В данной работе мы представляем «Метод разделения девяти сеточных областей» для чрескожной вертебропластики. В качестве клинического случая был выбран пациент с компрессионным переломом позвонка L1.
Методическая статья
* These authors contributed equally
В данной работе мы представляем «Метод разделения девяти сеточных областей» для чрескожной вертебропластики. В качестве клинического случая был выбран пациент с компрессионным переломом позвонка L1.
Чрескожная вертебропластика (ЧРП) широко признана эффективным вмешательством для облегчения боли в пояснице, возникающей в результате остеопоротических компрессионных переломов позвонков. Идеальная точка прокола кости условно расположена в проекции «левая 10 точек, правая 2 точки» ножки в поясничном отделе позвоночника. Определение оптимальной точки прокола кости представляет собой критическую и сложную задачу. Точность чрескожной вертебропластики (ЧРП) в первую очередь зависит от квалификации оперирующих хирургов и использования нескольких флюороскопов во время обычной процедуры. Случаи осложнений, связанных с пункцией, были задокументированы во всем мире. Стремясь повысить точность хирургической техники и уменьшить частоту осложнений, связанных с пункциями, наша команда применила «Метод девятисетного разделения областей» для ПВП в поясничном отделе позвоночника, чтобы модифицировать традиционную процедуру. Существует потенциал для уменьшения количества проколов, дозы облучения и продолжительности хирургических процедур.
Этот протокол вводит определение «метода деления девяти сеточных областей» и описывает процесс моделирования данных DICOM-визуализации целевых позвонков в программном обеспечении для обработки медицинской визуализации, моделирование операций в 3D-модели, уточнение 3D-модели с помощью программного обеспечения для реверс-инжиниринга, реконструкцию инженерной модели позвонка в программном обеспечении для 3D-моделирования и использование хирургических данных для определения безопасных областей входа для проекции на ножку. Используя эту методологию, хирурги могут эффективно и с легкостью определять подходящие точки прокола, тем самым уменьшая сложности, связанные с проколом, и повышая общую точность хирургических процедур.
Остеопоротический компрессионный перелом позвонка (OVCF) является наиболее распространенным типом перелома среди остеопоротических переломов и представляет собой значительную клиническую проблему в современном здравоохранении1. Согласно действующим рекомендациям, чрескожная вертебропластика признана одним из наиболее эффективных минимально инвазивных методов лечения OVCF2. Преобладающим методом выполнения чрескожной вертебропластики (ЧРП) является подход с пункцией на ножке, который включает в себя три ключевых параметра: определение точки входа в прокол кости, угла прокола и глубины прокола. Из этих параметров наиболее важным считается выбор точки входа в костную прокол.
В настоящее время рентгеновские аппараты С-дуги широко используются в отечественной и международной практике традиционной хирургии ПВП для облегчения корректировки хирургической траектории пункционной иглы. Важнейшим аспектом является определение «идеальной точки прокола кости», которая условно расположена в проекции «левых 10 точек, правых 2 точек» ножки в поясничном отделе позвоночника (рис. 1А)3. Несмотря на свой опыт, даже опытные хирурги могут ошибаться при определении подходящих точек прокола, основываясь исключительно на личном опыте. Это может привести к осложнениям, связанным с пункцией, таким как утечка цемента в окружающие ткани, повреждение нервных корешков и внутриспинальная гематома 4,5,6. Кроме того, почти у половины пациентов возникают местные осложнения от традиционной ПВП, причем 95% этих осложнений связаны с утечкой цемента в окружающие ткани или эмболизацией паравертебральных вен7. Наши предварительные исследования показали, что фактические точки прокола костей ПВП в поясничном отделе позвоночника не всегда расположены в идеальной проекции ножки «левая 10 точек и правая 2 точки»8. Некоторые фактические точки прокола также могут обеспечить удовлетворительные результаты прокола вблизи «идеальной точки прокола кости», что не влияет на хирургическую безопасность и точность.
