Method Article

שחזור תלת-ממדי–פיתוח מונחה של מכשיר מיקום דיסק מותני אנדוסקופי דרך העור במודל עמוד שדרה חזירי

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

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

מכשיר מיקום דיסק בין-חולייתי אנדוסקופי שפותח במחקר זה יכול לסייע במיקום דיסקים בין-חולייתיים. מכשיר זה מפחית חשיפה לקרינה ותומך בהכשרה טכנית למנתחי עמוד שדרה צעירים.

Abstract

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

פריצת דיסק מותני (LDH) נגרמת בדרך כלל מהפרעה טבעתית כתוצאה מטראומה או יציבה לקויה, מה שמוביל לפריצת חומר הגרעין הפולפוסי ולדחיסה של שורשי העצב המותני. מצב זה מתבטא לעיתים קרובות בכאבים רדיקולריים והפרעות חושיות המקרינות מהגב התחתון אל הגפיים התחתונות. למרות שרוב המקרים ניתנים לניהול שמרני, תסמינים חמורים או עמידים עשויים לדרוש התערבות כירורגית, כולל דיסקטומיה קונבנציונלית, דיסקטומיה מיקרוסקופית זעיר-פולשנית ודיסקטומיה אנדוסקופית. ניתן לבצע כריתת דיסקקטומיה אנדוסקופית מותנית (PELD) תחת הרדמה מקומית; עם זאת, ההליך נשען במידה רבה על ניסיון המנתח והוא קשור לאתגרים טכניים, כולל קושי במיקום, אישור פלואורוסקופי חוזר וחשיפה מוגברת לקרינה. מטרת המחקר הייתה לפתח ולהעריך מכשיר מיקום דיסק מותני אנדוסקופי חדשני שמטרתו לשפר את הדיוק והיעילות של מיקום הדיסק במהלך PELD. מחקר זה פיתח מכשיר ייחודי למיקום דיסק מותני אנדוסקופי דרך העור. המכשיר מומש באמצעות שחזור ותיקון של מודלים תלת-ממדיים של עמוד השדרה החזירי ועמוד השדרה המותני, ייצור פלטת בסיס קמורה, תכנון מכשירי הנחיה של תהליך עמוד שדרה ומיקום דיסקים, תכנון ממוחשב של מודול ניווט כירורגי אנדוסקופי דרך העור עם דיסק מותני זעיר-פולשני, ובדיקות דיוק. תוצאות ניסוי הראו שהמכשיר יכול לאתר במדויק מיקומים על קוצים של חזיר ועשוי להפחית תלות פלואורוסקופית בסביבות ניסוי. מכשיר המיקום סיפק דיוק גבוה, תמך בניתוחים זעיר-פולשניים על ידי הקטנת גודל החתך, מניעת נזק לכלי דם ורקמות עצב קריטיות סביב, והציע מסלולי מנחה רב-כיווניים לכלי ניתוח, המסייעים על תהליך הניתוח. מכשיר מיקום דיסק מותני אנדוסקופי שתואר במחקר זה מספק גישה מובנית וניתנת לשחזור למיקום דיסק בין-חולייתי במהלך PELD. שיטה זו עשויה לשפר את היעילות הפרוצדורלית, להגביל חשיפה לקרינה ולתמוך בהכשרה כירורגית, במיוחד למנתחי עמוד שדרה בתחילת דרכם.

Introduction

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

פריצת דיסק מותני (LDH) כוללת פליטת הגרעין הפולפוסי דרך פגם טבעתי אל תעלת השדרה או הפורמן העצבי, מה שגורם ללחץ על שורש העצב המותני. תסמינים קליניים כמו כאב חד, התכווצויות ברגליים ונימול מופיעים, ואפילו חולשת שרירים, ניוון, אי שליטה בשתן וצואה עלולים להופיע כתוצאה קבועה1. למרות שרוב המטופלים מגיבים לטיפול שמרני, נדרש התערבות כירורגית עבור אנשים עם תסמינים עמידים או פגיעה נוירולוגית מתקדמת.

