三维打印指南模板辅助皮椎间盘（PVP）

摘要

在这里，我们提出了一个三维打印指南模板的皮椎骨。T11椎骨压缩性骨折患者被选择作为案例研究。

摘要

皮下椎骨成形术（PVP）被认为是骨质椎骨压缩性骨折引起的背痛的有效治疗。PVP的准确性主要取决于外科医生在传统手术中的经验和多荧光镜。世界各地都报告了穿刺相关的并发症。为了使手术更加精确，降低穿刺相关并发症的发生率，我们的团队对PVP应用了三维打印指南模板来修改传统程序。该协议介绍了如何在软件中将目标椎骨DICOM成像数据建模为三维，如何模拟此三维模型中的操作，以及如何利用所有手术数据重建患者特定的应用模板。使用此模板，外科医生可以准确地识别合适的穿刺点，以提高手术的准确性。整个方案包括:1）骨质椎骨压缩性骨折的诊断;2） 目标椎骨CT成像的采集;3）模拟软件中的操作;4）设计制作三维打印导板模板;5） 将模板应用到操作过程中。

引言

骨质疏松性骨折（OVCF）作为各种骨质疏松性骨折中最常见的类型性骨折，是当今临床上备受关注的临床问题。根据目前的指南建议，皮皮椎骨成形术是临床治疗骨质椎骨压缩性^骨折1最有效的微创方法之一。

传统上，外科医生在C-arm荧光镜的指导下进行皮下椎骨整形手术，以治疗椎骨压缩性骨折，以恢复压缩的椎体，缓解早期^疼痛2。即使是有经验的外科医生，只要依靠个人经验，就能在确认合适的穿孔点时出错。此操作可能导致一些与穿刺相关的并发症（例如，水泥渗入周围组织、神经根损伤、脊髓内造脑肿等^{3、4、5）;}此外，近50%的患者有局部并发症从传统的PVP与95%的并发症来自水泥泄漏到周围组织或栓塞^静脉6。随着精密手术的出现，三维打印指南模板已用于许多脊柱^手术7，因为它可以提高程序的准确性，减少难度，并尽量减少操作风险。在这里，我们将三维打印指南模板应用于PVP，使外科手术更加精确，并降低穿刺相关并发症的发生率。与传统方法相比，3D打印指南模板辅助手术有1）手术穿刺精度提高，2）手术过程中辐射暴露最小化，3）缩短手术时间，4）减少手术时间。穿刺相关并发症的概率。

方案

本研究得到了北京友谊医院首都医科大学伦理委员会的批准。

1. 通过X射线荧光镜检查、磁共振成像（MRI）、骨丝镜和症状诊断骨质椎骨压缩性骨折（OVCF）

1. 识别老年患者有OVCF的患者，有背痛、脊柱过程中的压痛、背部的中脊髓肌肉等。
2. 使用后体X射线荧光镜检查患者是否有椎骨压缩性骨折。
3. 使用 MRI 诊断患者是否有新发病的椎骨压缩性骨折，并确定目标压缩椎骨。对于不能接受MRI的患者，使用骨剪。
4. 为急性椎骨压缩性骨折患者订购PVP治疗，并记录视觉模拟量表（VAS）评分和Oawestry残疾^{指数（ODI）8。}
   注:包容有几个标准:1）椎骨骨折患者是否具有低能量创伤史;2） 没有代谢性骨病或癌症的历史或证据;3） VAS 分数 = 7;4）通过X射线、MRI或骨颅术诊断为椎骨骨折。

2. 目标椎的术前定位

1. 手术前，对患者进行易进行计算机断层扫描，在压缩椎骨水平，在患者背部皮肤的中线放置三个放射性标记。在按压最痛苦的部分时，通过X射线荧光检查和患者背部的体格检查确认目标区域。
2. 在容易进行计算机断层扫描之前，在患者的背部放置一个渐变器，略低于固定标记。记录患者的身体位置，然后将其移除。在手术期间让患者保持在相同的位置。
3. 以 DICOM 格式保存 CT 图像（1 mm 扫描层厚度、1 mm 层间距和 90 片（常规扫描）或 400 片（薄片扫描）。在患者的背部放置棉垫，以确保标记物一直保留到手术。

3. 在计算机软件中模拟皮下椎骨切整手术

1. 将 DICOM 格式的 CT 图像导出到医疗成像处理软件（例如，MIMICS），并选择目标切片以重建压缩椎骨。
2. 选择阈值分割以调整目标椎骨的阈值范围，从125-3071H，并创建蒙版。按"复制蒙版"可制作两个蒙版:蒙版 A 和蒙版 B。
3. 单击"蒙版编辑"可擦除蒙版 A 中的目标椎骨。然后单击布尔操作，通过使用蒙版 B 减去蒙版 A 来形成新的蒙版 C。
4. 通过软件中的双边透眼方法模拟PVP。首先，在软件中定义Medcad 气缸为穿刺针模型。将气缸定义为与穿刺针相同的长度和半径（长度为 125 mm，半径为 1.25 mm）。
5. 使用目标椎骨的三维视图模拟实际 PVP 的入口点、入口角度（头部倾角和诱拐角度方向）和穿刺针深度。
6. 使用"移动和旋转"功能将穿刺针调整到其理想位置。保持针状轨迹符合这些原则:1）穿刺针可以通过穿刺器外推，最好在它优异的一半;2） 尖端的理想位置在侧视图的椎体前三分之一的点上。

4. 三维打印指南模板

1. 保存所有 3D 模板数据，并将其以 MCS 格式发送给三维打印公司。
2. 将 MCS 格式数据转换为 STL 格式并使用软件设计模板。重建基地，必须紧贴患者的背部皮肤，根据所有参数重建轨迹管道，包括皮肤入口点、入口角度和两针轨迹的深度，打印两个相同的模板进行手术.
   注:导引模板由聚乳酸制成，可消毒和低温蒸汽消毒。

5. 应用三维打印指南模板，协助实际PVP操作

1. 根据梯度记录，使患者容易躺在手术台上，如CT扫描。测量三个放射性标记的距离，并绘制三个标记的轮廓，使模板与目标位置匹配。
2. 将皮肤模板与皮肤轮廓匹配。在模板上插入和按两个拭子穿过针的轨迹，以标记皮肤上的插入点。然后删除模板并将点绘制为点 A 和 B。
3. 取出模板并消毒皮肤。将区域覆盖，并将两根穿刺针的尖头放在插入点（A 点和 B 点）。然后，使用C臂荧光镜的前后观察，确认模板确定的穿刺点是否可行。
4. 在每个穿刺点注射5mL的1%利多卡因和1%罗帕维卡因的混合物，给患者局部麻醉。通过消毒膜修复患者背部的另一个消毒模板。
5. 通过模板的引导柱插入，将两根针轻轻插入目标椎骨。使用 C 臂荧光镜验证轨迹是否适合插入。确保标点符号位于脚尖内，然后点击针以进一步前进，直到轨迹结束。
6. 当整个针头完全插入导芯时，使用 C 臂荧光镜验证针尖是否已到达其理想位置。
7. 通过针头将骨水泥注入椎体。通过每个轨迹将 2 mL 的骨水泥注入椎骨，总共 4 mL 的骨水泥。
8. 最后，使用荧光镜检查骨水泥在椎体内的分布情况，通过前视和横向视图。缝合插入。

结果

医院对CT图像进行采集和数字建模，在3D打印公司进行三维打印。从 CT 图像重建三维打印的 3D 模型需要 30 分钟，三维打印公司需要大约 6 小时才能打印出 2 个指南模板并发送到医院。

患者目标椎骨的手术前图像如图1和图2:X射线（A1:后视;A2:横向视图）;磁共振图像（A3:TIWI 视图;A4:T2WI 视图;A5:FS 视图）。图3说明了CT图像的采集，标记了目标椎骨，并记录了患者的身体位置。从日冕平面（图4A）、横平面（图4B）和下垂平面（

讨论

皮皮椎骨成形术（PVP）被认为是治疗骨质椎骨压缩性骨折^的最好方法之一，因为它有一些明显的优点:它是微创的;出血较少，恢复迅速。传统的PVP主要由C-arm荧光镜引导，需要反复的荧光镜来确定安全和理想的穿刺点、穿刺角度和方向，这增加了术中辐射剂量和操作^时间10.此外，手术的成功率主要取决于外科医生的经验。然而，仍然有1.2%-15.7%的错误率和0-7.42%的重新操作率，即使图像导航^系统11辅助的操作。

3D指南模板有一些优势，协助胸腔和颈椎螺旋插入操作12，13，14。我们的团队将三维打印指南模板与 PVP 相结合。我们随机、非盲、对照临床研究结果表明，该模板在手术前和手术过程中具有许多优点:增加穿刺精度;尽量减少手术时间和辐射暴露;减少穿刺相关并发症。...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
X光机	公司 飞利浦		机
磁共振成像机	公司 GE		机
计算机断层扫描	公司 GE		机
HORI 3D打印机	北京汇天威科技有限公司		机器
Geomagic Design X	3D Systems 公司		软件
Materialise 交互式医疗影像控制系统	Materialise 公司		软件
VertePort 针头	Stryker 公司		手术设备
Spineplex	Stryker 公司		手术设备
经皮水泥输送系统	Stryker Company		作设备
Spirit Level Plus	IOS App store		梯度器