Summary
Bu çalışma, yüksek çözünürlüklü bilgisayarlı tomografi (HRCT) ve MRG-Dixon verilerinden kaynaştırılmış hem vertebra hem de spinal sinir modellerini içeren, hastaya özgü lomber vertebranın 3D baskılı bir modelini oluşturmayı amaçlamaktadır.
Abstract
Selektif dorsal rizotomi (SDR), laminektominin sadece yeterli bir cerrahi görüş alanını ortaya çıkarmakla kalmayıp aynı zamanda hastanın omurilik sinirlerini yaralanmalardan koruması gereken zor, riskli ve sofistike bir operasyondur. Dijital modeller, SDR'nin operasyon öncesi ve sırasında önemli bir rol oynamaktadır, çünkü doktorları sadece cerrahi bölgenin anatomik yapısına daha aşina hale getirmekle kalmaz, aynı zamanda manipülatör için hassas cerrahi navigasyon koordinatları sağlarlar. Bu çalışma, SDR operasyonunun planlanması, cerrahi navigasyonu ve eğitimi için kullanılabilecek hastaya özgü bir bel omurunun 3D dijital modelini oluşturmayı amaçlamaktadır. 3D baskı modeli de bu süreçler sırasında daha etkili çalışmalar için üretilmektedir.
Geleneksel ortopedik dijital modeller neredeyse tamamen yumuşak dokulara daha az duyarlı olan bilgisayarlı tomografi (BT) verilerine dayanır. BT'den kemik yapısı ile manyetik rezonans görüntülemeden (MRG) nöral yapının füzyonu bu çalışmada model rekonstrüksiyonunun anahtar unsurudur. Hastanın spesifik 3D dijital modeli, cerrahi alanın gerçek görünümü için yeniden yapılandırılır ve SDR'nin ameliyat öncesi planlamasında ve eğitiminde etkili bir şekilde yardımcı olabilecek yapılar arası mesafelerin ve bölgesel segmentasyonun doğru ölçümünü gösterir. 3D baskılı modelin şeffaf kemik yapısı malzemesi, cerrahların spinal sinir ile ameliyat edilen segmentin vertebral plakası arasındaki göreceli ilişkiyi açıkça ayırt etmelerini sağlayarak anatomik anlayışlarını ve yapının mekansal algısını geliştirir. Bireyselleştirilmiş 3D dijital modelin avantajları ve spinal sinir ve kemik yapıları arasındaki doğru ilişkisi, bu yöntemi SDR cerrahisinin ameliyat öncesi planlaması için iyi bir seçim haline getirmektedir.
Introduction
Spastik serebral palsi, serebral palsili tüm çocukların yarısından fazlasını etkiler1, tendon kontraktürlerine, anormal iskelet gelişimine ve hareketliliğin azalmasına neden olarak etkilenen çocukların yaşam kalitesini büyük ölçüde etkiler2. Spastik serebral palsi tedavisinde ana cerrahi yöntem olan selektif dorsal rizotomi (SDR) birçok ülke tarafından tamamen doğrulanmış ve önerilmiştir 3,4. Bununla birlikte, laminanın hassas bir şekilde kesilmesi, sinir köklerinin konumlandırılması ve ayrışması ve sinir liflerinin kesilmesi de dahil olmak üzere SDR cerrahisinin karmaşık ve yüksek riskli doğası, klinik uygulamada SDR ile yeni ilgilenmeye başlayan genç doktorlar için önemli bir zorluk oluşturmaktadır; Ayrıca, SDR'nin öğrenme eğrisi çok diktir.
