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Medicine

Guía de impresión tridimensional Plantilla asistida de vertebroplastia percutánea (PVP)

doi: 10.3791/60010 Published: October 17, 2019
* These authors contributed equally

Summary

Aquí, presentamos una plantilla de guía de impresión tridimensional para la vertebraplastia percutánea. Un paciente con una fractura de compresión vertebral T11 fue seleccionado como un caso de estudio.

Abstract

La vertebroplastia percutánea (PVP) se considera un tratamiento eficaz para el dolor de espalda causado por la fractura por compresión vertebral osteoporótica. La precisión de la PVP depende principalmente de la experiencia de los cirujanos y de los múltiples fluoroscopios durante un procedimiento tradicional. Se notificaron complicaciones relacionadas con la punción en todo el mundo. Para que el procedimiento quirúrgico sea más preciso y disminuya la tasa de complicaciones relacionadas con pinchazos, nuestro equipo aplicó una plantilla de guía de impresión tridimensional a PVP para modificar el procedimiento tradicional. Este protocolo presenta cómo modelar los datos de imágenes DICOM de vértebras objetivo en tres dimensiones en el software, cómo simular el funcionamiento en este modelo 3D y cómo utilizar todos los datos quirúrgicos para reconstruir una plantilla específica del paciente para su aplicación. Con esta plantilla, los cirujanos pueden identificar los puntos de punción adecuados con precisión para mejorar la precisión de la operación. Todo el protocolo incluye: 1) diagnóstico de la fractura de compresión vertebral osteoporótica; 2) adquisición de imágenes por TC de la vértebra diana; 3) simulación de la operación en el software; 4) diseño y fabricación de la plantilla de guía de impresión 3D; y 5) aplicación de la plantilla en un procedimiento de operación.

Introduction

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Como la fractura de tipo más común entre todo tipo de fracturas osteoporóticas, la fractura por compresión vertebral osteoporótica (OVCF) es un problema clínico muy preocupante hoy en día. Como recomiendan las pautas actuales, la vertebroplastia percutánea es uno de los métodos mínimamente invasivos más eficaces para tratar clínicamente las fracturas por compresión vertebral osteoporótica1.

Tradicionalmente, los cirujanos realizan vertebroplastia percutánea guiada por un fluoroscopio de brazo C para tratar una fractura de compresión vertebral para restaurar el cuerpo vertebral comprimido y aliviar el dolor en etapa temprana2. Incluso los cirujanos experimentados cometen errores al confirmar los puntos de puntuación adecuados simplemente confiando en su experiencia personal. Esta operación podría causar algunas complicaciones relacionadas con la punción (por ejemplo, fuga de cemento en los tejidos circundantes, lesión en la raíz nerviosa, hematoma intraespinal, etc.3,4,5); además, casi el 50% de los pacientes tienen complicaciones locales de la PVP tradicional con el 95% de las complicaciones provenientes de la fuga de cemento en el tejido circundante o la embolización de las venas paravertebrales6. Con la aparición de la cirugía de precisión, se ha utilizado una plantilla de guía de impresión 3D en muchas operaciones de cirugía espinal7 porque puede mejorar la precisión del procedimiento, disminuyendo las dificultades y minimizando los riesgos operativos. Aquí, aplicamos una plantilla de guía de impresión 3D en el PVP para hacer el procedimiento quirúrgico más preciso y para disminuir la tasa de complicaciones relacionadas con pinchazos. En comparación con el método tradicional, las operaciones asistidas por la plantilla de guía de impresión 3D han aumentado 1) la precisión de la punción quirúrgica, 2) minimizaron la exposición a la radiación durante la operación, 3) acortaron el tiempo del procedimiento quirúrgico y 4) disminuyeron el tiempo de procedimiento quirúrgico y 4) disminuyeron el tiempo de procedimiento quirúrgico y 4) disminuyeron el tiempo de procedimiento quirúrgico y 4) disminuyeron el tiempo de procedimiento quirúrgico y 4) disminuyeron el tiempo de procedimiento quirúrgico y 4) disminuyeron el tiempo de procedimiento quirúrgico y 4) disminuyeron el tiempo de procedimiento quirúrgico y 4) disminuyeron el tiempo de procedimiento quirúrgico y 4) disminuyeron el tiempo de procedimiento quirúrgico y 4 probabilidad de complicaciones relacionadas con pinchazos.

