Summary
Deze studie heeft tot doel een 3D-geprint model te maken van een patiëntspecifieke lendenwervel, die zowel de wervel- als de spinale zenuwmodellen bevat die zijn gefuseerd met computertomografie (HRCT) met hoge resolutie en MRI-Dixon-gegevens.
Abstract
Selectieve dorsale rhizotomie (SDR) is een moeilijke, riskante en geavanceerde operatie, waarbij een laminectomie niet alleen een adequaat chirurgisch gezichtsveld moet blootleggen, maar ook de spinale zenuwen van de patiënt moet beschermen tegen letsel. Digitale modellen spelen een belangrijke rol bij de pre- en intra-operatie van SDR, omdat ze artsen niet alleen meer vertrouwd kunnen maken met de anatomische structuur van de chirurgische site, maar ook nauwkeurige chirurgische navigatiecoördinaten voor de manipulator kunnen bieden. Deze studie heeft tot doel een 3D digitaal model van een patiëntspecifieke lendenwervel te maken dat kan worden gebruikt voor planning, chirurgische navigatie en training van de SDR-operatie. Het 3D-printmodel is ook vervaardigd voor effectiever werk tijdens deze processen.
Traditionele orthopedische digitale modellen vertrouwen bijna volledig op computertomografie (CT) -gegevens, die minder gevoelig zijn voor zachte weefsels. Fusie van de botstructuur van CT en de neurale structuur van magnetische resonantie beeldvorming (MRI) is het belangrijkste element voor de modelreconstructie in deze studie. Het specifieke 3D digitale 3D-model van de patiënt wordt gereconstrueerd voor het echte uiterlijk van het chirurgische gebied en toont de nauwkeurige meting van interstructurele afstanden en regionale segmentatie, wat effectief kan helpen bij de preoperatieve planning en training van SDR. Het transparante botstructuurmateriaal van het 3D-geprinte model stelt chirurgen in staat om de relatieve relatie tussen de spinale zenuw en de wervelplaat van het geopereerde segment duidelijk te onderscheiden, waardoor hun anatomisch begrip en ruimtelijk gevoel van de structuur wordt verbeterd. De voordelen van het geïndividualiseerde digitale 3D-model en de nauwkeurige relatie tussen spinale zenuw- en botstructuren maken deze methode een goede keuze voor preoperatieve planning van SDR-chirurgie.
Introduction
Spastische cerebrale parese treft meer dan de helft van alle kinderen met cerebrale parese1, wat leidt tot peescontracturen, abnormale skeletontwikkeling en verminderde mobiliteit, wat een grote invloed heeft op de kwaliteit van leven van getroffen kinderen2. Als de belangrijkste chirurgische methode voor de behandeling van spastische cerebrale parese, is selectieve dorsale rhizotomie (SDR) volledig gevalideerd en aanbevolen door veel landen 3,4. De ingewikkelde en risicovolle aard van SDR-chirurgie, inclusief het nauwkeurig snijden van de lamina, positionering en dissociatie van zenuwwortels en het doorsnijden van zenuwvezels, vormt echter een aanzienlijke uitdaging voor jonge artsen die net beginnen met SDR in de klinische praktijk; verder is de leercurve van SDR erg steil.
Bij traditionele orthopedische chirurgie moeten chirurgen alle preoperatieve tweedimensionale (2D) beelden mentaal integreren en een 3D-chirurgisch plan maken5. Deze aanpak is bijzonder moeilijk voor preoperatieve planning met complexe anatomische structuren en chirurgische manipulaties, zoals SDR. Met de vooruitgang in medische beeldvorming en computertechnologie kunnen 2D-axiale beelden, zoals computertomografie (CT) en magnetische resonantiebeeldvorming (MRI), worden verwerkt tot virtuele 3D-modellen met patiëntspecifieke anatomie6. Met verbeterde visualisatie kunnen chirurgen deze verwerkte informatie analyseren om meer gedetailleerde diagnoses, planning en chirurgische ingrepen te maken die zijn afgestemd op de toestand van de patiënt. In de afgelopen jaren heeft de toepassing van multimodale beeldfusietechnologie in de orthopedie geleidelijk de aandacht getrokken7. Deze technologie kan CT- en MRI-beelden samenvoegen, waardoor de nauwkeurigheid van het analoge digital3D-model aanzienlijk wordt verbeterd. De toepassing van deze techniek in preoperatieve modellen van SDR is echter nog niet onderzocht.
