Summary
В этом виде мы представляем трехмерный шаблон руководства по печати для перкутании позвоночной пластики. Пациент с переломом сжатия позвоноков T11 был выбран в качестве тематического исследования.
Abstract
Перкутанная вертебропластика (PVP) считается эффективным средством для лечения боли в спине, вызванной остеопоротическим переломом компрессии позвонков. Точность PVP в основном зависит от опыта хирургов и несколько флюороскопов во время традиционной процедуры. Во всем мире были зарегистрированы осложнения, связанные с проколом. Чтобы сделать хирургическую процедуру более точной и уменьшить скорость осложнений, связанных с проколами, наша команда применила трехмерный шаблон руководства по печати для PVP, чтобы изменить традиционную процедуру. Этот протокол вводит, как моделировать целевые позвонки DICOM изображений данных в трех измерениях в программном обеспечении, как имитировать работу в этой 3-D модели, и как использовать все хирургические данные для реконструкции пациента конкретный шаблон для применения. Используя этот шаблон, хирурги могут точно определить подходящие точки прокола, чтобы повысить точность операции. Весь протокол включает в себя: 1) диагностику остеопоротического перелома позвонков; 2) приобретение КТ-изображения целевого позвонка; 3) моделирование операции в программном обеспечении; 4) проектирование и изготовление шаблона руководства по трех-D печати; и 5) применение шаблона в процедуру операции.
Introduction
Как наиболее распространенный тип перелома среди всех видов остеопоротических переломов, остеопоротический перелом позвонков (OVCF) является весьма относительно клинической проблемы в настоящее время. Как рекомендуют текущие руководящие принципы, перкутанная вертебропластика является одним из наиболее эффективных минимально инвазивных методов для клинического лечения остеопоротических переломов сжатия позвонков1.
Традиционно, хирурги выполняют перкутанную вертебропластику руководствуясь C-рука флюороскоп для лечения компрессионного перелома позвонков для восстановления сжатого тела позвонков и облегчить раннюю стадию боли2. Даже опытные хирурги делают ошибки в подтверждении подходящих точек прокола, просто полагаясь на свой личный опыт. Эта операция может вызвать некоторые связанные с проколом осложнения (например, утечка цемента в окружающие ткани, повреждение корня нерва, внутриспинно-спинальная гематома и т.д.3,4,5); кроме того, почти 50% пациентов имеют локальные осложнения от традиционных PVP с 95% осложнений, исходящих от утечки цемента в окружающие ткани или эмболизации парапозвоночных вен6. С появлением точной хирургии, трехмерный шаблон руководства по печати был использован во многих операциях хирургии позвоночника7, потому что он может повысить процедурную точность, уменьшая трудности и минимизируя эксплуатационные риски. Здесь мы применяем шаблон руководства по трехмерной печати в PVP, чтобы сделать хирургическую процедуру более точной и уменьшить скорость осложнений, связанных с проколом. По сравнению с традиционным методом, операции при содействии шаблона руководства по 3D-печати имеют 1) повышенную точность хирургического прокола, 2) минимизировали облучение во время операции, 3) сократили время хирургической процедуры, и 4) уменьшили вероятность осложнений, связанных с проколом.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Настоящее исследование было одобрено комитетом по этике Пекинской больницы дружбы Столичного медицинского университета.
1. Диагностика остеопоротического компрессионного перелома позвонков (OVCF) с помощью рентгеновской флюороскопии, магнитно-резонансного изображения (МРТ), сцинтиграфии костей и симптомов
- Определите пациентов, у которых OVCF у пожилых пациентов с болью в спине, нежностью в спинномозговом процессе, параспинальными мышцами спины и т.д.
- Используйте posterioanterior рентгеновская флюороскопия, чтобы проверить, если пациент имеет перелом сжатия позвонков.
- Используйте МРТ для диагностики того, есть ли у пациента новый перелом компрессии позвонков, и определить цель сжатых позвонков. Для пациентов, которые не могут пройти МРТ, используйте сцинтиграфию костей.
- Заказать PVP лечение для пациента, который имеет острый перелом компрессии позвонка и записать визуальный аналог шкалы (VAS) оценка и Oawestry индекс инвалидности (ODI)8.
