Trójwymiarowe wirtualne planowanie przedoperacyjne w derotacyjnej osteotomii proksymalnej kości udowej
17 lutego 2023
Ta praca przedstawia szczegółowy protokół planowania chirurgicznego przy użyciu technologii 3D z darmowym oprogramowaniem open-source. Protokół ten może być stosowany do prawidłowego ilościowego określenia przedniej części kości udowej i symulacji derotacyjnej osteotomii proksymalnej kości udowej w leczeniu bólu przedniej części kolana.
W tym protokole pokazujemy, że oś obrotu osteotomii kości udowej i oś obrotu kości udowej nie pokrywają się. Protokół ten umożliwia jego wizualizację i korektę. Korzystając z bezpłatnego oprogramowania 3D w tym badaniu, chirurg może zaplanować operację i zwiększyć precyzję osteotomii.
Ta technika jest łatwa do odtworzenia w prostym kroku. Zalecamy ćwiczenie go wiele razy, aby uzyskać płynność. Aby rozpocząć, zaimportuj obrazy CT w formacie DICOM, klikając ikonę DCM w lewym górnym rogu ekranu, a następnie klikając Importuj pliki DICOM po lewej stronie ekranu.
Następnie kliknij Imię i nazwisko fikcyjnego pacjenta w prawym górnym rogu ekranu i kliknij Załaduj na prawym dolnym marginesie. Aby utworzyć biomodel 3D, z menu rozwijanego wybierz opcje Starsza wersja i Edytor. Naciśnij OK w wyświetlonym komunikacie i poczekaj, aż po lewej stronie ekranu pojawi się nowe menu.
Kliknij ikonę Efekt progu i przesuwaj pasek w dolnym polu, aż na obrazach po prawej stronie zostanie pomalowana tylko kość. W ten sposób należy wybrać wartość jednostek Hounsfielda, które mają zostać uwzględnione w modelu. Po osiągnięciu żądanego poziomu farby kliknij Zastosuj.
Zaznaczenie jest tutaj oznaczone kolorem zielonym. Wybierz opcję Utwórz efekt modelu z menu bocznego i wybierz Zastosuj, co spowoduje wygenerowanie modelu 3D w prawym górnym oknie. Kliknij na złotą ramkę.
Wyśrodkuj widok 3D na scenie, aby wyśrodkować obraz w oknie. Aby zapisać utworzony biomodel 3D, kliknij przycisk Zapisz w lewym górnym rogu. W wyświetlonym oknie odznacz inne pliki i wybierz tylko plik Tkanka.
W drugiej kolumnie w menu rozwijanym wybierz opcję STL. Zaimportuj obraz STL, wybierając opcję Importuj na środku ekranu. Poszukaj opcji Wybierz w menu po lewej stronie.
Wybierz grubość pędzla za pomocą narzędzia Zaznacz i kliknij dwukrotnie kość udową. Użyj narzędzia Zaznaczanie, aby wybrać interesującą Cię część. Poszukaj opcji Modyfikuj i Odwróć w menu bocznym, a następnie naciśnij przycisk usuwania na klawiaturze.
Następnie przejdź do opcji Edycja, Generuj grupy powierzchni i przesuwaj pasek Próg kąta, aż różne struktury będą miały inny kolor. Następnie za pomocą narzędzia Select kliknij dwukrotnie kość udową, zmodyfikuj, odwróć i naciśnij przycisk Delete na klawiaturze. Aby utworzyć model bryłowy, przejdź do opcji Edycja, Utwórz bryłę, Typ bryły i Dokładny.
Następnie zmaksymalizuj dokładność bryły i wartości gęstości siatki. Z menu bocznego wybierz opcję Eksport, a następnie wybierz format STL oraz folder, do którego eksportowany jest biomodel. W oprogramowaniu do tworzenia 3D kliknij ikonę Wstaw u góry ekranu.
Następnie kliknij Dodaj, aby zaimportować biomodel do sceny. Kliknij pozycję Obiekt, a następnie pozycję Ustabiluj, aby przymocować obiekt do płaszczyzny roboczej. Aby wykonać osteotomię kości udowej, kliknij Edytuj i podziel w górnym menu.
Gdy pojawi się prostokątna płaszczyzna cięcia, wybierz opcję Zachowaj oba. Użyj przycisku Tryb przesuwania na pasku w dolnym marginesie ekranu, aby przesunąć płaszczyznę cięcia w poziomie i w pionie. Użyj przycisku trybu obracania na pasku w dolnej krawędzi ekranu, aby obrócić płaszczyznę wokół kości udowej.
Ustaw płaszczyznę cięcia równolegle do osi x i prostopadle do osi Y. Kliknij Podziel. Aby obliczyć przewrót, wstaw prowadnice, klikając Wstaw, Dodaj i wybierz plik 3MF.
