3d打印介绍置换有了解的吗 给介下

首例3D打印全颈椎人工椎体置换术在沪进行 患者已康复出院-椎体,颈椎,小文,肖建如,切除,螺钉,肿瘤,几经周折,脊柱,手术,-上海频道-东方网
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首例3D打印全颈椎人工椎体置换术在沪进行 患者已康复出院
原标题:她的“脖子”是3D打印出来的右侧为3D打印钛合金全颈椎人工椎体  /长征医院供图小文恢复良好  爽朗的笑容、挺拔的脖子,28岁的小文脸上露出的自信让人很难相信,她的整个“脖子”是用3D &技术打印出的颈椎钛合金假体。  昨日,记者从上海长征医院了解到,该院骨肿瘤外科(长征脊柱肿瘤中心)肖建如教授研发团队为患有颈椎巨大软骨肉瘤的小文实施了世界首例6节段颈椎切除术,并为她安装上了世界首个全颈椎的3D打印人工颈椎椎体,助其颈椎“再生”。  目前这名患者已经康复出院,恢复状态良好。  颈椎肉瘤没人敢开刀  体重240斤的小文性格开朗,有一个幸福美满的家庭。然而,这种生活却在今年初被一纸诊断书打破了。近3年来,小文常常感觉到颈部疼痛、右上肢麻木无力,因不影响生活,也没引起重视。直到今年5月,她由于右手臂无力难以持物,才去当地某三甲医院就诊。  经核磁共振检查显示,小文的颈2至颈7椎体附件及椎旁有一巨大肿瘤,因肿瘤体积巨大及部位特殊,多家大医院都因手术难度及风险巨大而婉拒。  几经周折,在多名专家的推荐下,小文及家人慕名来到了上海长征医院,找到了骨科医院院长兼脊柱肿瘤中心主任肖建如教授。“尽管肿瘤体积巨大,手术难度超大,但还是可以切除,我们一起来努力吧!”肖建如教授的一席话让饱受煎熬的小文一家,终于看到了曙光。  经过活检结果提示,小文罹患的是软骨肉瘤级。肖建如介绍说:“软骨肉瘤是一种极易复发的恶性肿瘤,手术彻底切除肿瘤是治疗的关键,第一次手术切除的彻底性尤为重要。如果切除不彻底容易局部复发,部分会发生肺等远处转移,而且对放化疗不甚敏感。这名患者的病情进一步发展可能会导致高位瘫痪,危及生命。”  13个小时完成换“脖子”  经过充分讨论,肖建如教授团队在既往丰富的颈椎肿瘤切除重建经验总结基础上,决定创新性地利用3D技术,为其量身打造一个钛合金假体,以代替彻底切除的全颈椎椎体。手术前,医生们依据患者辅助治疗后最新的CT和MRI的影像学数据资料,通过医工结合和反复论证,按照1:1的3D打印复制模型,制造出一个14厘米的立体精确全颈椎假体。  在麻醉科的全力配合下,肖建如主任、杨兴海副教授团队先后分二期实施了颈后路和前路的手术。经过13小时的奋战,成功完整切除了跨越6个椎节巨大肿瘤并实施了3D打印全颈椎人工椎体置换术。术后未出现任何并发症。  据了解,此次设计的3D打印全颈椎人工椎体与以往的人工椎体相比,该系统具有的海绵状微孔结构,有利于假体与邻近骨面的融合。同时,假体中央留有植骨孔道,便于同种异体骨植入,最终实现生物融合。此外,假体头端外形完全根据寰枢椎关节的生理结构和生物力学特点,精确匹配,使重建更为稳固;假体头端以螺钉固定于寰椎侧块,尾端采用椎体螺钉及终板螺钉交叉固定系统,具有更好的抗拔出和抗旋转能力。
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首例3D打印全颈椎人工椎体置换术在沪进行 患者已康复出院
日 04:12 来源:解放网
原标题:她的“脖子”是3D打印出来的右侧为3D打印钛合金全颈椎人工椎体  /长征医院供图小文恢复良好  爽朗的笑容、挺拔的脖子,28岁的小文脸上露出的自信让人很难相信,她的整个“脖子”是用3D &技术打印出的颈椎钛合金假体。  昨日,记者从上海长征医院了解到,该院骨肿瘤外科(长征脊柱肿瘤中心)肖建如教授研发团队为患有颈椎巨大软骨肉瘤的小文实施了世界首例6节段颈椎切除术,并为她安装上了世界首个全颈椎的3D打印人工颈椎椎体,助其颈椎“再生”。  目前这名患者已经康复出院,恢复状态良好。  颈椎肉瘤没人敢开刀  体重240斤的小文性格开朗,有一个幸福美满的家庭。然而,这种生活却在今年初被一纸诊断书打破了。近3年来,小文常常感觉到颈部疼痛、右上肢麻木无力,因不影响生活,也没引起重视。直到今年5月,她由于右手臂无力难以持物,才去当地某三甲医院就诊。  