돼지 척추 모델에서 경피적 내시경 요추 디스크 위치 장치의 3차원 재구성 및 유도 개발

Summary

본 연구에서 개발된 경피적 내시경 추간판 위치 장치는 추간판 위치 조정에 도움을 줄 수 있습니다. 이 장치는 방사선 노출을 줄이고 젊은 척추 외과의사들의 기술 교육을 지원합니다.

Abstract

요추 디스크 탈출증(LDH)은 외상이나 잘못된 자세로 인한 고리 파열로 인해 흔히 발생하며, 이로 인해 핵 치수 물질이 돌출되고 요추 신경근이 압박됩니다. 이 질환은 종종 허리에서 하체로 방사되는 신경근 통증과 감각 장애를 동반합니다. 대부분의 경우는 보존적으로 관리할 수 있지만, 심하거나 불항성 증상은 기존 디스크 절제술, 최소 침습 미세 디스크 절제술, 내시경 디스크 절제술 등 외과적 개입이 필요할 수 있습니다. 경피적 내시경 요추 디스크 절제술(PELD)은 국소 마취 하에 시행될 수 있으며; 하지만 이 수술은 외과의사의 경험에 크게 의존하며, 위치 잡기 어려움, 반복적인 투시 확인, 방사선 노출 증가 등 기술적 도전 과제가 있습니다. 본 연구의 목적은 PELD 중 디스크 위치 정확도와 효율성을 향상시키기 위해 설계된 새로운 경피적 내시경 요추 디스크 위치 장치를 개발하고 평가하는 것이었습니다. 이 연구는 독특한 경피적 내시경 요추 디스크 위치 측정 장치를 개발하였습니다. 이 장치는 돼지 척추와 요추의 3D 모델 재구성 및 수리, 볼록한 베이스 플레이트 제작, 척추 척추 돌기 및 디스크 위치 조절 가이드 장치 설계, 경피적 내시경 요추 디스크 최소 침습 수술 내비게이션 모듈의 컴퓨터 지원 설계, 그리고 정확도 시험을 통해 실현되었습니다. 실험 결과, 이 장치는 돼지 척추의 위치를 정확히 찾을 수 있으며, 실험 환경에서 형광투시 의존도를 줄일 수 있음을 보여주었습니다. 이 위치 장치는 절개 크기를 줄이고 주변 중요한 혈관 및 신경 조직 손상을 방지하며, 다방향 수술 기구의 안내 경로를 제공하여 수술 과정을 용이하게 하여 최소 침습 수술을 지원하는 고정밀 기능을 제공했습니다. 본 연구에서 설명한 경피적 내시경 요추 디스크 위치 장치는 PELD 중 추간판 위치 조정에 대해 구조적이고 재현 가능한 접근법을 제공합니다. 이 방법은 시술 효율성을 높이고, 방사선 노출을 제한하며, 특히 초기 경력 척추 외과의사들의 외과 훈련을 지원할 잠재력을 가지고 있습니다.

Introduction

요추 디스크 탈출증(LDH)은 고리 결손을 통해 척추관 또는 신경공으로 추진핵이 돌출되어 요추신경근 압박을 일으키는 현상을 포함합니다. 날카로운 통증, 다리 경련, 저림과 같은 임상 증상이 나타나며, 근육 약화, 위축, 요실금 및 대변 실금도 영구적인 후유증으로 발생할 수^{있습니다.} 대부분의 환자가 보존적 치료에 반응하지만, 불항성 증상이나 진행성 신경학적 장애가 있는 경우에는 수술적 개입이 필요합니다.

중증 LDH 관리를 위해 기존 후방 요추 디스크 절제술¹, 최소 침습 미세 디스크 절제술 ^2,3, 최소 침습 내시경 디스크 절제술 ^4,5, 경피적 내시경 요추 디스크 절제술(PELD)^6,7 등 여러 수술 기법이 개발되었습니다. 각 기법은 마취법, 연조직 중재, 위치 지정 및 내비게이션 기법....

