Additive technologies in surgical treatment of spinal deformities

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract


Purpose of study: to summarize the experience in three-dimensional biomodeling and custom made metal constructions for surgical treatment of spinal deformities of different localization and etiology, evaluate its advantages, potentialities and efficacy. Patients and methods. During the period from 2011 to 2018 three-dimensional (3D) custom-made spinal models were used in 52 patients with different spinal deformities: congenital multilevel spinal deformity (n=20), upper cervical spine deformities (n=12), III-IV degree of spondylolisthesis (n=10), neurogenic scoliosis (n=8), neurofibromatosis (n=2). 3D models were created in scale 1:1 by stereolithographic technique on the basis of computer model designed by spiral CT results. In all cases 3D models were used for preoperative planning including the intended deformity correction, decompression and spine fixation. In 26 cases 3D spinal models were used to manufacture the custom made metal constructions for the deformity correction and spine fixation: plates for the upper cervical spine anterior fixation, cervicothoracic junction, plates and cages for lumbosacral fixation, and implants for spinopelvic fixation. Results. In all cases the use of spine bio models enabled to achieve important additional information at preoperative planning and intraoperatively. Long-term follow up made up 3 years. After neural structures decompression and deformity correction good clinical and roentgenologic results were observed in all patients. Use of custom made implants ensured stable spine fixation in all cases with the exception of 3 patients in whom the implants were removed due to infectious complication (n=1) and poor postoperative wood healing. Conclusion. In deformities of different etiology the full-scale spine models provide better assessment of the deformity pattern and preoperative planning. 3D models and computer modeling make possible the manufacture of individual metal constructions for spine fixation that is especially topical in severe deformities.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. A Kuleshov

