Hierin presenteren we een "Nine-grid Area Division Method" voor percutane vertebroplastiek. Een patiënt met een L1 wervelcompressiefractuur werd geselecteerd als casestudy.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Nine-Grid Area Division Method: een nieuw ideaal botpunctiegebied voor percutane vertebroplastiek in de lumbale wervelkolom
* These authors contributed equally
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Percutane vertebroplastiek (PVP) wordt algemeen erkend als een effectieve interventie voor het verlichten van lage rugpijn als gevolg van osteoporotische wervelcompressiefracturen. Het ideale botpunctiepunt bevindt zich conventioneel bij de projectie "links 10 punten, rechts 2 punten" van de pedikel in de lumbale wervelkolom. Het bepalen van het optimale botpunctiepunt vormt een kritieke en complexe uitdaging. De nauwkeurigheid van percutane vertebroplastiek (PVP) wordt voornamelijk beïnvloed door de vaardigheid van de opererende chirurgen en het gebruik van meerdere fluoroscopen tijdens de conventionele procedure. Incidenties van punctiegerelateerde complicaties zijn wereldwijd gedocumenteerd. In een poging om de precisie van de chirurgische techniek te verbeteren en het optreden van punctiegerelateerde complicaties te verminderen, heeft ons team de "Nine-grid Area Division Method" voor PVP in de lumbale wervelkolom toegepast om de traditionele procedure aan te passen. Er is potentieel om het aantal priktijden, de dosis blootstelling aan straling en de duur van chirurgische ingrepen te verminderen.
Dit protocol introduceert de definitie van de "Nine-grid Area Division Method" en beschrijft het proces van het modelleren van DICOM-beeldvormingsgegevens van doelwervels binnen software voor medische beeldvorming, het simuleren van bewerkingen binnen een 3D-model, het verfijnen van het 3D-model met behulp van reverse engineering productiesoftware, het reconstrueren van het werveltechnische model binnen 3D-modelleringsontwerpsoftware en het gebruik van chirurgische gegevens om veilige toegangsgebieden voor pedikelprojectie te bepalen. Door deze methodologie toe te passen, kunnen chirurgen effectief en gemakkelijk de juiste prikpunten identificeren, waardoor de fijne kneepjes die gepaard gaan met doorboren worden verminderd en de algehele nauwkeurigheid van chirurgische ingrepen wordt verbeterd.
Inleiding
Osteoporotische wervelcompressiefractuur (OVCF) is het meest voorkomende type fractuur onder osteoporotische fracturen en vormt een belangrijk klinisch probleem in dehedendaagse gezondheidszorg. Volgens de huidige richtlijnen wordt percutane vertebroplastiek erkend als een van de meest effectieve minimaal invasieve behandelingsmodaliteiten voor OVCF2. De overheersende methode voor het uitvoeren van percutane vertebroplastiek (PVP) omvat de pedikelpunctiebenadering, die drie belangrijke parameters omvat: de identificatie van het ingangspunt van de botpunctie, de prikhoek en de prikdiepte. Van deze parameters wordt de selectie van het ingangspunt van de botpunctie als het meest cruciaal beschouwd.
Momenteel worden C-boog röntgenmachines veel gebruikt in de nationale en internationale praktijk van traditionele PVP-chirurgie om de aanpassing van het chirurgische pad van de punctienaald te vergemakkelijken. Het cruciale aspect ligt in het identificeren van het "ideale botpunctiepunt", dat zich conventioneel bevindt op de projectie "links 10 punten, rechts 2 punten" van de pedikel in de lumbale wervelkolom (Figuur 1A)3. Ondanks hun ervaring kunnen zelfs doorgewinterde chirurgen fouten maken bij het bepalen van de juiste prikpunten, uitsluitend op basis van persoonlijke ervaring. Dit kan leiden tot punctiegerelateerde complicaties zoals lekkage van cement in de omliggende weefsels, zenuwwortelbeschadiging en intraspinaal hematoom 4,5,6. Bovendien ervaart bijna de helft van de patiënten lokale complicaties van traditionele PVP, waarbij 95% van deze complicaties wordt toegeschreven aan cementlekkage in het omliggende weefsel of embolisatie van paravertebrale aders7. Uit ons vooronderzoek bleek dat de werkelijke PVP-botpunctiepunten in de lumbale wervelkolom zich niet altijd bevinden op de ideale pedikelprojectie "links 10 punten en rechts 2 punten"8. Sommige daadwerkelijke prikpunten kunnen ook bevredigende prikresultaten opleveren in de buurt van het "ideale botprikpunt", wat geen invloed heeft op de chirurgische veiligheid en nauwkeurigheid.
