非回転近位大腿骨骨切り術における3次元術前仮想計画
2023年2月17日
この作品は、無料のオープンソースソフトウェアで3Dテクノロジーを使用した詳細な手術計画プロトコルを提示します。このプロトコルは、大腿骨前倒法を正しく定量化し、前膝痛の治療のための非回転近位大腿骨骨切り術をシミュレートするために使用できます。
このプロトコルでは、大腿骨骨切り術の回転軸と大腿骨の回転軸が一致しないことを示します。このプロトコルは、それを視覚化して修正することを可能にします。この研究で無料の3Dソフトウェアを使用することにより、外科医は手術を計画し、骨切り術の精度を高めることができます。
この手法は、簡単な手順で簡単に再現できます。流暢に話すために何度も練習することをお勧めします。まず、画面の左上隅にあるDCMアイコンをクリックしてから、画面の左側にある[DICOMファイルのインポート]をクリックして、CT画像をDICOM形式でインポートします。
次に、画面右上の「ダミー患者名」をクリックし、右下マージンにある「ロード」をクリックします。3D バイオモデルを作成するには、ドロップダウンメニューで [レガシー] オプションと [エディタ] オプションを選択します。表示されるメッセージで[OK]を押し、画面の左側に新しいメニューが表示されるのを待ちます。
しきい値効果アイコンをクリックし、右側の画像にボーンのみがペイントされるまで、下のボックスのバーを移動します。このようにして、モデルに含めるハウンズフィールド単位の値を選択します。目的のペイントレベルが達成されたら、[適用]をクリックします。
ここでは、選択範囲が緑色でマークされています。サイドメニューから[モデル効果を作成]オプションを選択し、[適用]を選択すると、右上のウィンドウに3Dモデルが生成されます。金色の枠をクリックします。
3D ビューをシーンの中央に配置して、イメージをウィンドウの中央に配置します。作成した3Dバイオモデルを保存するには、左上の余白にある保存をクリックします。表示されるボックスで、他のファイルのチェックを外し、ファイルのみを選択します ティッシュ.
ドロップダウンメニューの2番目の列で、[STL]を選択します。画面中央の [インポート] オプションを選択して、STL イメージをインポートします。左側のメニューで[選択]オプションを探します。
選択ツールを使用してブラシの太さを選択し、大腿骨をダブルクリックします。選択ツールを使用して、対象の部品を選択します。サイドメニューの[変更]と[反転]のオプションを探し、キーボードの削除ボタンを押します。
次に、[編集]、[面グループの生成]に移動し、異なる構造の色が異なるまで[角度しきい値]のバーを移動します。次に、選択ツールを使用して、大腿骨をダブルクリックし、変更、反転して、キーボードの[削除]ボタンを押します。ソリッドモデルを作成するには、[編集]、[ソリッドを作成]、[ソリッドタイプ]、および[正確]に移動します。
次に、ソリッド精度とメッシュ密度の値を最大化します。サイドメニューからエクスポートオプションを選択し、STL形式とバイオモデルのエクスポート先のフォルダを選択します。3Dビルダーソフトウェアで、画面上部の[挿入]アイコンをクリックします。
次に、[追加]をクリックして、バイオモデルをシーンにインポートします。[オブジェクト]、[確定]の順にクリックして、オブジェクトを作業平面に固定します。大腿骨骨切り術を実行するには、トップメニューから[編集と分割]をクリックします。
長方形の切断面が表示されたら、[両方を保持]を選択します。画面の下余白にあるバーの[移動モード]ボタンを使用して、切断面を水平方向と垂直方向に移動します。画面の下余白にあるバーの回転モードボタンを使用して、大腿骨を中心に平面を回転させます。
切断面をx軸に平行でy軸に垂直にします。[分割]をクリックします。大腿骨の前バージョンを計算するには、[挿入]、[追加]をクリックしてガイドを挿入し、3MFファイルを選択します。