经核磁共振检查显示,小文的颈2至颈7椎体附件及椎旁有一巨大肿瘤,因肿瘤体积巨大及部位特殊,多家大医院都因手术难度及风险巨大而婉拒。  几经周折,在多名专家的推荐下,小文及家人慕名来到了上海长征医院,找到了骨科医院院长兼脊柱肿瘤中心主任肖建如教授。“尽管肿瘤体积巨大,手术难度超大,但还是可以切除,我们一起来努力吧!”肖建如教授的一席话让饱受煎熬的小文一家,终于看到了曙光。  经过活检结果提示,小文罹患的是软骨肉瘤级。肖建如介绍说:“软骨肉瘤是一种极易复发的恶性肿瘤,手术彻底切除肿瘤是治疗的关键,第一次手术切除的彻底性尤为重要。如果切除不彻底容易局部复发,部分会发生肺等远处转移,而且对放化疗不甚敏感。这名患者的病情进一步发展可能会导致高位瘫痪,危及生命。”  13个小时完成换“脖子”  经过充分讨论,肖建如教授团队在既往丰富的颈椎肿瘤切除重建经验总结基础上,决定创新性地利用3D技术,为其量身打造一个钛合金假体,以代替彻底切除的全颈椎椎体。手术前,医生们依据患者辅助治疗后最新的CT和MRI的影像学数据资料,通过医工结合和反复论证,按照1:1的3D打印复制模型,制造出一个14厘米的立体精确全颈椎假体。  在麻醉科的全力配合下,肖建如主任、杨兴海副教授团队先后分二期实施了颈后路和前路的手术。经过13小时的奋战,成功完整切除了跨越6个椎节巨大肿瘤并实施了3D打印全颈椎人工椎体置换术。术后未出现任何并发症。  据了解,此次设计的3D打印全颈椎人工椎体与以往的人工椎体相比,该系统具有的海绵状微孔结构,有利于假体与邻近骨面的融合。同时,假体中央留有植骨孔道,便于同种异体骨植入,最终实现生物融合。此外,假体头端外形完全根据寰枢椎关节的生理结构和生物力学特点,精确匹配,使重建更为稳固;假体头端以螺钉固定于寰椎侧块,尾端采用椎体螺钉及终板螺钉交叉固定系统,具有更好的抗拔出和抗旋转能力。&&&&&&&&&&&&&&
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: &&&&DOI: 10.3969/j.issn.15.48.004
人工假体 artificial prosthesis
基于3D打印个性化手术导航模板辅助下的人工全膝关节置换
邱&冰1,张明娇2,唐本森1,邓必勇1,李涤尘2,刘&非3
1贵州省骨科医院,贵州省贵阳市&550007;2西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室,陕西省西安市&710049;3昕健医疗技术有限公司,江苏省苏州市&215021
Total knee arthroplasty based on the assistance of three-dimensional-printing personalized surgical navigation template
Qiu Bing1, Zhang Ming-jiao2, Tang Ben-sen1, Deng Bi-yong1, Li Di-chen2, Liu Fei3
1Guizhou Province Osteological Hospital, Guiyang 550007, Guizhou Province, C 2State Key Laboratory for Manufacturing System Engineering, Xi&an Jiaotong University, Xi&an 710049, Shaanxi Province, C 3Arigin Medical Co.,Ltd., Suzhou 215021, Jiangsu Province, China
参考文献(41)
下肢力线和假体旋转轴线的准确定位是关乎膝关节置换手术成败的两个关键因素。因此,为了获得更好的远期疗效,解剖重建下肢生物力学轴线和假体旋转轴线是骨科医生不断探索和追求的最终目标[1-5]。然而,目前传统的手术方法只是凭借医生的个人经验和手感来定位解剖标志,通过定位器械进行截骨器的安装定位及截骨。这种凭借肉眼和经验的定位方法,其手术的可靠性和精确性均会受到质疑,而且,需要打开髓腔,增加了感染和脂肪栓塞的风险[6-13]。