N.N. Priorov National Medical Research Center of Traumatology and Orthopaedics

Moscow, Russia

M. S Vetrile

N.N. Priorov National Medical Research Center of Traumatology and Orthopaedics

Email: cito-spine@mail.ru
Moscow, Russia

A. N Shkarubo

N.N. Burdenko National Scientific and Practical Center for Neurosurgery

Moscow, Russia

V. V Docenko

N.N. Priorov National Medical Research Center of Traumatology and Orthopaedics

Moscow, Russia

N. A Es’kin

N.N. Priorov National Medical Research Center of Traumatology and Orthopaedics

Moscow, Russia

I. N Lisyanskiy

N.N. Priorov National Medical Research Center of Traumatology and Orthopaedics

Moscow, Russia

S. N Makarov

N.N. Priorov National Medical Research Center of Traumatology and Orthopaedics

Moscow, Russia

References

  1. Рогинский В.В., Евсеев А.В., Коцюба Е.В. Лазерная стереолитография - новый метод биомоделирования в черепно-челюстно-лицевой хирургии. Детская стоматология. 2000;1-2/(3-4):92-95
  2. Иванов А.Л., Сатанин Л.А., Агапов П.И. и др. Компьютерное планирование и биомоделирование в лечении пациента со сложными посттравматическим дефектом и деформацией краниофациальной области (клиническое наблюдение). Нейрохирургия и неврология детского возраста. 2012;2(32-33):144-151
  3. Потапов А.А., Корниенко В.Н., Кравчук А.Д. и др. Современные технологии в хирургическом лечении последствий травмы черепа и головного мозга. Вестник РАМН. 2012;9:31-38.
  4. Brown G.A., Milner B., Firoozbakhsh K. Application of computer-generated stereolithography and interpositioning template in acetabular fractures: a report of eight cases. J Orthop Trauma. 2002;16(5):347-352.
  5. Kawaguchi Y., Nakano M., Yasuda T. et al. Development of a new technique for pedicle screw and magerl screw insertion using a 3-dimensional image guide. Spine (Phila Pa 1976). 2012;37(23):1983-1988. https://doi.org/10.10.1097/BRS.0b013e31825ab547.
  6. Yang J.C., Ma X.Y., Lin J. et al. Personalised modified osteotomy using computer-aided design-rapid prototyping to correct thoracic deformities. Int Orthop. 2011;35(12):1827-1832. https://doi.org/10.10.1007/s00264-010-1155-9.
  7. D’Urso P.S., Williamson O.D., Thompson R.G. Biomodeling as an aid to spinal instrumentation. Spine (Phila Pa 1976). 2005;30(24):2841-2845.
  8. Доценко В.В., Загородний Н.В., Лака А.А. и др. Оперативное лечение спондилолистеза. Acta Biomadica Scientifica. 2006;4(50):77-81.
  9. Кулешов А.А., Ветрилэ М.С., Лисянский И.Н. и др. Хирургическое лечение пациента с врожденной деформацией позвоночника, аплазией корней дуг грудных и поясничных позвонков, компрессионным спинальным синдромом. Хирургия позвоночника. 2016;13(3):41-48. http://dx.https://doi.org/10.14531/ss2016.3.41-48.
  10. Доценко В.В., Шевелев И.Н., Загородний Н.В. и др. Cпондилолистез: передние малотравматичные операции. Хирургия позвоночника. 2004;1:47-54.
  11. Пантелеев А.А., Сажнев М.Л., Горбатюк Д.С. и др. Трехколонная остеотомия позвоночника при ревизионном вмешательстве у пациентки с врожденным ангулярным грудопоясничным кифосколиозом. Хирургия позвоночника. 2018;15(3):30-38. https://doi.org/10.14531/ss2018.3.30-38]
  12. Шкарубо А.Н., Кулешов А.А., Тетюхин Д.В. и др. Устройство для передней стабилизации С1-С2 позвонков. Патент РФ №2615900; 2016
  13. Шкарубо А.Н., Кулешов А.А., Тетюхин Д.В. и др. Устройство для передней стабилизации С1-С3 позвонков Патент РФ №2615901; 2016 г.
  14. Шкарубо А.Н., Кулешов А.А., Тетюхин Д.В. и др. Устройство для передней стабилизации С1-С4 позвонков Патент РФ №2652740; 2017.
  15. Шкарубо А.Н., Кулешов А.А., Тетюхин Д.В. и др. Устройство для передней стабилизации шейных позвонков атланто-субаксиального уровня. Патент РФ №2652741; 2016 г.
  16. Кулешов А.А., Ветрилэ М.С., Лисянский И.Н. и др. Устройство для фиксации, по меньшей мере, части грудного и/или поясничного отделов позвоночника человека к тазу. Патент РФ №2585733; 2014.
  17. Кулешов А.А., Ветрилэ М.С., Лисянский И.Н. и др. Способ инструментальной фиксации, по меньшей мере, части грудного и/или поясничного отдела позвоночника к тазу при различных заболеваниях позвоночника. Патент РФ №2584810; 2014.
  18. Кулешов А.А., Шкарубо А.Н., Громов И.С. и др. Хирургическое лечение неопухолевых заболеваний краниовертебральной области. Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. 2018;1:36-41. https://doi.org/10.32414/0869-8678-2018-1-36-41.
  19. Tonner H.D., Engelbrecht H. A new method for the preparation of special alloplastic implants for partial replacement of the pelvis. Fortschr Med. 1979;97(16):781-783. (in German).
  20. Mankovich N.J., Cheeseman A.M., Stoker N.G. The display of three-dimensional anatomy with stereolithographic models. J Digit Imaging. 1990;3(3):200-203.
  21. Abbott J., Netherway D., Wingate P. et al. Craniofacial imaging, models and prostheses. Austr J Otolaryngol. 1994;1(6):581-587.
