3D导板与机器人辅助腰椎皮质骨轨迹置钉技术研究进展

随着全球人口老龄化加剧,脊柱退行性疾病患者合并骨质疏松症的发病率逐年增高。腰椎皮质骨轨迹置钉技术是解决骨质疏松患者螺钉松动有效方式之一,皮质骨轨迹螺钉比传统的椎弓根螺钉具有更好的生物力学性能。然而由于皮质骨轨迹置钉点偏内和置钉方向外展头倾角度更大缺乏明确解剖置顶点会增加腰椎皮质骨轨迹置钉手术难度。近年来,3D打印技术与骨科机器人辅助置钉技术的应用在提高骨质疏松患者皮质骨轨迹置钉精准度、增加皮质骨接触层数及减少小关节突关节侵犯率等方面发挥重要作用。本研究回顾国内外文献,对两种辅助置钉技术对腰椎皮质骨轨迹置钉的研究进行综述,同时对两种技术有新的认识和思考。

皮质骨轨迹置钉在腰椎翻修中的力学分析

背景:目前,临床中对固定失败的椎体进行手术翻修的方式存在不足与风险,为规避常规翻修手术的风险,可应用皮质骨轨迹置钉技术对固定失败的椎体进行翻修手术,但在翻修手术中皮质骨轨迹置钉技术螺钉的力学性能尚不明确。目的:利用有限元分析皮质骨轨迹置钉在腰椎翻修手术中的力学性能,为临床应用皮质骨轨迹置钉技术进行翻修手术提供理论依据。方法:获取骨质疏松症椎体CT扫描数据并建立L4节椎体模型。分别在L4椎体模型中完成皮质骨轨迹置钉(CBT初始组)以及传统椎弓根螺钉的初次置钉(TT初始组),并将其力学数据作为后期评价翻修手术性能的基线标准。再将传统椎弓根螺钉去除,保留其钉道,用皮质骨轨迹置钉的螺钉在该椎体上进行二次置钉(CBT翻修组),实现腰椎的重新固定,并利用有限元分析翻修后螺钉的轴向抗拔出力、稳定性以及腰椎活动度。结果与结论:①CBT翻修组螺钉轴向抗拔出力比TT初始组提高25.6%;②在下、左、右3种工况,CBT翻修组螺钉的载荷位移比,相对于TT初始组分别提升18.5%,41.3%,35.0%;CBT翻修组螺钉的载荷位移比,在上工况比TT初始组略有提升,但差异无显著性意义(P>0.05);③在前屈、后屈工况,CBT翻修组腰椎活动度比TT初始组提升45.5%,36.1%,而在左侧弯、右侧弯、轴向旋转工况差异无显著性意义(P>0.05);④CBT翻修组螺钉轴向抗拔出力、螺钉载荷位移比、腰椎活动度与CBT初始组比较,差异均无显著性意义(P>0.05);⑤力学数据表明,翻修钉道骨质虽有一定破损或丢失,但CBT翻修组在一定程度上仍优于TT初始组的力学性能,且CBT翻修组与CBT初始组比较,力学性能之间无明显差异;此次研究结果可为临床应用皮质骨轨迹置钉技术对传统椎弓根螺钉固定失败的腰椎进行翻修手术提供一定的参考。

有限元分析改良皮质骨轨迹置钉在腰椎翻修术中的力学性能

目的 利用有限元分析改良皮质骨轨迹置钉(modified cortical bone trajectory, MCBT)、皮质骨轨迹置钉(cortical bone trajectory, CBT)技术在腰椎翻修手术中的力学性能,并分析MCBT相比CBT在翻修手术中的优势。方法 根据CT扫描数据建立L1~5节椎体、终板、纤维环、髓核三维模型,在椎体模型中按传统轨迹(traditional trajectory, TT)椎弓根置钉技术进行置钉,再将TT螺钉去除,保留TT钉道,并用MCBT、CBT螺钉在该椎体上进行翻修置钉,对腰椎重新固定。利用有限元分析MCBT、CBT在翻修手术中的力学性能。结果 在前屈、后伸、侧弯、轴向旋转工况下,CBT翻修组相比对照组运动范围(range of motion, ROM)分别降低12.07%、19.60%、8.72%、7.66%,L3~4椎体间纤维环应力分别增加11.27%、30.43%、35.52%、25.36%,L4~5椎体间纤维环应力分别降低39.84%、52.64%、23.91%、15.77%;MCBT翻修组相比对照组,ROM分别降低13.18%、20.27%、25.63%、8.59%,L3~4椎体间纤维环应力分别增加10.41%、21.60%、15.83%、18.41%,L4~5椎体间纤维环应力分别降低37.14%、61.94%、39.46%、35.23%;MCBT翻修组相比CBT翻修组ROM分别降低1.26%、0.83%、18.53%、1.00%,L3~4椎体间纤维环应力分别降低0.77%、6.77%、14.53%、5.54%,L4~5椎体应力分别降低2.82%、15.91%、19.79%、8.75%。在前屈工况下,MCBT翻修组L4~5椎体间纤维环应力相比CBT翻修组增加4.49%,在后伸、侧弯、轴向旋转工况下分别降低19.65%、20.44%、23.11%。结论 采用MCBT、CBT进行椎体翻修时均能够提供满足椎体固定要求的力学性能,并且MCBT的固定性能与安全性能不劣于CBT。研究结果为腰椎翻修术提供了更多的入路选择,在临床中具有一定参考意义。