ПРИМЕЧАНИЕ: Есть несколько критериев для включения: 1) перелом позвонка пациента ли имеющие историю травмы с низким уровнем энергии или нет; 2) нет истории или доказательств метаболических заболеваний костей или рака; 3) БАЛЛ VAS No 7; 4) диагноз как перелом позвонка рентгеном, МРТ или сцинтиграфией костей.
2. Предоперационная локализация целевого позвонка
- Перед операцией проводите компьютерную томографию пациента с тремя радиопаковыми маркерами, помещенными в средней линии задней кожи пациента на уровне сжатых позвонков. При нажатии на наиболее болезненную часть, подтвердить целевую область рентгеновской флюороскопии и физического обследования на спине пациента.
- Перед прональным компьютерной томографией, наденьте градитер на спину пациента, просто уступающий фиксированным маркерам. Запишите положение тела пациента, а затем удалить его. Поиметь пациента оставаться в том же положении во время операции.
- Сохранить КТ изображения (1 мм сканирование толщина слоя, 1 мм интервал слоя, и либо 90 ломтиков (обычное сканирование) или 400 ломтиков (тонкий срез сканирования ломтика) в формате DICOM. Положите ватную палочку на спину пациента, чтобы маркеры оставались до операции.
3. Моделирование процедуры перкутании вертебропластики в компьютерном программном обеспечении
- Экспорт КТ-изображений в формате DICOM в программное обеспечение для обработки медицинских изображений (например, MIMICS) и выберите целевые срезы для реконструкции сжатого позвонка.
- Выберите сегментацию порога, чтобы настроить пороговой диапазон для целевого позвонка от 125-3071H и создать маску. Нажмите Двойник маска, чтобы сделать две маски: Маска А и маска Б.
- Нажмите Маска Edit, чтобы стереть целевой позвонок в маске А. Затем нажмите Boolean Операции сформировать новую маску C с помощью маска B минус маска A. Нажмите Рассчитать 3D от маска для реконструкции целевого позвонка.
- Имитировать PVP с помощью двустороннего транспедикулярного подхода в программном обеспечении. Во-первых, определить medcad цилиндр в программном обеспечении, как прокол иглы модели. Определите цилиндры одинаковой длины и радиуса, что и гладачка (длина 125 мм и радиус 1,25 мм).
- Имитировать точку входа, угол входа (угол наклона головы и ориентацию угла похищения), а также глубину проколовной иглы для реального PVP с 3-D видом целевого позвонка.
- Отрегулируйте иглы прокола в идеальное положение, используя функцию Move and Rotate. Держите траектории иглы в соответствии с этими принципами: 1) прокол иглы могут экстраполировать через педику, предпочтительно в своей высшей половине; 2) идеальное расположение кончиков находится в точке в передней одной трети тела позвонка на боковой вид.
4. Трехмерный шаблон руководства по печати
- Сохраните все данные 3D-шаблона и отправьте их в формате MCS в трехмерную типографию.
- Преобразуйте данные формата MCS в формат STL и разработайте шаблон с помощью программного обеспечения. Восстановить основание, которое должно цепляться за заднюю кожу пациента, реконструировать траекторию канала по всем параметрам, включая точки входа кожи, углы входа и глубину траектории двух игл, распечатать два одинаковых шаблона для операции .
ПРИМЕЧАНИЕ: Шаблон руководства изготовлен из полилактической кислоты, которая может быть стерилизована и при низкой температуре паровой дезинфекции.
5. Применение трехмерного шаблона руководства по печати для оказания помощи реальной операции PVP
- Сделать пациента лежать склонны на столе операции, как для КТ сканирования в соответствии с градиоцией записи. Измерьте расстояние трех маркеров радиопакетов и нарисуйте контуры трех маркеров, чтобы соответствовать шаблону с целевым местоположением.
- Матч шаблон кожи вместе с контуром кожи. Вставьте и нажмите два тампона через траектории иглы на шаблоне, чтобы отметить точки вставки на коже. Затем снимите шаблон и нарисуйте точки в виде точек А и В.
- Удалите шаблон и дезинфицировать кожу. Drape области и положить кончики двух проколов иглы в точках вставки (точка А и В). Затем используйте вид антеропостерио C-руки флюороскопии, чтобы подтвердить, являются ли точки прокола, определяемые шаблоном, осуществимы.
