Анализ применения 3D-прототипирования при хирургической коррекции врожденных кифосколиозов

Цель исследования. Анализ преимуществ аддитивных технологий и 3D-моделирования при хирургии тяжелых врожденных деформаций позвоночника, вызванных смешанными и неклассифицируемыми аномалиями развития, включая оценку качества проведения транспедикулярных винтов.
Материал и методы. Проведено лечение 20 пациентов со сложной анатомией позвоночника, вызванной врожденными аномалиями развития позвонков. У 9 пациентов имелись сложные неклассифицируемые аномалии развития позвоночника, у 11 – смешанные аномалии, у 3 из них – аплазия структур позвоночного столба. С целью оценки результатов пациентов разделили на две группы по 10 человек. В группе I проводили стандартную предоперационную подготовку по данным рентгенограмм, КТ и МРТ. В группе II предоперационная подготовка сопровождалась использованием предварительно изготовленной 3D-модели позвоночника пациента. За основу взяты данные КТ позвоночника, которые преобразовывали в stl-модель. Печать модели осуществляли с применением 3D-принтера. Провели анкетирование врачей, специализирующихся в патологии позвоночника, для оценки эффективности применения 3D-моделирования в предоперационном планировании.
Результаты. При анкетировании хирургов отмечены случаи изменения тактики хирургического лечения после 2-го этапа опроса, основанные на применении стандартных методов лучевой диагностики и 3D-модели всего позвоночника пациента с прототипированием грудного, поясничного, крестцового отделов позвоночника. В 25,3 % случаев тактика была изменена. Значительное улучшение результатов хирургического лечения отмечено в группе II, где применяли 3D-моделирование, – 94,9 % винтов без мальпозиции, в группе I – 78,1 % винтов без мальпозиции.
Заключение. 3D-моделирование позволяет повысить точность установки транспедикулярных винтов и снизить риск их мальпозиции, что благоприятно влияет на биомеханические свойства конструкции и снижает риск повреждения невральных структур. Использование 3D-моделирования позволяет статистически достоверно снизить время, затрачиваемое на установку одного винта, и количество рентгеновских снимков, требуемых при этом. Снижение количества снимков позволяет уменьшить лучевую нагрузку не только на пациента, но и на персонал отделения.

врожденные аномалии, 3D-моделирование, транспедикулярная фиксация, сколиоз

1. Gertzbein SD, Robbins SE. Accuracy of pedicular screw placement in vivo. Spine. 1990;15:11–14. DOI: 10.1097/00007632-199001000-00004.

2. Wilcox B, Mobbs RJ, Wu AM, Phan K. Systematic review of 3D printing in spinal surgery: the current state of play. J Spine Surg. 2017;3:433–443. DOI: 10.21037/jss.2017.09.01.

3. Cho W, Job AV, Chen J, Hwan BJ. A review of current clinical applications of threedimensional printing in spine surgery. Asian Spine J. 2018;12:171–177. DOI: 10.4184/asj.2018.12.1.171.

4. Chhabra S, Chopra S, Kataria R, Sinha VD. Use of 3D printer model to study vertebral artery anatomy and variations in developmental craniovertebral junction anomalies and as a preoperative tool – an institutional experience. J Spine Surg. 2017;3:572–579. DOI: 10.21037/jss.2017.10.07.

5. Hsu MR, Haleem MS, Hsu W. 3D printing applications in minimally invasive spine surgery. Min Invas Surg. 2018;2018:ID 4760769. DOI: 10.1155/2018/4760769.

6. Tan LA, Yerneni K, Tuchman A, Li XJ, Cerpa M, Lehman RA Jr, Lenke LG. Utilization of the 3D-printed spine model for freehand pedicle screw placement in complex spinal deformity correction. J Spine Surg. 2018;4:319–327. DOI: 10.21037/jss.2018.05.16.

7. Yang M, Zhang N, Shi H, Li H, Liu S, Song Z, Shan L, Wu Q, Hao D. Three-dimensional printed model-assisted screw installation in treating posterior atlantoaxial internal fixation. Sci Rep. 2018;8:11026. DOI: 10.1038/s41598-018-29426-2.