Исходя из вышеизложенных предположений, мы впервые предлагаем концепцию «идеальной области прокола костей» для ПВП в поясничном отделе позвоночника и разделяем проекцию ножки на «зону девяти сеток». Концепция идеальной области прокола кости относится к конкретным анатомическим областям, где точка входа в прокол может успешно и безопасно достичь идеальной точки прокола через ножку. Термин «метод деления области девятью сетками» относится к методу рентгеновского переднезаднего изображения, при котором самый длинный и самый короткий диаметры проекции ножки делятся на три равные части, что приводит к разделению области на девять областей (Рисунок 1B). Эти области последовательно нумеруются от 1 до 9, в порядке продвижения от внешнего к внутреннему и сверху вниз. Используя рентгеновскую проекцию ножки поясничного отдела в качестве анатомического маркера, мы устанавливаем «идеальную область прокола кости» для ПВП с помощью «метода разделения девяти сеток», а не ограничиваемся одной точкой. Мы используем компьютерное моделирование для изучения безопасной траектории прокола в процессе прокола.
Следовательно, мы предлагаем внедрение «Метода девяти-сеточного разделения областей» в качестве потенциального метода повышения удобства, эффективности и безопасности вспомогательных техник пункции в хирургии ПВП с целью повышения точности процедуры и минимизации осложнений, связанных с пункцией. Важно отметить, что в этом исследовании представлен теоретический подход, который требует подтверждения с помощью обширных исследований для установления его эффективности и безопасности.
Настоящее исследование было одобрено Этическим комитетом Пекинской больницы дружбы Столичного медицинского университета. Этот метод будет представлен на основе ретроспективного клинического исследования с использованием только данных предоперационной компьютерной томографии (КТ) пациента в положении лежа. «Метод разделения девяти сеточных областей» в вспомогательной чрескожной вертебропластике (ПВП) предлагает более простой и эффективный подход по сравнению с традиционными методами, что приводит к сокращению времени хирургического и лучевого воздействия. Этот метод может принести пользу молодым пациентам, облегчая идентификацию точек проколов и потенциально сокращая кривую обучения процедурам ПВП, что требует дальнейшего изучения. Описанная здесь особь – женщина в возрасте 68 лет.
1. Диагностика остеопоротического компрессионного перелома позвонка (OVCF) с помощью рентгеноскопии, магнитно-резонансной томографии (МРТ), сцинтиграфии костей и симптомов
2. Предоперационное получение компьютерной томографии пациента в положении лежа на животе
3. Создание 3D-модели и моделирование операции в программном обеспечении для обработки медицинских изображений
4. Полировка 3D-модели в производственном программном обеспечении для 3D-реверс-инжиниринга
5. Реконструкция инженерной модели позвонка и подтверждение безопасных областей входа проекции ножки в программном обеспечении для 3D-моделирования
В больнице проводилась компьютерная томография и цифровое моделирование. Потребовалось 30 минут для создания 3D-модели на основе изображений компьютерной томографии, ~10 минут для полировки 3-D модели в производственном программном обеспечении для 3-D реверс-инжиниринга, и 15 минут для реконструкции инженерной модели позвонка и подтверждения безопасных областей входа проекции ножки в программном обеспечении для 3-D моделирования. Идеальная область прокола кости в этом случае включает в себя области 1, 4 и 7 с левой стороны. Понятие идеальной области прокола кости относится к отдельным анатомическим областям, где точка входа для пункции может эффективно и безопасно получить доступ к желаемой конечной точке через ножку. Иными словами, путем регулировки направления и глубины пункционной иглы идеальная конечная точка прокола может быть достигнута при условии, что точка входа в прокол кости находится в этих указанных областях, а не ограничена «левыми 10 точками». Эта методика позволяет значительно повысить толерантность хирурга к ошибкам во время процедуры пункции. Для определения подходящего места прокола кости необходим минимальный объем рентгеноскопии, что приводит к снижению частоты корректировок, лучевой нагрузки и продолжительности операции.