Op basis van de bovenstaande aannames stellen we voor het eerst het concept voor van het "ideale botpunctiegebied" voor PVP in de lumbale wervelkolom en verdelen we de projectie van de pedikel in een "Negen-rastergebied". Het concept van het ideale botpunctiegebied heeft betrekking op specifieke anatomische regio's waar het punctie-ingangspunt met succes en veilig het punctie-ideale eindpunt via de pedikel kan bereiken. De term "Nine-grid Area Division Method" verwijst naar een techniek in het röntgenanteroposterieure beeld waarbij de langste en kortste diameters van de pedikelprojectie in drie gelijke delen worden verdeeld, wat resulteert in de verdeling van het gebied in negen regio's (Figuur 1B). Deze regio's zijn achtereenvolgens genummerd van 1 tot 9, van de buitenste naar de binnenste en van boven naar beneden. Met behulp van de röntgenprojectie van de lumbale pedikel als anatomische markering, stellen we het "ideale botpunctiegebied" voor PVP vast via de "Nine-grid Area Division Method" in plaats van beperkt te zijn tot een enkel punt. We gebruiken computersimulatie om een veilig prikpad te verkennen tijdens het prikproces.
Daarom stellen we de implementatie van de "Nine-grid Area Division Method" voor als een mogelijke methode om het gemak, de efficiëntie en de veiligheid van aanvullende punctietechnieken bij PVP-chirurgie te verbeteren, met als doel de procedurele nauwkeurigheid te verbeteren en punctiegerelateerde complicaties te minimaliseren. Het is belangrijk op te merken dat deze studie een theoretische benadering presenteert die validatie vereist door middel van uitgebreid onderzoek om de werkzaamheid en veiligheid ervan vast te stellen.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
De huidige studie werd goedgekeurd door de ethische commissie van de Beijing Friendship Hospital Capital Medical University. Deze methode zal worden geïntroduceerd via een retrospectieve casestudy, waarbij alleen gebruik wordt gemaakt van de preoperatieve prone-position computertomografie (CT) beeldvormingsgegevens van de patiënt. De "Nine-grid Area Division Method" bij geassisteerde percutane vertebroplastiek (PVP) biedt een eenvoudigere en effectievere aanpak in vergelijking met traditionele methoden, wat resulteert in kortere chirurgische en stralingstijden. Deze techniek kan jonge bewoners ten goede komen door het gemakkelijker te maken om prikpunten te identificeren en mogelijk de leercurve voor PVP-procedures te verkorten, wat verder onderzoek rechtvaardigt. De hier beschreven persoon is een vrouw van 68 jaar oud.
1. Diagnose van osteoporotische wervelcompressiefractuur (OVCF) met behulp van röntgenfluoroscopie, magnetisch resonantiebeeld (MRI), botscintigrafie en symptomen
- Identificeer de patiënt met OVCF onder oudere patiënten met symptomen zoals rugpijn, gevoeligheid in het processus spinosus en paraspinale spieren aan de achterkant. Gebruik postero-anterieure röntgenfluoroscopie om de aanwezigheid van een wervelcompressiefractuur op L1-niveau te beoordelen (Figuur 2A). Gebruik MRI-beeldvorming om de diagnose van een nieuw optredende lumbale wervelcompressiefractuur te bevestigen en de specifieke aangetaste wervel te identificeren, waarvan wordt vastgesteld dat deze L1 is (Figuur 2B).
2. De preoperatieve verwerving van CT-beeldvorming van de patiënt in buikligging
- Plaats de patiënt in buikligging om buik-CT bij de patiënt uit te voeren. Bevestig het doelgebied door middel van röntgenfluoroscopie en een lichamelijk onderzoek van de rug van de patiënt terwijl u op het meest pijnlijke deel drukt.
- Laat de patiënt in buikligging op de operatietafel liggen, plaats een gradienter op de rug van de patiënt vóór de buikligging CT-scan, noteer de lichaamshouding van de patiënt en verwijder vervolgens de gradienter (Figuur 3).
