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[目的]通过中上胸椎影像二维测量,在体解剖学测量,数字化3D建立模型优化确定最佳通道并进行影像学测量确定皮质骨通道螺钉应用的可行性;并在体外尸体模拟手术,根据3D模型模拟及解剖影像学结果置入CBT螺钉,并验证置钉准确性;然后通过体外生物力学验证及计算机有限元分析评估其生物力学稳定性;最后建立个体化微创螺钉3D导航模板,并验证螺钉置入的准确性。[方法]测量80例成人中上胸椎(T3-T8)连续CT扫描数据的八项指标:a:椎弓根宽度;b:椎弓根高度;c:椎弓根横向角度(椎体中线和椎弓根横断位轴线的交角);d:椎弓根矢状位角度(上终板和椎弓根矢状位轴线的交角);e:CBT螺钉最宽直径(椎弓根松质骨的最大宽度);f:CBT螺钉最长长度,fl:CBT螺钉位于椎体内长度,f2:CBT螺钉位于椎弓根内长度;g:CBT螺钉矢状位角度(上终板和CBT螺钉轨迹的交角)。将二维CT数据导入Mimics软件进行三维重建,在建立好的中上胸椎三维模型上,模拟选择最佳皮质骨螺钉通道(螺钉半径为2.0 mm)。采集进针点与上关节突中线和横突中线的距离,确定最佳进针点。使用克氏针在尸体椎体上模拟CBT螺钉,确定安全区。根据三维二维解剖测量的结果在尸体上模拟置钉,并评估其置钉准确率。然后将12具新鲜尸体标本分成椎弓根螺钉组及皮质骨螺钉组,分别测量完整标本,切断棘突标本,固定上棒标本的前屈后伸,左右侧弯及旋转的活动度。再将标本行1000循环的疲劳试验,测试完整后再次测量标本的活动度,将四者活动度比较。对疲劳试验后的螺钉行拔出力测试,并对两组进行比较。同时建立有限元模型,对椎弓根螺钉和皮质骨螺钉进行模拟数字化模拟比较。最后通过3D打印技术设计一款个体化导航模板,并通过模板置入皮质骨通道螺钉并在C臂机上验证其置钉的准确性。[结果]解剖学和二维三维影像学测量论证皮质骨通道螺钉应用的可行性,确定了进针点位于胸3-胸4上CBT螺钉进针点为横突中线与上关节突中点连线,胸5-胸6CBT螺钉进针点为横突上1/3线与上关节突中点连线,胸7-胸8上CBT螺钉进针点为横突中线与上关节突中点连线。螺钉的长度为25-30mm,直径为4.0-5.0mm。进针方向为矢状位上垂直于椎板,冠状位上向上15-20°左右。在C臂机监护下置钉,螺钉总体优良率为95.4%。生物力学发现皮质骨螺钉组和椎弓根螺钉组的三维活动度未见明显差别,但疲劳试验后的皮质骨螺钉拔出力和扭矩较椎弓根螺钉组更加大。有限元分析发现皮质骨螺钉组较椎弓根螺钉在中上胸椎上有更好的稳定性,其椎体及椎弓根所受应力小于椎弓根组。通过切割椎板不规则表面建立对应的导航模板,经导航模板置钉后复查X片,发现螺钉位置和模拟置钉的最佳通道的位置几乎一致。[结论]数字化优化的皮质骨通道螺钉可以应用于中上胸椎,有稳定的生物力学特性。个体化的3D导航模板可以更微创更安全的将皮质骨螺钉应用于中上胸椎。中上胸椎皮质骨螺钉将成为脊柱外科一种新的技术选择特别是骨质疏松患者和螺钉失败患者。