Zaznacz tylko proksymalną część kości udowej po prawej stronie ekranu i naciśnij Control+X na klawiaturze, aby wyciąć zaznaczenie. Trzon kości udowej wygląda tak. Wybierz jednocześnie czerwoną prowadnicę kołową i fioletową prowadnicę okrągłą po prawej stronie ekranu.
Użyj poleceń w dolnym panelu marginesu, aby przesunąć prowadnice i umieścić je na środku trzonu kości udowej. Następnie użyj poleceń panelu dolnego marginesu, aby dostosować rozmiar i upewnić się, że wszystkie krawędzie dotykają kory kości. Naciśnij Control+V na klawiaturze, aby ponownie wkleić bliższą część kości udowej.
Zaznacz tylko sferę po prawej stronie ekranu i dostosuj rozmiar, w tym wszystkie krawędzie stykające się z korą kostną. Wybierz bliższą część kości udowej po prawej stronie i odetnij ją, naciskając Control + X na klawiaturze. Zaznacz tylko czerwoną płaszczyznę po prawej stronie ekranu i umieść ją tak, aby przechodziła przez środek kuli i środek okrągłych prowadnic.
Naciśnij Control+V na klawiaturze, aby ponownie wkleić bliższą część kości udowej. Aby wykonać osteotomię rotacyjną bliższej części kości udowej, wybierz bliższą część kości udowej, czerwony obwód i kulę po prawej stronie. Wykonaj wewnętrzną derotacyjną osteotomię proksymalnej kości udowej pod kątem 20 stopni, dodając 20 do wysokości za pomocą poleceń na panelu dolnego marginesu.
Aby zmierzyć nową przednią część kości udowej, wybierz bliższą część kości udowej i czerwony obwód, a następnie naciśnij Control+X na klawiaturze, aby przeciąć te dwa elementy. Zaznacz tylko czerwoną płaszczyznę i umieść ją tak, aby przechodziła przez środek kuli i środek fioletowej okrągłej prowadnicy. Wklej bliższą część kości udowej i czerwony obwód.
Aby wykonać regulację osteotomii rotacyjnej, wybierz trzon kości udowej i czerwoną płaszczyznę, a następnie naciśnij Control+X na klawiaturze, aby ciąć. Wybierz bliższą część kości udowej, kulę i czerwony obwód i przesuń te trzy elementy en bloc tak, aby środek czerwonego obwodu odpowiadał środkowi fioletowego obwodu. Przelicz nową przednią część kości udowej z dokonaną korektą.
Dane tutaj szczegółowo opisują wartości przedprzodotwórczej kości udowej uzyskane w dwóch grupach dla trzech wielkości osteotomii rotacyjnej, 10, 20 i 30 stopni. Gdy korekta została dokonana w taki sposób, że oś obrotu kości udowej i oś obrotu osteotomii pokrywały się, zależność między planowaną korekcją a korektą końcową wynosiła jeden do jednego w trzech wielkościach korekcji, ale to samo nie wystąpiło w grupie 1. Najważniejszą rzeczą, o której należy pamiętać, jest dokładność w wykonaniu zabiegu, szczególnie podczas tworzenia modelu kostnego, wyboru tylko interesującej nas kości oraz wykonania pomiaru osteotomii przed i po korekcji.
W dziedzinie deformacji rotacyjnych kości udowej technika ta otwiera drogę do badania obszaru tych deformacji i konsekwencji, jakie mają one na potencjalny nacisk na kość udową i ból w przedniej części kolana.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsza praca przedstawia szczegółowy protokół planowania chirurgicznego z wykorzystaniem technologii 3D oraz darmowego oprogramowania o otwartym kodzie źródłowym. Protokół ten może być stosowany do prawidłowej kwantyfikacji antewersji kości udowej oraz symulacji derotacyjnej osteotomii proksymalnej kości udowej w leczeniu przedniego bólu kolana.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Chirurgia
- Ortopedia
- Obrazowanie 3D
Wstęp
- Osteotomia uda jest procedurą chirurgiczną stosowaną w celu korekcji deformacji.
- Prawidłowe ustawienie jest kluczowe dla osiągnięcia pomyślnych wyników.
- Technologia 3D może usprawnić planowanie chirurgiczne i zwiększyć precyzję.
- Bezpłatne narzędzia programowe mogą upowszechnić dostęp do zaawansowanych technik.
Cel badania
- Opracowanie powtarzalnego protokołu planowania chirurgicznego.
- Poprawa dokładności procedur osteotomii kości udowej.
- Wykorzystanie oprogramowania open-source w celu usprawnienia wizualizacji chirurgicznej.
Zastosowane metody
- Importowanie obrazów TK w formacie DICOM.