- Sla de CT-beelden (1 mm scanlaagdikte, 1 mm laagafstand en 90 plakjes (conventioneel scannen) of 400 plakjes (scannen met dunne plakjes) op in DICOM-formaat.
3. Stel het 3D-model op en simuleer de werking in software voor de verwerking van medische beeldvorming
- Exporteer de CT-beelden in DICOM-indeling naar software voor de verwerking van medische beeldvorming door op Nieuw project te klikken. Selecteer de gewenste plakjes voor het reconstrueren van de beknelde wervel.
- Gebruik de tool Drempelsegmentatie om het drempelbereik voor de doelwervel aan te passen, met name binnen het bereik van 125-3071 H om een masker te maken. Gebruik de functie Masker dupliceren om twee afzonderlijke maskers te genereren, Masker A en Masker B.
- Gebruik de functie Masker bewerken om de doelwervel van masker A te wissen. Gebruik vervolgens de tool Booleaanse bewerkingen om masker A af te trekken van masker B, wat resulteert in de vorming van een nieuw masker, masker C. Activeer ten slotte de functie 3D berekenen om de doelwervel te reconstrueren met behulp van masker C; noem dit 3D-model L1 (Figuur 4A).
- Klik met de rechtermuisknop op Nieuw in de interface Objecten , kies Tekenen en selecteer vervolgens Cilinder. Zorg ervoor dat de cilinder dezelfde afmetingen heeft als de priknaald, met een lengte van 12.5 mm en een radius van 1.25 mm.
- Pas de positionering van de cilinder aan met behulp van de functie Bewegen en Roteren om de ideale positie te bereiken (Figuur 4B). Zorg er tijdens de simulatie voor dat de naaldbanen consistent zijn met de vastgestelde principes: de priknaald moet de steel kunnen doorkruisen, bij voorkeur in de bovenste helft, en de optimale positionering van de uiteinden bevindt zich binnen het voorste derde deel van het wervellichaam op het zijaanzicht.
- Klik met de rechtermuisknop op L1 in de interface Objecten , kies STL exporteren en exporteer het bestand vervolgens in STL-indeling.
4. Polijst het 3D-model in 3D-reverse engineering productiesoftware
- Importeer het geëxporteerde vaste bestand van het wervellichaam in de 3D-reverse engineering-productiesoftware door op Importeren te klikken. Gebruik daarom de Mesh Doctor-functie om vervormingen en pieken uit het model te verwijderen.
- Aangezien de Grid Doctor-functie normale anatomische structuren ten onrechte kan identificeren als vervormingen of spikes, moet u ervoor zorgen dat u het ruwe model grondig onderzoekt om eventuele interne holtes te identificeren en stap 4.1 volgt om ze op de juiste manier op te vullen (Figuur 5A).
- Gebruik de functie Nauwkeurig oppervlak om het vaste model om te zetten in een driehoekig maasoppervlak en kies voor het organische geometriemateriaal (Figuur 5B). Wacht op de voltooiing van het geautomatiseerde oppervlaktebouwproces en exporteer het bestand vervolgens in STP-formaat.
5. Reconstrueer het vertebrale engineeringmodel en bevestig de veilige toegangsgebieden van pedikelprojectie in 3D-modelleringsontwerpsoftware
- Importeer het STP-formaat van het precieze oppervlaktedocument in de ontwerpsoftware voor 3D-modellering om het werveltechnische model te reconstrueren door op Openen te klikken. Gebruik de functie Sectieweergave om de morfologie van de steel in horizontale, sagittale en coronale oriëntaties te onderzoeken, en geef een eerste observatie van de morfologie en structuur van de pedikel (Figuur 6A).
- Pas in het deelvenster Sectieweergave de hoek van de sectie aan voor optimale visualisatie. Door gebruik te maken van Transparency Section Bodies, observeert u het smalste punt van de steeltjes (Figuur 6B) en noteert u de hoekparameters bij Sectie 1 in het linkerpaneel.
- Om de hoek van het wervelmodel aan te passen, klikt u op de functie Invoegen-Kenmerken-Verplaatsen/Kopiëren en selecteert u de knop Vertalen/Roteren onder aan het linkerdeelvenster. Ga opnieuw naar het deelvenster Sectieweergave en pas de parameter voor de kijkhoek in Sectie 1 aan op 0.