8. Fan Y, Du J, Zhang J, Liu S, Xue X, Huang Y, Zhang J, Hao D. Comparison of accuracy of pedicle screw insertion among 4 guided technologies in spine surgery. Med Sci Monit. 2017;23:5960–5968. DOI: 10.12659/msm.905713.

9. Karlin L, Weinstock P, Hedequist D, Prabhu SP. The surgical treatment of spinal deformity in children with myelomeningocele: the role of personalized threedimensional printed models. J Pediatr Orthop B. 2017;26:375–382. DOI: 10.1097/BPB.0000000000000411.

10. Wang YT, Yang XJ, Yan B, Zeng TH, Qiu YY, Chen SJ. Clinical application of threedimensional printing in the personalized treatment of complex spinal disorders. Chin J Traumatol. 2016;19:31–34. DOI: 10.1016/j.cjtee.2015.09.009.

11. Park HJ, Wang C, Choi KH, Kim HN. Use of a life-size three-dimensional-printed spine model for pedicle screw instrumentation training. J Orthop Surg Res. 2018;13:86. DOI: 10.1186/s13018-018-0788-z.

12. Kuklo TR, Lenke LG, O’Brien MF, Lehman RA Jr, Polly DW Jr, Schroeder TM. Accuracy and efficacy of thoracic pedicle screws in curves more than 90 degrees. Spine. 2005;30:222–226. DOI: 10.1097/01.brs.0000150482.26918.d8.

13. Complications of Pediatric and Adult Spinal Surgery, ed. by Vaccaro AR, Regan JJ, Crawford AH, Benzel EC, Anderson DG. N. Y.: Marcel Dekker, 2004. DOI: 10.1201/b14827.

14. O`Brien MF, Lenke LG, Mardjetko S, Lowe TG, Kong Y, Eck K, Smith D. Pedicle morphology in thoracic adolescent idiopathic scoliosis: is pedicle fixation an anatomically viable technique? Spine. 2000;25:2285–2293. DOI: 10.1097/00007632-200009150-00005.

15. Rampersaud YR, Pik JH, Salonen D, Faroog S. Clinical accuracy of fluoroscopic computer-assisted pedicle screw fixation: a CT analysis. Spine. 2005;30:E183–E190. DOI: 10.1097/01.brs.0000157490.65706.38.

16. Кокушин Д.Н., Виссарионов С.В., Баиндурашвили А.Г., Овечкина А.В., Познович М.С. Сравнительный анализ положения транспедикулярных винтов у детей с врожденным сколиозом: метод «свободной руки» (in vivo) и шаблоны-направители (in vitro) // Травматология и ортопедия России. 2018. Т. 24. № 4. C. 53–63. . DOI: 10.21823/2311-2905-2018-24-4-53-63.

17. De Blas G, Barrios C, Regidor I, Montes E, Burgos J, Pizá-Vallespir G, Hevia E. Safe pedicle screw placement in thoracic scoliotic curves using t-EMG: stimulation threshold variability at concavity and convexity in apex segments. Spine. 2012;37:E387–E395. DOI: 10.1097/BRS.0b013e31823b077b.

18. Samdani AF, Tantorski M, Cahill PJ, Ranade A, Koch S, Clements DH, Betz RR, Asghar J. Triggered electromyography for placement of thoracic pedicle screws: is it reliable? Eur Spine J. 2011;20:869–874. DOI: 10.1007/s00586-010-1653-x.

19. Виссарионов С.В., Дроздецкий А.П., Кокушин Д.Н., Белянчиков С.М. Коррекция идиопатического сколиоза у детей под контролем 3D-КТнавигации // Хирургия позвоночника. 2012. № 2. С. 30–36. DOI: 10.14531/ss2012.2.30-36.

20. Виссарионов С.В. Технологии коррекции деформаций позвоночника транспедикулярными спинальными системами у детей с идиопатическим сколиозом // Хирургия позвоночника. 2013. № 1. С. 21–27. DOI: 10.14531/ss2013.1.21-27.