引用本文： 陳宣煌, 余正希, 吳長福, 李星, 陳旭, 張國棟, 鄭祖高, 林海濱. Quadrant 系統下 3D 打印導航模塊輔助腰椎精準植釘的應用研究. 中國修復重建外科雜志, 2017, 31(2): 203-209. doi: 10.7507/1002-1892.201610050 復制
微創脊柱外科旨在以最小創傷達到最佳療效[1-2]。臨床常用的 Quadrant 系統通過建立可擴張的工作通道，無需廣泛剝離肌肉及軟組織，從而達到微創效果[3]。但其暴露的術野較小，手術中可辨認的解剖標志有限，如合并腰椎形態變異，螺釘植入僅依靠術者經驗，具有一定難度。狹小通道內植釘一旦偏移，易損傷脊髓、神經[4]。手術精確化、微創化、數字化是現代外科發展趨勢，數字化設計和 3D 打印技術輔助骨科手術已逐步應用于臨床[5]。研究表明，基于 3D 打印的導航模塊能按術前計劃釘道實現個性化椎弓根植釘，術中無需反復透視，明顯縮短了手術時間[6-8]，在微創脊柱外科領域具有廣闊應用前景[9]。
目前，已有多種微創脊柱外科常用技術聯合應用于臨床手術的研究報道[10-11]，但罕見 Quadrant 系統結合 3D 打印導航模塊應用于脊柱微創植釘的報道。為更好進行術前策劃、提升手術精確性和安全性，我們對經 Quadrant 系統微創通道以 3D 打印導航模塊輔助腰椎植釘的基礎和臨床進行研究，探討其可行性、關鍵技術及療效。報告如下。
1 基礎研究
1.1 實驗方法
1.1.1 三維重建腰椎模型 防腐成人尸體腰椎（L1～5）標本 12 具，男性 10 具，女性 2 具，均由莆田學院基礎醫學院解剖實驗室提供。CT 掃描腰椎標本，掃描參數 130 kV、21.6 mAs，螺距 0.625 mm；將獲得的數據輸入 Mimics 14.0 軟件（Materialise 公司，比利時），設定閾值（148 Hu），區域增長（Region Growing）。將腰椎 Masks 通過三維編輯（Edit Mask in 3D）進行逐個三維重建（Calculate 3D），獲得腰椎三維模型。見圖 1。
圖1
腰椎三維模型 a. 區域增長； b. 三維編輯； c、d. 三維重建
Figure1.
Lumbar spine three-dimensional model a. Region growing; b. 3D editing; c, d. 3D reconstruction
1.1.2 釘道設計 以下步驟均于 Mimics 軟件中完成。① 切割椎弓根：通過腰椎弓根中心長軸，直接縱行切割（菜單命令 Simulation\Cut orthogonal to Screen）。見圖 2a。② 布置釘道：在椎弓根縱切面上沿椎弓根中心布置釘道（菜單命令 MedCAD\Cylinder）。放大釘道規格至臨床常用腰椎椎弓根螺釘直徑 6.5 mm，觀察是否穿破皮質。見圖 2b～d。
圖2
釘道設計 a. 切割椎弓根； b. 布置釘道； c. 放大釘道上視圖； d. 放大釘道左視圖
Figure2.
Design of screw path a. Cutting pedicle; b. Decorating screw path; c. Top view of enlarged screw path; d. Left view of enlarged screw path
1.1.3 設計并打印導航模塊 以下步驟均于 Mimics 軟件中完成。① 設計支持柱：復制釘道并放大至直徑 10 mm，調節長度為距骨面約 70 mm。② 設計卡位模塊：三維切割出導航模塊卡位范圍（Quadrant 系統通道下可剝離骨面）：上關節突、乳突、副突及“人”字棘下凹。見圖 3a。所切割模型放大（菜單命令 Simulation\Rescale）1.2 倍，獲得厚度約 4 mm 的卡位模塊雛形。見圖 3b。③ 設計導航模塊。通過布爾運算支持柱、卡位模塊及椎骨獲得最終導航模塊。見圖 3c。④ 將導航模塊以 STL 格式文件輸出，采用 Replicator 2 3D 打印機（Makerbot 公司，美國）以聚乳酸材料打印。見圖 3d～f。
圖3
設計并打印導航模塊 a. 切割骨面； b. 放大模型；c. 導航模塊； d. 3D 打印文件； e. 3D 打印實體；f. 打印成品
Figure3.