Идеальная точка прокола кости обычно расположена в проекции «левые 10 точек, правые 2 точки» ножки в поясничном отделе позвоночника, как показано на рисунке 1А. На рисунке 1B представлен подробный обзор деталей деления и методологий, используемых в методе деления девяти сеток. Предоперационные изображения целевого позвонка представлены на рисунке 2. Перед проведением компьютерной томографии в положении лежа на спине пациента был помещен градиент, и было зафиксировано положение тела пациента (Рисунок 3). Изображение позвонка с помощью компьютерной томографии было реконструировано в 3D-модель из корональной, поперечной и сагиттальной плоскостей (рис. 4). На рисунке 4 также показано моделирование процедуры работы PVP в программном обеспечении для обработки изображений. На рисунке 5 показаны процедуры восстановления сетки и преобразования твердотельной модели в треугольную поверхность сетки. На рисунке 6 показана методология наблюдения и документирования самого узкого места ножки с помощью функции «Вид сечения ». На рисунке 7 показаны шаги, связанные с корректировкой параметров смещения модели и определением конечного целевого местоположения прокола. На рисунке 8 показано разделение модели на два отдельных компонента: половину тела позвонка и половину пластинки (A), за которыми следует генерация проекции ножки с помощью функции Convert Entities (B). На рисунке 9 изображен массив путей прокола в теле позвонка. Пластинку и компоненты тела позвонка собирали с помощью набора для прокола на ножке, при этом набор для прокола впоследствии удалялся из части пластинки с сохранением всех компонентов пластинок. Функция Combine Body была использована для выполнения булевых операций на нескольких компонентах, что привело к идентификации идеальной области прокола кости , состоящей из областей 1, 4 и 7.

Рисунок 1: А. Традиционная «идеальная точка прокола кости». «Идеальная точка прокола кости» условно расположена в проекции «влево 10 точек, вправо 2 точки» ножки в поясничном отделе позвоночника. В. Введение в «Метод деления по девяти сеткам». Подробный обзор деталей деления и методологий, используемых в «Методе деления девяти сеток». Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 2: Предоперационные изображения целевого позвонка. (A) Рентгенография пациента с остеопоротическим компрессионным переломом позвонка. Предоперационные рентгеновские снимки целевого позвонка пациента. (A1: Заднепередний вид; A2: Вид сбоку). (Б) МРТ пациента с остеопоротическим компрессионным переломом позвонка. Предоперационные МРТ-снимки целевого позвонка пациента. (B1: вид T1WI; B2: вид T2WI). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 3: Компьютерная томография в положении лежа. Используйте градиент на спине пациента для измерения горизонтального и сагиттального углов тела пациента во время проведения компьютерной томографии в положении лежа. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 4: Реконструкция позвонка и моделирование операции. (A) Реконструкция позвонка в программном обеспечении для обработки медицинской визуализации по изображению позвонка с помощью компьютерной томографии из (A1) корональной плоскости, (A2) поперечной плоскости, (A3) сагиттальной плоскости и (A4) трехмерной модели. (B) Моделирование процедуры работы PVP в программном обеспечении для обработки медицинских изображений. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 5: Полировка 3D-модели в производственном программном обеспечении для 3D-реверс-инжиниринга. Процедура доработки 3-D модели. (A) Исправление сетки и (B) Преобразование твердотельной модели в треугольную поверхность сетки. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 6: Используйте функцию «Вид сечения» для наблюдения и документирования ножки. Использование функции «Вид сечения » для наблюдения за параметрами (A) проекции ножки и (B) угла наклона документа. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 7: Изменение параметров смещения модели. Отрегулируйте параметры смещения модели и определите конечное место цели прокола. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 8: Создание представления проекции ножки. (A) Разделение модели на два отдельных компонента с последующим (B) генерированием проекции на ножку с помощью функции Convert Entities . Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 9: Траектории проколов и определение идеальной области прокола. (A) Набор дорожек для проколов, проходящих через ножку. Массив путей прокола в теле позвонка через ножку. (B) Реконструкция моделей, включающих в себя различные компоненты. Реконструируйте пластинку и сегменты тела позвонков с помощью набора для прокола ножки. (В) Получение «идеальной области прокола кости». Область считается идеальной областью для прокола кости только тогда, когда она полностью синяя. Идеальная область прокола кости охватывает области 1, 4 и 7 с применением булевых операций. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
Чрескожная вертебропластика (ЧРП) продемонстрировала благоприятную клиническую эффективность при лечении болезненных остеопоротических компрессионных переломов позвонков (OVCF)9. Использование хирургами точной технологии чрескожной пункции на ножке играет решающую роль в определении оптимальной точки введения, направления и глубины пункционной иглы, тем самым значительно снижая возникновение осложнений10. В настоящее время рентгеновские аппараты с С-дугой широко используются в отечественной и международной практике традиционной хирургии PVP для облегчения корректировки хирургической траектории пункционной иглы11. Важнейший аспект заключается в определении идеальной точки прокола кости, которая условно расположена в проекции «слева 10 точек, справа 2 точки» ножки в поясничном отделе позвоночника. «Метод разделения девяти сеток» позволяет определить оптимальную область прокола кости.
