九格面积划分法：腰椎经皮椎体成形术新的理想骨穿刺区域

摘要

在此，我们提出了一种用于经皮椎体成形术的“九格面积划分法”。选择一名 L1 椎体压缩骨折患者作为案例研究。

摘要

经皮椎体成形术 （PVP） 被广泛认为是缓解骨质疏松性椎体压缩性骨折引起的腰痛的有效干预措施。理想的骨穿刺点通常位于腰椎椎弓根的“左 10 点，右 2 点”的投影处。确定最佳骨穿刺点是一项关键而复杂的挑战。经皮椎体成形术 （PVP） 的准确性主要受手术外科医生的熟练程度和常规手术中多荧光镜的使用影响。全球已有穿刺相关并发症的发生率记录。为了提高手术技术的精准度，减少穿刺相关并发症的发生，我们的团队在腰椎应用了 PVP 的「九格分区法」，以改变传统手术方式。有可能减少穿刺次数、辐射暴露剂量和外科手术的持续时间。

该协议引入了“九网格面积划分法”的定义，并描述了在医学成像处理软件中对目标椎骨 DICOM 成像数据进行建模的过程，在 3-D 模型中模拟操作，使用逆向工程生产软件完善 3-D 模型，在 3-D 建模设计软件中重建椎体工程模型，并利用手术数据确定椎弓根投影的安全进入区域。通过采用这种方法，外科医生可以有效、精确和轻松地识别合适的穿刺点，从而减少与穿刺相关的复杂性并提高外科手术的整体准确性。

引言

骨质疏松性椎体压缩骨折 （OVCF） 是骨质疏松性骨折中最普遍的骨折类型，在当代医疗保健中构成了重要的临床问题¹。根据目前的指南，经皮椎体成形术被认为是 OVCF² 最有效的微创治疗方式之一。进行经皮椎体成形术 （PVP） 的主要方法涉及椎弓根穿刺方法，它包括三个关键参数：骨穿刺入口点的识别、穿刺角度和穿刺深度。在这些参数中，骨穿刺入口点的选择被认为是最关键的。

目前，C 臂 X 光机广泛用于传统 PVP 手术的国内外实践，以方便穿刺针手术路径的调整。关键方面在于确定“理想的骨穿刺点”，该点通常位于腰椎椎弓根的“左 10 点，右 2 点”的投影处（图 1A）³。尽管他们经验丰富，但即使是经验丰富的外科医生在仅根据个人经验确定合适的穿刺点时也可能会犯错误。这可能导致与穿刺相关的并发症，例如骨水泥渗漏到周围组织、神经根损伤和椎管内血肿 ^4,5,6。此外，近一半的患者因传统 PVP 而出现局部并发症，其中 95% 的并发症归因于骨水泥渗漏到周围组织或椎旁静脉栓塞⁷。我们的初步研究发现，腰椎中实际的 PVP 骨穿刺点并不总是位于理想的椎弓根投影“左 10 点和右 2 点”⁸。一些实际穿刺点也可以在“理想骨穿刺点”附近取得满意的穿刺效果，这不会影响手术的安全性和准确性。

基于上述假设，我们首次提出了腰椎PVP的“理想骨穿刺区域”的概念，并将椎弓根的投影划分为“九宫区”。 理想骨穿刺区域 的概念与穿刺入口点可以通过椎弓根成功安全地到达穿刺理想终点的特定解剖区域有关。术语 “九格区域划分法” 是指 X 射线前后图像中的一种技术，其中椎弓根投影的最长和最短直径被分成三个相等的部分，从而将区域划分为九个区域（图1B）。这些区域从 1 到 9 按顺序编号，从最外层到最内层，从上到下。以腰椎弓根的 X 射线投影作为解剖标志，我们通过“九格面积划分法”建立 PVP 的“理想骨穿刺区域”，而不是局限于单个点。我们使用计算机模拟在穿刺过程中探索安全的穿刺路径。

因此，我们建议实施“九格面积划分法”作为提高 PVP 手术中辅助穿刺技术的便利性、效率和安全性的潜在方法，以提高手术准确性并最大限度地减少穿刺相关并发症。值得注意的是，本研究提出了一种理论方法，需要通过广泛的研究进行验证，以确定其有效性和安全性。

研究方案

本研究经首都医科大学附属北京友谊医院伦理委员会批准。该方法将通过回顾性案例研究引入，仅使用患者的术前俯卧位计算机断层扫描 （CT） 成像数据。与传统方法相比，辅助经皮椎体成形术 （PVP） 中的“九格面积划分法”提供了一种更简单、更有效的方法，从而减少了手术和辐射暴露时间。这种技术可能有助于更容易识别穿刺点并可能缩短 PVP 程序的学习曲线，从而使年轻居民受益，值得进一步研究。这里描述的个体是一名 68 岁的女性。

1. 使用 X 射线透视、磁共振图像 （MRI）、骨闪烁显像和症状诊断骨质疏松性椎体压缩骨折 （OVCF）

1. 在有背痛、棘突压痛和背部椎旁肌肉等症状的老年患者中确定患有 OVCF 的患者。利用后前 X 射线透视评估 L1 水平是否存在椎体压缩性骨折（图2A）。采用 MRI 成像确认新发腰椎压缩性骨折的诊断，并确定受影响的特定椎骨，确定为 L1（图2B）。

2. 术前获取患者俯卧位 CT 成像

1. 将患者置于俯卧位，对患者进行俯卧位 CT。通过 X 射线透视和身体检查患者背部确认目标区域，同时按压最痛苦的部位。
2. 让患者俯卧在手术台上，俯卧位 CT 扫描前将梯度器放在患者的背部，记录患者的体位，然后取下梯度器（图 3）。
3. 将 CT 图像（1 毫米扫描层厚度、1 毫米层间距以及 90 个切片 （常规扫描）或 400 个切片 （薄切片扫描）保存为 DICOM 格式。

3. 建立 3D 模型并在医学成像处理软件中模拟操作

1. 通过单击 “新建项目”，将 DICOM 格式的 CT 图像导出到医学成像处理软件中。选择所需的切片以重建压缩的椎骨。
2. 利用 阈值分割 工具调整目标椎骨的阈值范围，特别是在 125-3071 H 的范围内以创建蒙版。使用 Duplicate Mask 函数生成两个单独的蒙版， 即 Mask A 和 Mask B。
3. 利用 Mask Edit 功能从 Mask A 中删除目标椎骨。随后，利用布尔运算工具从蒙版 B 中减去蒙版 A，从而形成新的蒙版 C。最后，激活 Calculate 3-D 功能以使用 Mask C 重建目标椎骨;将此 3-D 模型命名为 L1（图 4A）。
4. 右键单击 Objects 界面中的 New，选择 Draw，然后选择 Cylinder。确保圆柱体的尺寸与穿刺针相同，长度为 12.5 毫米，半径为 1.25 毫米。
5. 使用 Move 和 Rotate 功能调整圆柱体的位置以达到理想位置（图 4B）。在整个模拟过程中，注意保持针轨迹与既定原则一致：穿刺针必须能够穿过椎弓根，最好在其上半部分，并且尖端的最佳定位是在侧视图上椎体的前三分之一内。
6. 右键单击 Objects 界面中的 L1，选择 Export STL （导出 STL），然后以 STL 格式导出文件。

4. 在 3D 逆向工程生产软件中打磨 3D 模型

1. 通过单击 Import（导入），将导出的椎体实体文件导入到 3-D 逆向工程生产软件中。因此，使用 Mesh Doctor 功能来消除模型中的扭曲和尖峰。
2. 由于 Grid Doctor 功能可能会错误地将正常的解剖结构识别为扭曲或尖峰，因此请注意彻底检查粗略模型以识别任何内部空隙，并按照步骤 4.1 适当填充它们（图 5A）。
3. 使用 精确表面 功能将实体模型转换为三角形网格表面，选择 有机几何材料 （图 5B）。等待自动表面构建过程完成，然后以 STP 格式导出文件。

5. 在 3-D 建模设计软件中重建椎体工程模型并确认椎弓根投影的安全进入区域

1. 将精确表面文档的 STP 格式导入 3-D 建模设计软件中，以单击 Open 重建椎体工程模型。使用 剖面视图 功能检查椎弓根在水平、矢状和冠状方向的形态，提供对椎弓根形态和结构的初步观察（图 6A）。
2. 在 Section View 面板中，调整截面的角度以实现最佳可视化效果。通过使用 透明截面体，观察椎弓根的最窄点（图 6B）并记录左侧面板第 1 部分 的角度参数。
3. 要调整椎体模型的角度，请单击 插入-特征-移动/复制 功能，然后选择位于左侧面板底部的 平移/旋转 按钮。重新访问 Section View 面板，并将 Section 1 中的 view angle 参数调整为 0。
4. 在 Section 1 面板中微调位移参数以获得令人满意的椎弓根截面视图。重新定向以获得改进的透视，以观察椎弓根截面。在面板中记录确认的位移参数（图 7）。
5. 利用上述 Move/Copy 功能来操纵椎体模型的位置。在左侧面板中指定位移参数。使用 Corner Rectangle 工具来包含整个椎体。
6. 首先，导航到 Features-Reference Geometry-Plane 选项，并将剖视图指定为 First Reference。相应地修改 偏移距离 参数，以将新创建的平面重新定位到椎体的前三分之一。
7. 继续 在上述 平面上生成草图，并在椎体的中点绘制一个 点 ，表示穿刺的终止点。
8. 使用 Extruded Cut 功能执行模型的切割。将生成的矩形草图指定为 Selected Contours。
9. 调整方向和深度，将椎体模型分为两半，即 椎体的一半 和 椎板的一半 （图 8A）。以 SLDPRT 格式保存工程文件，特别是作为该过程的一部分。
10. 打开包含 椎体零件的文件，然后基于剖切面创建草图。使用 Convert Entities 功能将左椎弓根投影转换为曲线草图。
11. 对右椎弓根投影重复上述步骤，从而获取另一个曲线草图。使用 填充表面 功能将曲线草图转换为表面，以左右椎弓根投影曲线草图作为边界（图 8B）。
12. 显示隐藏椎骨后的结果表面。在 特征 面板上选择 放样凸台/基体 功能。
13. 左椎弓根表面的优越定位，将穿刺终点指定为 轮廓，将产生一个圆锥形结构，描绘出椎弓根穿刺的路径。使用左侧作为参考进行说明，在右侧复制相同的过程。
14. 使用 Scale 函数放大双边圆锥形结构，质心作为缩放中心点， 比例因子 为 2。使用 Move/Copy Body 功能单独重新定位圆锥结构。
15. 在 “配合设置 ”面板界面中，选择 结构的顶点 和 穿刺终点，并将匹配模式设置为 “重合”。随后使用 Delete/Keep Body 功能消除椎体（图 9A）。
16. 双锥形结构是双侧椎弓根穿刺路径的汇编，以 SLDPRT 格式保存。使用 Insert Part 功能，使用椎弓根穿刺装置重新组装椎板部分和椎体部分。只需按下 OK 按钮，即可自动将零件的插入位置与原点对齐（图 9B）。
17. 使用 Combine Body 函数对各种组件执行 布尔 运算。通过从椎板的一半中减去穿刺组同时保留所有椎板成分的过程，随后的分析表明 ，理想的骨穿刺区域 包括左侧的区域 1、4 和 7（图 9C）。

结果

CT 成像和数字建模在医院进行。从 CT 图像构建 3-D 模型需要 30 分钟，在 3-D 逆向工程生产软件中抛光 3-D 模型需要 ~10 分钟，重建椎体工程模型需要 15 分钟，并在 3-D 建模设计软件中确认椎弓根投影的安全进入区域。在这种情况下， 理想的骨穿刺区域 包括左侧的区域 1、4 和 7。 理想骨穿刺区域 的概念是指不同的解剖区域，其中穿刺的入口点可以通过椎弓根有效且安全地?...

讨论

经皮椎体成形术 （PVP） 在治疗疼痛性骨质疏松性椎体压缩骨折 （OVCF） 方面显示出良好的临床疗效⁹。外科医生利用精确的经皮椎弓根穿刺技术在确定穿刺针的最佳插入点、方向和深度方面起着至关重要的作用，从而显着减少并发症的发生¹⁰。目前，C 臂 X 光机广泛用于传统 PVP 手术的国内外实践，以方便调整穿刺针的手术路径¹¹。关键方面在?...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Computer tomography	Company GE		machine
Geomagic Wrap (3-D reverse engineering production software)	Oqton software		software
Magnetic resonance image machine	Company GE		machine
Materialise Interactive Medical Image Control System (medical imaging processing software)	Materialise Company		software
Solidworks (3-D modeling design software)	Dassault Systèmes - SolidWorks Corporation		software
Spirit Level Plus	IOS App store		gradientor
X-ray machine	Company Philips		machine