Geleneksel ortopedik cerrahide, cerrahlar ameliyat öncesi tüm iki boyutlu (2D) görüntüleri zihinsel olarak entegre etmeli ve bir 3D cerrahi planoluşturmalıdır 5. Bu yaklaşım, karmaşık anatomik yapıları ve SDR gibi cerrahi manipülasyonları içeren preoperatif planlama için özellikle zordur. Tıbbi görüntüleme ve bilgisayar teknolojisindeki ilerlemelerle, bilgisayarlı tomografi (BT) ve manyetik rezonans görüntüleme (MRG) gibi 2D eksenel görüntüler, hastaya özgü anatomiye sahip 3D sanal modeller oluşturmak için işlenebilir6. Gelişmiş görselleştirme ile cerrahlar, hastanın durumuna göre uyarlanmış daha ayrıntılı teşhisler, planlamalar ve cerrahi müdahaleler yapmak için bu işlenmiş bilgileri analiz edebilirler. Son yıllarda multimodal görüntü füzyon teknolojisinin ortopedide uygulanması giderek dikkat çekmektedir7. Bu teknoloji, BT ve MRI görüntülerini birleştirerek digital3D analog modelin doğruluğunu büyük ölçüde artırabilir. Ancak bu tekniğin SDR'nin preoperatif modellerinde uygulanması henüz araştırılmamıştır.
Lamina ve spinal sinirin doğru konumlandırılması ve SDR cerrahisi sırasında hassas kesim başarılı sonuçlar için çok önemlidir. Tipik olarak, bu görevler uzmanların deneyimlerine dayanır ve operasyon sırasında bir C-kolu tarafından tekrar tekrar doğrulanır, bu da karmaşık ve zaman alıcı bir cerrahi süreçle sonuçlanır. 3D dijital model, gelecekteki SDR cerrahi navigasyonunun temelini oluşturur ve laminektomi prosedürlerinin ameliyat öncesi planlaması için de kullanılabilir. Bu model BT'den kemik yapısı ile MRG'den spinal sinir yapısını kaynaştırır ve cerrahi plana göre kesim için işaretlenmiş bel omur bölümlerine farklı renkler atar. SDR için bu tür holografik 3D baskı modelleri sadece ameliyat öncesi planlama ve simülasyonu kolaylaştırmakla kalmaz, aynı zamanda hassas kesim için intraoperatif robotik kola doğru 3D navigasyon koordinatları verir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Tüm veriler, SDR operasyonu BJ Dongzhimen Hastanesi'nde gerçekleştirilen klinik hastadan gelmektedir. Protokol, Dongzhimen Hastanesi araştırma etik komitesinin yönergelerini takip eder ve onaylar.
NOT: Model rekonstrüksiyon protokolünün tüm haritası Şekil 1'de gösterilmiştir. Yüksek çözünürlüklü bilgisayarlı tomografi (HRCT) verileri ve Dixon verileri modelleme için hammaddedir; daha sonra, 3D model oluşturma görüntü kaydı ve füzyondan oluşur. Son 3D dijital model, çok çeşitli malzemeler kullanarak pürüzsüz ve doğru parçalar üreten yüksek hassasiyetli bir 3D baskı işlemi olan PolyJet teknolojisi ile basılmıştır. Omur ve spinal sinir arasındaki uzamsal ilişkiyi tam olarak tanımlamak için HRCT verileri ve Dixon görüntü serileri kullanılmıştır. Dixon taraması, Dixon su fazı görüntü serisinin spinal sinirlerin yapısını çıkarmak için kullanılabileceği su ve yağ ayırma görüntülerini tanımlayabilir ve Dixon-in faz görüntü serisi, kemik yapısının kaydını kontrol etmek için kullanılabilir.
Şekil 1: Protokolün tüm haritası. Bu çalışmanın araştırma metodolojisi BT ve manyetik rezonans Dixon sekanslarının füzyonunu içermektedir. Spesifik olarak, BT vertebra yapısı, Dixon-in sekansında bulunan aynı vertebra yapısı ile kaydedilir, ardından spinal sinir için Dixon-w dizisi ile füzyon yapılır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
1. Veri toplama ve hazırlama
- Omurlar için yüksek çözünürlüklü BT
NOT: Parametre farkı araştırma yöntemine duyarlı değildir.- CT makine istasyonundan veri kaynaklarını ayarlayın.
NOT: Burada SIEMENS-CTAWP73396 CT makinesi kullanılmaktadır. - Tarama protokolünden veri almak için Syngo CT 2012B yazılımını açın SpineRoutine_1. 3B dijital modelde temsil edilmesi amaçlanan omurların boyutuna uyum sağlamak için veri kümesinin Piksel Boyutu ve Dilim Kalınlığı'nı (ST) seçin.
- Piksel aralığının 0,3320 mm olduğu 512 piksel x 512 piksel matris boyutuna sahip 1 mm'lik bir ST kullanın. Elde edilen 3D hacmin gerçek boyutu 512 x 512 x 204 vokseldir.
- CT makine istasyonundan veri kaynaklarını ayarlayın.
- Spinal sinir için Dixon dizisi
NOT: Bu çalışmada 1.5 T MR makinesi kullanılmıştır.- Doğru veriler elde etmek için Dixon görüntü Çözünürlüğü'nü 290 piksel x 320 piksel, Piksel Aralığı'nı 0,9375 mm ve Dilim Kalınlığı'nı 3 mm olarak ayarlayın.
- Tekrarlama Süresi'ni 5.160 ms ve Yankı Süresi'ni 94 ms olarak ayarlayın.
- Taranan her katmanın Dixon-in, Dixon-opp, Dixon-F ve Dixon-w olan dört fazlı görüntülerden oluştuğundan emin olun.
- Model yeniden yapılandırması için veri depolama dosyaları hazırlayın.
NOT: İyi tanımlanmış bir veri depolama yapısı, takip çalışmaları için daha uygundur.- Hastaya ait tüm verileri içerecek bir proje klasörü oluşturun.
- Tıpta dijital görüntüleme ve iletişim (DICOM) verileri için farklı klasörler oluşturarak HRCT ve MRI-Dixon verileri için farklı dosya yolları hazırlayın.
- Tüm çözümleme sonuçları için projenin altında ayrı bir klasör oluşturun.
2. 3D dijital vertebra modeli
NOT: Tüm alt süreç işlevleri, özellikleri Beijing Intelligent Entropy Science & Technology Co Ltd.'ye ait olan yazılım araçlarından gelir.
- HRCT veri klasöründe depolanan DICOM dosyalarından 3B birimi edinmek için MATLAB çalışma alanında Dicom2Mat alt işlemini çağırın.
- Dicom2Mat alt işleminden geçtikten sonra, Şekil 2'de gösterildiği gibi grafik kullanıcı arabirimi (GUI) aracılığıyla 3B birimdeki her dilimi görüntüleyin.
- Daha sonra, vertebra HRCT verilerinin yoğunluk dağılımını hist fonksiyonu ile görselleştirin (Şekil 3).
- HRCT veri dosyası yolları altında aygıt tarafından oluşturulan sinyal gürültüsünü silmek için NoiseClean alt işlemini çağırın.
- Aynı zamanda bir 3B hacim olan ancak yalnızca kemik yapısına sahip olan vertebra modelini kazanmak için aynı yol altında Vertebrae fonksiyon alt işlemini kullanın (Şekil 4). Yüksek geçirgen filtre parametreleri, yoğunluğu 190 ila 1.656 arasında değişmektedir.
3. 3D dijital spinal sinir modeli
NOT: Dixon-in kemik yapısını içerirken, Dixon-w nöral yapıyı tanımlar.
- Dicom2Mat alt işlemini Dixon-in ve Dixon-w dizilerinin her iki yolunda da kullanın ve 3B hacimlerini alın.
- Ayrıca, Şekil 5'te sunulan GUI'yi kullanarak bir 3B birim oluşturan her bir dilimi görselleştirin. Dicom2Mat alt işlemi tamamlandıktan sonra bu görselleştirmeye erişin.
- Spinal sinir modelini yoğunluğu 180 ila 643 arasında değişen yüksek geçirgen filtre parametreleriyle yeniden yapılandırmak için Spinal_Nerve fonksiyonunu kullanın. Dixon-w dizisindeki sinirin sinyalleri çok yüksek olduğundan, düşük yoğunluklu noktaları filtreleyerek spinal sinir 3D hacmini çıkarın.
- Spinal_Nerve alt işlemi tamamlandığında, Şekil 6'da gösterilen GUI'de oluşturulan modeli kontrol edin.
4. Kayıt ve füzyon
NOT: Temel içgörü, kemik mimarisinin hem HRCT hem de Dixon-in görüntüleme sekansında mevcut olmasıdır.
- Şimdiye kadar elde edilen üç 3B birimi, adım 3.1'de yapılan projenin dosya yoluna kopyalayın. HRCT ve Dixon-in'den gelen modeller aynı omurga yapısını içerir ve Dixon-in ve Dixon-w'den gelen modeller aynı koordinatlara sahiptir.
- Ardından, üç modelin dosya adlarını, füzyon modelini oluşturmak için bir girdi olarak vertebra_fusion alt işlemine yerleştirin. Bu, Şekil 7'de görselleştirilebilir.
- Füzyon genellikle iyi yapılır. Doktorun bakış açısından ince ayar yapılması gerekiyorsa, füzyon modelini düzeltmek için aynı işleve her yönde koordinat parametreleri ekleyin. Füzyonda klinik açıdan hafif hatalar gözlenirse, füzyon koordinatlarına ince ayar yapmak için vertebra_fusion fonksiyonunu kullanın. Bu işlem, koordinat yönünün altı boyutuna (XYZ koordinatları ve rotasyonları) parametre ayarlamalarını içerir.
- Füzyon modelinin sonucunun çıktısını almak için proje dizininde ayrı bir klasör oluşturun.
5. 3D baskı için dijital model dosyaları
NOT: Delaunay üçgenlemelerinin uygulanmasıyla, yukarıda belirtilen dijital modelin üretimi için tamamen geliştirilmiş bir 3D baskı aparatı kullanılmaktadır. Burada Stratasys J55 Prime 3D yazıcı kullanıldı.
- 3D baskı için kullanılacak füzyon modellerini, füzyon dizininin dosya yolu altındaki DICOM format dizilerinde dışa aktarın. Füzyon modelini girerek dışa aktarma işlemini yürütmek için Mat2Dicom algoritmasını kullanın.
- Daha önce Materialise Mimics V20 kullanılarak dışa aktarılan DICOM dosya dizisini açın. Dışa aktarma işlemini gerçekleştirmek için, Dosya sekmesinin altındaki Dışa Aktar menüsüne gidin ve VRML formatını seçin. Dışa aktarma için dosya yolu, kullanıcının gereksinimlerine göre serbestçe özelleştirilebilir.
- Şeffaf renkli 3D baskı profesyonel bir hizmet olduğundan, VRML dosyalarını sıkıştırın ve paketleyin ve servis sağlayıcıya gönderin. 3D baskı sonucu Şekil 8'de gösterilmiştir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Serebal palsili çocuklarda lomber BT / MRG görüntü füzyon verilerine dayanarak, spinal sinirlerle kombine lomber omurganın temsili bir modelini oluşturduk. Ameliyat bölgesinde lomber omurganın kemik yapısının rekonstrüksiyonunu sağlamak için HRCT'den 190-1.656 BT değer aralığındaki yüksek sinyali çıkarmak için yüksek geçirgen filtreleme kullanıldı. MRG'de Dixon-w sekanslarının yüksek geçişli filtrelenmesi ile spinal sinir yapıları yeniden yapılandırıldı. Lomber vertebral yapının ve spinal sinir füzyonunun dijital modeli ve nokta bulutu veri koordinatları katı kayıt yoluyla elde edildi ve dosya, veri ölçümü ve daha ileri baskı işlemleri için stereolitografi (STL) formatında kaydedildi. STL dijital model dosyaları, Stratasys J55 Prime 3D yazıcıya aktarılmak üzere VRML formatına dönüştürülür. SDR cerrahisi sırasında cerrahi bölgenin anatomisini aktif olarak göstermek için, kemikleri şeffaf reçinede bastık ve diğer parçaları farklı renklerde bastık. 3D baskılı model daha sonra ameliyat öncesi planlama ve eğitim sırasında cerrahlar ve hastalar için SDR'deki kilit cerrahi alanların mekansal ilişkisini ortaya çıkarabilir.
Elde edilen kişiselleştirilmiş 3D lomber omurga modeli, SDR'nin ameliyat öncesi planlaması ve eğitimi için olanak sağlar. Kemikler ve sinirler gibi yapıları boyamak ve ayırt etmek için farklı renk boyaları kullanılır. Şekil 8'de gösterildiği gibi, spinal sinir yapısı sarıya boyanır ve ilgili operasyon alanındaki L4 ve L5 segmentlerinin laminaları sırasıyla kırmızı ve mavi boyama ile ayırt edilir. Kemik yapısı, doktorların lamina altındaki sinir yapısını kemik yapısı boyunca gözlemlemelerini sağlayan, iyi bir bakış açısına sahip şeffaf bir reçine malzemesi kullanılarak basılır. Kişiselleştirilmiş, özelleştirilmiş model, operasyon alanındaki bel kemiği yapısı ile spinal sinir anatomisi arasındaki ilgili ilişkiyi gerçekten geri yükleyerek doktorların operasyondan önce uygun kesme yönünü ve aralığını daha iyi tanımlamasına olanak tanır.
Şekil 2: HRCT verilerinden birimdeki dilimlerin GUI'si. Şekilde gösterilen GUI sayesinde, cerrahlar tüm BT verilerinde yer alan omurga yapısını görüntüleyebilirler. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: Omurların HRCT verilerinin yoğunluk dağılımı. Bu nicel bilgi, vertebra yapısının filtreleme aralığını belirlemede yardımcı olur. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: Omurların 3D hacminin GUI'si. Şekil, omurların üç görünümünü ve 3D hacmini aynı anda göstermektedir. Bu GUI sayesinde, cerrahlar hastaların omurlarını istenen herhangi bir perspektiften gözlemleyebilirler. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 5: Dixon-in ve Dixon-w'den gelen birimdeki dilimlerin GUI'si. Dixon görüntülemeye hızlı bir şekilde göz atılabilir ve hastaların omurlarının ve omurilik sinirlerinin görüntüleri kontrol edilebilir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 6: Spinal sinirin 3D hacminin GUI'si. Hastanın omurilik sinirinin 3D yapısını gözlemlemek için hastanın Dixon-w sekansının 3D rekonstrüksiyonu. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 7: Füzyon modelinin GUI'si (3D dijital hacim). 3D hacim hem BT verilerinden vertebral yapıyı hem de manyetik rezonanstan spinal sinirin 3D yapısını içerir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 8: SDR planlama ve eğitimi için 3D baskı modeli. Şeffaf renkli 3D baskı modeli, SDR ameliyatının hasta üzerinde yapılması gereken alanın anatomik yapısını gösterir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bu çalışma, serebral palsili hastalarda lomber omurganın preoperatif 3D baskı modelini oluşturmak için, SDR cerrahisi için preoperatif planlamayı kolaylaştırmak ve hastanın spesifik modeline dayalı anatomik eğitimi arttırmak amacıyla bir iş akışı sunmaktadır. Çalışma, hastanın lomber vertebral ve sinir yapılarını doğru bir şekilde gösteren oldukça güvenilir bir 3D baskılı model oluşturmayı amaçlamaktadır. Lamina ve spinal sinirin ameliyattan önceki modeldeki konumunu ölçerek, lamina kesiminin hassas bir şekilde planlanması sağlanabilir, bu da cerrahi prosedürlerin optimizasyonuna ve SDR cerrahi teknolojisinde ustalığın kazanılmasına yol açar.
Bu çalışmada incelenen birincil anahtar basamak BT ve Dixon sekanslarının füzyonuydu. Füzyon, hem BT verilerinde hem de Dixon-in sekanslarında aynı kemik yapılarının varlığına ve Dixon-in ve Dixon-w verilerinin aynı koordinat sisteminde olduğu gerçeğine dayanıyordu. Bu, spinal sinirlerin ve vertebral kemik yapılarının son füzyonuna izin verdi. İkinci önemli adım, 3D dijital modeli üretmek için renkli şeffaf baskı teknolojisinin kullanılmasıydı. Bu baskı teknolojisi, hastanın anatomik yapılarını, laminektominin kesin yerini ve intervertebral foramina ve sinir köklerinin göreceli pozisyonunu vurgulayabildi.
Son yıllarda, birçok cerrahi ekip, SDR 8,9 için yenilikçi teknikler geliştirmiş ve öncelikle prosedür sırasında omurga hasarını en aza indirmeye odaklanmıştır. Bu, spazmın giderilmesinde uzun segment cerrahisinin iyi bilinen etkinliğinden ve kapsamlı laminektominin spinal stabilite üzerindeki etkisine ilişkin endişelerden kaynaklanmaktadır10. Başarılı SDR cerrahisi, daha fazla nöroşirürji manipülasyonunu sağlamak için hem laminanın yeterli insizyonunu hem de spinal destabilizasyonu önlemek için yeterli laminanın korunmasını gerektiren kritik bir laminektomi gerektirir. Çalışma sırasında hasar veya olumsuz etki olmadan hassas laminer kesim, kesimin konumunun, boyutunun ve bölümünün kapsamlı bir şekilde anlaşılmasını gerektirir. Günümüzde, preoperatif SDR değerlendirmesi öncelikle hassas kesme işlemlerinin gereksinimlerini tam olarak karşılamayabilecek BT / MRG görüntüleme ve klinik deneyime dayanmaktadır. Son yıllarda, omurga cerrahisinde multimodal görüntü füzyonunun uygulanması büyük potansiyel değer göstermekle birlikte, ilgili araştırmalar hala nadirdir. Bu nedenle, bu çalışmada preoperatif lomber omurga BT ve MRG'nin kaynaştırılarak hem kemik yapısını hem de omurilik sinirlerini doğru bir şekilde temsil eden 3D dijital bir modeli yeniden yapılandırması amaçlanmıştır. Yeniden yapılandırılan 3D dijital model daha fazla 3D baskılıydı ve etkili doktor-hasta iletişimi ve ameliyat öncesi planlama için kullanılabilirdi. Modelin lomber sinir kökü çıkışının hassas bir şekilde konumlandırılması, omurlar ve sinir kökü arasındaki mekansal ilişkinin daha iyi anlaşılmasını sağlayarak hem cerrahlar hem de cerrahi robotlar için verimli bir operasyonu kolaylaştırdı.
Ayrıca, serebral palsili çocuklar, hipoplastik trabeküler kemik mikroyapısı, ince korteks ve düşük kemik gücü11 ile karakterize farklı omurga ve iskelet gelişimi sergilerler. Bu eşsiz anatomik özellikler ve karmaşık manipülasyonlar, SDR cerrahisinin ustalaşmasını zorlaştırmaktadır. Bu nedenle, gerçek hastaların anatomik olarak hassas lomber vertebra modellerini üretmek için 3D baskı teknolojisini kullandık ve cerrahi öğrenme için objektif bir referans sunduk. Bu teknik daha az deneyimli cerrahlar için idealdir ve öğrenme süresini potansiyel olarak azaltabilir12. Ek olarak, bireysel olarak uyarlanmış modeller, hastanın benzersiz yapısını tamamen restore etmenin ek yararını sunarak, karmaşık anatomik varyasyonlara sahip olanlar için değerli bilgiler sağlar13,14.
Başarılı 3D baskı15 için yüksek kaliteli ilk görüntü yakalama şarttır. Bu çalışmada HRCT ve MRG verilerinin kayıt altına alınması ile gerçekçi ve doğru bir 3D baskı modeli elde edilmiştir. Kemik yapısının şeffaf baskısı ve laminaların planlama aralığının boyanması, modelin cerrahi anatominin sezgisel temsilini daha da geliştirdi. Geleneksel olarak, cerrahlar cerrahi becerileri öncelikle ameliyathanede kazanırlar, bu da genç cerrahlar pratikte bu becerileri ilk kez edinmeye çalıştıklarında ameliyat risklerini arttırır12. Objektif fiziksel 3D baskı modelleri ile kıdemli cerrahlar cerrahi deneyimlerini genç doktorlara daha kolay iletebilirler. Ek olarak, 3D baskı modelleri, bireylere gerçek bir hasta yapısal rekonstrüksiyonuna dayanan simüle edilmiş cerrahi eğitimi benzersiz bir şekilde sağlayabilir ve potansiyel olarak tıbbi prosedürlerin güvenliğini artırırken SDR için hekim öğrenme sürecini hızlandırır. Genel olarak, bu yaklaşım cerrahi eğitimin geliştirilmesinde ve hasta sonuçlarının iyileştirilmesinde büyük umut vaat etmektedir.
Şu anda, ortopedide 3D baskının uygulanması keşif aşamasında kalmaktadır ve mevcut biyomalzeme teknolojisi, farklı insan dokularının malzemelerini doğru bir şekilde temsil etmekte ve eklemlerin biyomekaniğini simüle etmekte yetersiz kalmaktadır5. Laminektomi sırasında, çeşitli dokuların elastik modelleri karmaşıktır ve disk hareketi ve solunum hareketi ile bozulmaya maruz kalır16,17. Bu nedenle, bu çalışma, kesim işlemi sırasında intraoperatif hastanın gerçek durumunu tam olarak kopyalayamamaktadır, bu da biyomekanik ve malzeme biliminde 3D baskı modeli üzerinde daha fazla araştırma yapılmasını gerektirmektedir. Ayrıca, bu çalışmada kullanılan füzyon prosedürü, hem BT hem de MRI ekipmanı için tıbbi görüntüleme prosedürleri sırasında bir koordinat kayıt yöntemi geliştirilebilirse, potansiyel olarak doğruluğu artırarak daha da geliştirilebilir.
Hem BT hem de MRI ekipmanı için tıbbi görüntüleme prosedürleri sırasında bir koordinat kayıt yöntemi tasarlanabilirse, bu çalışmanın füzyon prosedürü doğruluğu daha da artırabilir. Araştırmanın bu bölümünde beklenen kademeli iyileşme devam etmektedir. Şu anda, model spinal sinir lifi demetleri hakkında tam olarak bilgi görüntüleyememektedir. Yaklaşan bilimsel çalışmada, difüzyon tensör görüntüleme, spinal sinir lifi demetlerini izlemek için daha fazla kullanılacak ve SDR için daha ayrıntılı bir 3D dijital model elde etmek için kaynaştırılacaktır.
Sonuç olarak, bu çalışmada SDR için 3D baskı modeli sadece ameliyat öncesi planlama için ayrıntılı ve doğru veriler sağlamakla kalmaz, aynı zamanda SDR eğitimi için temel bir ortam sağlar. Model, BT'den kemik yapısını MRG'den yumuşak doku yapısıyla başarılı bir şekilde birleştirir. Bu görüntü grubu füzyon paradigmasının başarısı, bir tamamlayıcı oluşturmak için iki önemli tıbbi görüntü kaynağının ilgili avantajlarından yararlanır. Bu araştırma paradigması, tıbbi görüntüleme tanı, tedavi ve prognoz değerlendirmesinin diğer alanlarında da eşit derecede önemli bir rol oynayacaktır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Bu çalışmadaki dijital modeller, ortak yazar Fangliang Xing tarafından yeniden yapılandırılmıştır.
Acknowledgments
Bu yayın Pekin Belediyesi Doğa Bilimleri Vakfı (L192059) tarafından desteklenmiştir.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| J55 Prime 3D-Printer | Stratasys | J55 Prime | Manufacturing the model |
| MATLAB | MathWorks | 2022B | Computing and visualization |
| Mimics | Materialise | Mimics Research V20 | Model format transformation |
| Tools for volum fusion | Intelligent Entropy | VolumeFusion V1.0 | Beijing Intelligent Entropy Science & Technology Co Ltd. Modeling for CT/MRI fusion |
References
- Rosenbaum, P., et al. A report: the definition and classification of cerebral palsy April 2006. Developmental Medicine and Child Neurology. Supplement. 109, 8-14 (2007).
- Krigger, K. W.
- Davidson, B., Fehlings, D., Milo-Manson, G., Ibrahim, G. M. Improving access to selective dorsal rhizotomy for children with cerebral palsy. Canadian Medical Association Journal. 191 (44), E1205-E1206 (2019).
- Buizer, A. I. Selective dorsal rhizotomy in children with cerebral palsy. The Lancet. Child & Adolescent Health. 3 (7), 438-439 (2019).
- Wong, K. C.
- Wong, K. C., Kumta, S. M., Geel, N. V., Demol, J. One-step reconstruction with a 3D-printed, biomechanically evaluated custom implant after complex pelvic tumor resection. Computer Aided Surgery. 20 (1), 14-23 (2015).
- Zhu, R., Li, X., Zhang, X., Ma, M. MRI and CT medical image fusion based on synchronized-anisotropic diffusion model. IEEE Access. 8, 91336-91350 (2020).
- Park, T. S., Gaffney, P. E., Kaufman, B. A., Molleston, M. C. Selective lumbosacral dorsal rhizotomy immediately caudal to the conus medullaris for cerebral palsy spasticity. Neurosurgery. 33 (5), 929-934 (1993).
- Sindou, M., Georgoulis, G. Keyhole interlaminar dorsal rhizotomy for spastic diplegia in cerebral palsy. Acta Neurochirurgica. 157 (7), 1187-1196 (2015).
- Peacock, W. J., Staudt, L. A. Selective posterior rhizotomy: evolution of theory and practice. Pediatric Neurosurgery. 17 (3), 128-134 (1991).
- Vitrikas, K., Dalton, H., Breish, D.
- Niikura, T., et al. Tactile surgical navigation system for complex acetabular fracture surgery. Orthopedics. 37 (4), 237-242 (2014).
- Lepisto, J., Armand, M., Armiger, R. S. Periacetabular osteotomy in adult hip dysplasia-developing a computer aided real-time biome-chanical guiding system (BGS). Finnish Journal of Orthopaedics and Traumatology. 31 (2), 186-190 (2008).
- Armiger, R. S., Armand, M., Tallroth, K., Lepisto, J., Mears, S. C. Three-dimensional mechanical evaluation of joint contact pressure in 12 periacetabular osteotomy patients with 10-year follow-up. Acta Orthopaedica. 80 (2), 155-161 (2009).
- Rengier, F., et al. 3D printing based on imaging data: review of medical applications. International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery. 5 (4), 335-341 (2010).
- Jiang, Z., et al. Model-based compensation of moving tissue for state recognition in robotic-assisted pedicle drilling. IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics. 2 (3), 463-473 (2020).
- Setton, L. A., Chen, J. Mechanobiology of the intervertebral disc and relevance to disc degeneration. The Journal of Bone and Joint Surgery. American. 88, 52-57 (2006).