- Verfijn de verplaatsingsparameters in het paneel Sectie 1 om een bevredigende weergave van de pedikelsectie te verkrijgen. Heroriënteer voor een beter perspectief om het pedikelgedeelte te observeren. Documenteer de bevestigde verplaatsingsparameters in het paneel (Figuur 7).
- Gebruik de eerder genoemde Move/Copy-functie om de positie van het wervelmodel te manipuleren. Geef de verplaatsingsparameter op in het linkerdeelvenster. Gebruik het gereedschap Hoekrechthoek om het hele wervellichaam te omvatten.
- Navigeer om te beginnen naar de optie Kenmerken-Referentie Meetkunde-Vlak en wijs de sectieweergave aan als de eerste verwijzing. Wijzig de parameter voor de offsetafstand dienovereenkomstig om het nieuw gecreëerde vlak naar het voorste derde deel van het wervellichaam te verplaatsen.
- Ga verder met het genereren van een schets op het bovengenoemde vlak en teken een punt in het midden van het wervellichaam, wat het eindpunt van de punctie aangeeft.
- Gebruik de functie Extruded Cut om het snijden van het model uit te voeren. Wijs de rechthoekige schets aan die is gegenereerd als de geselecteerde contouren.
- Maak aanpassingen aan zowel de richting als de diepte om het model van het wervellichaam in twee helften te verdelen, namelijk de helft van het wervellichaam en de helft van de lamina (Figuur 8A). Sla de technische bestanden op in SLDPRT-formaat, specifiek als onderdeel van het proces.
- Open het bestand met het wervellichaam, gevolgd door het maken van een schets op basis van het doorsnedevlak. Gebruik de functie Entiteiten converteren om de projectie van de linker pedikel om te zetten in een curveschets.
- Herhaal de bovenstaande procedure voor de juiste pedikelprojectie, wat resulteert in het verkrijgen van een andere curveschets. Gebruik de functie Gevuld oppervlak om de curveschetsen om te zetten in oppervlakken, waarbij de schetsen van de linker- en rechterprojectiecurve van de pedikel als grens dienen (Figuur 8B).
- Geef het resulterende oppervlak weer nadat de wervel is verborgen. Selecteer de functie Lofted Boss/Base in het deelvenster Functies .
- De superieure positionering van het linker pedikeloppervlak, met de aanduiding van het prikeindpunt als profielen, zal een conische structuur opleveren die de paden voor pedikelpunctie afbakent. Gebruik de linkerkant als referentie voor illustratieve doeleinden, met hetzelfde proces dat aan de rechterkant moet worden gerepliceerd.
- Gebruik de schaalfunctie om de bilaterale conische structuur te vergroten, waarbij het zwaartepunt dient als het middelpunt van de schaal en een schaalfactor van 2. Gebruik de functie Move/Copy Body om de conische structuren afzonderlijk te verplaatsen.
- Selecteer in de interface van het Mate-instellingspaneel de top van de structuur en het eindpunt van de punctie, waarbij de overeenkomende modus is ingesteld als Samenvallend. Elimineer vervolgens het wervellichaam met behulp van de functie Delete/Keep Body (Figuur 9A).
- De biconische structuur is een compilatie van bilaterale pedikelprikpaden, opgeslagen in SLDPRT-formaat. Gebruik de functie Insteekonderdeel om het lamina-deel en het wervellichaamsdeel weer in elkaar te zetten met behulp van de pedikelprikset. Druk gewoon op de OK-knop om de insteekpositie van het onderdeel automatisch uit te lijnen met de oorsprong (Figuur 9B).