- Wykorzystanie oprogramowania 3D do planowania chirurgicznego.
- Wizualizacja osi obrotu w celu korekcji.
- Ćwiczenie protokołu w celu osiągnięcia biegłości w jego wykonaniu.
Główne wyniki
- Protokół umożliwia wizualizację osi osteotomii kości udowej.
- Chirurdzy mogą planować operacje z większą precyzją.
- Kładzie się nacisk na powtarzalność techniki.
- Praktykowanie tej metody poprawia biegłość chirurgiczną.
Wnioski
- Opracowany protokół jest skuteczny w planowaniu chirurgicznym.
- Technologia 3D poprawia dokładność osteotomii.
- Oprogramowanie open-source zapewnia chirurgom dostępne narzędzia.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Trójwymiarowe przedoperacyjne planowanie wirtualne w przypadku derotacyjnej osteotomii bliższej części kości udowej odpowiada na krytyczną potrzebę precyzji i powtarzalności w ortopedyjnych interwencjach chirurgicznych. Dzięki możliwości dokładnego określenia i korekcji anteversji kości udowej, protokół ten wspiera ograniczanie ryzyka mechanicznego i zwiększa pewność prognostyczną na styku planowania chirurgicznego i badań translacyjnych. Ten oparty na oprogramowaniu, otwarty przepływ pracy pozycjonuje tę metodologię jako reużywalne rozwiązanie dla innowacji ortopedycznych w całym portfolio.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wstępne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia ilościową analizę skręcenia kości udowej oraz jego wpływu biomechanicznego.
- Wspiera funkcjonalną walidację celów chirurgicznych poprzez symulację wirtualną.
- Ułatwia redukcję ryzyka mechanistycznego poprzez wyjaśnienie zależności między wielkością osteotomii a korekcją deformacji.
Przesiewy i opracowywanie testów
- Przygotowuje zwalidowane modele anatomiczne 3D do dalszych etapów symulacji chirurgicznych.
- Standaryzuje pomiar anteversji uda oraz wyników korekcji.
- Umożliwia powtarzalne wirtualne testowanie parametrów chirurgicznych w zbiorach danych pacjentów.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Umożliwia dopasowanie wyników planowania wirtualnego do istotnych biomechanicznych punktów końcowych związanych z chorobą, takich jak ból przedniego przedziału kolana.
- Zapewnia ciągłość procesu od modelowania komputerowego do przedklinicznej walidacji interwencji chirurgicznych.
- Stanowi platformę do rozwoju nowych procedur ortopedycznych z uwzględnieniem analizy ryzyka.
Integracja potoku i przepływu pracy
Niniejszy protokół planowania 3D integruje się z kontinuum innowacji ortopedycznych, od odkrywania celów biomechanicznych po przedkliniczną walidację technik chirurgicznych.
- Biologia odkrywcza: Ilościowe określanie i wizualizacja skręcenia kości udowej w celu wsparcia projektowania interwencji opartych na hipotezach.
- Przesiewanie: Dostarczanie zestandaryzowanych, powtarzalnych modeli 3D do analizy porównawczej korekcji chirurgicznych.
- Analityka: Zapewnienie ilościowych odczytów korekcji antewersji oraz dokładności wyrównania.
- Badania translacyjne: Łączenie planowania wirtualnego z walidacją wyników biomechanicznych in vivo i ex vivo.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Oferowanie otwarcie dostępnego, skalowalnego przepływu pracy, który można dostosować do różnych portfeli badań ortopedycznych.
Wpływ operacyjny i organizacyjny
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną i zmniejsza niejednoznaczność mechaniczną w planowaniu chirurgicznym.
- Wartość operacyjna: Standaryzuje i skaluje przedoperacyjne przepływy pracy przy użyciu dostępnego oprogramowania 3D.
- Wartość strategiczna: Umożliwia podejmowanie decyzji o charakterze go/no-go w oparciu o dane w zakresie innowacji chirurgicznych i wdrażania technologii.
- Wpływ na portfolio: Wspiera priorytetyzację interwencji ortopedycznych skorygowaną o ryzyko w ramach procesów rozwojowych.
Uwagi dotyczące implementacji
- Wymaga doświadczenia w obrazowaniu 3D, modelowaniu anatomicznym i wirtualnym planowaniu operacji.
- Zależy od dostępu do infrastruktury obrazowania TK oraz kompatybilnego oprogramowania open-source.
- Wymaga ustandaryzowania protokołów pomiarowych i modelowania pomiędzy zespołami.
- Można dostosować do różnych modeli deformacji kości udowej, dbając o dokładność anatomiczną.
- Dokładność zależy od precyzyjnego tworzenia modeli i pomiarów na każdym etapie procesu.
