Method Article

إعادة بناء ثلاثية الأبعاد – تطور موجه لجهاز تحديد موقع قرص قطني بالمنظار عبر الجلد في نموذج العمود الفقري الخنزيري

DOI:

10.3791/70808

⸱

April 7th, 2026

 , 
1Department of Orthopaedic Surgery, Chang Gung Memorial Hospital, 2Department of Orthopedic Surgery, Chang Gung Memorial Hospital, 3Bone and Joint Research Center, Chang Gung Memorial Hospital, 4College of Medicine, Chang Gung University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يمكن لجهاز تحديد موقع القرص بين الفقرات المنظار من خلال الجلد الذي تم تطويره في هذه الدراسة أن يساعد في تحديد موقع الأقراص بين الفقرات. يقلل هذا الجهاز من التعرض للإشعاع ويدعم التدريب الفني لجراحي العمود الفقري الشباب.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

عادة ما يحدث انزلاق القرص القطني (LDH) بسبب اضطراب حلقي ناتج عن إصابة أو وضعية سيئة، مما يؤدي إلى بروز مادة النواة العصبية وضغط جذور الأعصاب القطنية. غالبا ما تظهر هذه الحالة بألم جذري واضطرابات حسية تنتشر من أسفل الظهر إلى الأطراف السفلية. على الرغم من أن معظم الحالات يمكن إدارتها بشكل تحفظي، إلا أن الأعراض الشديدة أو المقاومة للعلاج قد تتطلب تدخلا جراحيا، بما في ذلك استئصال القرص التقليدي، واستئصال القرص المجهري طفيف التوغل، واستئصال القرص بالمنظار. يمكن إجراء استئصال القرص القطني بالمنظار من خلال الجلد (PELD) تحت التخدير الموضعي؛ ومع ذلك، يعتمد الإجراء بشكل كبير على خبرة الجراح ويرتبط بتحديات تقنية، مثل صعوبة في تحديد الموقع، وتأكيد متكرر بالتنظير الفلوري، وزيادة التعرض للإشعاع. كان هدف هذه الدراسة تطوير وتقييم جهاز جديد لتحديد موقع القرص القطني بالمنظار عبر الجلد مصمم لتحسين دقة وكفاءة تحديد موقع القرص أثناء PELD. طورت هذه الدراسة جهاز فريد من نوعه لتحديد موقع القرص القطني بالمنظار عبر الجلد. تم تحقيق الجهاز من خلال إعادة بناء وإصلاح نماذج ثلاثية الأبعاد للعمود الفقري الخارجي والعمود الفقري القطني، وتصنيع صفيحة قاعدة محدبة، وتصميم أجهزة توجيه لعملية العمود الفقري الشوكي وتحديد موقع القرص، وتصميم وحدة ملاحة جراحية قليلة التوغل بقرص قطني بالمنظار عبر الجلد بمساعدة الحاسوب، واختبار الدقة. أظهرت النتائج التجريبية أن الجهاز يمكنه تحديد مواقع العمود الفقري بدقة على أشواك الخنازير وقد يقلل من الاعتماد على الفلوروسكوبي في البيئات التجريبية. قدم جهاز التموضع دقة عالية، حيث دعم الجراحة طفيفة التوغل من خلال تقليل حجم الشق، وتجنب تلف الأوعية الدموية والأنسجة العصبية المحيطة، وتوفير مسارات توجيهية متعددة الاتجاهات لأدوات الجراحة، مما سهل العملية الجراحية. يوفر جهاز تحديد موقع القرص القطني بالمنظار الموصوف في هذه الدراسة نهجا منظما وقابلا للتكرار لتحديد موقع القرص بين الفقرات أثناء PELD. هذه الطريقة لديها القدرة على تحسين كفاءة الإجراء، والحد من التعرض للإشعاع، ودعم التدريب الجراحي، خاصة لجراحي العمود الفقري في بداية مسيرتهم المهنية.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

انزلاق القرص القطني (LDH) يتضمن بروز النواة البلبية عبر عيب حلقي إلى القناة الشوكية أو الثقبة العصبية، مما يؤدي إلى ضغط جذر العصب القطني. تظهر أعراض سريرية مثل الألم الحاد، وتشنجات في الساق، والتنميل، وحتى ضعف العضلات، وضمور، وسلس البول والبراز كآثار دائمة1. على الرغم من أن معظم المرضى يستجيبون للعلاج التحفظي، إلا أن التدخل الجراحي ضروري لمن يعانون من أعراض مقاومة للعلاج أو ضعف عصبي تقدمي.

