Method Article

Szablon do drukowania trójwymiarowego Przezskórna wertebroplastyka wspomagana (PVP)

DOI:

10.3791/60010

⸱

October 17th, 2019

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Orthopedics, Beijing Friendship Hospital, Capital Medical University

* These authors contributed equally

In This Article

Summary

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

Niniejszym prezentujemy szablon trójwymiarowego przewodnika drukowania dla przezskórnej plastyki kręgów. Jako studium przypadku wybrano pacjenta ze złamaniem kompresyjnym kręgów T11.

Abstract

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

Przezskórna wertebroplastyka (PVP) jest uważana za skuteczną metodę leczenia bólu pleców spowodowanego osteoporotycznym złamaniem kompresyjnym kręgów. Dokładność PVP zależy głównie od doświadczenia chirurgów i wielu fluoroskopów podczas tradycyjnego zabiegu. Powikłania związane z nakłuciem były zgłaszane na całym świecie. Aby zabieg chirurgiczny był bardziej precyzyjny i zmniejszył częstość powikłań związanych z nakłuciem, nasz zespół zastosował trójwymiarowy szablon prowadnicy do drukowania do PVP, aby zmodyfikować tradycyjną procedurę. Protokół ten przedstawia, jak modelować dane obrazowania DICOM kręgów docelowych w trzech wymiarach w oprogramowaniu, jak symulować operację w tym modelu 3D oraz jak wykorzystać wszystkie dane chirurgiczne do rekonstrukcji szablonu specyficznego dla pacjenta do zastosowania. Korzystając z tego szablonu, chirurdzy mogą dokładnie zidentyfikować odpowiednie punkty nakłucia, aby poprawić dokładność operacji. Cały protokół obejmuje: 1) diagnostykę osteoporotycznego złamania kompresyjnego kręgów; 2) wykonanie tomografii komputerowej kręgu docelowego; 3) symulacja działania w oprogramowaniu; 4) zaprojektowanie i wykonanie szablonu przewodnika po druku 3D; oraz 5) zastosowanie wzoru w procedurze operacyjnej.

Introduction

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

Jako najczęstszy typ złamania spośród wszystkich rodzajów złamań osteoporotycznych, osteoporotyczne złamanie kompresyjne kręgów (OVCF) jest obecnie bardzo niepokojącym problemem klinicznym. Zgodnie z aktualnymi wytycznymi, przezskórna wertebroplastyka jest jedną z najskuteczniejszych minimalnie inwazyjnych metod klinicznego leczenia osteoporotycznych złamań kompresyjnych kręgów1.

Tradycyjnie, chirurdzy przeprowadzają przezskórną wertebroplastykę pod kierunkiem fluoroskopu ramienia C w celu leczenia złamania kompresyjnego kręgu w celu przywrócenia ściśniętego trzonu kręgu i złagodzenia bólu we wczesnym stadium2. Nawet doświadczeni chirurdzy popełniają błędy w potwierdzaniu odpowiednich punktów nakłucia, polegając po prostu na swoim osobistym doświadczeniu. Operacja ta może spowodować pewne komplikacje związane z nakłuciem (np. wyciek cementu do otaczających tkanek, uszkodzenie korzenia nerwowego, krwiak wewnątrz rdzenia kręgowego itp.3,4,5); co więcej, prawie 50% pacjentów ma miejscowe powikłania po tradycyjnym PVP, przy czym 95% powikłań pochodzi z wycieku cementu do otaczających tkanek lub embolizacji żył przykręgosłupowych6. Wraz z pojawieniem się chirurgii precyzyjnej, szablon przewodnika do drukowania 3D został wykorzystany w wielu operacjach chirurgii kręgosłupa7, ponieważ może zwiększyć dokładność procedury, zmniejszając trudności i minimalizując ryzyko operacyjne. W tym przypadku stosujemy szablon przewodnika do drukowania 3D do PVP, aby procedura chirurgiczna była bardziej precyzyjna i zmniejszyła częstość powikłań związanych z nakłuciem. W porównaniu z tradycyjną metodą, operacje wspomagane szablonem przewodnika druku 3D mają 1) zwiększoną dokładność nakłucia chirurgicznego, 2) zminimalizowane narażenie na promieniowanie podczas operacji, 3) skróciły czas zabiegu chirurgicznego oraz 4) zmniejszyły prawdopodobieństwo powikłań związanych z nakłuciem.

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

Protocol

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

Niniejsze badanie zostało zatwierdzone przez komisję etyczną Beijing Friendship Hospital Capital Medical University.