Protocol

이 글에서 사용한 돼지 척추 샘플은 지역 상업 시장에서 조달한 것입니다. 이 샘플들은 식품 목적으로 도살된 동물에서 나왔으며 살아있는 동물 취급이 전혀 없었기 때문에 기관 동물 관리 및 사용 위원회(IACUC)의 검토와 승인이 필요하지 않았습니다.

이 연구는 돼지 척추 표본과 요추 시뮬레이션 모델의 3차원(3D) 모델을 재구성하고 정교화하여 독특한 경피적 내시경 요추 디스크 위치 측정 장치를 개발하였습니다. 이 장치에는 유도 장치, 내비게이션 모듈, 위치 측정 장치가 포함됩니다. 전체 시스템은 위치 측정 및 정렬 테스트를 통해 검증되었습니다. 시약과 사용된 장비는 재료표에 나열되어 있습니다.

1. 3D 모델 재구성 및 데이터 준비

1. CT 스캔: 돼지 척추 표본과 L1 천골 요추 시뮬레이션 모델에 대해 컴퓨터 단층촬영(CT) 스캔을 수행합니다.
   주의: 스캔은 납유리 관측창이 있는 제어실에서 수행해야 합니다.
2. CT 기계를 설치하세요: 1mm 슬라이스 두께, 300 mA 튜브 전류, 0.5초 회전 시간, 120 kV 튜브 전압.
   참....

Results

요추 시뮬레이션 뼈 모델의 재구성 3D 모델(그림 1)과 전방상장골척추(ASIS) 및 척추 돌기의 위치 정보를 사용하여 "경피적 내시경 요추 간판 위치 장치"(그림 2)를 설계했습니다. 초기에는 FDM 3D 프린팅 기술(그림 3)을 사용해 축소된 물리적 모델을 출력하여 구조적 타당성을 검증했습니다. 항법 구멍을 통해 삽입된 K-와이어가 형광투시 유도 하에 의도한 추간판 공간에 도달하는 것이 관찰되었습니다.

다음으로, 돼지 척추에 사용하기 위해 맞춤형 '경피적 내시경 요추 간판 위치 장치'를 설계하고 3D 프린팅했습니다. 삽입 과정에서 조작자는 목표 디스크 위치를 볼 수 없게 되었고; 이 장치는 적절한 내비게이션 구멍을 통해 K-와이어를 삽입하는 데 사용되었습니다.......

Discussion

본 연구는 경피적 내시경 요추간판 위치 장치의 개발 및 적용 프로토콜을 제시하는데, 이는 형광투시 영상으로 확인된 추간판 공간의 신뢰성 있는 위치 조정을 용이하게 하고, 수술 시간을 단축하며, PELD 환자 치료 결과를 개선할 수 있도록 설계되었습니다. 우리는 의료 영상, 3D 재구성, 적층 제조를 통합하여 재현 가능한 해부학적 참조 랜드마크를 기반으로 한 외부 내비게이션 프레임워크를 구축했습니다. 기존 자유손 기법의 한계를 해결함으로써, 이 프로토콜은 최소 침습 요추 디스크 중재 시 K-와이어와 캐뉼라를 체계적으로 삽입하는 방법을 제공합니다.

이 실험 수술 기구에서 가장 중요한 단계는 3차원(3D) 프린팅 위치 모듈을 사전 정의된 해부학적 기준점(ASIS)과 가시 돌기(spinous process) 등 정확히 정렬하는 것입니다. 정확한 배치는 해부학적 위치 조정 시간을 단축하고

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
AutoCAD (CAD 소프트웨어)	오토데스크	https://www.autodesk.com/	장치 및 내비게이션 모듈 설계에 사용
융합 증착 모델링(FDM) 3D 프린터	스트라타시스	해당 없음	장치 및 모델 제작에 사용됨
요추 시뮬레이션 모델 (L3– 천골)	톱뼈	1340-20	장치 설계 및 절차적 시뮬레이션에 사용
MATLAB (3D 재구성 소프트웨어)	수학 작품	https://in.mathworks.com/	DICOM 이미지에서 3D 재구성에 사용됨