遇到的困难是不同个体的下颈椎存在着差异，难以做到统一

3、化置钉。依据病人具体的情况进行个性化置钉是未来的发展方向。最近几年快速成型技术的快速发展，为脊柱外科的发展开辟了新的道路。我们依据三维重建技术，快速成型技术和逆向工程原理，设计并制作个性化的导航模板，术前可以依据建好的椎体三维模型，使椎弓根螺钉通道可视化，设计制作好带有虚拟克氏针通道可以观察椎弓根四壁是否发生穿孔；术后置入实物克氏针；经再次CT扫描并三维重建后，我们对椎体进行配准，对比实物克氏针与虚拟克氏针，而后进行三维空间比对，研究实物克氏针与虚拟克氏针的三维空间位移变化，以及角度变化。进而评价我们所设计的导航模板的精确性和应用的科学性。中文摘要目的利用逆向工程

4、原理和快速成型技术以及CT三维重建技术制作出个性化的导航模板，辅助下颈椎后路经椎弓根克氏针置入；采用标本实验的方法评价导航模板辅助克氏针置入的精确性以及可行性。对术前虚拟设计的克氏针和术后实物克氏针进行配准，计算出三维空间角度变化和空间位移的大小，以此评价导航模板的精确性。．．方法1．1材料：选取福尔马林浸泡的的新鲜颈椎(C3．C7)尸体标本4具，男性标本2具，女性标本2具；所有标本术前均通过肉眼观察及影像学筛选，以排除肿瘤、骨折、结核等病变。标本包括颈椎(C3．C7)后部、侧方的软组织。1．2方法：1．2l扫描标本获得下颈椎CT图像资料：对4具标本进行术前64排

5、螺旋CT扫描，扫描条件：电压120kV，电流150mA，层厚o．5mm，矩阵512x512。将扫描的CT断层数据以DICOM格式进行储存．1．22下颈椎CT图像资料导入MimicslO．Ol软件：将以DICOM格式进行储存的CT断层数据，导入到三维重建软件Mimics10．01(MaterialiseCompany，比利时)中，进行下颈椎三维模型图像的分割重建，获得单个下颈椎图像，并且对每个椎体图像数据进行编码，以STL格式储存以备用。1．23确定下颈椎椎弓根峡部：将单个椎体数据(STL格式)导入到GeomagicStudio(Geomagic公司，美国)中，以横

6、突平分线为基准线，在垂直方向上寻找平分椎体的矢状线，从而找到椎弓根轴线；沿着椎弓根轴线方向，利用‘创建特征’功能寻找到椎弓根最大内接圆直径最小的部位，即是椎弓根峡部。同时保留椎弓根峡部内接圆曲Ⅱ硕士学位论文线，椎弓根峡部最大内接圆曲线以wrp格式储存，备用。1．24设计导航模板螺钉定位杆：在Geomagic中，利用‘创建特征’功能寻找到椎弓根峡部的最大内接圆，最大内接圆以IGS的方式进行储存；把最大内接圆数据输入到UG中，沿椎弓根轴线方向，设计出直径为2ram的导航模板克氏针定位杆。对左右两侧的2ram虚拟克氏针进行布尔运算，而后再与椎体进行布尔运算，设计出带有克

7、氏针通道的椎体三维模型。1．25设计制作下颈椎三维模型：将带有克氏针虚拟通道的下颈椎椎体模型输入到美国三维立体打印机SpectrumZ510(ZCorp．美国)公司生产SpectrumZ510三维立体打印方式成型机进行打印。主要通过以下几个步骤设计制作个性化的椎体三维模型，预备三维设备；用Zprint软件准备好搭建过程；去除部件，初步定型。从而获得带有克氏针通道的椎体快速成型模型。1．26制作导航模板：由模型组C3．C7两侧置入直径为2mm长80mm克氏针，用调和好的牙托粉在两枚克氏针周围进行堆积，制作模块，待牙托粉充分凝结之后拔出克氏针，对模块进行手工分离。从而

8、获得带有克