1. Diagnoza osteoporotycznego złamania kompresyjnego kręgu (OVCF) za pomocą fluoroskopii rentgenowskiej, rezonansu magnetycznego (MRI), scyntygrafii kości i objawów

  1. Zidentyfikuj pacjentów, którzy mają OVCF przez starszych pacjentów z bólem pleców, tkliwością wyrostka kolczystego, mięśniami przykręgosłupowymi na plecach itp.
  2. Użyj tylnej przedniej fluoroskopii rentgenowskiej, aby sprawdzić, czy pacjent ma złamanie kompresyjne kręgów.
  3. Użyj rezonansu magnetycznego, aby zdiagnozować, czy pacjent ma nowo powstałe złamanie kompresyjne kręgów i określić docelowe ściśnięte kręgi. W przypadku pacjentów, którzy nie mogą poddać się rezonansowi magnetycznemu, należy wykonać scyntygrafię kości.
  4. Zamów leczenie PVP dla pacjenta, który ma ostre złamanie kompresyjne kręgów i zapisz wynik w skali wizualnej skali analogowej (VAS) oraz wskaźnik niepełnosprawności Oawestry (ODI)8.
    UWAGA: Istnieje kilka kryteriów włączenia: 1) pacjent ze złamaniem kręgu, niezależnie od tego, czy ma historię urazu o niskiej energii, czy nie; 2) brak historii lub dowodów na metaboliczną chorobę kości lub raka; 3) Punktacja VAS ≥ 7; 4) rozpoznanie jako złamanie kręgów za pomocą zdjęcia rentgenowskiego, rezonansu magnetycznego lub scyntygrafii kości.

2. Przedoperacyjna lokalizacja docelowego kręgu

  1. Przed operacją należy przeprowadzić u pacjenta tomografię komputerową w pozycji leżącej z trzema markerami nieprzepuszczającymi promieni rentgenowskich umieszczonymi w linii środkowej skóry pleców pacjenta na poziomie ściśniętych kręgów. Uciskając najbardziej bolesną część, potwierdź obszar docelowy za pomocą fluoroskopii rentgenowskiej i badania fizykalnego na plecach pacjenta.
  2. Przed badaniem tomografii komputerowej w pozycji leżącej umieść gradienter na plecach pacjenta tuż poniżej stałych markerów. Zapisz pozycję ciała pacjenta, a następnie usuń ją. Niech pacjent pozostanie w tej samej pozycji podczas zabiegu.
  3. Zapisz obrazy CT (grubość warstwy skanowania 1 mm, odstępy między warstwami 1 mm i 90 warstw (skanowanie konwencjonalne) lub 400 plasterków (skanowanie cienkich warstw) w formacie DICOM. Połóż wacik kosmetyczny na plecach pacjenta, aby upewnić się, że markery pozostaną do operacji.

3. Symulacja procedury przezskórnej wertebroplastyki w oprogramowaniu komputerowym

  1. Eksportuj obrazy CT w formacie DICOM do oprogramowania do przetwarzania obrazowania medycznego (np. MIMICS) i wybierz docelowe wycinki, aby zrekonstruować ściśnięty kręg.
  2. Wybierz opcję Segmentacja progu, aby dostosować zakres progowy dla kręgu docelowego w zakresie 125-3071H i utworzyć maskę. Naciśnij przycisk Duplikuj maskę, aby utworzyć dwie maski: Maskę A i Maskę B.
  3. Kliknij przycisk Edycja maski, aby usunąć docelowy kręg w masce A. Następnie kliknij przycisk Operacje logiczne, aby utworzyć nową maskę C, używając opcji Maska B do minus maska A. Naciśnij przycisk Oblicz 3D z maski, aby zrekonstruować docelowy kręg
    4. .
  4. Symuluj PVP za pomocą obustronnego podejścia transpedikularnego w oprogramowaniu. Najpierw zdefiniuj cylinder Medcad w oprogramowaniu jako model igły do nakłuwania. Zdefiniuj cylindry o tej samej długości i promieniu co igła do nakłuwania (długość 125 mm i promień 1,25 mm).
  5. Symuluj punkt wejścia, kąt wejścia (kąt nachylenia głowy i orientacja kąta odwodzenia) oraz głębokość igły do nakłucia, aby uzyskać prawdziwy PVP z widokami 3D kręgu docelowego.
  6. Ustaw igły do nakłuwania w idealnej pozycji, korzystając z funkcji przesuwania i obracania. Utrzymuj trajektorie igły zgodne z tymi zasadami: 1) igły do nakłuwania mogą ekstrapolować przez szypułkę, najlepiej w jej górnej połowie; 2) Idealne położenie końcówek znajduje się w punkcie w przedniej jednej trzeciej trzonu kręgu w widoku bocznym.