Обоснование выбора девятиугольной сетки в качестве предпочтительного метода деления по сравнению с альтернативами, такими как «Четырехсетка» и «Шестнадцати-сетка», требует явного разъяснения. Это решение основано на предварительных экспериментах, которые показали, что сегментация проекции ножки в область с девятью сетками наиболее тесно согласуется с клинической практикой, а также учитывает референсное значение. «Метод разделения по четырем сеткам» отличается простотой в эксплуатации; Тем не менее, его ограниченное эталонное значение связано с неточным региональным разделением, что затрудняет определение безопасности точки входа в костную прокол. С другой стороны, «метод разделения шестнадцати сеточных зон» предлагает точное определение безопасности точки прокола, но его сложность во время хирургических процедур затрудняет наблюдение и суждение, что делает его несовместимым с клинической практикой. Следовательно, был выбран «Метод деления девяти сеток», поскольку он сочетает в себе клиническую целесообразность с обеспечением удовлетворительного референсного значения.
При дальнейшем анализе данных клинической визуализации наших предыдущих субъектов исследования12 было обнаружено, что точные точки прокола кости ПВП поясничного отдела позвоночника, спроецированные идеальной проекцией ножки «левые 10 точек, правые 2 точки», не всегда наблюдаются. Тем не менее, было замечено, что некоторые альтернативные точки прокола все еще могут давать удовлетворительные результаты прокола вблизи вышеупомянутой идеальной точки прокола кости. Эти отклонения от идеала не ставят под угрозу хирургическую безопасность или точность. Основываясь на полученных предположениях, мы вводим новое понятие идеальной области прокола кости для ножки ПВП, которое включает в себя сегментацию проекции ножки в область с девятью сетками на рентгеновском переднезаднем снимке. Используя рентгеновскую проекцию поясничной ножки в качестве анатомического ориентира, мы устанавливаем идеальную область прокола кости для ПВП путем разделения ножки на область с девятью сетками, тем самым преодолевая ограничения одной точки.
Теоретическая инновация имеет потенциал для улучшения хирургического пути пункции ПВП за счет использования хирургии ПВП в поясничном отделе позвоночника с помощью метода «Девятисетного разделения области». Это достижение может снизить дозу интраоперационной проекции и свести к минимуму продолжительность хирургических процедур, необходимых для корректировки точки входа кости пункционной иглы, что в конечном итоге повышает хирургическую эффективность и результативность. Следует отметить, что идеальная область прокола кости для «метода деления девяти сеточных областей» может варьироваться в зависимости от сегмента тела позвонка. В иллюстративных целях в качестве примера в данном контексте используется исключительно тело позвонка L1. Наши будущие исследования будут включать в себя дополнительные тематические исследования, более широкие сегменты выборки и исследования обучения роботов для повышения достоверности и объективности показаний и методологий для пункции PVP.
Тем не менее, существуют некоторые ограничения ПВП в поясничном отделе позвоночника с помощью метода «Nine-grid Area Division». Для обучения использованию программного обеспечения для медицинской визуализации существует кривая обучения. Любая ошибка, допущенная при разработке шаблона хирургами, незнакомыми с программным обеспечением, может привести к неудачному результату. Кроме того, необходимы более масштабные исследования для подтверждения надежности и практичности этого вывода.
У авторов нет конфликта интересов в отношении каких-либо лекарств, материалов или устройств, описанных в этом исследовании.
Исследование финансировалось Пекинским фондом естественных наук, Совместным фондом оригинальных инноваций Хайдянь (L232054) и Специальным фондом исследований в области развития столичного здравоохранения (NO.2024-2-2024).
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Компьютерная томография | Компания GE | machine | |
| Geomagic Wrap (программное обеспечение для 3-D реверс-инжиниринга производства) | обеспечение | Oqton | |
| Магнитно-резонансная машина для обработки изображений | Компания GE | ||
| машина Solidworks (программное обеспечение для 3-D моделирования для проектирования) | Dassault Systè mes - Программное обеспечение корпорации | ||
| SolidWorks Spirit Level Plus | IOS App Store | градиентор | |
| Рентгеновский аппарат | компании Philips | machine |
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение