척추 종판과 3D 프린팅 환자 사이의 접촉 표면 평가

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 12505(2022) 이 기사 인용

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생체 역학 연구. 상업용 케이지의 접촉 표면과 비교하여 CT 스캔 3D 엔드플레이트 재구성을 사용하여 3D 프린팅된 환자별 케이지의 접촉 표면 성능을 평가합니다. 케이지 침하 위험을 줄이기 위해 장치와 엔드플레이트 사이의 접촉 표면을 개선하기 위한 이전 전략이 사용되었습니다. 환자별 케이지가 도움을 주기 위해 사용되었지만 유한 요소 연구만이 이 접근법의 효과를 평가했습니다. 케이지를 생성하는 데 사용되는 CT 스캔 엔드플레이트 이미지와 케이지의 성능을 제한할 수 있는 실제 뼈 엔드플레이트 해부학 간에 불일치가 있을 수 있습니다. 사체 모델을 사용하여 3D 프린팅된 환자별 케이지와 엔드플레이트 사이의 불일치 가능성을 조사하고 이를 시중에서 판매되는 케이지(Medtronic Fuse 및 Capstone)와 비교합니다. 접촉 면적과 접촉 스트레스가 결과로 사용되었습니다. PS 케이지를 Capstone 케이지와 비교했을 때 얻은 평균 접촉 면적은 각각 100 ± 23.6 mm2 및 57.5 ± 13.7 mm2였습니다(p < 0.001). 퓨즈 케이지와 비교했을 때 평균 접촉 면적은 각각 104.8 ± 39.6 mm2 및 55.2 ± 35.1 mm2였습니다(p < 0.001). 환자 맞춤형 케이지는 임플란트와 엔드플레이트 표면 사이의 접촉 영역을 개선하여 LIF 수술 중 접촉 응력과 임플란트 침하 위험을 줄입니다.

요추체간융합술(LIF)은 요추의 다양한 병리를 치료하는 데 널리 사용되어 왔지만 몇 가지 합병증이 설명되어 있습니다1,2. 케이지가 인접한 척추체의 종판 중 하나 또는 모두를 관통할 때 정의되는 임플란트 침강은 극복해야 할 가장 일반적인 과제로 남아 있습니다. 이는 분절 전만증의 상실, 추공 압박의 재발, 불안정성 및 통증을 유발할 수 있습니다3. 다양한 케이지 재료 사용, 더 큰 케이지 배치를 허용하는 대체 수술 접근법, 케이지와 척추체 종판 사이의 총 접촉 면적 증가 등 침하 발생률을 줄이는 데 도움이 되는 여러 가지 전략을 사용할 수 있습니다4,5 6.

신속한 프로토타이핑(RP)은 체간 융합 장치와 엔드플레이트 사이의 접촉 면적을 늘리는 옵션 중 하나입니다. 이는 환자의 종판 뼈 해부학과 일치하는 3차원(3D) 맞춤형 임플란트의 개발을 용이하게 하여 시중에서 판매되는 임플란트7,8과 비교할 때 접촉 면적을 증가시킵니다. 작은 해부 창이 디스크 공간 내부에 배치할 수 있는 크기를 제한하기 때문에 이 전략은 후방 체간 유합(PIF) 케이지를 사용하는 후방 접근법에서 중요한 역할을 할 수 있습니다.

일부 논문에서는 유한 요소(FE) 모델9,10,11을 사용하여 LIF용 구조 임플란트의 효과를 연구했지만 디지털 3D 뼈 모델과 디지털 3D 케이지 모델 사이의 단면적이 완벽하게 일치합니다. 엔드플레이트 준비 및 임플란트 제조 제한으로 인해 임상 시나리오에서는 발생할 것으로 예상되지 않습니다.

병원 컴퓨터 단층촬영(CT) 스캔 프로토콜에 사용되는 설정은 해상도 제한으로 인해 맞춤형 임플란트 모델에 제한을 초래할 수 있습니다(12). 또한 부품 방향 및 레이어 두께와 같은 3D 프린터 처리 매개변수는 3D의 최종 해상도에 영향을 미칠 수 있습니다. 인쇄 장치13,14. 디지털 방식으로 임플란트와 뼈 모델이 일치할 수 있지만 결과적으로 3D 프린팅된 임플란트와 실제 뼈 표면이 일치하지 않을 수 있으며, PS 케이지는 디지털 방식으로 계획된 것과 정확히 동일한 위치에 배치되어야 효과적입니다. 직관적으로 환자별(PS) 설계는 더 높은 접촉 면적을 제공해야 하지만 실제 중요성은 시험관 내 모델에서는 덜 임상적인 유한 요소 모델에서만 알려져 있습니다.