Improving the trajectory of transpedicular transdiscal lumbar screw fixation with a computer-assisted 3D-printed custom drill guide

Abstract

Transpedicular transdiscal screw fixation is an alternative technique used in lumbar spine fixation; however, it requires an accurate screw trajectory. The aim of this study is to design a novel 3D-printed custom drill guide and investigate its accuracy to guide the trajectory of transpedicular transdiscal (TPTD) lumbar screw fixation. Dicom images of thirty lumbar functional segment units (FSU, two segments) of L1–L4 were acquired from the PACS system in our hospital (patients who underwent a CT scan for other abdomen diseases and had normal spine anatomy) and imported into reverse design software for three-dimensional reconstructions. Images were used to print the 3D lumbar models and were imported into CAD software to design an optimal TPTD screw trajectory and a matched custom drill guide. After both the 3D printed FSU models and 3D-printed custom drill guide were prepared, the TPTD screws will be guided with a 3D-printed custom drill guide and introduced into the 3D printed FSU models. No significant statistical difference in screw trajectory angles was observed between the digital model and the 3D-printed model (P > 0.05). Our present study found that, with the help of CAD software, it is feasible to design a TPTD screw custom drill guide that could guide the accurate TPTD screw trajectory on 3D-printed lumbar models.

Comparative Analysis of Pedicle Screw Placement in Children with Congenital Scoliosis: Freehand Technique <i>(in vivo)<i> and Guide Templates <i>(in vitro)<i>

“…Данные в таблице представлены как Ме (min-max). Окончание таблицы 2 обсуждение при проведении анализа современной литературы, посвященной вопросам применения Шн для формирования каналов и установки Тв in vitro, необходимо отметить, что имеются исследования, в которых авторы проводят оценку эффективности использования Шн для установки Тв в шейном отделе [17][18][19][20], грудном [21,22] и поясничном отделах позвоночника [23][24][25][26]. Также имеются работы, где анализируется корректность положения Тв, установленных при помощи Шн как в грудном, так и в поясничном отделах позвоночника [18,27,28] .…”

“…Ряд авторов проводили кадаверные исследования, заключающиеся в МскТ-сканировании препаратов позвонков и компьютерной обработке полученных данных с последующей 3d-печатью Шн и их апробацией на кадаврах [17-19, 22-24, 27]. Имеются также исследования, где установка Тв при помощи Шн осуществлялась в пластиковые модели позвонков, полученные при МскТ-исследовании пациентов с интактным позвоночником [25]. в ряде работ авторами сначала создавалась пластиковая модель позвонков на основе данных, полученных при МскТ-сканировании кадаверных препаратов позвоночника, отрабатывалась методика и дизайн Шн, а затем выполнялась установка Тв в позвонки исследуемых объектов [20,21].…”

“…в ряде работ авторами сначала создавалась пластиковая модель позвонков на основе данных, полученных при МскТ-сканировании кадаверных препаратов позвоночника, отрабатывалась методика и дизайн Шн, а затем выполнялась установка Тв в позвонки исследуемых объектов [20,21]. в целом, по данным проведенных исследований, при помощи Шн in vitro было установлено от 4 до 240 винтов (всего -646 винтов) [17][18][19][20][21][22][23][24][25][26][27][28].…”

Patient-Specific Templates for Triple Pelvic Osteotomy in Children with Dysplastic Hip Subluxation (Preliminary Results)

“…на сегодняшний день в мировой и отечественной ортопедической практике широкое распространение приобретают технологии 3D-моделирования и прототипирования. Области их применения достаточно разнообразны: от максимально точного расчета оптимальной зоны резекции остеосаркомы для выполнения ее радикального удаления, до шаблонов-направителей с целью корректного проведения транспедикулярных винтов в тела позвонков в ходе коррекции приобретенных и врожденных деформаций позвоночного столба [20][21][22]. Большинство имеющихся на сегодняшний день публикаций, касающихся применения шаблонов для выполнения реконструктивных операций на тазобедренном суставе, затрагивают вопросы эффективности их использования при выполнении различного рода корригирующих остеотомий проксимального отдела бедренной кости.…”

Systematic review of 3D printing in spinal surgery: the current state of play

“…Next, a 3D model is generated by specialist software from which the optimal screw trajectory and size can be determined, often in consultation with the surgeon. Finally, a navigational template is designed and built with optimal screw trajectory, the surface of which is the inverse of the posterior vertebral surface to ensure a good fit and accuracy of screw insertion (30)(31)(32)(33)(34)(35)(36)(37)(38)(39)(40)(41)(42)(43)55). Numerous studies demonstrated that the guides help to lower operation time, with Deng et al (37) suggesting this may decrease complications related to operative time (e.g., infection) (30,35,37,43).…”