4. Szablon przewodnika drukowania trójwymiarowego

  1. Zapisz wszystkie dane szablonu 3D i wyślij je w formacie MCS do drukarni trójwymiarowej.
  2. Przekonwertuj dane w formacie MCS na format STL i zaprojektuj szablon za pomocą oprogramowania. Zrekonstruuj podstawę, która musi przylegać do skóry pleców pacjenta, zrekonstruuj kanał trajektorii zgodnie ze wszystkimi parametrami, w tym punktami wejścia skóry, kątami wejścia i głębokością trajektorii dwóch igieł, wydrukuj dwa takie same szablony do operacji.
    UWAGA: Szablon prowadzący jest wykonany z kwasu polimlekowego, który można sterylizować i dezynfekować parą w niskiej temperaturze.

5. Stosowanie szablonu trójwymiarowego przewodnika drukowania w celu wspomagania rzeczywistej operacji PVP

  1. Ułóż pacjenta w pozycji leżącej na stole operacyjnym, tak jak w przypadku tomografii komputerowej, zgodnie z zapisem gradientera. Zmierz odległość trzech znaczników nieprzepuszczających promieni rentgenowskich i narysuj kontur trzech znaczników, aby dopasować szablon do lokalizacji docelowej.
  2. Dopasuj szablon skórki do konturu skóry. Włóż i przeciśnij dwa waciki przez trajektorie igły na szablonie, aby zaznaczyć punkty wprowadzenia na skórze. Następnie usuń szablon i narysuj punkty jako punkt A i B.
  3. Usuń szablon i zdezynfekuj skórę. Ułóż obszar i umieść końcówki dwóch igieł do nakłuwania w punktach wprowadzania (punkt A i B). Następnie użyj widoku przednio-tylnego fluoroskopii ramienia C, aby potwierdzić, czy punkty nakłucia określone przez szablon są wykonalne.
  4. Podać pacjentowi znieczulenie miejscowe, wstrzykując 5 ml mieszaniny 1% lidokainy i 1% ropawikainy w każdym miejscu wkłucia. Przymocuj kolejny wysterylizowany szablon na plecach pacjenta za pomocą wysterylizowanej folii.
  5. Lekko wbij dwie igły w kręg docelowy poprzez wkłucia przez cylindry prowadzące szablonu. Sprawdź za pomocą fluoroskopu z ramieniem C, czy trajektorie są odpowiednie do wprowadzenia. Upewnij się, że znak interpunkcyjny znajduje się w szypułkach, a następnie postukaj w igły, aby przejść dalej, aż do końca trajektorii.
  6. Gdy całe igły zostaną całkowicie włożone do cylindrów prowadzących, sprawdź za pomocą fluoroskopu z ramieniem C, czy końcówki igieł osiągnęły swoje idealne miejsce.
  7. Wstrzyknąć cement kostny do trzonu kręgu przez igły. Wstrzyknąć 2 ml cementu kostnego każdą trajektorią, co daje łącznie 4 ml cementu kostnego do kręgu.
  8. Na koniec użyj fluoroskopii, aby sprawdzić rozmieszczenie cementu kostnego w trzonie kręgu przez widok przednio-tylny i boczny. Zszyj wstawki.

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

Results

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

Akwizycja obrazów tomografii komputerowej i modelowanie cyfrowe zostały przeprowadzone w szpitalu, podczas gdy druk 3D został wykonany w firmie zajmującej się drukiem 3D. Potrzeba było trzydziestu minut, aby zrekonstruować model 3D z obrazów CT do druku 3D, a firma zajmująca się drukiem 3D potrzebowała około 6 godzin, aby wydrukować 2 szablony przewodników i wysłać je do szpitala.

Obrazy przedoperacyjne docelowego kręgu pacjenta...

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

Discussion

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

Przezskórna wertebroplastyka (PVP) jest uważana za jedną z najlepszych metod leczenia osteoporotycznego złamania kompresyjnegokręgów 9 ze względu na kilka wyraźnych zalet: jest minimalnie inwazyjna; Krwawienie jest mniejsze, a powrót do zdrowia jest szybki. Tradycyjne PVP jest przede wszystkim prowadzone przez fluoroskop z ramieniem C, który wymaga wielokrotnej fluoroskopii w celu określenia bezpiecznych i idealnych punktów nakłucia, kątów i orientacji nakłucia, co zwiększa śródoperacyjną dawkę pr...

