Метод деления девяти сеточных областей: новая идеальная область прокола кости для чрескожной вертебропластики в поясничном отделе позвоночника

Краткое содержание

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.

Аннотация

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.

Введение

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.

Протокол

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

1. Определите пациента с OVCF среди пожилых пациентов с такими симптомами, как боль в спине, болезненность в остистом отростке и параспинальные мышцы спины. Используйте заднепереднюю рентгеноскопию для оценки наличия компрессионного перелома позвонка на уровне L1 (Рисунок 2A). Используйте МРТ для подтверждения диагноза недавно возникшего компрессионного перелома поясничного позвонка и определения конкретного пораженного позвонка, который определен как L1 (Рисунок 2B).

2. Предоперационное получение компьютерной томографии пациента в положении лежа на животе

1. Поместите пациента в положение лежа для выполнения КТ в положении лежа на животе. Подтвердите целевую область с помощью рентгеновской рентгеноскопии и физического осмотра спины пациента при надавливании на наиболее болезненную часть.
2. Заставьте пациента лечь в положение лежа на операционном столе, положите градиентер на спину пациента перед компьютерной томографией в положении лежа, запишите положение тела пациента, а затем снимите градиент (рис. 3).
3. Сохраните снимки компьютерной томографии (толщина слоя сканирования 1 мм, расстояние между слоями 1 мм, а также 90 срезов (обычное сканирование) или 400 срезов (сканирование тонких срезов) в формате DICOM.

3. Создание 3D-модели и моделирование операции в программном обеспечении для обработки медицинских изображений

1. Экспортируйте изображения компьютерной томографии в формате DICOM в программное обеспечение для обработки медицинских изображений, нажав кнопку «Новый проект». Выберите желаемые срезы для реконструкции сжатого позвонка.
2. Используйте инструмент Пороговая сегментация для настройки порогового диапазона для целевого позвонка, в частности, в диапазоне 125-3071 H для создания маски. Используйте функцию Duplicate Mask для создания двух отдельных масок, Mask A и Mask B.
3. Используйте функцию редактирования маски , чтобы стереть целевой позвонок с маски А. Затем используйте инструмент «Логические операции » для вычитания маски A из маски B, что приведет к формированию новой маски, маски C. Наконец, активируйте функцию Calculate 3-D для реконструкции целевого позвонка с помощью маски C; назовите эту 3-D модель L1 (Рисунок 4A).
4. Щелкните правой кнопкой мыши по кнопке «Создать» в интерфейсе «Объекты», выберите «Рисовать», а затем выберите «Цилиндр». Следите за тем, чтобы цилиндр имел те же размеры, что и игла для прокола, длиной 12,5 мм и радиусом 1,25 мм.
5. Отрегулируйте положение цилиндра с помощью функции «Переместить и повернуть », чтобы добиться идеального положения (Рисунок 4B). На протяжении всего моделирования следите за тем, чтобы траектория иглы соответствовала установленным принципам: игла для пункции должна иметь возможность пересекать ножку, предпочтительно в ее верхней половине, а оптимальное расположение кончиков должно находиться в пределах передней трети тела позвонка при виде сбоку.
6. Щелкните правой кнопкой мыши по L1 в интерфейсе «Объекты », выберите «Экспорт STL», а затем экспортируйте файл в формате STL.

4. Полировка 3D-модели в производственном программном обеспечении для 3D-реверс-инжиниринга

1. Импортируйте экспортированный файл твердого тела тела позвонка в производственное программное обеспечение для 3-D реверс-инжиниринга, нажав кнопку «Импорт». Следовательно, используйте функцию Mesh Doctor для устранения искажений и скачков в модели.
2. Поскольку функция Grid Doctor может ошибочно идентифицировать нормальные анатомические структуры как искажения или спайки, позаботьтесь о тщательном изучении грубой модели, чтобы выявить любые внутренние пустоты, и следуйте шагу 4.1, чтобы заполнить их соответствующим образом (Рисунок 5A).
3. Используйте функцию Precise Surface для преобразования твердотельной модели в треугольную поверхность сетки, выбрав материал Organic Geometry Material (Рисунок 5B). Дождитесь завершения автоматизированного процесса построения поверхности и впоследствии экспортируйте файл в формат STP.