计算机辅助导航技术使用计算机和医用机器人进行手术干预,为医生提供导航,术中可实时的进行位置显示,下肢力线的重建和假体的置入位置更加准确。然而,操作较为复杂,手术难度加大,手术时间明显延长,患者的失血量增加;再者,导航技术需要昂贵的设备,导航系统本身存在不稳定性,成本较高,广泛的临床推广依然困难。
因此设计出可交互式个性化膝关节手术导航模板,实现膝关节生物力学特性的再复制,提高患者生活质量,是保护国内有限的医药卫生资源,关乎社会经济发展的重要课题。
快速成型(rapid prototyping,RP)技术是指在计算机的控制下,根据物体的模型或数据,不借助其他设备,通过材料的精确堆积,制造原型的一种基于离散、堆积成型原理的新的数字化成型技术[14]。运用基于3D打印技术的新型制造技术,可以再现人体骨骼的原有形状,并具有制造周期短、成本低的优点[15]。目前,3D打印技术在医疗领域已得到了广泛的应用[16-25],尤其西安交通大学机械学院李涤尘课题组&个性化颅颌面骨替代物设计制造技术及应用&项目取得良好进展,荣获国家科学技术发明二等奖。相信3D打印技术在医疗骨科方面的应用前景也同样广阔。
文章利用医学图像三维重建技术和计算机辅助设计技术,设计出个性化的手术导航模板,利用3D打印技术加工制造,并应用于临床,辅助人工全膝关节置换。&
&1.1& 设计& 样本观察试验。
1.2& 时间及地点& 于2014年8月至2015年9月在贵州省骨科医院关节科完成。
1.3& 材料& 本文设计制作的手术导航模板采用3D打印粉末烧结成型材料&&尼龙材料,该材料粉末粒径小、制作精度高、强度高、烧结温度高达180 ℃,可以满足高压蒸汽灭菌(121-126 ℃,20-30 min)的要求及手术中打定位钉的强度要求。
1.4& 对象& 2014年8月至2015年9月,于本院行全膝关节置换的患者中选取既往无膝关节手术史的患者进行研究,共进行3D打印个体化手术定位模板8例,男3例,女5例,详细资料见表1。
纳入标准:符合全膝关节置换的诊断标准,对治疗方案知情同意。
排除标准:有膝关节手术史者。
1.5.1& MRI扫描方法& 使用美国GE公司生产的HDe1.5T超导MRI扫描仪对患者膝关节进行层厚1.6 mm,层距0 mm,矩阵256&256,flip angle(倾斜角)20&的断层扫描。膝关节部位扫描自胫骨结节下1 cm至股骨收肌结节上1 cm。
1.5.2& CT扫描方法& 采用美国GE Light Speed 16层螺旋CT机检查,扫描范围包括髋关节、膝关节、踝关节3段,层厚1.25 mm,螺距 5.0 mm,进床速度9.37 mm/s,电压120 kV,电流200 mA。
1.5.3& 患者骨骼的三维重构& 将MRI/CT扫描得到的DICOM数据导入到Arigin 3D Pro(昕健医疗技术有限公司)中,首先进行窗宽窗位的调节,获取一个合适的效果,采取滤波、降噪等手段进行二维图像的前处理,再根据关节轮廓设置灰度阈值,在横断面、冠状面和矢状面上对应选取区域进行图像分割,进行患者骨骼的三维重构(图1),重构时注意去除多余的肌肉和软组织,保留受损的软骨、骨刺和骨骼特征,最终数据以可用于3D打印的数据格式(如STL格式)保存。
1.5.4& 术前规划& 将上一步重构的3D模型数据导入到自主研发的三维设计软件Arigin Surgical Templating(昕健医疗)中,在可视化的环境下,在重构出的下肢骨骼(包括髋关节、膝关节和踝关节的结构特征)三维模型上标记特征点、线,确定下肢力线、股骨旋转轴、截骨参考点。此后,进行假体和截骨器3D模型的导入,在此基础上模拟下肢截 骨和假体的虚拟置入;也可根据力学分析结果,确定手术假体最佳置换位置和角度;医生可根据实际情况调整股骨和胫骨的截骨后倾角、内外翻角度、股骨旋转轴以及截骨量,来调整假体的植入位置;将调整后的参数和假体信息作为手术方案存入所述后台数据管理模块。
1.5.5& 设计个性化手术导航模板& 利用上述术前规划确定的手术方案所得到的胫骨平台截骨面、股骨远端截骨面、股骨前后髁截骨面设定对应截骨器的空间位置,以及传统金属截骨器上的定位孔的位置,确定出个性化手术导航模板定位孔的位置及轴向;导航模板的内表面采用三维设计软件中的布尔运算得到,选取股骨内外髁软骨、胫骨结节等特征部位为贴合表面,防止术中导航模板的滑脱,可实现与骨骼很好的贴合。
1.5.6& 3D打印导航模板& 采用粉末烧结工业级SLS3D打印机进行导航模板的打印制作,材料选用3D打印粉末烧结成型材料&&粉末尼龙。
1.5.7& 临床应用& 把制作好的导航模板按照手术的要求进行高压蒸汽灭菌(121-126 ℃,20-30 min)处理,将灭菌后的带有完整包装的手术导板带入手术室。手术采用膝前正中纵行切口,自髌骨上方6-10 cm开始,向下至胫骨结节下1.0-2.0 cm,切开皮肤、皮下组织及深筋膜,将膝关节按照手术的要求暴露后,采用导航模板的手术步骤如下:①将设计好的个性化手术导航模板贴附于相应的股骨髁平台上,并将其放置于合适的位置,维持其稳定性。②沿股骨侧导航模板的定位孔的位置打入4根骨钉(图2A),所设计的导航模板定位孔的位置与股骨远端截骨器、四合一截骨器的定位孔的位置保持一致。③保留股骨前髁的两根骨钉,取下股骨远端的两根骨钉及导航模板,将截骨器沿骨钉位置安装、固定,并进行股骨远端的截骨操作(图2B)。④据②中股骨远端两根骨钉的位置,固定股骨侧四合一截骨器,并进行截骨操作(图2C)。截骨后,取下截骨器、骨钉及其他所有器械(图2D)。⑤将胫骨侧导航模板贴附于胫骨平台上,并维持其稳定性。⑥沿胫骨侧导航模板的定位孔的位置打入2根骨钉(图2E),同理,所设计的导航模板定位孔的位置与胫骨平台截骨器的定位孔的位置保持一致。⑦保留这两根骨钉,取下胫骨侧导航模板,将胫骨平台截骨器沿骨钉位置安装、固定,并进行胫骨平台的截骨操作(图2F)。同理,截骨后,取下截骨器、骨钉及其他所有器械。⑧全部截骨操作完成后,根据所需型号,植入相应的假体,采用骨水泥固定。⑨待骨水泥固化后,冲洗创面,去除多余骨水泥及碎骨屑。置引流管,可吸收线缝合关节囊,包扎固定,按负压吸引装置[12]。
1.6& 主要观察指标& 进行全膝关节置换后X射线片拍摄,记录置换后下肢力线及伤口引流量。
理想的全膝关节置换是冠状面上假体与下肢机械轴垂直,而股骨前后髁截骨面与通髁轴相平行[26-34]。传统手术只是凭借医师的肉眼和经验进行定位,其可靠性和精确度难免受到质疑[35-41]。从原理上讲,无论是传统手术、计算机导航技术、机器人技术,均是采用髓内定位,需要一系列复杂的定位器械,导致手术并发症较多,手术时间较长。基于医学图像三维重建技术和计算机辅助设计技术、利用3D打印制造的用于膝关节置换的个性化手术导航模板,术前即可精确确定患者下肢力线;术中减少了传统定位器械的使用,术者无需打开髓腔,减少了深度静脉血栓以及因髓内定位引起的髓内出血、脂肪栓塞等手术并发症的出现。任何技术都不是完美的,同样,导航模板技术也存在着一些问题。个体化手术导航模板是基于3D打印加工制造,目前,国内中小城市的3D打印技术仍不成熟,打印设备、打印精度难以保证要求,倘若采用外地打印后邮寄的方式,难免会增加手术前期的准备时间,长期的临床应用受到限制。但是随着3D打印技术的发展和普及,依旧相信个体化手术导航模板的前景非常广阔。&
&准确的下肢力线和假体旋转轴线是膝关节置换的两个关键因素。因此,为了获得更好的远期疗效,解剖重建下肢生物力学轴线和假体旋转轴线是骨科医生不断探索和追求的最终目标。然而,目前传统的手术方法只是凭借医生的个人经验和手感来定位解剖标志,通过定位器械进行截骨器的安装定位及截骨。这种凭借肉眼和经验的定位方法,其手术的可靠性和精确性均会受到质疑,而且需要打开髓腔,增加了感染和脂肪栓塞的风险。&
研究亮点: 1 基于医学图像三维重建技术和计算机辅助设计技术、利用3D打印制造的用于全膝关节置换的个性化手术导航模板,与股骨髁和胫骨平台解剖贴合紧密,无明显移动,保证了置换术中定位解剖轴线的精确性。
2 该方法无需要求外科医生接受特殊训练,操作安装假体较简便,且在假体安装时,假体的三维坐标位置已确定,减少了置换术中所需要的校准等的时间,可提高手术效率。
3 该方法不需要打开髓腔,降低了髓内出血、脂肪栓塞等并发症的风险,为膝关节置换提供了一种新的方法。
Abstract:BACKGROUND: With significantly individual differences in the anatomy of the knee joint, traditional total knee replacement is difficult to accurately predict the position of locating limb alignment, size of the prosthesis and osteotomy amount of patients during operation.
OBJECTIVE: To investigate the clinical effect of total knee replacement based on the assistance of medical image reconstruction, computer-aided design technology and 3D-printing personalized surgical navigation template.
METHODS: Medical image data of patients were collected using CT or magnetic resonance scanning equipment. The three-dimensional reconstruction of the bone was conducted by two-dimensional medical image processing technology. The navigation template was designed by computer-aided design technology. The personalized surgical navigation templates were produced by 3D printing technology, and the clinical total knee replacement was conducted. The postoperative results were evaluated using imageology.
RESULTS AND CONCLUSION: Arigin 3D Pro (Arigin Medical Co., Ltd.) can accurately reconstruct a three-dimensional model of the lower limb bones. The three-dimensional design software Arigin Surgical Templating by their independent research and development can precisely pinpoint related lower limb axis, including limb alignment, rotation axis of the femur and osteotomy reference point. The personalized navigation template we researched and produced for knee surgery fitted tightly with femoral condyle and tibial plateau bone anatomy during operation,&
without significant movement. The deviation of patients& limb alignment was less than 3& after total knee replacement.&
中图分类号:&
作者简介: 邱冰,男,1964年生,贵州省贵阳市人,汉族,1986年贵阳医学院毕业,主任医师,贵州省骨科医院院长,主要从事关节手术、运动医学治疗方面的研究。
引用本文: &&
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930 ? 650: true); max-width: 930">
本组研究设计和制作的个性化膝关节手术导航模板,术中和股骨髁与胫骨平台骨性解剖结构贴合紧密,无明显移动。全膝关节置换后患者下肢力线偏差小于3&(图3),伤口引流量小,关节活动范围良好(表2),无不良事件发生。
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