Design and manufacture of the navigational template a. Cutting of the bony surface; b. Enlarged model; c. Navigational template; d. The navigational template model ready for printing; e. Complete print; f. The fabricated navigational templates
1.1.4 導航模塊輔助植釘 ① 螺釘準備：根據術前 Mimics14.0 軟件測量結果選擇螺釘規格；② 手術入路：椎旁肌間隙入路（Wiltse 入路）剝離暴露卡位骨面；③ 導航模塊卡位；④ 植釘：通過導航模塊植入克氏針，空心錐絲攻，擰入螺釘。見圖 4。
圖4
導航模塊輔助腰椎椎弓根植釘 a. 導航模塊卡位； b. 導航輔助植釘后
Figure4.
Placement of pedicle screws using the navigational template a. Navigational template clamping; b. Inserted pedicle screws
1.1.5 三維配準 植釘后標本再次進行 CT 掃描及三維重建，與原設計的三維模型逐個進行配準（菜單命令 Registration\Point & Global Registration）：在術后三維模型上選擇棘突中點為配準點，然后在術前三維模型上選擇相同位置定位點，重復以上操作添加椎體兩側橫突，共成 3 對配準點即可自動配準。將合并后的植入螺釘的腰椎模型與術前三維模型最大程度重疊，觀察配準效果。標記術前設計以及術后實際進、出釘點，比較二者差異。
1.2 結果
12 具標本 60 個節段共植入 120 枚螺釘，X 線片及 CT 檢查示植釘效果良好，釘體均準確通過腰椎弓根中心長軸，實現術前設計，三維配準顯示植釘符合率 100%。見圖 5。
圖5
影像學檢查及三維配準 a、b. 植釘后正側位 X 線片； c、d. 植釘后 CT； e、f 三維配準；g、h. 螺釘配準
Figure5.
Imaging and registration of the 3D models a, b. Postoperative anteroposterior and lateral X-ray films; c, d. Postoperative CT; e, f. Registration of the preoperative and postoperative 3D models; g, h. Registration of the screw
2 臨床應用
2.1 臨床資料
2.1.1 患者選擇標準 納入標準：① 存在下腰痛、神經放射痛、麻木、跛行、活動受限等神經根、馬尾及血管受壓癥狀 6 周以上，經保守治療無效者。② 直腿抬高試驗陽性。③ 影像學檢查顯示病變節段腰椎骨質增生、韌帶肥厚、椎間盤突出、腰椎不穩、腰椎滑脫及脊柱側彎等需手術減壓、重建穩定性。④ 愿意接受導航模塊輔助植釘并獲隨訪者。
排除標準：① 臨床癥狀與影像學表現不符。② 有腰椎手術史。③ 腰椎腫瘤、腰椎結核、創傷骨折、關節疾患等非腰椎退行性病變者。④ 存在腰椎感染或身體其他部位急性炎癥者。⑤ 存在凝血功能障礙等手術禁忌證、心肺功能差不能接受手術者。
2014 年 11 月—2015 年 11 月，共 31 例退行性腰椎不穩患者符合選擇標準納入研究。患者均知情同意，本研究通過莆田學院附屬醫院倫理委員會批準。
2.1.2 一般資料 本組男 14 例，女 17 例；年齡 42～60 歲，平均 45.2 歲。病程 6～13 個月，平均 8.8 個月。單節段 15 例，兩節段 13 例，三節段 3 例；病變節段：L3、4 6 個節段，L4、5 26 個節段，L5、S1 18 個節段。術前疼痛視覺模擬評分(VAS)[12]為（7.59±1.04）分，Oswestry 功能障礙指數（ODI）評分[13]為（76.21±5.82）分，日本骨科協會（JOA）評分[14]為（9.21±1.64）分。