5. Реконструкция инженерной модели позвонка и подтверждение безопасных областей входа проекции ножки в программном обеспечении для 3D-моделирования

1. Импортируйте документ точной поверхности в формате STP в программное обеспечение для 3D-моделирования, чтобы реконструировать инженерную модель позвонка, нажав кнопку «Открыть». Используйте функцию «Разрез вида » для изучения морфологии ножки в горизонтальной, сагиттальной и корональной ориентациях, обеспечивая первоначальное наблюдение за морфологией и структурой ножки (рис. 6A).
2. На панели Вид сечения отрегулируйте угол сечения для оптимальной визуализации. Используя прозрачные тела сечения, обратите внимание на самое узкое место ножки (Рисунок 6B) и запишите параметры угла в Секции 1 на левой панели.
3. Чтобы отрегулировать угол наклона модели позвонка, нажмите на функцию «Вставка-Функции-Переместить/Копировать» и выберите кнопку «Переместить/Повернуть», расположенную в нижней части левой панели. Вернитесь на панель «Вид сечения » и настройте параметр угла обзора в разделе 1 на 0.
4. Выполните точную настройку параметров смещения на панели Секция 1 , чтобы получить удовлетворительный вид сечения ножки. Измените ориентацию для улучшения перспективы, чтобы рассмотреть секцию ножки. Задокументируйте подтвержденные параметры смещения на панели (рисунок 7).
5. Используйте вышеупомянутую функцию Move/Copy для манипулирования положением модели позвонка. Укажите параметр смещения на левой панели. Используйте инструмент «Угловой прямоугольник », чтобы охватить все тело позвонка.
6. Для начала перейдите к опции Features-Reference Geometry-Plane и назначьте вид сечения в качестве First Reference. Измените параметр смещения расстояния соответствующим образом, чтобы переместить вновь созданную плоскость в переднюю треть тела позвонка.
7. Приступайте к созданию эскиза на вышеупомянутой плоскости и нарисуйте точку в середине тела позвонка, обозначающую конечную точку прокола.
8. Используйте функцию «Вытянутый вырез » для выполнения резки модели. Обозначьте созданный прямоугольный эскиз как Выбранные контуры.
9. Внесите коррективы как в направление, так и в глубину, чтобы разделить модель тела позвонка на две половины, а именно на половину тела позвонка и половину пластинки (рисунок 8A). Сохраняйте инженерные файлы в формате SLDPRT, в частности, как часть процесса.
10. Откройте файл, содержащий часть тела позвонка, после чего создайте эскиз на основе плоскости сечения. Используйте функцию "Преобразовать объекты " для преобразования проекции левого ножа в эскиз кривой.
11. Повторите описанную выше процедуру для правой проекции ножки, в результате чего будет получен еще один эскиз кривой. Используйте функцию «Заполненная поверхность » для преобразования эскизов кривых в поверхности, при этом эскизы кривой проекции левой и правой ножки служат границей (рис. 8B).
12. Отобразите полученную поверхность после того, как позвонок был скрыт. Выберите функцию Lofted Boss/Base на панели Features .
13. Превосходное расположение поверхности левой ножки с обозначением конечной точки прокола как профилей позволит получить коническую структуру, очерчивающую пути для прокола ножки. Используйте левую сторону в качестве образца в иллюстративных целях, с той же самой процессом, которая будет воспроизведена с правой стороны.
14. Используйте функцию «Масштаб » для увеличения двусторонней конической структуры, при этом центроид служит точкой масштабирования центра, а коэффициент масштабирования равен 2. Используйте функцию Переместить/Копировать тело для индивидуального перемещения конических структур.
15. В интерфейсе панели "Настройка сопряжения " выберите вершину конструкции и конечную точку прокола, установив режим согласования " Совпадение". Впоследствии удалите тело позвонка с помощью функции «Удалить/Сохранить тело » (Рисунок 9A).
16. Биконическая структура представляет собой компиляцию двусторонних траекторий пункции ножки, сохраненных в формате SLDPRT. Используйте функцию «Вставить часть», чтобы собрать часть пластинки и часть тела позвонка с помощью набора для прокола ножки. Просто нажмите кнопку OK , чтобы автоматически выровнять положение вставки детали с началом координат (Рисунок 9B).
17. Используйте функцию Combine Body для выполнения логических операций над различными компонентами. В процессе вычитания набора проколов из одной половины пластинок с сохранением всех компонентов пластинок последующий анализ показывает, что идеальная область прокола кости включает области 1, 4 и 7 с левой стороны (рис. 9C).

Результаты

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 ...

Обсуждение

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 используютс...

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье

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

Программное