تم تطوير عدة تقنيات جراحية لإدارة LDH الشديد، بما في ذلك استئصال القرص القطني الخلفيالتقليدي 1، واستئصال القرص المجهري طفيف التوغل 2,3، واستئصال القرص القطني بالمنظار طفيف التوغل 4,5، واستئصال القرص القطني بالمنظار عن طريق الجلد (PELD)6,7. لكل تقنية مزايا وعيوبيات فيما يتعلق بطريقة التخدير، وتدخل الأنسجة الرخوة، وتقنية تحديد الموقع والملاحة، ومتطلبات التنظير الفلوري. يمكن إجراء PELD تحت التخدير الموضعي وقد اكتسب شعبية بسبب إجراءه طفيف التوغل. خلال PELD، يستخدم تصوير الذراع C في الوقت الحقيقي لتحديد موقع إدخال سلك K وقناة عاملة عبر الثقبة بين الفقرات للوصول إلى جزء القرص المفتق، والذي يزال بعد ذلك باستخدام أجهزة التنظير. تم توسيع هذه التقنية أيضا لتشمل علاج تضيق الثقب القطني وحالات مختارة من LDH 8,9. تشمل مزايا هذه الطريقة ضررا بسيطا للأنسجة الرخوة، ونزيف أقل، وتعافي أسرع، وإمكانية إجراء الجراحة تحت التخدير الموضعي10,11.

على الرغم من هذه المزايا، يشكل PELD تحديات تقنية، خاصة أثناء وضع سلك K الأولي وتشغيل القنية. حاليا، غالبا ما يتم إدخال هذه الأدوات باستخدام تقنية اليد الحرة تحت توجيه فلوروسكوبي مستمر. تعرض هذه الطريقة الجراحين لإشعاع كبير وتتطلب منحنى تعلم حاد لاستهداف جزء القرص المرضيبدقة 11,12,13,14. في الجراحين الأقل خبرة، قد يؤدي وضع القنية غير الدقيق إلى فقدان الضغط ونتائج سريرية غير مثالية. أبلغت دراسات سابقة عن معدلات أعلى من الانتكاس وإعادة العمليات بعد PELD مقارنة باستئصال القرص الخلفي التقليدي 14,15,16. علاوة على ذلك، يمكن أن يؤدي التقدم غير الصحيح لسلك K أو عمل القنية إلى مضاعفات مثل إصابة جذور الأعصاب، أو تلف الأوعية الدموية، أو الاختراق غير المقصود في تجويف البطن.

لمعالجة قيود تقنية اليد الحرة التقليدية، طورنا جهازا فريدا مصمما لمساعدة جراحي العمود الفقري على استهداف الموقع المرضي بدقة مع تقليل التعرض للفلوروسكوب. يهدف هذا الجهاز إلى تقصير وقت العملية، وتقليل مخاطر التعرض للإشعاع، وتقليل المضاعفات في PELD. يسهل هذا الجهاز مرحلة تحديد موقع سلك K في استئصال القرص القطني بالمنظار عبر الجلد (PELD)، خاصة في تخطيط المسار الدقيق وتحديد نقطة الدخول. ويكون تطبيقه مفيدا بشكل خاص في الحالات التي تتطلب تكوينات تشريحية دقيقة ومعقدة أو تقليل الاعتماد على التصوير المتكرر بذراع C. نعتقد أن هذا الجهاز يمكن أن يسهل أداء جراحي العمود الفقري في بداية مسيرتهم الجراحية، ويساهم في تحسين النتائج السريرية، ويقلل بشكل كبير من منحنى التعلم، كما يعمل كأداة قيمة للتعليم والتدريب الجراحي.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

عينات العمود الفقري الخنزيري المستخدمة في هذا المقال تم الحصول عليها من الأسواق التجارية المحلية. نظرا لأن هذه العينات جاءت من حيوانات ذبحت لأغراض غذائية ودون أي معالجة للحيوانات الحية، لم تكن تتطلب مراجعة أو موافقة لجنة رعاية واستخدام الحيوانات المؤسسية (IACUC).

طورت هذه الدراسة جهازا فريدا لتحديد موقع القرص القطني عبر الجلد من خلال إعادة بناء وتحسين نماذج ثلاثية الأبعاد (ثلاثية الأبعاد) لعينات العمود الفقري الخنزيري ونماذج محاكاة العمود الفقري القطني. يشمل هذا الجهاز جهاز التوجيه، ووحدة الملاحة، وجهاز تحديد الموقع. تم التحقق من صحة النظام بالكامل من خلال اختبارات التموضع والمحاذاة. المواد المستخدمة والمواد المستخدمة مدرجة في جدول المواد.

1. 3D إعادة بناء النموذج وإعداد البيانات

  1. التصوير المقطعي المحوسب (CT): إجراء التصوير المقطعي المحوسب (CT) على عينات من العمود الفقري الخنزيري ونماذج محاكاة للعمود الفقري القطني L1-العجز.
    تحذير: يجب إجراء المسح في غرفة تحكم بها نافذة مراقبة من الزجاج الرصاصي.
  2. قم بإعداد جهاز التصوير المقطعي: سمك شريحة 1 مم، تيار أنبوب 300 مللي أمبير، زمن دوران 0.5 ثانية، وجهد أنبوب 120 كيلوفولت.
    ملاحظة: تأكد من إعدادات جهاز التصوير المقطعي المقطعي المتسقة لكل فحص للحفاظ على إعادة بناء عالية الدقة.
  3. تصدير البيانات: تصدير نتائج المسح كملفات صور DICOM للمعالجة.
    ملاحظة: بعد تصدير النموذج ثلاثي الأبعاد إلى صيغة STL، تحقق من اكتمال الملف قبل الانتقال إلى مرحلة تصميم CAD.
  4. إعادة البناء ثلاثية الأبعاد: استخدم MATLAB لتحويل مجموعات بيانات DICOM إلى نماذج رقمية ثلاثية الأبعاد (ثلاثية الأبعاد) وتصدير ملفات STL.
  5. تخصيص النماذج: تعيين نموذج العمود الفقري القطني المحاكى لتصميم هيكل الجهاز ونموذج العمود الفقري الخنزيري للتحقق من دقة الموقع.

2. تصميم وتصنيع لوحة القاعدة المحدبة

  1. التعيين المرجعي: حدد موقع الجهاز باستخدام العمود الحرقفي العلوي الأمامي (ASIS) والعملية الشوكية كنقاط مرجعية تشريحية.
  2. تصميم لوحة الأساس: صمم لوحة قاعدة محدبة مهيأة خصيصا لالتقاط الوضع ثلاثي الأبعاد لجهاز ASIS أثناء وضع المريض في وضع الاستلقاء.
    ملاحظة: تسامح تصميم مفصل الذيل الحمامي صغير جدا؛ يجب إزالة الدعائم المطبوعة بالكامل لتقليل أخطاء التجميع.
  3. تقسيم المكونات: قسم تصميم لوحة القاعدة إلى أربعة مكونات منفصلة متصلة بوصلات ذيل الحمام لتسهيل التجميع.
  4. الاختبار الميكانيكي: تصنيع اللوح وإجراء اختبارات ميكانيكية للتأكد من قدرتها على دعم وزن الجسم المستلق ومقاومة الحركة الفسيولوجية.

3. تصميم جهاز التوجيه ووحدة الملاحة

  1. التقاط العمليات الشوكية: صمم هيكلا مخصصا لالتقاط موقع العمليات الشوكية بدقة عند توجيهها بشكل أعلى.
  2. تكامل البيانات: إعادة بناء نموذج شوكي ثلاثي الأبعاد شامل يدمج البيانات الموضعية المحددة لكل من ASIS والعمليات الشوكية.
  3. وحدة الملاحة CAD: استخدم النموذج ثلاثي الأبعاد المدمج لتصميم جهاز التوجيه القرصي بين الفقرات ووحدة الملاحة عبر الجلد باستخدام AutoCAD.
  4. تركيب نقاط المرجع: تركيب نقاط مرجعية محددة مسبقا على وحدة الملاحة لضمان محاذاة متسقة داخل العملية.

4. التصنيع بمساعدة الحاسوب (CAM) والطباعة

  1. معالجة البيانات المسبقة: إجراء تنظيف البيانات على ملفات تصوير العمود الفقري لإزالة المعلومات الزائدة وتحسين الكفاءة الحسابية.
  2. تصميم هيكل الدعم: تصميم هياكل دعم مخصصة لاستيعاب هندسة السطح المنحني لنموذج العمود الفقري أثناء عملية الطباعة.
  3. تصنيع FDM: تصنيع نموذج العمود الفقري الفيزيائي ووحدة الملاحة باستخدام أكريلونيتريل بوتادين ستايرين (ABS) عبر نمذجة الترسيب المنصهرة (Stratasys FDM). معايير الطباعة: الفوهة 0.4 مم، ارتفاع الطبقة 0.1 مم، سرعة الطباعة 50 مم/ثانية، درجة حرارة السرير 100 °م، درجة حرارة البثق 250 °م.
    تحذير: تجنب ملامسة أجزاء الطابعة الساخنة (الفوهات ومنصة الطباعة)؛ ارتداء قفازات مقاومة للحرارة عند التعامل مع الأجزاء المطبوعة حديثا؛ تشغيل الطابعة في مكان جيد التهوية.
  4. مراقبة العملية: مراقبة عملية البثق الحراري لضمان ترسيب المادة بشكل منتظم؛ قم بضبط المعاملات بشكل تكراري حتى تصبح الأبعاد دقيقة.

