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。

传统椎弓根螺钉与改良皮质骨轨迹置钉技术的生物力学性能有限元分析

背景:根据现有皮质骨轨迹置钉技术的不足,作者提出了改良皮质骨轨迹置钉技术,但尚不清楚改良皮质骨轨迹置钉技术实际的力学性能表现。目的:通过有限元方法,对比改良皮质骨轨迹置钉技术与传统椎弓根螺钉技术应用于骨质疏松腰椎后生物力学性能上的差异。方法:获取4具人骨质疏松椎体标本的CT扫描数据,建立L4椎体有限元模型,创建螺钉模型,改良皮质骨轨迹置钉技术选用4种规格(直径为4.5,5.0,5.5,6.0 mm,长度均为40 mm)的螺钉,传统椎弓根螺钉技术选用2种规格(直径为6.0,6.5 mm,长度均为45 mm)的螺钉。首先,对螺钉依次进行安全性测试,置钉时导致椎弓根骨皮质发生破坏者被排除。确定安全直径后,分析螺钉的单钉拔出力、螺钉稳定性及椎体稳定性。结果与结论:①螺钉安全性测试:传统椎弓根螺钉技术选用直径6.5 mm、改良皮质骨轨迹置钉技术选用直径6.0 mm螺钉置入时存在骨质破坏的风险,其余直径螺钉无风险,该两组直径螺钉被排除后续测试;传统椎弓根螺钉技术螺钉安全直径为6.0 mm,改良皮质骨轨迹置钉技术螺钉安全直径为4.5,5.0,5.5 mm;②单钉拔出力:传统椎弓根螺钉技术组(直径6.0 mm)螺钉的单钉拔出力低于改良皮质骨轨迹置钉技术组(直径5.5,5.0,4.5 mm)(P<0.05);③螺钉稳定性:改良皮质骨轨迹置钉技术组(直径5.5,5.0 mm)上、下、左、右方向的载荷位移比均大于传统椎弓根螺钉技术(直径6.0 mm)(P<0.05);④椎体稳定性:改良皮质骨轨迹置钉技术组(直径5.5 mm)前屈、后伸、侧屈、旋转工况下的载荷位移比均大于传统椎弓根螺钉技术(直径6.0 mm),改良皮质骨轨迹置钉技术组(直径5.0 mm)前屈、后伸工况下的载荷位移比大于传统椎弓根螺钉技术(直径6.0 mm)(P<0.05);⑤结果提示:在L4椎体,综合螺钉的安全性和力学性能考虑,改良皮质骨轨迹螺钉直径5.0 mm是比较理想的选择。

传统与改良皮质骨轨迹置钉技术的生物力学性能比较

目的采用有限元方法比较传统和改良皮质骨轨迹置钉技术的生物力学性能。方法选取2019年11月新疆医科大学解剖实验室骨质疏松标本4具,平均年龄(70.5±6.5)岁,男性2名,女性2名,骨密度T值均<-2.5 SD。使用Mimics和Abaqus6.9建立L4椎体模型,传统皮质骨轨迹置钉技术选用螺钉直径为5.0 mm、长度为35 mm,改良皮质骨轨迹置钉技术选用直径为5.0 mm、长度为40 mm的螺钉进行置钉。为消除椎体骨质对力学性能的影响,在同一椎体的两侧椎弓根分别插入两种不同技术要求的螺钉,采用有限元方法测定两种螺钉的轴向抗拔出力,上下左右载荷情况下螺钉稳定性及前屈,后伸,轴向及侧屈旋转工况下椎体稳定性并比较其固定性能。结果改良皮质骨轨迹置钉技术组的拔出力(1822±83)N显著大于传统皮质骨轨迹置钉技术组拔出力(1624±44)N,差异有统计学意义(P<0.05);改良皮质骨轨迹置钉技术组在受到上、下、右侧应力时载荷位移比明显大于传统皮质骨轨迹置钉技术组,差异有统计学意义(P=0.007;P=0.031;P=0.047);两种技术在左侧应力时载荷位移比差异无统计学意义(P>0.05)。改良皮质骨轨迹置钉技术组的椎体前屈、后伸、旋转、侧屈载荷位移比大于传统皮质骨轨迹置钉技术组,差异有统计学意义(P=0.003;P=0.03;P=0.019;P=0.014)。结论改良皮质骨轨迹置钉技术在抗拔出力、螺钉稳定性方面,椎体稳定性要优于传统皮质骨轨迹置钉技术。改良皮质骨轨迹置钉技术可能是比传统皮质骨轨迹置钉技术更佳的脊柱外科内固定技术。