3D-Druckmodell eines patientenspezifischen Lendenwirbels

Zusammenfassung

Ziel dieser Studie ist es, ein 3D-gedrucktes Modell eines patientenspezifischen Lendenwirbels zu erstellen, das sowohl die Wirbel- als auch die Spinalnervenmodelle enthält, die aus hochauflösenden Computertomographie- (HRCT) und MRT-Dixon-Daten fusioniert wurden.

Zusammenfassung

Die selektive dorsale Rhizotomie (SDR) ist eine schwierige, riskante und anspruchsvolle Operation, bei der eine Laminektomie nicht nur ein ausreichendes chirurgisches Sichtfeld freilegen, sondern auch die Spinalnerven des Patienten vor Verletzungen schützen soll. Digitale Modelle spielen eine wichtige Rolle bei der Prä- und Intraoperation der SDR, denn sie können nicht nur Ärzte mit dem anatomischen Aufbau des Operationsfeldes vertraut machen, sondern auch präzise chirurgische Navigationskoordinaten für den Manipulator liefern. Ziel dieser Studie ist es, ein digitales 3D-Modell eines patientenspezifischen Lendenwirbels zu erstellen, das für die Planung, die chirurgische Navigation und das Training der SDR-Operation verwendet werden kann. Das 3D-Druckmodell wird auch für ein effektiveres Arbeiten während dieser Prozesse hergestellt.

Herkömmliche orthopädische digitale Modelle stützen sich fast ausschließlich auf Computertomographie-Daten (CT), die weniger empfindlich auf Weichteile reagieren. Die Fusion der Knochenstruktur aus der CT und der neuronalen Struktur aus der Magnetresonanztomographie (MRT) ist das Schlüsselelement für die Modellrekonstruktion in dieser Studie. Das patientenspezifische digitale 3D-Modell wird für das reale Erscheinungsbild des Operationsbereichs rekonstruiert und zeigt die genaue Messung der interstrukturellen Abstände und der regionalen Segmentierung, was bei der präoperativen Planung und dem Training der SDR effektiv helfen kann. Das transparente Knochenstrukturmaterial des 3D-gedruckten Modells ermöglicht es den Chirurgen, die relative Beziehung zwischen dem Spinalnerv und der Wirbelplatte des operierten Segments klar zu unterscheiden und so ihr anatomisches Verständnis und ihr räumliches Verständnis der Struktur zu verbessern. Die Vorteile des individualisierten digitalen 3D-Modells und seine genaue Beziehung zwischen Spinalnerven- und Knochenstrukturen machen diese Methode zu einer guten Wahl für die präoperative Planung von SDR-Operationen.

Einleitung

Mehr als die Hälfte aller Kinder mit Zerebralparese 1 sind von einer spastischen Zerebralparese^betroffen, die zu Sehnenkontrakturen, einer abnormen Skelettentwicklung und einer verminderten Mobilität führt, was die Lebensqualität der betroffenen Kinder^{stark beeinträchtigt 2}. Als wichtigste chirurgische Methode zur Behandlung der spastischen Zerebralparese ist die selektive dorsale Rhizotomie (SDR) in vielen Ländern vollständig validiert und empfohlen worden ^3,4. Die komplizierte und risikoreiche Natur der SDR-Chirurgie, einschließlich des präzisen Schneidens der ....

Protokoll

Alle Daten stammen von der klinischen Patientin, deren SDR-Operation im BJ Dongzhimen Hospital durchgeführt wurde. Das Protokoll folgt den Richtlinien des Forschungsethikkomitees des Dongzhimen-Krankenhauses und wurde von diesem genehmigt.

ANMERKUNG: Die gesamte Karte des Modellrekonstruktionsprotokolls ist in Abbildung 1 dargestellt. Die hochauflösenden Computertomographie-Daten (HRCT) und die Dixon-Daten sind Rohmaterial für die Modellierung. Die Erstellung des 3D-Modells besteht dann aus der Bildregistrierung und -fusion. Das endgültige digitale 3D-Modell wird mit der PolyJet-Technologie gedruckt, einem hoch....

Ergebnisse

Basierend auf lumbalen CT/MRT-Bildfusionsdaten bei Kindern mit Zerebralparese erstellten wir ein repräsentatives Modell der Lendenwirbelsäule in Kombination mit Spinalnerven. Mittels Hochpassfilterung wurde das Hochsignal im CT-Wertebereich von 190-1.656 aus der HRCT extrahiert, um die Rekonstruktion der Knochenstruktur der Lendenwirbelsäule im Operationsgebiet zu erreichen. Spinalnervenstrukturen wurden durch Hochpassfilterung von Dixon-w-Sequenzen in der MRT rekonstruiert. Die Koordinaten des digitalen Modells und der .......

Diskussion

Diese Studie bietet einen Workflow für die Erstellung eines präoperativen 3D-Druckmodells der Lendenwirbelsäule bei Patienten mit Zerebralparese, mit dem Ziel, die präoperative Planung für SDR-Operationen zu erleichtern und das anatomische Training auf der Grundlage des spezifischen Modells des Patienten zu verbessern. Ziel der Studie ist es, ein hochzuverlässiges 3D-gedrucktes Modell zu erstellen, das die Lendenwirbel- und Nervenstrukturen des Patienten genau darstellt. Durch die Messung der Position der Lamina und des .......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
J55 Prime 3D-Drucker	Stratasys	J55 Prime	Fertigung des Modells
MATLAB	MathWorks	2022B	Computing und Visualisierung
Mimics	Materialise	Mimics Research V20	Modellformattransformation
Werkzeuge für die Volumenfusion	Intelligent Entropy	VolumeFusion V1.0	Beijing Intelligent Entropy Science & Technology Co Ltd. Modellierung für CT/MRT-Fusion