5. اختبار الدقة والتحقق

  1. إعداد تجريبي: تركيب وحدة الملاحة المطبوعة ثلاثية الأبعاد على نموذج العمود الفقري الخنزيري.
  2. إدخال سلك K: إدخال سلك K بقطر 2.0 مم عبر فتحة الملاحة في المحاكاة.
    تحذير: ارتد قفازات واقية ونظارات واقية لتجنب الثقوب؛ تأكد من تثبيت النموذج بشكل آمن أثناء الإدخال.
  3. التأكيد الفلوروسكوبي: التقاط صور فلوروسكوبية من الذراع C من زوايا متعددة للتحقق من موقع السلك K بالنسبة للقرص بين الفقرات المستهدف.
    تحذير: ارتد مآزر من الرصاص، ودروع الغدة الدرقية، ونظارات واقية؛ تقليل وقت التنظير الفلوري والحفاظ على مسافة آمنة من مصدر الذراع C.
  4. تحليل النتائج: قارن بين وضع أسلاك K الفيزيائية والتصميم الرقمي ثلاثي الأبعاد لتأكيد دقة النظام.
    ملاحظة: يستغرق سير العمل الكامل، بما في ذلك التصوير المقطعي المحوسب (CT)، ومعالجة الصور، وتصميم الأجهزة، وتصنيعها، حوالي 3-4 أيام عمل، حسب تعقيد النموذج. عادة ما يستغرق استحواذ الأشعة المقطعية من 30 إلى 45 دقيقة، يتبعه 2–4 ساعات من معالجة DICOM وإعادة بناء ثلاثية الأبعاد. يستغرق تصميم وحدات الملاحة حوالي 4–6 ساعات، بينما تستغرق طباعة نمذجة الترسيب المنصهرة (FDM) والمعالجة اللاحقة حوالي 12–18 ساعة.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

باستخدام النموذج ثلاثي الأبعاد المعاد بناؤه لنموذج العظم المحاكى للقطن (الشكل 1)، مع معلومات تحديد موقع العمود الحرقفي العلوي الأمامي (ASIS) والعملية الشوكية، صممنا "جهاز تحديد موقع القرص بين الفقرات القطنية بالمنظار عبر الجلد" (الشكل 2). في البداية، تم طباعة نموذج مادي مصغر باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد FDM (الشكل 3) للتحقق من الجدوى الهيكلية. لوحظ أن سلك K المدخل عبر فتحات الملاحة وصل إلى ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تقدم هذه الدراسة بروتوكولا لتطوير وتطبيق جهاز تحديد موقع القرص بين الفقرات القطني بالمنظار عبر الجلد، مصمم لتسهيل تحديد موقع القرص بين الفقرات المقصود بشكل موثوق، كما يتم تأكيده من خلال التصوير الفلوري، وتقليل وقت العمليات، وربما تحسين نتائج المرضى في PELD. قمنا بدمج التصوير الطبي، وإعادة البناء ثلاثي الأبعاد، والتصنيع الإضافي لإنشاء إطار ملاحة خارجي قائم على علامات مرجعية تشريحية قابلة للتكرار. من خلال معالجة أوجه القصور في تقنيات اليد الحرة التقليدية، يوفر هذا البروتوك...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

المؤلفون لا يفرضون أي تضارب مصالح.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وقد تم دعم هذا البحث بمنحة من مستشفى تشانغ غونغ التذكاري (منحة رقم) CMRPG5K0191).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
أوتوكاد (برنامج CAD)أوتوديسكhttps://www.autodesk.com/يستخدم في تصميم الأجهزة ووحدات الملاحة
طابعة نمذجة الترسيب المنصهرة (FDM) ثلاثية الأبعادستراتاسيسلا يوجديستخدم في تصنيع الجهاز والنماذج
نموذج محاكاة العمود الفقري القطني (L3&ndash؛ العجز)عظام المنشار1340-20يستخدم في تصميم الأجهزة والمحاكاة الإجرائية
ماتلاب (برنامج إعادة بناء ثلاثي الأبعاد)ماث ووركسhttps://in.mathworks.com/يستخدم لإعادة البناء ثلاثية الأبعاد من صور DICOM

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Lumbar Disc HerniationEndoscopic DiscectomyPercutaneous Endoscopic DevicePorcine Spine ModelThree Dimensional ReconstructionMinimally Invasive SurgeryDisc PositioningSurgical NavigationFluoroscopic GuidanceSpinal Instrumentation

Related Articles