画面右側の大腿骨の近位部分のみを選択し、キーボードのCtrl+Xを押して選択範囲を切り取ります。大腿骨骨幹はこのように見えます。画面の右側にある赤い円形ガイドと紫色の円形ガイドを一緒に選択します。
下部マージンパネルのコマンドを使用してガイドを移動し、大腿骨骨幹の中央に配置します。次に、下マージンパネルコマンドを使用してサイズを調整し、すべてのエッジがボーンの皮質に接触するようにします。キーボードのCtrl + Vを押して、大腿骨近位をもう一度貼り付けます。
画面の右側にある球のみを選択し、骨皮質に接触するすべてのエッジを含むサイズを調整します。右側の近位大腿骨を選択し、キーボードのCtrl + Xを押して切断します。画面の右側にある赤い平面のみを選択し、球の中心と円形ガイドの中心を通過するように配置します。
キーボードのCtrl + Vを押して、大腿骨近位をもう一度貼り付けます。大腿骨近位部の回転骨切り術を行うには、大腿骨近位部、赤い円周、右側の球体を選択します。下縁のパネルのコマンドを使用してピッチに20を追加して、20度の内部非回転近位大腿骨骨切り術を行います。
新しい大腿骨前転を測定するには、大腿骨近位部と赤い円周を選択し、キーボードのCtrl + Xを押してこれら2つの要素を切断します。赤い平面のみを選択し、球の中心と紫色の円形ガイドの中心を通過するように配置します。近位大腿骨と赤い円周を貼り付けます。
回転骨切り術の調整を行うには、大腿骨骨幹と赤い平面を選択し、キーボードのCtrl+Xを押して切断します。大腿骨近位、球、赤の円周を選択し、赤の円周の中心が紫の円周の中心と一致するように、これら 3 つの要素を一括して移動します。調整を行った新しい大腿骨前バージョンを再計算します。
ここでのデータは、回転骨切り術の3つの大きさ、10、20、および30度について、2つのグループで得られた大腿骨前転の値を詳述しています。大腿骨の回転軸と骨切り術の回転軸が一致するように調整した場合、計画された矯正と最終矯正の関係は、3つの矯正の大きさで1対1の比率であったが、グループ1では同じことは起こらなかった。覚えておくべき最も重要なことは、特に骨モデルを作成し、目的の骨のみを選択し、調整の前後に骨切り術測定を実行するときに、手順を実行する際の正確さです。
大腿骨の回転変形の分野では、この技術はこれらの変形の領域とそれらが潜在的な大腿骨圧と膝前部の痛みに与える影響を研究する道を開きます。
完全なトランスクリプトを表示し、数千本の科学動画にアクセス
概要
本研究では、フリーのオープンソースソフトウェアを用いた3D技術による詳細な術前計画プロトコルを提示します。このプロトコルを用いることで、大腿骨前捻角を正確に定量化し、膝前面痛の治療を目的とした大腿骨近位部回旋切り術のシミュレーションを行うことが可能です。
研究の主要構成要素
科学分野
- 外科
- 整形外科
- 3Dイメージング
背景
- 大腿骨骨切り術は、変形の矯正に用いられる外科的手技です。
- 良好な結果を得るためには、正確なアライメントが極めて重要です。
- 3D技術により、術前計画の向上と精度の向上が可能です。
- フリーのソフトウェアツールを利用することで、高度な手法を導入しやすくなります。
研究の目的
- 再現性のある術前計画プロトコルを開発すること。
- 大腿骨骨切り術の精度を向上させること。
- オープンソースソフトウェアを利用して、術中の視覚化を強化すること。
使用した方法
- DICOM形式のCT画像をインポートする。
- 手術計画に3Dソフトウェアを使用する。
- 矯正のための回転軸を可視化する。
- スムーズに遂行できるよう、プロトコルの練習を行う。
主な結果
- このプロトコルにより、大腿骨骨切り軸の視覚化が可能になります。
- 外科医はより高い精度で手術計画を立てることができます。
- 本手法の再現性が重視されています。
- この方法を練習することで、手術の習熟度が向上します。
結論
- 開発されたプロトコルは、手術計画において有効です。
- 3D技術により、骨切除術の精度が向上します。
- オープンソースソフトウェアにより、外科医にとってアクセスの容易なツールが提供されます。
よくあるご質問
産業界における重要性
大腿骨近位部外旋骨切り術のための3次元術前バーチャルプランニングは、整形外科的手術介入における精度と再現性という極めて重要なニーズに応えるものである。大腿骨前捻角の正確な定量化と矯正を可能にすることで、本プロトコールはメカニズム的なリスク低減をサポートし、手術計画とトランスレーショナルリサーチの接点における予測の信頼性を向上させる。このオープンアクセスでソフトウェア駆動のワークフローにより、本手法はポートフォリオ全体の整形外科的イノベーションに活用可能な再利用可能な能力として位置づけられる。
バイオファーマ研究開発における戦略的応用
初期発見とターゲット検証
- 大腿骨ねじれとそのバイオメカニクス的な影響の定量的な解析を可能にします。
- 仮想シミュレーションを通じて、外科的標的の機能的な検証をサポートします。
- 骨切り量と変形矯正の関係を明確にすることで、メカニズム的なリスク低減を促進します。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- 後続の手術シミュレーションワークフローに向けて、検証済みの3D解剖学的モデルを作成します。
- 大腿骨前捻角の測定および矯正結果の標準化を行います。
- 患者データセット全体にわたって、手術パラメータの再現性のある仮想的な検証を可能にします。
翻訳・前臨床研究
- バーチャルプランニングの結果を、前膝痛などの疾患に関連するバイオメカニカルなエンドポイントと整合させます。
- 計算モデリングから外科的介入の前臨床検証までの連続性をサポートします。
- 新しい整形外科的手法を、リスクを調整しながら進展させるためのプラットフォームを提供します。
パイプラインおよびワークフローの統合
この3Dプランニングプロトコルは、バイオメカニクスの標的の発見から手術技法の前臨床検証に至るまで、整形外科的イノベーションの連続的なプロセスに組み込まれています。
- 探索生物学：大腿骨捻転を定量化および可視化し、仮説に基づいた介入設計を支援します。
- スクリーニング：外科的矯正の比較分析に不可欠な、標準化され再現性のある3Dモデルを提供します。
- 分析：前方捻角矯正およびアライメント精度の定量的な読み出しを提供します。
- トランスレーショナル研究：仮想計画と、生体内（in vivo）および生体外（ex vivo）でのバイオメカニクス的結果の検証を橋渡しします。
- 企業的な再利用：整形外科研究のポートフォリオ全体に適応可能な、オープンアクセスで拡張性のあるワークフローを提供します。
運用および企業への影響
- 科学的価値： 手術計画における予測の信頼性を高め、メカニズム上の曖昧さを軽減する。
- 運用の価値： 汎用的な3Dソフトウェアを用いて、術前のワークフローを標準化し、拡張させる。
- 戦略的価値： 外科的イノベーションおよび技術導入に関する、データに基づいた実行可否（go/no-go）の決定を可能にする。
- ポートフォリオへの影響： 開発パイプライン全体における整形外科的介入の、リスク調整後の優先順位付けを支援する。
実施上の考慮事項
- 3Dイメージング、解剖学的モデリング、および仮想手術計画の専門知識が必要です。
- CTイメージングのインフラストラクチャおよび互換性のあるオープンソースソフトウェアへのアクセスに依存します。
- 測定およびモデリングプロトコルのチーム間での標準化が求められます。
- 解剖学的な正確性に留意することで、さまざまな大腿骨変形モデルに適応可能です。
- 精度は、各ワークフロー段階における正確なモデル作成と測定に依存します。