- Дайте пациенту местную анестезию путем введения смеси 5 мл 1% лидокаина и 1% ропавикаина в каждой точке прокола. Исправьте другой стерилизованный шаблон на спине пациента стерилизованные пленки.
- Нажмите две иглы в целевой позвонок немного через вставки через руководящие цилиндры шаблона. Убедитесь, что траектории пригодны для вставки. Убедитесь, что пунктуация находится в педике, а затем нажмите иглы, чтобы продвинуться дальше до конца траектории.
- Когда целые иглы полностью вставлены в направляющие цилиндры, проверить с C-рука флюороскоп, что игла советы достигли своего идеального местоположения.
- Вводят костной цемент в тело позвонка через иглы. Вводят 2 мл костного цемента по каждой траектории в общей сложности 4 мл костного цемента в позвонок.
- Наконец, используйте флюороскопию, чтобы проверить распределение костного цемента в позвоночном теле anteroposterior и боковые виды. Вышивав вставки.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Приобретение КТ изображений и цифрового моделирования было выполнено в больнице, в то время как трех-D печать была выполнена в трех-D печати компании. Тридцать минут понадобилось для реконструкции трехмерной модели из КТ-изображений для трехмерной печати, а компании по 3D-печати потребовалось около 6 часов, чтобы распечатать 2 шаблона руководства и отправить его в больницу.
Предварительные изображения целевого позвонка пациента были показаны на рисунке 1 и рисунке 2: рентгеновский снимок (A1: Вид Постериоаннериора; A2: боковой вид); магнитно-резонансное изображение (A3: вид TIWI; A4: вид T2WI; A5: представление FS). Рисунок 3 иллюстрирует приобретение КТ-изображений, отмечает целевые позвонки и записывает положение тела пациента. С корональной плоскости(рисунок 4A), поперечная плоскость (Рисунок 4B) и сагитальной плоскости(Рисунок 4C), КТ-позвонок изображение было реконструировано в 3-D модель(Рисунок 4D). Моделирование процедуры работы PVP в программном обеспечении для обработки изображений показано на рисунке 5. На рисунке 6 представлена длина направляющих цилиндров шаблона, а на рисунке 7 показаны процедуры изготовления шаблона руководства. На рисунке 8 показано формирование базы(рисунок 8А),формирование направляющего цилиндра(рисунок 8В),производственный процесс(рисунок 8C),и окончательный шаблон ( Рисунок 8D). На рисунке 9 показаны типичные этапы работы.
Рисунок 1: Рентген пациента OVCF. Показывает предоперационные рентгеновские снимки целевого позвонка пациента. (A1: Posterioanterior вид; A2: Боковой вид). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 2: МРТ пациента OVCF. Показывает предоперационные МРТ изображения целевого позвонка пациента. (A3: вид TIWI; A4: вид T2WI; A5: представление FS). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 3: Предоперационная локализация целевого позвонка. Иллюстрирует приобретение КТ изображений, маркировки целевых позвонков, а также запись положения тела пациента. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 4: Реконструкция позвонков в МИМИКС. Представляет реконструированный позвонок модель из КТ позвонка изображение из (A) корональной плоскости, (B) поперечной плоскости, (C) sagittal плоскости и (D) 3-D модели. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 5: Моделирование процедуры операции PVP в MIMICS. Показывает моделирование процедуры операции PVP в MIMICS. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 6: Дата направляющих цилиндров шаблона. Представляет длину направляющих цилиндров шаблона. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 7: Процедуры изготовления шаблона руководства. Иллюстрирует шаги по изготовлению шаблона, включая реконструкцию базы и траектории канала. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 8: Модель руководящего шаблона. Показывает(A) образование основания, (B) образование направляющего цилиндра, (C) процесс произвепроизводимого и (D) реальный образец шаблона entity. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 9: Типичные этапы операции. (A) Используйте градиокр, чтобы убедиться, что пациент находится в том же положении, когда КТ была выполнена; (B) Матч один шаблон с кожей, чтобы определить точки прокола; (C)Окончательные точки прокола; (D) Используйте прокол иглы, чтобы дважды проверить точки прокола; (E) Исправить другой стерилизованный шаблон и вставить иглы; (F) Нажмите иглы до конца траекторий; (G)Впрыснуть костной цемент на двусторонней основе через иглы; (H) Заключительный флюороскоп распределения костного цемента в позвоночном теле. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Перкутанная вертебропластика (PVP) считается одним из лучших методов лечения остеопоротического компрессионного перелома позвонков9 из-за некоторых явных преимуществ: это минимально инвазивный; меньше кровотечения, и восстановление происходит быстро. Традиционный PVP в первую очередь руководствуется C-рука флюороскоп, который требует повторной флюороскопии, чтобы определить безопасные и идеальные точки прокола, углы прокола и ориентации, что увеличивает внутриоперационной дозировки излучения и время работы10 . Кроме того, успешность операции зависит в основном от опыта хирургов. Тем не менее, Есть еще 1,2%-15,7% погрешности и 0-7,42% частоты операций, даже для операций при содействии изображения наведения навигационной системы11.