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Protocol

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El presente estudio fue aprobado por el comité de ética de Beijing Friendship Hospital Capital Medical University.

1. Diagnóstico de la fractura de compresión vertebral osteoporótica (OVCF) por fluoroscopia de rayos X, imagen de resonancia magnética (RM), centellografía ósea y síntomas

  1. Identificar a los pacientes que tienen OVCF por pacientes mayores con dolor de espalda, sensibilidad en el proceso espinoso, músculos paraespinales en la espalda, etc.
  2. Utilice la fluoroscopia de rayos X posterioanterior para verificar si el paciente tiene fractura por compresión vertebral.
  3. Utilice una resonancia magnética para diagnosticar si un paciente tiene una fractura por compresión vertebral de nueva aparición y determinar las vértebras comprimidas objetivo. Para los pacientes que no pueden someterse a la RMN, utilice la centellografía ósea.
  4. Solicitar tratamiento de PVP para el paciente que tiene una fractura de compresión vertebral aguda y registrar la puntuación de la escala analógica visual (VAS) y el índice de discapacidad de oawestry (ODI)8.
    NOTA: Hay algunos criterios para la inclusión: 1) paciente fracturado por vértebra, ya sea que tenga antecedentes de un trauma de baja energía o no; 2) sin antecedentes o evidencia de enfermedad ósea metabólica o cáncer; 3) Puntuación VAS 7; 4) diagnóstico como fractura vertebral por rayos X, RMN o centellografía ósea.

2. Localización preoperatoria de la vértebra diana

  1. Antes de la operación, llevar a cabo una tomografía computarizada propensa en el paciente con tres marcadores radiopacos colocados en la línea media de la piel posterior del paciente a nivel vertebral comprimido. Mientras presiona la parte más dolorosa, confirme el área objetivo mediante fluoroscopia de rayos X y un examen físico en la espalda del paciente.
  2. Antes de la tomografía computarizada propensa, coloque un gradiente en la espalda del paciente inferior a los marcadores fijos. Registre la posición corporal del paciente y retírela. Pida al paciente que permanezca en la misma posición durante la cirugía.
  3. Guarde las imágenes de TC (espesor de capa de escaneado de 1 mm, espaciado de capa de 1 mm y 90 rodajas (escaneo convencional) o 400 sectores (escaneo de rodajas finas) en un formato DICOM. Coloque una almohadilla de algodón en la espalda del paciente para asegurarse de que los marcadores permanezcan hasta la operación.

3. Simulación del procedimiento de vertebroplastia percutánea en el software informático

  1. Exporte las imágenes de TC en formato DICOM al software de procesamiento de imágenes médicas (por ejemplo, MIMICS) y seleccione las rebanadas de destino para reconstruir la vértebra comprimida.
  2. Seleccione Segmentación de umbral para ajustar el rango de umbral para la vértebra objetivo de 125-3071H y crear una máscara. Presione Máscara duplicada para hacer dos máscaras: Máscara A y Máscara B.
  3. Haga clic en Editar máscara para borrar la vértebra de destino en la máscara A. A continuación, haga clic en Operaciones booleanas para formar una nueva máscara C usando Máscara B para menos Máscara A. Presione Calcular 3D a partir de Máscara para reconstruir la vértebra de destino.
  4. Simular PVP a través de un enfoque transpedicular bilateral en el software. En primer lugar, defina el cilindro Medcad en el software como el modelo de aguja de punción. Defina los cilindros con la misma longitud y radio que la aguja de punción (una longitud de 125 mm y un radio de 1,25 mm).
  5. Simular el punto de entrada, el ángulo de entrada (ángulo de inclinación de la cabeza y orientación del ángulo de abducción), y la profundidad de la aguja de punción para un PVP real con las vistas 3D de la vértebra objetivo.
  6. Ajuste las agujas de punción a su posición ideal utilizando la función Mover y girar. Mantener las trayectorias de la aguja consistentes con estos principios: 1) las agujas de punción pueden extrapolarse a través del pediculo, preferiblemente en su mitad superior; 2) la ubicación ideal de las puntas está en el punto dentro de la anterior un tercio del cuerpo vertebral en la vista lateral.