פותחו מספר טכניקות כירורגיות לניהול LDH חמור, כולל דיסקקטומיה מותנית אחורית קונבנציונלית1, דיסקקטומיה מיקרוסקופית זעיר-פולשנית 2,3, דיסקקטומיה אנדוסקופית זעיר-פולשנית 4,5, ודיסקקטומיה אנדוסקופית מותנית דרך העור (PELD)6,7. לכל טכניקה יש יתרונות וחסרונות בנוגע לשיטת ההרדמה, התערבות ברקמות רכות, טכניקת מיקום וניווט, ודרישת פלואורוסקופיה. ניתן לבצע PELD תחת הרדמה מקומית והוא זכה לפופולריות בזכות ההליך המינימלי הפולשני שלו. במהלך PELD, הדמיה בזמן אמת בזרוע C משמשת למיקום הכנסת חוט K וקנולה עובדת דרך הפורמן הבין-חולייתי כדי להגיע לשבר הדיסק הפרץ, אשר מוסר לאחר מכן באמצעות מכשירים אנדוסקופיים. טכניקה זו הורחבה גם לטיפול בהיצרות הפורמינלית המותנית ובמקרים נבחרים של LDH 8,9. היתרונות של שיטה זו כוללים נזק מינימלי לרקמות רכות, פחות דימום, החלמה מהירה יותר, והיתכנות ניתוח בהרדמה מקומית10,11.

למרות יתרונות אלה, PELD מציב אתגרים טכניים, במיוחד במהלך ההתקנה הראשונית של חוט ה-K והקנולה הפעילה. כיום, כלים אלו מוכנסים בדרך כלל בטכניקת יד חופשית תחת הנחיה פלואורוסקופית רציפה. גישה זו חושפת את המנתחים לקרינה משמעותית ודורשת עקומת למידה תלולה כדי למקד במדויק את שבר הדיסק הפתולוגי 11,12,13,14. אצל מנתחים פחות מנוסים, מיקום לא מדויק של הקנולה עלול לגרום לדקומפרסיה לא שלמה ולתוצאות קליניות לא מיטביות. מחקרים קודמים דיווחו על שיעורי חזרה וניתוח גבוהים יותר לאחר PELD בהשוואה לדיסקקטומיה אחורית מסורתית 14,15,16. יתרה מזאת, התקדמות לא נכונה של חוט ה-K או הקנולה הפועלת עלולה לגרום לסיבוכים כמו פגיעה בשורש העצבים, נזק כלי דם או חדירה לא מכוונת לחלל הבטן17,18.

כדי להתמודד עם מגבלות הטכניקה החופשית המסורתית, פיתחנו מכשיר ייחודי שנועד לסייע למנתחי עמוד שדרה למקד בדיוק את האתר הפתולוגי תוך מזעור חשיפה פלואורוסקופית. מכשיר זה נועד לקצר את זמן הניתוח, להפחית סיכוני חשיפה לקרינה ולהפחית את הסיבוכים ב-PELD. מכשיר זה מקל על שלב מיקום חוטי ה-K בכריתת דיסקקטומיה מותנית אנדוסקופית דרך העור (PELD), במיוחד בתכנון מדויק של מסלול וקביעת נקודת הכניסה. היישום שלו מועיל במיוחד במקרים הדורשים קונפיגורציות אנטומיות מדויקות ומורכבות או תלות מופחתת בהדמיית C-arm החוזרת. אנו מאמינים שמכשיר זה יכול להקל על ביצוע ניתוחי מנתחי עמוד שדרה בתחילת דרכם, לתרום לשיפור התוצאות הקליניות, ולהפחית משמעותית את עקומת הלמידה, תוך שהוא משמש גם ככלי חשוב לחינוך והכשרה כירורגית.

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

Protocol

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

דגימות עמוד השדרה החזירי ששימשו במאמר זה נרכשו בשווקים מסחריים מקומיים. מכיוון שדגימות אלו הגיעו מבעלי חיים שנשחטו למטרות מזון וללא טיפול בבעלי חיים חיים, הן לא דרשו בדיקה ואישור של ועדת הטיפול והשימוש בבעלי חיים המוסדית (IACUC).

מחקר זה פיתח מכשיר ייחודי למיקום דיסק מותני אנדוסקופי דרך העור על ידי שחזור ושיפור מודלים תלת-ממדיים (תלת-ממדיים) של דגימות עמוד השדרה החזירי ומודלי סימולציה של עמוד השדרה המותני. התקן זה כולל את מכשיר ההנחיה, מודול הניווט ומכשיר המיקום. המערכת כולה אומתה באמצעות בדיקות מיקום ויישור נתונים. החומרים והציוד בהם משתמשים מופיעים בטבלת החומרים.

1. 3D שחזור מודלים והכנת נתונים

  1. סריקת CT: ביצוע סריקת טומוגרפיה ממוחשבת (CT) על דגימות עמוד שדרה חזירי ודגמים מדומים לעמוד שדרה מותני L1-sacrum.
    אזהרה: יש לבצע סריקה בחדר בקרה עם חלון תצפית מזכוכית עופרת.
  2. הגדר את מכונת ה-CT: עובי חיתוך של 1 מ"מ, זרם צינור של 300 מ"אמפר, זמן סיבוב של 0.5 שניות, ומתח צינור של 120 קילווולט.
    הערה: ודא הגדרות סריקת CT עקביות לכל בדיקה כדי לשמור על שחזור מדויק מאוד.
  3. ייצוא נתונים: ייצוא את תוצאות הסריקה כקבצי תמונות DICOM לעיבוד.
    הערה: לאחר ייצוא המודל התלת-ממדי לפורמט STL, בדוק את הקובץ לשלמות לפני שממשיכים לשלב עיצוב ה-CAD.
  4. שחזור תלת-ממדי: השתמש ב-MATLAB להמרת מערכי הנתונים של DICOM למודלים דיגיטליים תלת-ממדיים (3D) ולייצא קבצי STL.
  5. הקצאת מודלים: ייעד את המודל המדומה לעמוד השדרה המותני לתכנון מבנה המכשיר ואת מודל עמוד השדרה החזירי לאימות דיוק המיקום.

2. עיצוב וייצור לוח הבסיס הקמור

  1. מיפוי ייחוס: הגדר את מיקום המכשיר באמצעות עמוד השדרה האיליאק העליון הקדמי (ASIS) והתהליך הספינוסי כנקודות ייחוס אנטומיות.
  2. עיצוב לוח בסיס: תכנן לוח בסיס קמור המוגדר במיוחד ללכידת מיקום תלת-ממדי של ה-ASIS כאשר המטופל שוכב.
    הערה: סבילות עיצוב מפרק הזנב-יונה קטנה מאוד; יש להסיר לחלוטין את התמיכות המודפסות כדי למזער שגיאות הרכבה.
  3. סגמנטציה של רכיבים: חלק את עיצוב לוח הבסיס לארבעה רכיבים נפרדים המחוברים על ידי מפרקי זנב יונה כדי להקל על ההרכבה.
  4. בדיקות מכניות: לייצר את הלוח וביצוע בדיקות מכניות כדי לוודא שהוא יכול לתמוך במשקל הגוף השוכב ולהתנגד לתנועה פיזיולוגית.

3. עיצוב מכשיר המנחה ומודול הניווט

  1. לכידת תהליכים קוצניים: תכנן מבנה ייעודי ללכוד במדויק את מיקום התהליכים הספינוניים כאשר הם מכוונים כלפי מעלה.
  2. אינטגרציה של נתונים: שחזור מודל עמוד שדרה תלת-ממדי מקיף שמשלב את נתוני המיקום הספציפיים הן של ה-ASIS והן של תהליכי הספינוס.
  3. מודול ניווט CAD: השתמש במודל התלת-ממדי המשולב לעיצוב מכשיר הכוונה דיסקי בין-חולייתי ומודול הניווט העור באמצעות AutoCAD.
  4. התקנת נקודת ייחוס: התקן נקודות ייחוס מוגדרות מראש על מודול הניווט כדי להבטיח יישור עקבי תוך ניתוח.

4. ייצור בסיוע מחשב (CAM) והדפסה

  1. עיבוד נתונים מוקדם: ביצוע ניקוי נתונים על קבצי הדימות בעמוד השדרה כדי להסיר מידע מיותר ולמקסם את היעילות החישובית.
  2. עיצוב מבנה תמיכה: תכנן מבני תמיכה מותאמים אישית שיתאימו לגיאומטריית פני השטח המעוקלים של מודל עמוד השדרה במהלך תהליך ההדפסה.
  3. ייצור FDM: ייצור מודל עמוד השדרה הפיזי ומודול הניווט באמצעות אקרילוניטריל בוטאדיין סטירן (ABS) באמצעות מודל פיוזד דפקוזיציה (Stratasys FDM). פרמטרי ההדפסה: פיה 0.4 מ"מ, גובה שכבה 0.1 מ"מ, מהירות הדפסה 50 מ"מ/שנייה, טמפרטורת משטח 100°C, טמפרטורת אקסטרוזיה 250°C.
    זהירות: הימנע ממגע עם חלקים מחוממים של המדפסת (פיות ופלטפורמת ההדפסה); לבישת כפפות עמידות לחום בעת טיפול בחלקים מודפסים חדשים; להפעיל את המדפסת באזור מאוורר היטב.
  4. ניטור תהליכים: ניטור תהליך האקסטרוזיה התרמית כדי להבטיח שקיעת חומר אחידה; כוון את הפרמטרים באופן איטרטיבי עד שהממדים מדויקים.