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

Disclosures

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

Autorzy nie mają konfliktu interesów w odniesieniu do jakichkolwiek leków, materiałów lub urządzeń opisanych w tym badaniu.

Acknowledgements

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

Badanie zostało sfinansowane przez Miejską Komisję Nauki i Technologii w Pekinie (nr Z181100001718078), Chiny.

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Aparat rentgenowskiFirma Maszyna Philips
Maszyna do rezonansu magnetycznegoFirma GEmaszyna
Tomografia komputerowaFirma GEmaszyna
HORI Maszyna do druku 3DFirma z Pekinu Huitianwei Technology co. ltd.maszyna
Geomagic Design X3D Systems Oprogramowanie firmowe
Materialise Interaktywny system kontroli obrazu medycznegoMaterialise Oprogramowanie firmowe
Igła VertePortUrządzenie operacyjnefirmy Stryker Spineplex
Stryker CompanyUrządzenie operacyjne
przezskórnego dostarczania cementuUrządzenie operacyjneStryker
Spirit Level PlusIOS App Storegradientor
System firmy

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Orthopaedic Society of the Chinese Medical Association. Guidelines for the diagnosis and treatment of osteoporotic fractures. Chinese Journal of Orthopaedics. 37 (1), 1-10 (2017).
  2. Yi, H. J., Jeong, J. H., Im, S. B., Lee, J. K. Percutaneous vertebroplasty versus conservative treatment for one level thoracolumbar osteoporotic compression fracture: Results of an over 2-year follow-up. Pain Physician. 19 (5), (2016).
  3. Balkarli, H., Demirtas, H., Kilic, M., Ozturk, I. Treatment of osteoporotic vertebral compression fractures with percutaneous vertebroplasty under local anesthesia: clinical and radiological results. International Journal of Clinical & Experimental Medicine. 8 (9), 16287-16293 (2015).
  4. Woojin, C., Varkey, J. A., Jing, C., Hwan, B. J. A Review of Current Clinical Applications of Three Dimensional Printing in Spine Surgery. Asian Spine Journal. 12 (1), 171-177 (2018).
  5. Laredo, J. D., Hamze, B. Complications of percutaneous vertebroplasty and their prevention. Skeletal Radiology. 33 (9), 493-505 (2004).
  6. Saracen, A., Kotwica, Z. Complications of percutaneous vertebroplasty: An analysis of 1100 procedures performed in 616 patients. Medicine. 95 (24), e3850(2016).
  7. Park, H. J., Wang, C., Choi, K. H., Kim, H. N. Use of a life-size three-dimensional-printed spine model for pedicle screw instrumentation training. Journal of Orthopaedic Surgery and Research. 13 (1), 86(2018).
  8. Gu, Y. F., et al. Percutaneous vertebroplasty and interventional tumor removal for malignant vertebral compression fractures and/or spinal metastatic tumor with epidural involvement: a prospective pilot study. Journal of Pain Research. 10, 211-218 (2017).
  9. Ruiz, S. F., et al. Comparative review of vertebroplasty and kyphoplasty. World Journal of Radiology. 6 (6), 329-343 (2014).
  10. Cannavale, A., et al. Percutaneous vertebroplasty with the rotational fluoroscopy imaging technique. Skeletal Radiology. 43 (11), 1529-1536 (2014).
  11. Ringer, A. J., Bhamidipaty, S. V. Percutaneous access to the vertebral bodies: a video and fluoroscopic overview of access techniques for trans-, extra-, and infrapedicular approaches. World Neurosurgery. 80 (3-4), 428-435 (2013).
  12. Kaneyama, S., et al. A novel screw guiding method with a screw guide template system for posterior C-2 fixation. Neurosurgery Spine. 21 (2), 231-238 (2014).
  13. Sugawara, T., et al. Multistep pedicle screw insertion procedure with patient-specific lamina fit-and-lock templates for the thoracic spine. Neurosurgery Spine. 19 (2), 185-190 (2013).
  14. Li, J., Lin, J. S., Yang, Y., Xu, J. C., Fei, Q. 3-Dimensional printing guide template assisted percutaneous vertebroplasty: Technical note. Journal of Clinical Neuroscience. 52, 159-164 (2018).

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

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Percutaneous Vertebroplasty3D Printing Guide TemplateVertebral Compression FractureCT Imaging AcquisitionDICOM Image ProcessingThreshold SegmentationBoolean Operations3D Model ReconstructionPuncture Needle SimulationBone Cement Injection

Related Articles