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土耳其大学研究人员评估3D打印在脊柱外科中的应用

2020-6-8 9:47:07 点击:
    一组土耳其大学研究人员评估了使用生物3D打印技术提高脊柱外科手术成功率的可行性。通过结合CT扫描和生物3D打印技术,研究团队能够将解剖图像快速转换为一系列指南和3D模型。新颖的组件可以允许在脊柱外科手术中的新应用,包括术前计划,外科手术模拟和潜在的可植入设备。
脊柱外科的增材制造
       发展有关人体解剖学的良好知识以及在手术过程中识别界标的能力可能涉及很多知识,但这是正确进行手术干预的重要要求。研究人员认为,传统的术中技术,例如CT扫描和基于荧光检查的方法,可能会导致手术时间延长,放射线暴露以及高昂的费用。研究小组建议,利用触觉而不是2D图像来评估患者,可以为脊柱外科医生提供更真实的患者畸形解剖学演示。通过消除复杂脊柱手术中的术中导航使用,使用这种更详细的方法可以减少手术时间,失血量和透视检查时间,并降低成本。
         治疗脊柱畸形的手术通常需要生产用于前柱重建的即用型植入物,这带来了由于不正确的配合而导致植入物移位的风险。 3D打印这些部件,使其负载分布均匀,并具有出色的骨整合性,可为患者量身定制植入物,并降低并发症的风险。使用此过程生成的“ DP模型”可以更准确地表示患者的解剖结构,并且显示出较少见的解剖结构。

        3D打印的核心逐层概念使研究人员能够生成详细的解剖模型,而其他方法甚至复杂的铣床也无法做到。此外,研究人员发现,开始制造所需的工业机器较少,并且对系统进行的培训也很少。因此,将增材制造与CT扫描技术相结合,就可以生成具有外部和内部轮廓几何形状的复杂模型,这些模型可以非常类似于患者的解剖结构。


  通过3D成像显示的椎弓根螺钉插入角度。图片来自《整形外科杂志》。
  脊柱外科的附加进展
      椎弓根螺钉插入术在脊柱外科手术中很常见,但是充满了可能造成毁灭性和危及生命的下腔静脉,主动脉降落,脊髓和肺的复杂损伤。韩国研究人员在2018年发现,可以使用3D打印来避免此类并发症的风险。在他们的研究中,对插入过程没有先验知识的居民能够在3D打印模型上实施该过程。尽管模仿无法完全模仿真实人体组织的纹理,但发现该设计比标准成像方法能更好地显示解剖结构,并具有改善医患互动的潜力。

       使用3D打印还可以帮助外科医生确定椎弓根的进入点,以及通过3D打印的导板插入的精确轨迹,从而有助于减少螺钉插入手术中的并发症。基于患者的术前CT扫描或MRI成像,引导布局包括与后椎骨结构匹配的部分以及用于螺钉器械的轮廓钻孔轨迹。在手术方案中,将经过消毒的成分放在目标椎骨表面上,以校正椎弓根螺钉的方向。

       在初步研究期间,该程序是使用11位患者的3D指南进行的。这些组件可以进行术前计划,便于在术中插入椎弓根螺钉,并且该方法经济实惠。同样,2019年进行的一项研究对15名严重的先天性脊柱侧弯患者使用了3D打印指南。这些研究人员推测,螺钉插入比最稳定的徒手画法更准确,并向无法使用CT扫描仪或O型臂导航的外科医生推荐了指南。此外,遇到了五个异常或变异的椎弓根。指导模板的使用帮助外科医生选择了正确的螺钉,并为每个椎弓根选择了最理想的螺钉轨迹,以有效地应对变化。

        土耳其研究人员得出的结论是,使用3D打印的导板可以提高患者的安全性,使外科医生可以执行更复杂的手术,并可以创建用于骨骼缺损的定制植入物。未来的应用可能会在术前计划,手术模拟和术中指导中。尽管研究团队承认对基于聚合物的模板产生的碎片的担忧,但发现钛患者专用模板可以解决此问题,尽管成本更高。研究人员期望进行进一步的研究,以继续开发该技术。

  计算机断层扫描评估表明已经实现了精确的椎弓根螺钉固定。图片来自《整形外科杂志》。
  外科手术中的添加剂应用
      其他许多3D打印公司已经创新了自己的生产脊柱植入物的解决方案,其中许多都获得了美国食品药品监督管理局(FDA)的批准。德克萨斯医疗设备公司Osseus Fusion Systems的Aries系列3D打印脊柱植入物于2018年8月获得FDA批准。Aries腰椎椎间融合器使用钛材料生产,旨在帮助外科医生减轻背部疼痛并缩短手术后的脊柱恢复时间。
       宾夕法尼亚州脊柱器械开发公司Centinel Spine于2018年6月获得FDA的许可,以销售其3D打印植入器械。该公司的FLX平台由全钛设备组成,可稳定脊椎中的椎骨并增加脊柱手术后患者的愈合过程。
        医疗公司Emerging Implant Technologies GmbH(EIT)于2018年1月获得FDA的批准,生产出“首款” 3D打印脊柱植入物,用于治疗多处伤害。使用选择性激光熔化(SLM)的3D打印使EIT可以制造出具有模仿骨骼的松质(“海绵状”)和皮质(硬质)结构的芯的植入物。
        研究人员的发现在2020年5月29日发表在《整形外科杂志》上的题为“ 3D打印和脊柱外科手术”的论文中得到了详细说明。这项研究是由Alpaslan Senkoylu,Ismail Daldal和Mehmet Cetinkaya共同撰写的。