  22. D’Urso P.S., Atkinson R.L., Lanigan M.W. et al. Stereolithographic (SL) biomodelling in craniofacial surgery. Br J Plast Surg. 1998;51:522-530.
  23. Антонов А.Н., Евсеев А.В., Камаев С.В. и др. Лазерная стереолитография - технология послойного изготовления трехмерных объектов из жидких фотополимеризующихся композиций. Оптическая техника. 1998;1(13):5-14.
  24. Kravtchouk A., Potapov A., Kornienko V. et al. Computed modelling in reconstructive surgery for posttraumatic skull vault bone defects. In: Potapov A., Likhterman L., von Wild K.R.H., eds. Neurotrauma. Moscow: «Antidor» Publishing House; 2002:187-190.
  25. D’Urso P.S., Askin G., Earwaker W.J.S. et al. Spinal biomodelling. Spine (Phila Pa 1976). 1999;24:247-1251.
  26. van Dijk M., Smit T.H., Jiya T.U., Wuisman P.I. Polyurethane real-size models used in planning complex spinal surgery. Spine (Phila Pa 1976). 2001;26 (17):1920-6192.
  27. D’Urso P.S., Williamson O.D., Thompson R.G. Biomodeling as an aid to spinal instrumentation. Spine (Phila Pa 1976). 2005;30(24):2841-2845.
  28. Yang J.C., Xiang Yang Ma X.Y., Lin J. et al. Personalised modified osteotomy using computer-aided design-rapid prototyping to correct thoracic deformities. Int Orthop. 2011;35(12):1827-1832. https://doi.org/10.10.1007/s00264-010-1155-9.
  29. Toyoda K., Urasaki E., Yamakawa Y. Novel approach for the efficient use of a full-scale, 3-Dimensional model for cervical posterior fixation. Spine (Phila Pa 1976). 2013;38(21):E1357-1360. https://doi.org/10.10.1097/BRS.0b013e3182a1f1bd.
  30. Wilcox B., Mobbs R.J., Wu A.-M., Phan K. Systematic review of 3D printing in spinal surgery: the current state of play. J Spine Surg. 2017;3(3):433-443. https://doi.org/10.10.21037/jss.2017.09.01.
  31. Phan K., Sgro A., Maharaj M.M. et al. Application of a 3D custom printed patient specific spinal implant for C1/2 arthrodesis. J Spine Surg. 2016;2(4):314-318. https://doi.org/10.10.21037/jss.2016.12.06.
  32. Xu N., Wei F., Liu X. et al. Reconstruction of the upper cervical spine using a personalized 3D-printed vertebral body in an adolescent with ewing sarcoma. Spine (Phila Pa 1976). 2016;41(1):E50-54. https://doi.org/10.10.1097/BRS.0000000000001179.
  33. Mobbs R.J., Coughlan M., Thompson R. et al. The utility of 3D printing for surgical planning and patient-specifc implant design for complex spinal pathologies: case report. J Neurosurg Spine. 2017;26(4):513-518. https://doi.org/10.10.3171/2016.9.SPINE16371.
  34. Shkarubo A.N., Kuleshov A.A., Chernov I.V., Vetrile M.S. Transoral decompression and anterior stabilization of atlantoaxial joint in patients with basilar impression and Chiari malformation type i: a technical report (2 clinical cases). World Neurosurg. 2017;102:181-190. https://doi.org/10.10.1016/j.wneu.2017.02.113.
  35. Shkarubo A.N., Kuleshov A.A., Chernov I.V. et al. Transoral decompression and stabilization of the upper cervical segments of the spine using custom-made implants in various pathologic conditions of the craniovertebral junction. World Neurosurg. 2018;109:e155-e163. https://doi.org/10.10.1016/j.wneu.2017.09.124.
  36. Шкарубо А.Н., Кулешов А.А., Чернов И.В. и др. Хирургическое лечение инвагинированного зубовидного отростка С2-позвонка, сочетающегося с аномалией Киари I типа. Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. 2017;1:66-72. https://doi.org/10.32414/0869-8678-2017-1-66-72.
  37. Шкарубо А.Н., Кулешов А.А., Чернов И.В. и др. Передняя стабилизация СI-СIII позвонков после трансорального удаления агрессивной аневризматической кисты СII позвонка (клиническое наблюдение и обзор литературы). Вопросы нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко. 2018;82(5):111-118. https://doi.org/10.10.17116/neiro201882051111.
  38. Choy W.J., Mobbs R.J., Wilcox B. et al. Reconstruction of thoracic spine using a personalized 3D-printed vertebral body in adolescent with T9 primary bone tumor. World Neurosurg. 2017;105:1032.e13-1032.e17. https://doi.org/10.10.1016/j.wneu.2017.05.133.
  39. Wei R., Guo W., Ji T. et al. One-step reconstruction with a 3D-printed, custom-made prosthesis after total en bloc sacrectomy: a technical note. Eur Spine J. 2017;26(7):1902-1909. https://doi.org/10.10.1007/s00586-016-4871-z.
  40. Kim D., Lim J.Y., Shim K.W. et al. Sacral reconstruction with a 3D-Printed implant after hemisacrectomy in a patient with sacral osteosarcoma: 1-year follow-up result. Yonsei Med J. 2017;58(2):453-457. https://doi.org/10.10.3349/ymj.2017.58.2.453.
  41. Tritanium Posterior Lumbar Cage Technical Summary. 2016. Available online: http://www.stryker.com/ builttofuse/media/assets/TRITA-BR-3 Tritanium Technical Summary FINAL.pdf.).

Statistics

Views

Abstract - 33

PDF (Russian) - 2

Cited-By


Article Metrics

Metrics Loading ...

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2018 Eco-Vector



This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies