先天性脊柱畸形三维测量分析与个性化手术方案的设计

摘要

目的: 侧重于应用计算机辅助技术，建立一套评估、测量先天性脊柱畸形的新方法: 1、运用CAD软件对正常人体骨骼系统的脊柱部分进行三维重建并对脊柱模型的相关参数进行精确测量，获得正常人体的解剖参数。 2、对患者全脊柱进行三维重建并对脊柱模型的相关参数进行精确测量，对脊柱畸形的弯曲形态、畸形特点、平衡旋转情况等进行综合精确地分析，整理出一套完整的先天性脊柱畸形三维测量方法。正常人体脊柱结构的参数与患者测量的参数作对比，综合分析两组数据的差异，指导手术方案的设计。 3、根据前两步的测量、分析，得出一套完整的先天性脊柱畸形评估分析报告，根据报告设计个性化手术方案，提高手术安全性，准确性。 方法: 1、将脊柱进行CT扫描输出DICOM数据，通过MIMICS软件将DICOM数据导出并将每个椎体进行三维重建，重建后将格式转换为STL格式，然后将STL格式导入imageware软件进行精确测量，将正常人体骨骼系统的脊柱部分进行标准化的测量，包括颈椎前凸角、胸椎后凸角、胸腰段后凸角、腰椎前凸角、骨盆入射角、骶骨倾斜角、骨盆倾斜角。 2、先天性脊柱畸形患者测量数据包括:半椎体偏移量、半椎体楔形角度、cobb's角、躯体中轴线、骶骨中垂线、躯干失衡角、中心偏离TAL的距离、胸椎后凸角、胸腰段后凸角、腰椎前凸角、骨盆入射角、骶骨倾斜角、骨盆倾斜角、顶椎旋转度、半椎体畸形的形态结构分析、稳定椎、顶椎、上下终椎，与正常人体脊柱三维参数进行对比。 3、根据以上所测的数据内容制定一份先天性脊柱畸形评估分析报告并制定个性化手术方案，在手术方案的设计部分，根据三维评估分析，确定手术节段，置入椎弓根螺钉的数量、长度及直径，并进行仿真模拟手术，创新性使用CAD软件应用于手术模板的设计，包括椎弓根螺钉辅助定位模板、内固定棒模板，对于先天性脊柱畸形严重的患者制定截骨模板辅助矫形。 结果: 1、20个正常人脊柱数据中，颈椎前凸角24.9725°±2.9068°，胸椎后凸角25.5905°±4.4872°，胸腰椎前凸角1.8953°±4.9457°，腰椎前凸角44.6841°±6.0539°，骨盆入射角39.7093°±6.0539°，骶骨倾斜角36.4440°±3.5449°，骨盆倾斜角7.9687°±3.8070°。 2、先天性脊柱畸形患者数据:半椎体偏移量25.7984mm，半椎体楔形角度81.2290°，矢状位cobb's角2.4045°，冠状位cobb's角65.9991°，躯干失衡角4.7139°，中心偏离TAL的距离（半椎体中心离TAL距离86.4465mm，L2中心离TAL距离70.3903mm，L1中心离TAL距离56.1080mm，L4中心离TAL距离57.7228mm，L5中心离TAL距离35.5076mm)，颈椎前凸角-21.2808°，胸椎后凸角9.0344°，胸腰段后凸角11.7951°，腰椎前凸角45.1930°，骨盆入射角38.8717°，骶骨倾斜角33.8001°，骨盆倾斜角11.7604°，L5椎体旋转度29.8374°，L4椎体旋转度31.7369°，L2椎体旋转度为48.3985°，L1椎体旋转度为24.5037°。 3、11例半椎体畸形患者术前冠状面Cobb's角平均41.5°，矢状面Cobb's角平均28.9°。术前均进行三维数字化设计手术方案;术中椎弓根螺钉置入准确;手术时间平均5.6h，平均失血量1363.6ml;术后畸形矫正均非常满意，术后冠状面Cobb's角平均4.0°（矫正率92.30％，P＜0.05），矢状面Cobb's角平均16.2°(矫正率94.03％，P＜0.05)，随访时间8-57个月，平均27.6个月，末次随访冠状面Cobb's角平均为3.9°，矢状面Cobb's角平均15.0°，末次随访结果与术后一周相比无统计学差异(P＞0.05)。 结论: 由于先天性脊柱畸形的复杂性及多样性，对先天性脊柱畸形解剖结构进行三维分析评估并制定个性化手术方案是一个创新性的尝试，将会有利于先天性脊柱畸形诊断及治疗方法的发展，准确评估先天性脊柱畸形的分型、畸形严重程度、预后情况，提高治疗的质量。

目录

声明

摘要

引言

第一章 正常人体脊柱标准化参数的测量

一、引言

二、材料及测量方法

(一)材料与工具

(二)测量方法

三、结果

四、讨论

第二章 先天性脊柱侧凸解剖参数的三维测量

一、前言

二、材料与方法

(一)材料与工具

(二)测量方法

三、结果

四、讨论

(一)半椎体形态学结构分析

(二)三维测量方法与二维测量方法的差异

(三)三维测量方法的优势

(四)三维测量的重要性

第三章 先天性脊柱畸形的评估分析报告及个性化手术方案设计

一、前言

二、CS患者三维测量评估分析报告的制定

三、个性化手术方案的确定

(一)计算机模拟手术过程

(二)CAD软件手术模板的制作

四、讨论

(一)强调三维分析的重要意义

(二)先天性脊柱畸形的个性化评估分析报告是一次创新的尝试

(三)个性化手术方案的确定

第四章 计算机辅助先天性脊柱畸形的临床应用

一、前言

二、材料和方法

(一)一般资料

(二)半椎体截骨、矫形内固定手术的三维数字化设计

(三)模板引导下按预定方案行半椎体截骨、矫形内固定术

(四)统计学方法

三、结果

四、典型病例

(一)CT扫描获取数据、三维重建及计算机辅助分析

(二)计算机辅助三维测量椎弓根钉直径及长度

(三)CAD设计辅助截骨模板、椎弓根螺钉位置辅助定位模板及内固定棒模板

(四)仿真模拟手术

(五)手术过程

(六)术后情况

五、讨论

(一)三维数字化对指导半椎体畸形截骨矫形手术效果的分析

(二)椎弓根螺钉辅助定位模板准确引导椎弓根螺钉置入

(三)CAD设计内固定棒模板引导内固定棒塑形

(四)计算机辅助进行三维测量、模拟手术设计的优点

结语

参考文献

附录

在校期间参与科研情况

致谢