4. Plantilla de guía de impresión tridimensional

  1. Guarde todos los datos de la plantilla 3D y envíelos en el formato MCS a una empresa de impresión tridimensional.
  2. Convierta los datos de formato MCS en un formato STL y diseñe la plantilla utilizando software. Reconstruir la base, que debe aferrarse a la piel posterior del paciente, reconstruir el canal de trayectoria de acuerdo con todos los parámetros, incluidos los puntos de entrada de la piel, los ángulos de entrada y la profundidad de la trayectoria de las dos agujas, imprimir dos mismas plantillas para la operación .
    NOTA: La plantilla guía está hecha de ácido poliláctico, que se puede esterilizar y por desinfección de vapor a baja temperatura.

5. Aplicar la plantilla de guía de impresión tridimensional para ayudar a la operación real de PVP

  1. Haga que el paciente se encueste en la mesa de operaciones en cuanto a la exploración por TC de acuerdo con el registro del gradiente. Mida la distancia de los tres marcadores radiopacos y dibuje el contorno de los tres marcadores para que coincida con la plantilla con la ubicación de destino.
  2. Haga coincidir una plantilla de piel junto con el contorno de la piel. Inserte y presione dos hisopos a través de las trayectorias de la aguja en la plantilla para marcar los puntos de inserción en la piel. A continuación, quite la plantilla y dibuje los puntos como punto A y B.
  3. Retire la plantilla y desinfecte la piel. Cubra el área y coloque las puntas de dos agujas de punción en los puntos de inserción (punto A y B). A continuación, utilice la vista anteroposterior de la fluoroscopia del brazo C para confirmar si los puntos de punción determinados por la plantilla son factibles.
  4. Dar al paciente anestesia local inyectando una mezcla de 5 ml de 1% de lidocaína y 1% ropavicaína en cada punto de punción. Fijar otra plantilla esterilizada en la espalda del paciente por película esterilizada.
  5. Toque las dos agujas en la vértebra objetivo ligeramente a través de inserciones a través de los cilindros guía de la plantilla. Verifique con el fluoroscopio del brazo C que las trayectorias son adecuadas para la inserción. Asegúrese de que la puntuación está dentro de los pediculos y luego toque las agujas para avanzar más hasta el final de la trayectoria.
  6. Cuando las agujas enteras estén completamente insertadas en los cilindros guía, verifique con el fluoroscopio del brazo C que las puntas de las agujas han alcanzado su ubicación ideal.
  7. Inyecte cemento óseo en el cuerpo vertebral a través de las agujas. Inyectar 2 ml de cemento óseo a través de cada trayectoria para un total de 4 ml de cemento óseo a la vértebra.
  8. Por último, utilice la fluoroscopia para comprobar la distribución del cemento óseo dentro del cuerpo vertebral mediante vistas anteroposteriores y laterales. Coser las inserciones.

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Representative Results

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La adquisición de imágenes de TC y el modelado digital se realizaron en el hospital, mientras que la impresión 3D se realizó en una empresa de impresión 3D. Se necesitaron treinta minutos para reconstruir el modelo 3D a partir de las imágenes de TC para la impresión 3D, y la imprenta 3D necesitaba unas 6 horas para imprimir 2 plantillas de guía y enviarlas al hospital.

Las imágenes previas a la operación de la vértebra objetivo del paciente se mostraron en la Figura 1 y la Figura 2:Rayos X (A1: Vista Posterioanterior; A2: Vista lateral); imagen de resonancia magnética (A3: vista TIWI; A4: Vista T2WI; A5: Vista FS). La Figura 3 ilustra la adquisición de imágenes de TC, marca las vértebras diana y registra la posición del cuerpo del paciente. A partir del plano coronal(Figura 4A), el plano transversal(Figura 4B)y el plano sagital(Figura 4C),la imagen de la vértebra CT se reconstruyó en un modelo 3D(Figura 4D). La simulación del procedimiento de operación PVP en el software de procesamiento de imágenes se muestra en el cuadro 5. La Figura 6 presenta la longitud de los cilindros guía de la plantilla, y la Figura 7 muestra los procedimientos para fabricar la plantilla de guía. La Figura 8 muestra la formación de la base(Figura 8A),la formación del cilindro guía(Figura 8B),el proceso de producción(Figura 8C)y la plantilla final ( Figura 8D). La figura 9 muestra los pasos de operación típicos.

Figure 1
Figura 1: Radiografía del paciente OVCF. Muestra las imágenes de rayos X previas a la operación de la vértebra diana del paciente. (A1: Vista Posterioanterior; A2: Vista lateral). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 2
Figura 2: RMN del paciente ovCF. Muestra las imágenes de RMN previas a la operación de la vértebra diana del paciente. (A3: vista TIWI; A4: Vista T2WI; A5: Vista FS). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 3
Figura 3: Localización preoperatoria de la vértebra diana. Ilustra la adquisición de imágenes de TC, el marcado de las vértebras diana y el registro de la posición corporal del paciente. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 4
Figura 4: Reconstrucción de la vértebra en MIMICS. Presenta el modelo de vértebra reconstruido a partir de la imagen de la vértebra CT a partir de (A) el plano coronal, (B) el plano transversal, (C) el plano sagital y (D) el modelo 3D. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 5
Figura 5: Simulación del procedimiento de operación PVP en los MIMICS. Muestra la simulación del procedimiento de operación PVP en los MIMICS. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 6
Figura 6: Fecha de los cilindros guía de la plantilla. Presenta la longitud de los cilindros guía de la plantilla. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 7
Figura 7: Los procedimientos de fabricación de la plantilla de guía. Ilustra los pasos para fabricar la plantilla, incluida la reconstrucción de la base y el canal de trayectoria. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 8
Figura 8: El modelo de plantilla guía. Muestra (A) la formación de la base, (B) la formación del cilindro guía, (C) el proceso de producción y (D) la entidad de plantilla real. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 9
Figura 9: Pasos típicos de la operación. (A) Utilice el gradiente para asegurarse de que el paciente está en la misma posición cuando se realizó la TC; (B) Coincide con una plantilla con la piel para determinar los puntos de punción; (C) Puntos de punción final; (D) Utilice las agujas de punción para comprobar dos veces los puntos de punción; (E) Fijar la otra plantilla esterilizada e insertar las agujas; (F) Toque las agujas hasta el final de las trayectorias; (G) Inyectar cemento óseo bilateralmente a través de las agujas; (H) Fluoroscopio final de la distribución de cemento óseo dentro del cuerpo vertebral. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Discussion

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La vertebroplastia percutánea (PVP) se considera uno de los mejores métodos para tratar la fractura por compresión vertebral osteoporótica9 debido a algunas ventajas distintas: es mínimamente invasiva; hay menos sangrado, y la recuperación es rápida. PvP tradicional se guía principalmente por un fluoroscopio de brazo C que requiere fluoroscopia repetida para determinar puntos de punción seguros e ideales, ángulos de punción y orientaciones, lo que aumenta la dosis de radiación intraoperatoria y el tiempo de operación10 . Además, la tasa de éxito de la operación se basa principalmente en la experiencia de los cirujanos. Sin embargo, todavía hay tasas de error del 1,2%-15,7% y tasas de reoperación del 0-7,42%, incluso para las operaciones asistidas por un sistema de navegación guiado por imágenes11.

Una plantilla de guía 3D tiene algunas ventajas para ayudar en las operaciones de inserción de tornillo pedicular torácico y cervical12,13,14. Nuestro equipo combina una plantilla de guía de impresión 3D con PVP. Los resultados de nuestro estudio clínico aleatorizado, no ciego y controlado muestran que la plantilla proporciona muchas ventajas antes y durante las operaciones: mayor precisión de perforación; tiempo quirúrgico minimizado y exposición a la radiación; y disminución de las complicaciones relacionadas con los pinchazos. Para los residentes médicos con menos oportunidad de realizar la operación en pacientes, la plantilla podría acortar la curva de aprendizaje de la operación y ayudarles a encontrar los puntos de punción más fáciles.

Además, nuestra investigación de tareas clínicas se centra en la aplicación de una plantilla de guía 3D en pacientes OVCF de un segmento. En el futuro, aplicaremos la plantilla de guía en pacientes complicados con OVCF con osteoporosis grave, cifosis grave, escoliosis o vértebra fracturada multisegmento. Estas complicadas operaciones de OVCF requieren múltiples exploraciones de fluoroscopio y tienen largos tiempos de operación, incluso para cirujanos experimentados. La aplicación de la plantilla de guía 3D para estos casos ofrece un enfoque de punción más preciso y seguro, reduce el tiempo de operación y reduce la exposición a la radiación.

Sin embargo, hay algunas limitaciones de la vertebroplastia percutánea asistida de la guía de impresión tridimensional. Se requiere tiempo para captar el uso del software de imágenes médicas. Durante el diseño de la plantilla, cualquier error individual cometido por cirujanos que no estén familiarizados con el software puede conducir a una cirugía fallida. Por lo tanto, este método requiere que al menos un cirujano en el equipo esté familiarizado con el uso del software, así como los procedimientos de operación. El diseño preoperatorio de la impresión de plantillas y plantillas aumenta los costos del paciente y la carga de trabajo del cirujano. A veces, la plantilla se deforma ligeramente después de la esterilización, lo que afecta el apego perfecto de la plantilla a la piel posterior del paciente y la precisión de la punción. Por lo tanto, nuestro equipo está buscando materiales alternativos para la fabricación de plantillas que no se deformarían después de la esterilización.

Colectivamente, la vertebroplastia percutánea asistida con plantilla de guía de impresión 3D podría ayudar a los cirujanos a visualizar exhaustivamente la vértebra fracturada y a desarrollar un plan quirúrgico individualizado para el paciente. Contribuye a la precisión de la punción durante el procedimiento y disminuye las complicaciones relacionadas con la punción. Minimiza el tiempo quirúrgico y la exposición a la radiación, al tiempo que acorta el proceso de aprendizaje de PVP para los cirujanos jóvenes.

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Disclosures

Los autores no tienen conflicto de intereses con respecto a cualquier droga, material o dispositivo descrito en este estudio.

Acknowledgments

El estudio fue financiado por la Comisión Municipal de Ciencia y Tecnología de Beijing (No.Z181100001718078), China.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
X-ray machine Company Philips machine
Magnetic resonance image machine Company GE machine
computer tomography Company GE machine
HORI 3D printing machine Company of Beijing Huitianwei Technology co. ltd. machine
Geomagic Design X 3D Systems Company software
Materialise Interactive Medical Image Control System Materialise Company software
VertePort needle Stryker Company operation appliance
Spineplex Stryker Company operation appliance
Percutaneous Cement Delivery System Stryker Company operation appliance
Spirit Level Plus IOS App store gradientor

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References

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Hu, P., Lin, J., Xu, J., Meng, H., Su, N., Yang, Y., Fei, Q. Three-Dimensional Printing Guide Template Assisted Percutaneous Vertebroplasty (PVP). J. Vis. Exp. (152), e60010, doi:10.3791/60010 (2019).More

Hu, P., Lin, J., Xu, J., Meng, H., Su, N., Yang, Y., Fei, Q. Three-Dimensional Printing Guide Template Assisted Percutaneous Vertebroplasty (PVP). J. Vis. Exp. (152), e60010, doi:10.3791/60010 (2019).

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