Nauwkeurige positionering van de lamina en spinale zenuw en nauwkeurig snijden tijdens SDR-chirurgie zijn cruciaal voor succesvolle resultaten. Meestal zijn deze taken afhankelijk van de ervaring van experts en worden ze herhaaldelijk bevestigd door een C-arm tijdens de operatie, wat resulteert in een complex en tijdrovend chirurgisch proces. Het digitale 3D-model dient als basis voor toekomstige SDR-chirurgische navigatie en kan ook worden gebruikt voor preoperatieve planning van laminectomieprocedures. Dit model fuseert de botstructuur van CT en de spinale zenuwstructuur van MRI en wijst verschillende kleuren toe aan de lumbale wervelsecties die zijn gemarkeerd voor snijden volgens het chirurgische plan. Dergelijke holografische 3D-printmodellen voor SDR vergemakkelijken niet alleen preoperatieve planning en simulatie, maar voeren ook nauwkeurige 3D-navigatiecoördinaten uit naar de intraoperatieve robotarm voor nauwkeurig snijden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle gegevens zijn afkomstig van de klinische patiënt, wiens SDR-operatie werd uitgevoerd in het BJ Dongzhimen-ziekenhuis. Het protocol volgt de richtlijnen van en werd goedgekeurd door de ethische commissie voor onderzoek van het Dongzhimen Hospital.
OPMERKING: De volledige kaart van het modelreconstructieprotocol is weergegeven in figuur 1. De hoge-resolutie computertomografie (HRCT) gegevens en Dixon gegevens zijn grondstoffen voor modellering; vervolgens bestaat de 3D-modelcreatie uit beeldregistratie en fusie. Het uiteindelijke digitale 3D-model wordt geprint door PolyJet-technologie, een uiterst nauwkeurig 3D-printproces dat soepele en nauwkeurige onderdelen produceert met behulp van een breed scala aan materialen. Om de ruimtelijke relatie tussen de wervel en de ruggenmergzenuw precies te beschrijven, worden HRCT-gegevens en Dixon-beeldreeksen gebruikt. De Dixon-scanning kan water- en vetscheidingsbeelden identificeren, waarbij de Dixon-waterfasebeeldreeks kan worden gebruikt om de structuur van de spinale zenuwen te extraheren, en de Dixon-in-fasebeeldreeks kan worden gebruikt om de registratie van de botstructuur te controleren.
Figuur 1: De hele kaart van het protocol. De onderzoeksmethodologie van deze studie omvat de fusie van CT en magnetische resonantie Dixon-sequenties. In het bijzonder wordt de CT-wervelstructuur geregistreerd met de identieke wervelstructuur in de Dixon-in-sequentie, gevolgd door fusie met de Dixon-w-sequentie voor de spinale zenuw. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
1. Gegevensverzameling en -voorbereiding
- Hoge resolutie CT voor wervels
OPMERKING: Het parameterverschil is niet gevoelig voor de onderzoeksmethode.- Stel de gegevensbronnen van het CT-machinestation in.
OPMERKING: Hier wordt het SIEMENS-CTAWP73396 CT-apparaat gebruikt. - Open de Syngo CT 2012B-software om gegevens te ontvangen van het scanprotocol SpineRoutine_1. Selecteer de pixelgrootte en segmentdikte (ST) van de gegevensset om deze aan te passen aan de grootte van de wervels die moeten worden weergegeven in het digitale 3D-model.
- Gebruik een ST van 1 mm met een matrixgrootte van 512 pixels x 512 pixels, waarbij de pixelafstand 0,3320 mm is. De werkelijke grootte van het bereikte 3D-volume is 512 x 512 x 204 voxels.
- Stel de gegevensbronnen van het CT-machinestation in.
- Dixon-sequentie voor spinale zenuw
OPMERKING: In dit onderzoek wordt een 1,5 T MRI-machine gebruikt.- Stel de Dixon-afbeeldingsresolutie in op 290 pixels x 320 pixels, pixelafstand op 0,9375 mm en segmentdikte op 3 mm om nauwkeurige gegevens te verkrijgen.
- Stel de herhalingstijd in op 5.160 ms en de echotijd op 94 ms.
- Zorg ervoor dat elke gescande laag bestaat uit vierfasige afbeeldingen, namelijk Dixon-in, Dixon-opp, Dixon-F en Dixon-w.
- Bereid gegevensopslagbestanden voor op modelreconstructie.
OPMERKING: Een goed gedefinieerde structuur voor gegevensopslag is handiger voor vervolgwerkzaamheden.- Maak een projectmap met alle gegevens van de patiënt.
- Bereid verschillende bestandspaden voor HRCT- en MRI-Dixon-gegevens voor door verschillende mappen te maken voor de DICOM-gegevens (Digital Imaging and Communications in Medicine).
- Maak een aparte map onder het project voor alle analyseresultaten.
2. Het 3D digitale wervelmodel
OPMERKING: Alle subprocesfuncties zijn afkomstig van softwaretools, waarvan het eigendom toebehoort aan Beijing Intelligent Entropy Science & Technology Co Ltd.
- Roep het Dicom2Mat-subproces in de MATLAB-werkplek aan om het 3D-volume te verkrijgen uit de DICOM-bestanden die zijn opgeslagen in de HRCT-gegevensmap.
- Nadat u het Dicom2Mat-subproces hebt ondergaan, bekijkt u elk segment binnen het 3D-volume via de grafische gebruikersinterface (GUI), zoals weergegeven in figuur 2.
- Visualiseer vervolgens de intensiteitsverdeling van de HRCT-gegevens van de wervels door de histfunctie (figuur 3).
- Roep het NoiseClean-subproces aan om signaalruis te verwijderen die door het apparaat wordt gevormd onder de HRCT-gegevensbestandspaden.
- Gebruik het subproces wervelfunctie onder hetzelfde pad om het wervelmodel te verkrijgen, dat ook een 3D-volume is, maar alleen met de botstructuur (figuur 4). De hoogdoorlaatfilterparameters, de intensiteit varieert van 190 tot 1.656.
3. Het 3D digitale spinale zenuwmodel
OPMERKING: Dixon-in bevat botstructuur, terwijl Dixon-w de neurale structuur beschrijft.
- Gebruik het Dicom2Mat-subproces in beide paden van de Dixon-in- en Dixon-w-reeksen en krijg hun 3D-volume.
- Visualiseer bovendien elk afzonderlijk segment dat een 3D-volume vormt met behulp van de GUI in figuur 5. Open deze visualisatie zodra het Dicom2Mat-subproces is voltooid.
- Gebruik de functie Spinal_Nerve om het spinale zenuwmodel te reconstrueren met hoogdoorlaatfilterparameters, de intensiteit varieert van 180 tot 643. Omdat de signalen van de zenuw in de Dixon-w-sequentie erg hoog zijn, extraheert u het 3D-volume van de spinale zenuw door punten met een lage intensiteit uit te filteren.
- Wanneer het Spinal_Nerve subproces is voltooid, controleert u het model dat is gegenereerd in de GUI die wordt weergegeven in afbeelding 6.
4. Registratie en fusie
OPMERKING: Het belangrijkste inzicht is dat botarchitectuur aanwezig is in zowel HRCT- als Dixon-in-beeldvormingssequentie.
- Kopieer de drie tot nu toe verkregen 3D-volumes naar het bestandspad van het project dat in stap 3.1 is gemaakt. De modellen van HRCT en Dixon-in hebben dezelfde wervelstructuur en de modellen van Dixon-in en Dixon-w hebben dezelfde coördinaten.
- Plaats vervolgens de bestandsnamen van de drie modellen in het vertebra_fusion subproces als invoer om het fusiemodel te genereren. Dit kan worden gevisualiseerd in figuur 7.
- De fusie is meestal goed gedaan. Als fijnafstemming nodig is vanuit het perspectief van de arts, voeg dan coördinaatparameters in alle richtingen toe aan dezelfde functie om het fusiemodel te corrigeren. Als er vanuit klinisch perspectief kleine fouten worden waargenomen bij fusie, gebruik dan de functie vertebra_fusion om de fusiecoördinaten te verfijnen. Dit proces omvat parameteraanpassingen aan de zes dimensies van de coördinaatrichting (XYZ-coördinaten en hun rotatie).
- Maak een aparte map in de projectmap voor het uitvoeren van het resultaat van het fusiemodel.
5. Digitale modelbestanden voor 3D-printen
OPMERKING: Een volledig ontwikkeld 3D-printapparaat wordt gebruikt voor de productie van het bovengenoemde digitale model, met de implementatie van Delaunay-triangulaties. Hier werd de Stratasys J55 Prime 3D-printer gebruikt.
- Exporteer de fusiemodellen die moeten worden gebruikt voor 3D-afdrukken in de DICOM-indelingsreeksen onder het bestandspad van de fusiemap. Gebruik het Mat2Dicom-algoritme om de exportbewerking uit te voeren door het fusiemodel in te voeren.
- Open de DICOM-bestandsreeks die eerder is geëxporteerd met Materialise Mimics V20. Als u de exportbewerking wilt uitvoeren, navigeert u naar het menu Exporteren onder het tabblad Bestand en selecteert u de VRML-indeling. Het bestandspad voor de export kan vrij worden aangepast aan de vereisten van de gebruiker.
- Omdat transparant kleurrijk 3D-printen een professionele service is, comprimeert en verpakt u de VRML-bestanden en stuurt u ze naar de serviceprovider. Het 3D-printresultaat is weergegeven in figuur 8.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Op basis van lumbale CT/MRI-beeldfusiegegevens bij kinderen met cerebale parese creëerden we een representatief model van de lumbale wervelkolom in combinatie met spinale zenuwen. High-pass filtering werd gebruikt om het hoge signaal in het CT-waardebereik van 190-1.656 uit HRCT te extraheren, om de reconstructie van de botstructuur van de lumbale wervelkolom in het operatiegebied te bereiken. Spinale zenuwstructuren werden gereconstrueerd door de high-pass filtering van Dixon-w sequenties in MRI. De digitale model- en puntenwolkgegevenscoördinaten van de lumbale wervelstructuur en spinale zenuwfusie werden verkregen door rigide registratie en het bestand werd opgeslagen in stereolithografie (STL) -formaat voor gegevensmeting en verdere afdrukverwerking. De STL digitale modelbestanden worden geconverteerd naar VRML-formaat voor overdracht naar de Stratasys J55 Prime 3D-printer. Om de anatomie van de operatieplaats tijdens de SDR-operatie actief te demonstreren, hebben we de botten in transparante hars geprint en de andere delen in verschillende kleuren afgedrukt. Het 3D-geprinte model kan vervolgens de ruimtelijke relatie van belangrijke chirurgische locaties in SDR onthullen voor chirurgen en patiënten tijdens preoperatieve planning en training.
Het verkregen gepersonaliseerde 3D lumbale wervelkolommodel biedt de mogelijkheid voor preoperatieve planning en training van SDR. Verschillende kleurstoffen worden gebruikt om de structuren, zoals botten en zenuwen, te kleuren en te onderscheiden. Zoals te zien is in figuur 8, is de spinale zenuwstructuur geel geverfd en onderscheiden de lamina van L4- en L5-segmenten in het overeenkomstige operatiegebied zich respectievelijk door rode en blauwe kleuring. De botstructuur wordt geprint met behulp van een transparant harsmateriaal, dat een goed perspectief heeft, waardoor artsen de zenuwstructuur onder de lamina door de botstructuur kunnen observeren. Het gepersonaliseerde, aangepaste model herstelt echt de overeenkomstige relatie tussen de lumbale botstructuur in het operatiegebied en de anatomie van de spinale zenuw, waardoor artsen de juiste snijrichting en het juiste bereik vóór de operatie beter kunnen definiëren.
Figuur 2: De GUI van segmenten in het volume van HRCT-gegevens. Via de GUI in de figuur kunnen chirurgen de wervelkolomstructuur in alle CT-gegevens bekijken. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3: De intensiteitsverdeling van de HRCT-gegevens van wervels. Deze kwantitatieve informatie is nuttig bij het bepalen van het filterbereik van de wervelstructuur. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4: De GUI van het 3D-volume van de wervels. De figuur toont de drie weergaven van de wervels en het 3D-volume tegelijkertijd. Via deze GUI kunnen chirurgen de wervels van patiënten vanuit elk gewenst perspectief observeren. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 5: De GUI van segmenten in het volume van Dixon-in en Dixon-w. Dixon-beeldvorming kan snel worden doorzocht en de beelden van de wervels en spinale zenuwen van patiënten kunnen worden gecontroleerd. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 6: De GUI van het 3D-volume van de spinale zenuw. De 3D-reconstructie van de Dixon-w-sequentie van de patiënt voor het observeren van de 3D-structuur van de spinale zenuw van de patiënt. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 7: De GUI van het fusiemodel (3D digitaal volume). Het 3D-volume bevat zowel de wervelstructuur uit de CT-gegevens als de 3D-structuur van de spinale zenuw uit magnetische resonantie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 8: Het 3D-printmodel voor SDR-planning en -training. Het transparante kleurrijke 3D-printmodel toont de anatomische structuur van het gebied waar SDR-chirurgie op de patiënt moet worden uitgevoerd. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Deze studie biedt een workflow voor het opzetten van een preoperatief 3D-printmodel van de lumbale wervelkolom bij patiënten met cerebrale parese, met als doel de preoperatieve planning voor SDR-chirurgie te vergemakkelijken en anatomische training te verbeteren op basis van het specifieke model van de patiënt. De studie heeft tot doel een zeer betrouwbaar 3D-geprint model op te stellen dat de lumbale wervel- en zenuwstructuren van de patiënt nauwkeurig aantoont. Door de positie van de lamina en spinale zenuw in het model vóór de operatie te meten, kan een nauwkeurige planning van het laminasnijden worden bereikt, wat leidt tot de optimalisatie van chirurgische procedures en de verwerving van beheersing in SDR-chirurgische technologie.
De belangrijkste stap die in deze studie werd onderzocht, was de fusie van CT- en Dixon-sequenties. De fusie was gebaseerd op de aanwezigheid van dezelfde botstructuren in zowel de CT-gegevens als de Dixon-in-sequenties, evenals het feit dat de Dixon-in- en Dixon-w-gegevens zich in hetzelfde coördinatensysteem bevonden. Dit zorgde voor de uiteindelijke fusie van de spinale zenuwen en wervelbotstructuren. De tweede belangrijke stap was het gebruik van kleurtransparante printtechnologie om het digitale 3D-model te vervaardigen. Deze printtechnologie was in staat om de anatomische structuren van de patiënt, de precieze locatie van laminectomie en de relatieve positie van de tussenwervelforamina en zenuwwortels te benadrukken.
In de afgelopen decennia hebben veel chirurgische teams innovatieve technieken ontwikkeld voor SDR8,9, met een primaire focus op het minimaliseren van spinale schade tijdens de procedure. Dit komt voort uit de gevestigde werkzaamheid van langsegmentchirurgie bij spasmebestrijding, naast bezorgdheid over de impact van uitgebreide laminectomie op de stabiliteit van de wervelkolom10. Succesvolle SDR-chirurgie vereist een kritische laminectomie, die zowel voldoende incisies van de lamina vereist om verdere neurochirurgische manipulatie mogelijk te maken als het behoud van voldoende lamina om spinale destabilisatie te voorkomen. Nauwkeurig laminair snijden zonder schade of negatieve effecten tijdens de bewerking vereist een uitgebreid begrip van de positie, grootte en sectie van het snijden. Momenteel is preoperatieve SDR-evaluatie voornamelijk afhankelijk van CT / MRI-beeldvorming en klinische ervaring, die mogelijk niet volledig voldoet aan de vereisten van nauwkeurige snijbewerkingen. In de afgelopen jaren heeft de toepassing van multimodale beeldfusie in wervelkolomchirurgie een grote potentiële waarde aangetoond, terwijl relevant onderzoek nog steeds zeldzaam is. Deze studie was dus gericht op het samensmelten van preoperatieve CT en MRI van de lumbale wervelkolom om een 3D-digitaal model te reconstrueren dat zowel de botstructuur als de spinale zenuwen nauwkeurig weergeeft. Het gereconstrueerde digitale 3D-model werd verder 3D-geprint en kon worden gebruikt voor effectieve arts-patiëntcommunicatie en preoperatieve planning. De nauwkeurige positionering van de lumbale zenuwworteluitlaat van het model maakte een beter begrip mogelijk van de ruimtelijke relatie tussen de wervels en de zenuwwortel, waardoor een efficiënte operatie voor zowel chirurgen als chirurgische robots mogelijk werd.
Bovendien vertonen kinderen met cerebrale parese een duidelijke spinale en skeletontwikkeling, gekenmerkt door een hypoplastische trabeculaire botmicrostructuur, dunne cortex en lage botsterkte11. Deze unieke anatomische kenmerken en complexe manipulaties maken SDR-chirurgie een uitdaging om onder de knie te krijgen. Daarom hebben we 3D-printtechnologie gebruikt om anatomisch nauwkeurige lumbale wervelmodellen van echte patiënten te fabriceren, wat een objectieve referentie biedt voor chirurgisch leren. Deze techniek is ideaal voor minder ervaren chirurgen en kan mogelijk de leertijdverkorten 12. Bovendien bieden individueel op maat gemaakte modellen het extra voordeel van het volledig herstellen van de unieke structuur van de patiënt, wat waardevolle inzichten biedt voor mensen met complexe anatomische variaties13,14.
Hoogwaardige initiële beeldacquisitie is essentieel voor succesvol 3D-printen15. In deze studie werd een realistisch en nauwkeurig 3D-printmodel verkregen door de registratie van HRCT- en MRI-gegevens. Transparante bedrukking van de botstructuur en het verven van het planningsbereik van de laminae verbeterden de intuïtieve weergave van de chirurgische anatomie van het model. Traditioneel verwerven chirurgen chirurgische vaardigheden voornamelijk in de operatiekamer, wat de risico's van chirurgie verhoogt wanneer jongere chirurgen voor het eerst proberen dergelijke vaardigheden in de praktijk te verwerven12. Met objectieve fysieke 3D-printmodellen kunnen senior chirurgen hun chirurgische ervaring gemakkelijker communiceren met jongere artsen. Bovendien kunnen de 3D-printmodellen individuen op unieke wijze voorzien van gesimuleerde chirurgische training op basis van een echte structurele reconstructie van de patiënt, waardoor het leerproces van de arts voor SDR mogelijk wordt versneld en de veiligheid van medische procedures wordt verbeterd. Over het algemeen is deze aanpak veelbelovend bij het verbeteren van chirurgische training en het verbeteren van patiëntresultaten.
Op dit moment bevindt de toepassing van 3D-printen in de orthopedie zich nog in de exploratiefase en de bestaande biomateriaaltechnologie schiet tekort om de materialen van verschillende menselijke weefsels nauwkeurig weer te geven en de biomechanica van gewrichten te simuleren5. Tijdens een laminectomie zijn de elastische modellen van verschillende weefsels complex en onderhevig aan verstoring door schijfbeweging en ademhalingsbeweging16,17. Daarom kan deze studie de werkelijke toestand van de intraoperatieve patiënt tijdens de snijbewerking niet volledig repliceren, wat verder onderzoek naar het 3D-printmodel in de biomechanica en materiaalkunde vereist. Bovendien kan de fusieprocedure die in deze studie wordt gebruikt, verder worden verbeterd als een coördinatenregistratiemethode kan worden ontwikkeld tijdens de medische beeldvormingsprocedures voor zowel de CT- als de MRI-apparatuur, waardoor de nauwkeurigheid mogelijk wordt verbeterd.
Als een coördinatenregistratiemethode kan worden ontworpen tijdens medische beeldvormingsprocedures voor zowel CT- als MRI-apparatuur, kan de fusieprocedure van deze studie de nauwkeurigheid verder verbeteren. De verwachte geleidelijke verbetering in dit deel van het onderzoek is aan de gang. Momenteel kan het model geen volledige informatie over spinale zenuwvezelbundels weergeven. In het komende wetenschappelijke werk zal diffusietensorbeeldvorming verder worden gebruikt om spinale zenuwvezelbundels te volgen en gefuseerd om een meer gedetailleerd 3D digitaal model voor SDR te verkrijgen.
Kortom, het 3D-printmodel voor SDR in deze studie biedt niet alleen gedetailleerde en nauwkeurige gegevens voor preoperatieve planning, maar biedt ook een kernmedium voor SDR-training. Het model combineert met succes de botstructuur van CT met de zachte weefselstructuur van MRI. Het succes van dit beeldgroepfusieparadigma maakt gebruik van de respectieve voordelen van twee belangrijke medische beeldbronnen om een aanvulling te vormen. Dit onderzoeksparadigma zal ook een even belangrijke rol spelen op andere gebieden van medische beeldvormingsdiagnose, behandeling en prognose-evaluatie.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De digitale modellen in deze studie zijn gereconstrueerd door co-auteur Fangliang Xing.
Acknowledgments
Deze publicatie werd ondersteund door de Beijing Municipal Natural Science Foundation (L192059).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| J55 Prime 3D-Printer | Stratasys | J55 Prime | Manufacturing the model |
| MATLAB | MathWorks | 2022B | Computing and visualization |
| Mimics | Materialise | Mimics Research V20 | Model format transformation |
| Tools for volum fusion | Intelligent Entropy | VolumeFusion V1.0 | Beijing Intelligent Entropy Science & Technology Co Ltd. Modeling for CT/MRI fusion |
References
- Rosenbaum, P., et al. A report: the definition and classification of cerebral palsy April 2006. Developmental Medicine and Child Neurology. Supplement. 109, 8-14 (2007).
- Krigger, K. W.
- Davidson, B., Fehlings, D., Milo-Manson, G., Ibrahim, G. M. Improving access to selective dorsal rhizotomy for children with cerebral palsy. Canadian Medical Association Journal. 191 (44), E1205-E1206 (2019).
- Buizer, A. I. Selective dorsal rhizotomy in children with cerebral palsy. The Lancet. Child & Adolescent Health. 3 (7), 438-439 (2019).
- Wong, K. C.
- Wong, K. C., Kumta, S. M., Geel, N. V., Demol, J. One-step reconstruction with a 3D-printed, biomechanically evaluated custom implant after complex pelvic tumor resection. Computer Aided Surgery. 20 (1), 14-23 (2015).
- Zhu, R., Li, X., Zhang, X., Ma, M. MRI and CT medical image fusion based on synchronized-anisotropic diffusion model. IEEE Access. 8, 91336-91350 (2020).
- Park, T. S., Gaffney, P. E., Kaufman, B. A., Molleston, M. C. Selective lumbosacral dorsal rhizotomy immediately caudal to the conus medullaris for cerebral palsy spasticity. Neurosurgery. 33 (5), 929-934 (1993).
- Sindou, M., Georgoulis, G. Keyhole interlaminar dorsal rhizotomy for spastic diplegia in cerebral palsy. Acta Neurochirurgica. 157 (7), 1187-1196 (2015).
- Peacock, W. J., Staudt, L. A. Selective posterior rhizotomy: evolution of theory and practice. Pediatric Neurosurgery. 17 (3), 128-134 (1991).
- Vitrikas, K., Dalton, H., Breish, D.
- Niikura, T., et al. Tactile surgical navigation system for complex acetabular fracture surgery. Orthopedics. 37 (4), 237-242 (2014).
- Lepisto, J., Armand, M., Armiger, R. S. Periacetabular osteotomy in adult hip dysplasia-developing a computer aided real-time biome-chanical guiding system (BGS). Finnish Journal of Orthopaedics and Traumatology. 31 (2), 186-190 (2008).
- Armiger, R. S., Armand, M., Tallroth, K., Lepisto, J., Mears, S. C. Three-dimensional mechanical evaluation of joint contact pressure in 12 periacetabular osteotomy patients with 10-year follow-up. Acta Orthopaedica. 80 (2), 155-161 (2009).
- Rengier, F., et al. 3D printing based on imaging data: review of medical applications. International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery. 5 (4), 335-341 (2010).
- Jiang, Z., et al. Model-based compensation of moving tissue for state recognition in robotic-assisted pedicle drilling. IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics. 2 (3), 463-473 (2020).
- Setton, L. A., Chen, J. Mechanobiology of the intervertebral disc and relevance to disc degeneration. The Journal of Bone and Joint Surgery. American. 88, 52-57 (2006).
