生物力学有限元分析及3D打印技术在脊柱手术治疗中的应用

完成人：赵岩，左媛，霍洪军，辛大奇，周洋，贺晨阳，王喜良，杨鹏，雷卓婷

完成单位：内蒙古医科大学第二附属医院，内蒙古医科大学

当前退行性脊柱侧弯患者治疗方案仍是盲目地延长融合节段，这种非精确性的治疗与各类并发症的发生密不可分。而本课题研究联合应用生物力学有限元技术分析和3D打印，进行精准的术前手术规划并模拟仿真手术，探索不同患者的最佳手术方案，规避手术风险，从而提高手术安全性和精确性。

主要技术创新：一是通过生物力学有限元方式分析退行性脊柱侧弯患者的术前、术后钉棒器械及相邻结构力学分析。我们发现经椎弓根-肋单元置钉可加强内固定生物力学稳定性；验证了关键椎固定术+关节囊松解术矫正成人脊柱侧凸畸形的有效性；验证了关键椎置钉方案的力学稳定性；二是我们建立了以生物力学有限元分析为主导的术前规划方案，根据实际情况模拟手术方式，进行相应数据分析后，对上述手术方案进行精细化修正，最后通过3D打印技术打印出实物模型，对修正后的手术方案进行实物模拟验证，我们上述研究工作过程中，创造性的研究出一次性脊柱手术工具，目前市场推广反映良好。

通过以上方法使临床疗效方面有了诸多提升，包括在置钉方案的选择上更为合理，减少患者高值耗材支出20%-30%，提高了置钉准确率20%-25%，整体缩短手术时间10%-15%，减少出血量20%-30%，缩短住院病床周转周期50%，科学合理地减少术后并发症的发生。从2014年至今，我们通过上述方法直接受益患者约235人，间接受益患者6000余人。

本项目在区内首次从退行性脊柱侧弯的术前规划入手，提高了手术安全性和精确性，本团队提出的术前规划、模拟手术理念均处于自治区领先地位。该项目填补了自治区脊柱外科在治疗退行性脊柱侧弯数字化术前规划这一领域的空白，对推动本专科的发展具有重要意义。

通过项目研究，获得国家发明专利1项；发表论文12篇（SCI论文1篇）。培养研究生5人，率先在我区脊柱外科的数字化医学领域形成了专业人才梯队；申报内蒙古科技计划项目1项；获2020年度内蒙古自治区医学会科技进步三等奖1项。