2.1.3 手術方法 術前本組患者均行 CT 掃描，并按照 1.1 方法制備導航模塊。全麻下，患者俯臥于骨科手術床，C 臂 X 線機定位手術節段。采用兩側上、下椎弓根間連線的椎旁肌間隙入路，沿切口方向逐層切開，采用不同導管逐級擴張，選擇合適深度的 Quadrant 葉片建立通道。顯露術野，去除導航模塊卡位骨面軟組織，模塊準確卡位后植入克氏針，空心錐絲攻，植入椎弓根螺釘，逐步完成減壓、椎間融合，鎖緊固定裝置，透視確認內植物位置，放置引流管后縫合切口。術后 48 h 內術區引流量<30 mL 后拔除引流管，并開始功能鍛煉。
2.1.4 統計學方法 采用 SPSS19.0 統計軟件進行分析。數據以均數 ± 標準差表示，手術前后比較采用配對t 檢驗；檢驗水準α = 0.01。
2.2 結果
本組 31 例患者 50 個節段共植入 162 枚螺釘。手術時間 65～147 min，平均 102.23 min；術中出血量 50～116 mL，平均 78.20 mL；術中輻射暴露時間為 8～54 s，平均 42 s。術后 3～7 d 行 CT 三維重建，將術后腰椎三維模型按前述方法與術前模型重疊配準，植釘符合率為 98.15%（159/162）。術后 4 周 VAS 評分為（2.24 ± 0.80）分，ODI 評分為（29.17 ± 2.50）分，JOA 評分為（23.43 ± 1.14）分，與術前比較差異均有統計學意義（t=14.842，P=0.006；t=36.927，P=0.002；t=–36.031，P=0.001）。
31 例患者均獲隨訪，隨訪時間 8～24 個月，平均 18.7 個月。術后切口均Ⅰ期愈合，無手術并發癥發生。隨訪期間復查腰椎 X 線片及 CT 顯示椎弓根螺釘準確在位，無松動、斷裂，椎間植骨融合良好。見圖 6。
圖6
患者，女，50 歲，L3～5 腰椎管狹窄伴不穩 a、b. 術前過伸過屈位 X 線片； c. 術前 CT 橫斷面； d. 術前椎弓根植釘設計圖；e. 術中于導航模板輔助下植釘； f～h. 術后第 4 天 CT； i、j 術后 1 年 CT 三維重建見內固定物準確在位，椎間植骨融合
Figure6.
A 50-year-old female patient with L3-5 spinal stenosis and instability a, b. Preoperative over-flexion and over-extension X-ray films; c. Preoperative cross-sectional CT; d. Design of the screw path and navigational templates; e. Placement of pedicle screws using the navigational template; f-h. CT at 4 days after operation; i, j. CT three-dimensional reconstruction at 1 year after operation, showing accurate position of internal fixation and intervertebral bone graft fusion
3 討論
3.1 Quadrant 系統下 3D 打印導航模塊實現腰椎精準植釘的微創優勢
微創脊柱外科技術是在保證良好手術效果的前提下，盡可能減少手術創傷及副損傷。這種高要求必須通過術前對椎弓根的全面評估、合理手術設計及準確實施才能實現[15]。數字化設計的顯著特點是可以在虛擬環境中通過反復修改獲得最適合病情的手術方案，在設計層面即可預測手術效果，而 3D 打印技術使得虛擬設計方案在臨床實踐中準確實施。我們的基礎研究使用了導航模塊輔助腰椎椎弓根植入螺釘 120 枚，無螺釘穿出椎弓根皮質，植釘與術前設計一致，植釘符合率達 100%，顯著高于國內外腰椎椎弓根植釘成功率報道結果[16-17]。臨床研究中導航模塊輔助植釘 162 枚，其中 159 枚與術前設計一致，植釘符合率達 98.15%。
結合基礎研究及臨床應用，我們認為 Quadrant 系統下應用 3D 打印導航模塊輔助植釘有如下優勢：① 3D 打印導航模塊可以克服空間限制，達到精確植釘[18]；② 術者學習曲線短，術中只需暴露卡位骨面，實現良好卡位后即可植釘；③ 縮短了手術時間，減少了麻醉藥用量，術中出血量及術后感染風險均降低，與文獻報道一致[19-20]，達到以微小創傷獲得滿意療效的目的[21]。
3.2 Quadrant 系統下 3D 打印導航模塊設計要點
3.2.1 理想釘道設計要點 傳統植釘方法是根據椎體后部骨性解剖標志選擇最佳進釘點（即螺釘通過腰椎弓根中心長軸）后植釘，但椎體后部結構存在個體差異，每位患者最佳進釘點均可能變化。與傳統首先選擇最佳進釘點不同，本研究先設計通過腰椎弓根中心長軸的理想釘道，然后設計 3D 打印模塊導航，解決了最佳進釘點與理想釘道間的矛盾。我們認為理想釘道應符合以下標準：① 在不穿出骨質前提下，螺釘在骨質中的長度最長，實現良好固定效果[22]；② 釘道在單一節段以及腰椎整體上的釘道對稱，實現良好生物力學性能。我們布置釘道的方法是通過腰椎弓根中心長軸，直接縱行切割椎弓根布置釘道，根據個體解剖結構選擇最佳進釘點，最終實現個性化精準植釘。
3.2.2 導航模塊設計要點 ① 以應用解剖學研究指導 Quadrant 系統微創通道下暴露模塊可剝離骨面；② 卡位面形態學因素：卡位面不能過于平坦，對于骨質疏松癥并嚴重骨質增生患者，構建導航模塊時可適當擴大卡位面范圍；③ 根據 Quadrant 套筒的特點設計釘道傾斜角和外展角。
3.3 Quadrant 系統下 3D 打印導航模塊輔助腰椎植釘的實施要點
3D 打印導航模塊輔助下腰椎植釘準確性取決于術中導航模塊與骨面是否實現良好卡位。通過實際操作我們總結以下注意事項：① 骨膜剝離干凈，以免影響卡位及導航效果；② Quadrant 系統微創通道下術野狹窄，必須通過牢靠卡位感來判斷是否已經正確卡位，即多次卡位均為同一位置，表明已牢靠卡位，卡位后導航模塊與骨質間摩擦力大，使之完全咬合；③ 符合釘道對稱原則，指單一節段左、右釘道在同一水平面上，并與椎骨正中矢狀面基本對稱。植釘過程中兩側導航模塊同時卡位及植入克氏針，再根據釘道對稱原則進行左、右參照，有助于糾正導航模塊的錯位卡位，提高植釘準確率。
微創脊柱外科旨在以最小創傷達到最佳療效[1-2]。臨床常用的 Quadrant 系統通過建立可擴張的工作通道，無需廣泛剝離肌肉及軟組織，從而達到微創效果[3]。但其暴露的術野較小，手術中可辨認的解剖標志有限，如合并腰椎形態變異，螺釘植入僅依靠術者經驗，具有一定難度。狹小通道內植釘一旦偏移，易損傷脊髓、神經[4]。手術精確化、微創化、數字化是現代外科發展趨勢，數字化設計和 3D 打印技術輔助骨科手術已逐步應用于臨床[5]。研究表明，基于 3D 打印的導航模塊能按術前計劃釘道實現個性化椎弓根植釘，術中無需反復透視，明顯縮短了手術時間[6-8]，在微創脊柱外科領域具有廣闊應用前景[9]。
目前，已有多種微創脊柱外科常用技術聯合應用于臨床手術的研究報道[10-11]，但罕見 Quadrant 系統結合 3D 打印導航模塊應用于脊柱微創植釘的報道。為更好進行術前策劃、提升手術精確性和安全性，我們對經 Quadrant 系統微創通道以 3D 打印導航模塊輔助腰椎植釘的基礎和臨床進行研究，探討其可行性、關鍵技術及療效。報告如下。
1 基礎研究
1.1 實驗方法
1.1.1 三維重建腰椎模型 防腐成人尸體腰椎（L1～5）標本 12 具，男性 10 具，女性 2 具，均由莆田學院基礎醫學院解剖實驗室提供。CT 掃描腰椎標本，掃描參數 130 kV、21.6 mAs，螺距 0.625 mm；將獲得的數據輸入 Mimics 14.0 軟件（Materialise 公司，比利時），設定閾值（148 Hu），區域增長（Region Growing）。將腰椎 Masks 通過三維編輯（Edit Mask in 3D）進行逐個三維重建（Calculate 3D），獲得腰椎三維模型。見圖 1。
圖1
腰椎三維模型 a. 區域增長； b. 三維編輯； c、d. 三維重建
Figure1.