- Gebruik de functie Combine Body voor het uitvoeren van Booleaanse bewerkingen op verschillende componenten. Door het proces van het aftrekken van de punctieset van de ene helft van de laminae met behoud van alle laminae-componenten, geeft de daaropvolgende analyse aan dat het ideale botpunctiegebied de regio's 1, 4 en 7 aan de linkerkant omvat (Figuur 9C).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
CT-beeldvorming en digitale modellering werden in het ziekenhuis uitgevoerd. Het duurde 30 minuten om het 3D-model te bouwen op basis van de CT-beelden, ~10 minuten om het 3D-model op te poetsen in 3D-reverse engineering-productiesoftware en 15 minuten om het wervelconstructiemodel te reconstrueren en de veilige toegangsgebieden van pedikelprojectie te bevestigen in 3D-modelleringsontwerpsoftware. Het ideale botpunctiegebied omvat in dit geval de regio's 1, 4 en 7 aan de linkerkant. Het idee van het
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Percutane vertebroplastiek (PVP) heeft een gunstige klinische werkzaamheid aangetoond bij de behandeling van pijnlijke osteoporotische wervelcompressiefracturen (OVCF)9. Het gebruik van nauwkeurige percutane pedikelpunctietechnologie door chirurgen speelt een cruciale rol bij het bepalen van het optimale inbrengpunt, de richting en de diepte van de priknaald, waardoor het optreden van complicaties aanzienlijk wordt verminderd10. Momenteel worden C-boog röntgenmachines veel ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben geen belangenconflict met betrekking tot medicijnen, materialen of apparaten die in deze studie worden beschreven.
Dankbetuigingen
De studie werd gefinancierd door Beijing Natural Science Foundation-Haidian Original Innovation Joint Fund (L232054) en Capital Health Development Research Special Fund (NO.2024-2-2024).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Computertomografie | Bedrijf GE | machine | |
| Geomagic Wrap (3-D reverse engineering productiesoftware) | Oqton-software | software | |
| Magnetische resonantiebeeldvormingsmachine | Bedrijf GE | machine | |
| Solidworks (3-D modelontwerpsoftware) | Dassault Systèmes - SolidWorks Corporation | software | |
| Spirit Level Plus | IOS App Store | gradientor | |
| Röntgenapparaat | Bedrijf Philips | machine |
Referenties
- Wenhao, W., et al. A comparison of percutaneous kyphoplasty with high-viscosity and low-viscosity bone cement for treatment of osteoporotic vertebral compression fractures: a retrospective study. Geriatr Orthop Surg Rehabil. 13, 21514593221119625(2022).
- Xuebiao, S., et al. CT features and risk factors of pulmonary cement embolism after vertebroplasty or kyphoplasty in patients with vertebral compression fracture: a retrospective cohort study. Quant Imaging Med Surg. 13 (4), 2397-2407 (2023).
- Liehua, L., et al. A study on the puncture method of extrapedicular infiltration anesthesia applied during lumbar percutaneous vertebroplasty or percutaneous kyphoplasty. Medicine (Baltimore). 98 (33), e16792(2019).
- Lo Bianco, G., et al. Interventional pain procedures: a narrative review focusing on safety and complications. PART 2 Interventional procedures for back pain. J Pain Res. 16, 761-772 (2023).
- Jie, W., Qiang, Z. Beware of Brucella spondylitis following vertebroplasty: an unusual case of osteoporotic vertebral compression fracture. Infect Drug Resist. 15, 2565-2572 (2022).
- Xinqiang, H., Yongzhen, Z., Zhu, W., Mengpeng, Z. Case report: Cement entrapped in the inferior vena cava filter after pedicle screw augmentation. Front Cardiovasc Med. 9, 892025(2022).
- Saracen, A., Kotwica, Z. Complications of percutaneous vertebroplasty: An analysis of 1100 procedures performed in 616 patients. Medicine (Baltimore). 95 (24), e3850(2016).
- Peilun, H., et al. A novel "three-dimensional-printed individual guide template-assisted percutaneous vertebroplasty" for osteoporotic vertebral compression fracture: a prospective, controlled study. J Orthop Surg Res. 16 (1), 326(2021).
- Jiashen, B., et al. Impact of sarcopenia and sagittal parameters on the residual back pain after percutaneous vertebroplasty in patients with osteoporotic vertebral compression fracture. J Orthop Surg Res. 17 (1), 111(2022).
- Songfeng, X., et al. Efficacy of percutaneous vertebroplasty for the relief of osteoblastic spinal metastasis pain. Exp Ther Med. 22 (1), 727(2021).
- Ruszat, R., et al. Photoselective vaporization of the prostate: subgroup analysis of men with refractory urinary retention. Eur Urol. 50 (5), discussion 1049 1040-1049 (2006).
- Junchuan, X., Jisheng, L., Jian, L., Yong, Y., Qi, F. "Targeted percutaneous vertebroplasty" versus traditional percutaneous vertebroplasty for osteoporotic vertebral compression fracture. Surg Innov. 26 (5), 551-559 (2019).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