Шаблон 3D-руководства имеет некоторые преимущества для оказания помощи в грудной и шейной педикл нойша винт вставки операций12,13,14. Наша команда сочетает в себе шаблон руководства по трех-D печати с PVP. Результаты нашего рандомизированного, неслепого, контролируемого клинического исследования показывают, что шаблон предоставляет много преимуществ до и во время операций: повышенная точность прокола; минимизированное хирургическое время и облучение; и снижение осложнений, связанных с проколами. Для медицинских жителей с меньшими возможностями для выполнения операции на пациентах, шаблон может сократить кривую обучения операции и помочь им найти точки прокола легче.
Кроме того, наши клинические исследования направлены на применение трехмерного шаблона руководства в одном сегменте пациентов OVCF. В будущем мы будем применять шаблон руководства к сложным пациентам OVCF с тяжелым остеопорозом, тяжелым кифозом, сколиозом или многосегментным переломным позвонком. Эти сложные операции OVCF требуют нескольких флюороскопсканирования и имеют длительные оперативные времена, даже для опытных хирургов. Применение трех-D шаблона руководства для этих случаев предлагает более точный и безопасный подход прокола, сокращает время работы и уменьшает радиационное облучение.
Тем не менее, есть некоторые ограничения трехмерной печати руководство шаблон аттепов помощь перкутанной вертебропластики. Время требуется, чтобы понять использование медицинского программного обеспечения изображений. При разработке шаблона любая ошибка, допущенная хирургами, незнакомыми с программным обеспечением, может привести к неудачной операции. Таким образом, этот метод требует, чтобы по крайней мере один хирург в команде знаком с использованием программного обеспечения, а также операционные процедуры. Предоперационная конструкция шаблона и печать шаблонов увеличивают затраты пациентов и рабочую нагрузку хирурга. Иногда шаблон слегка деформируется после стерилизации, что влияет на идеальное крепление шаблона к коже спины пациента и точность прокола. Поэтому наша команда ищет альтернативные материалы для изготовления шаблонов, которые не деформируются после стерилизации.
В совокупности, 3D-печать руководство шаблон аттефизированный припугивается вертебропластика может помочь хирургам всесторонне визуализировать перелом позвонка и разработать индивидуальный хирургический план для пациента. Это способствует точности прокола во время процедуры и уменьшает прокол связанных осложнений. Это сводит к минимуму хирургическое время и облучение при одновременном сокращении процесса обучения PVP для молодых хирургов.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторы не имеют конфликта интересов в отношении каких-либо наркотиков, материалов или устройств, описанных в этом исследовании.
Acknowledgments
Исследование было профинансировано Пекинской муниципальной комиссией по науке и технологиям (No 181100001718078), Китай.
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 |
References
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Laredo, J. D., Hamze, B. Complications of percutaneous vertebroplasty and their prevention. Skeletal Radiology. 33 (9), 493-505 (2004).
- Saracen, A., Kotwica, Z. Complications of percutaneous vertebroplasty: An analysis of 1100 procedures performed in 616 patients. Medicine. 95 (24), e3850 (2016).
- 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).
- 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).
- Ruiz, S. F., et al. Comparative review of vertebroplasty and kyphoplasty. World Journal of Radiology. 6 (6), 329-343 (2014).
- Cannavale, A., et al. Percutaneous vertebroplasty with the rotational fluoroscopy imaging technique. Skeletal Radiology. 43 (11), 1529-1536 (2014).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