Lumbar spine three-dimensional model a. Region growing; b. 3D editing; c, d. 3D reconstruction
1.1.2 釘道設計 以下步驟均于 Mimics 軟件中完成。① 切割椎弓根：通過腰椎弓根中心長軸，直接縱行切割（菜單命令 Simulation\Cut orthogonal to Screen）。見圖 2a。② 布置釘道：在椎弓根縱切面上沿椎弓根中心布置釘道（菜單命令 MedCAD\Cylinder）。放大釘道規格至臨床常用腰椎椎弓根螺釘直徑 6.5 mm，觀察是否穿破皮質。見圖 2b～d。
圖2
釘道設計 a. 切割椎弓根； b. 布置釘道； c. 放大釘道上視圖； d. 放大釘道左視圖
Figure2.
Design of screw path a. Cutting pedicle; b. Decorating screw path; c. Top view of enlarged screw path; d. Left view of enlarged screw path
1.1.3 設計并打印導航模塊 以下步驟均于 Mimics 軟件中完成。① 設計支持柱：復制釘道并放大至直徑 10 mm，調節長度為距骨面約 70 mm。② 設計卡位模塊：三維切割出導航模塊卡位范圍（Quadrant 系統通道下可剝離骨面）：上關節突、乳突、副突及“人”字棘下凹。見圖 3a。所切割模型放大（菜單命令 Simulation\Rescale）1.2 倍，獲得厚度約 4 mm 的卡位模塊雛形。見圖 3b。③ 設計導航模塊。通過布爾運算支持柱、卡位模塊及椎骨獲得最終導航模塊。見圖 3c。④ 將導航模塊以 STL 格式文件輸出，采用 Replicator 2 3D 打印機（Makerbot 公司，美國）以聚乳酸材料打印。見圖 3d～f。
圖3
設計并打印導航模塊 a. 切割骨面； b. 放大模型；c. 導航模塊； d. 3D 打印文件； e. 3D 打印實體；f. 打印成品
Figure3.
Design and manufacture of the navigational template a. Cutting of the bony surface; b. Enlarged model; c. Navigational template; d. The navigational template model ready for printing; e. Complete print; f. The fabricated navigational templates
1.1.4 導航模塊輔助植釘 ① 螺釘準備：根據術前 Mimics14.0 軟件測量結果選擇螺釘規格；② 手術入路：椎旁肌間隙入路（Wiltse 入路）剝離暴露卡位骨面；③ 導航模塊卡位；④ 植釘：通過導航模塊植入克氏針，空心錐絲攻，擰入螺釘。見圖 4。
圖4
導航模塊輔助腰椎椎弓根植釘 a. 導航模塊卡位； b. 導航輔助植釘后
Figure4.
Placement of pedicle screws using the navigational template a. Navigational template clamping; b. Inserted pedicle screws
1.1.5 三維配準 植釘后標本再次進行 CT 掃描及三維重建，與原設計的三維模型逐個進行配準（菜單命令 Registration\Point & Global Registration）：在術后三維模型上選擇棘突中點為配準點，然后在術前三維模型上選擇相同位置定位點，重復以上操作添加椎體兩側橫突，共成 3 對配準點即可自動配準。將合并后的植入螺釘的腰椎模型與術前三維模型最大程度重疊，觀察配準效果。標記術前設計以及術后實際進、出釘點，比較二者差異。
1.2 結果
12 具標本 60 個節段共植入 120 枚螺釘，X 線片及 CT 檢查示植釘效果良好，釘體均準確通過腰椎弓根中心長軸，實現術前設計，三維配準顯示植釘符合率 100%。見圖 5。
圖5
影像學檢查及三維配準 a、b. 植釘后正側位 X 線片； c、d. 植釘后 CT； e、f 三維配準；g、h. 螺釘配準
Figure5.
Imaging and registration of the 3D models a, b. Postoperative anteroposterior and lateral X-ray films; c, d. Postoperative CT; e, f. Registration of the preoperative and postoperative 3D models; g, h. Registration of the screw
2 臨床應用
2.1 臨床資料
2.1.1 患者選擇標準 納入標準：① 存在下腰痛、神經放射痛、麻木、跛行、活動受限等神經根、馬尾及血管受壓癥狀 6 周以上，經保守治療無效者。② 直腿抬高試驗陽性。③ 影像學檢查顯示病變節段腰椎骨質增生、韌帶肥厚、椎間盤突出、腰椎不穩、腰椎滑脫及脊柱側彎等需手術減壓、重建穩定性。④ 愿意接受導航模塊輔助植釘并獲隨訪者。
排除標準：① 臨床癥狀與影像學表現不符。② 有腰椎手術史。③ 腰椎腫瘤、腰椎結核、創傷骨折、關節疾患等非腰椎退行性病變者。④ 存在腰椎感染或身體其他部位急性炎癥者。⑤ 存在凝血功能障礙等手術禁忌證、心肺功能差不能接受手術者。
2014 年 11 月—2015 年 11 月，共 31 例退行性腰椎不穩患者符合選擇標準納入研究。患者均知情同意，本研究通過莆田學院附屬醫院倫理委員會批準。
2.1.2 一般資料 本組男 14 例，女 17 例；年齡 42～60 歲，平均 45.2 歲。病程 6～13 個月，平均 8.8 個月。單節段 15 例，兩節段 13 例，三節段 3 例；病變節段：L3、4 6 個節段，L4、5 26 個節段，L5、S1 18 個節段。術前疼痛視覺模擬評分(VAS)[12]為（7.59±1.04）分，Oswestry 功能障礙指數（ODI）評分[13]為（76.21±5.82）分，日本骨科協會（JOA）評分[14]為（9.21±1.64）分。
2.1.3 手術方法 術前本組患者均行 CT 掃描，并按照 1.1 方法制備導航模塊。全麻下，患者俯臥于骨科手術床，C 臂 X 線機定位手術節段。采用兩側上、下椎弓根間連線的椎旁肌間隙入路，沿切口方向逐層切開，采用不同導管逐級擴張，選擇合適深度的 Quadrant 葉片建立通道。顯露術野，去除導航模塊卡位骨面軟組織，模塊準確卡位后植入克氏針，空心錐絲攻，植入椎弓根螺釘，逐步完成減壓、椎間融合，鎖緊固定裝置，透視確認內植物位置，放置引流管后縫合切口。術后 48 h 內術區引流量<30 mL 后拔除引流管，并開始功能鍛煉。
2.1.4 統計學方法 采用 SPSS19.0 統計軟件進行分析。數據以均數 ± 標準差表示，手術前后比較采用配對t 檢驗；檢驗水準α = 0.01。
2.2 結果
本組 31 例患者 50 個節段共植入 162 枚螺釘。手術時間 65～147 min，平均 102.23 min；術中出血量 50～116 mL，平均 78.20 mL；術中輻射暴露時間為 8～54 s，平均 42 s。術后 3～7 d 行 CT 三維重建，將術后腰椎三維模型按前述方法與術前模型重疊配準，植釘符合率為 98.15%（159/162）。術后 4 周 VAS 評分為（2.24 ± 0.80）分，ODI 評分為（29.17 ± 2.50）分，JOA 評分為（23.43 ± 1.14）分，與術前比較差異均有統計學意義（t=14.842，P=0.006；t=36.927，P=0.002；t=–36.031，P=0.001）。
31 例患者均獲隨訪，隨訪時間 8～24 個月，平均 18.7 個月。術后切口均Ⅰ期愈合，無手術并發癥發生。隨訪期間復查腰椎 X 線片及 CT 顯示椎弓根螺釘準確在位，無松動、斷裂，椎間植骨融合良好。見圖 6。
圖6
患者，女，50 歲，L3～5 腰椎管狹窄伴不穩 a、b. 術前過伸過屈位 X 線片； c. 術前 CT 橫斷面； d. 術前椎弓根植釘設計圖；e. 術中于導航模板輔助下植釘； f～h. 術后第 4 天 CT； i、j 術后 1 年 CT 三維重建見內固定物準確在位，椎間植骨融合
Figure6.