5. בדיקת דיוק ואימות

  1. התקנה ניסיונית: הרכבת מודול הניווט המודפס בתלת-ממד על מודל עמוד השדרה החזירי.
  2. הכנסת חוט K: הכנסת חוט K בקוטר 2.0 מ"מ דרך חור הניווט בסימולציה.
    זהירות: ללבוש כפפות מגן ומשקפי מגן כדי להימנע מנקבים; ודא שהדגם קבוע היטב בזמן ההכנסה.
  3. אישור פלואורוסקופי: ללכוד תמונות פלואורוסקופיות בזרוע C מזוויות שונות כדי לאמת את מיקום חוט ה-K ביחס לדיסק הבין-חולייתי המטרה.
    אזהרה: לבש סינרי עופרת, מגני בלוטת התריס ומשקפי מגן ממש; למזער את זמן הפלואורוסקופיה ולשמור על מרחק בטוח ממקור ה-C-arm.
  4. ניתוח תוצאות: השווה את מיקום חוטי ה-K הפיזיים לעיצוב הדיגיטלי התלת-ממדי כדי לאשר את דיוק המערכת.
    הערה: זרימת העבודה המלאה, הכוללת סריקת CT, עיבוד תמונה, עיצוב מכשירים וייצור, אורכת כ-3–4 ימי עבודה, בהתאם למורכבות המודל. רכישת CT אורכת בדרך כלל 30–45 דקות, ואחריה 2–4 שעות של עיבוד DICOM ושחזור תלת-ממדי. עיצוב מודולי הניווט אורכים כ-4–6 שעות, והדפסה ועיבוד לאחר המודלים של פיוזד דפוזיציה (FDM) אורכים כ-12–18 שעות.

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

Results

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

באמצעות המודל התלת-ממדי המשוחזר של מודל העצם המותני המדומה (איור 1), עם מידע מיקום של עמוד השדרה האילי העליון הקדמי (ASIS) והתהליך הקצבי, עיצבנו את "מכשיר מיקום דיסק בין-חולייתי אנדוסקופי דרך העור המותני" (איור 2). בתחילה, מודל פיזי מוקטן הודפס באמצעות טכנולוגיית הדפסה תלת-ממדית FDM (איור 3) כדי לאמת את היתכנות המבנה. נצפה כי חוט ה-K שהוכנס דרך חורי הניווט הגיע למרחב הדיסק הבין-חולייתי המיועד תחת הכ...

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

Discussion

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

מחקר זה מציג פרוטוקול לפיתוח ויישום של מכשיר מיקום דיסק בין-חולייתי אנדוסקופי דרך העור, שנועד להקל על מיקום אמין של מרחב הדיסק הבין-חולייתי המיועד, כפי שמאושר בהדמיה פלואורוסקופית, לקצר את זמן הניתוח ואולי לשפר את תוצאות המטופלים ב-PELD. שילבנו הדמיה רפואית, שחזור תלת-ממדי וייצור תוספתי כדי להקים מסגרת ניווט חיצונית המבוססת על סימני ייחוס אנטומיים ניתנים לשחזור. על ידי התמודדות עם החסרונות של טכניקות יד חופשית קונבנציונליות, פרוטוקול זה מספק גישה שיטתית למיקום חוטי K וקנ...

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

Disclosures

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

למחברים אין ניגודי עניינים להצהיר עליהם.

Acknowledgements

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

מחקר זה נתמך במענק מבית החולים צ'אנג גונג ממוריאל (מענק מס' CMRPG5K0191).

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
AutoCAD (תוכנת CAD)אוטודסקhttps://www.autodesk.com/שימש לעיצוב מודולי ניווט ומכשירים
מדפסת תלת-ממד עם מידול פיוז (FDM)סטרטאזיסלא זמיןשימש לייצור המכשיר והדגמים
מודל סימולציה של עמוד שדרה מותני (L3– sacrum)עצמות מסור1340-20משמש לתכנון מכשירים וסימולציה פרוצדורלית
MATLAB (תוכנת שחזור תלת-ממדי)MathWorkshttps://in.mathworks.com/משמש לשחזור תלת-ממדי מתמונות 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