A 50-year-old female patient with L3-5 spinal stenosis and instability a, b. Preoperative over-flexion and over-extension X-ray films; c. Preoperative cross-sectional CT; d. Design of the screw path and navigational templates; e. Placement of pedicle screws using the navigational template; f-h. CT at 4 days after operation; i, j. CT three-dimensional reconstruction at 1 year after operation, showing accurate position of internal fixation and intervertebral bone graft fusion
3 討論
3.1 Quadrant 系統下 3D 打印導航模塊實現腰椎精準植釘的微創優勢
微創脊柱外科技術是在保證良好手術效果的前提下，盡可能減少手術創傷及副損傷。這種高要求必須通過術前對椎弓根的全面評估、合理手術設計及準確實施才能實現[15]。數字化設計的顯著特點是可以在虛擬環境中通過反復修改獲得最適合病情的手術方案，在設計層面即可預測手術效果，而 3D 打印技術使得虛擬設計方案在臨床實踐中準確實施。我們的基礎研究使用了導航模塊輔助腰椎椎弓根植入螺釘 120 枚，無螺釘穿出椎弓根皮質，植釘與術前設計一致，植釘符合率達 100%，顯著高于國內外腰椎椎弓根植釘成功率報道結果[16-17]。臨床研究中導航模塊輔助植釘 162 枚，其中 159 枚與術前設計一致，植釘符合率達 98.15%。
結合基礎研究及臨床應用，我們認為 Quadrant 系統下應用 3D 打印導航模塊輔助植釘有如下優勢：① 3D 打印導航模塊可以克服空間限制，達到精確植釘[18]；② 術者學習曲線短，術中只需暴露卡位骨面，實現良好卡位后即可植釘；③ 縮短了手術時間，減少了麻醉藥用量，術中出血量及術后感染風險均降低，與文獻報道一致[19-20]，達到以微小創傷獲得滿意療效的目的[21]。
3.2 Quadrant 系統下 3D 打印導航模塊設計要點
3.2.1 理想釘道設計要點 傳統植釘方法是根據椎體后部骨性解剖標志選擇最佳進釘點（即螺釘通過腰椎弓根中心長軸）后植釘，但椎體后部結構存在個體差異，每位患者最佳進釘點均可能變化。與傳統首先選擇最佳進釘點不同，本研究先設計通過腰椎弓根中心長軸的理想釘道，然后設計 3D 打印模塊導航，解決了最佳進釘點與理想釘道間的矛盾。我們認為理想釘道應符合以下標準：① 在不穿出骨質前提下，螺釘在骨質中的長度最長，實現良好固定效果[22]；② 釘道在單一節段以及腰椎整體上的釘道對稱，實現良好生物力學性能。我們布置釘道的方法是通過腰椎弓根中心長軸，直接縱行切割椎弓根布置釘道，根據個體解剖結構選擇最佳進釘點，最終實現個性化精準植釘。
3.2.2 導航模塊設計要點 ① 以應用解剖學研究指導 Quadrant 系統微創通道下暴露模塊可剝離骨面；② 卡位面形態學因素：卡位面不能過于平坦，對于骨質疏松癥并嚴重骨質增生患者，構建導航模塊時可適當擴大卡位面范圍；③ 根據 Quadrant 套筒的特點設計釘道傾斜角和外展角。
3.3 Quadrant 系統下 3D 打印導航模塊輔助腰椎植釘的實施要點
3D 打印導航模塊輔助下腰椎植釘準確性取決于術中導航模塊與骨面是否實現良好卡位。通過實際操作我們總結以下注意事項：① 骨膜剝離干凈，以免影響卡位及導航效果；② Quadrant 系統微創通道下術野狹窄，必須通過牢靠卡位感來判斷是否已經正確卡位，即多次卡位均為同一位置，表明已牢靠卡位，卡位后導航模塊與骨質間摩擦力大，使之完全咬合；③ 符合釘道對稱原則，指單一節段左、右釘道在同一水平面上，并與椎骨正中矢狀面基本對稱。植釘過程中兩側導航模塊同時卡位及植入克氏針，再根據釘道對稱原則進行左、右參照，有助于糾正導航模塊的錯位卡位，提高植釘準確率。
