Neun-Raster-Flächenteilungsmethode: Eine neue ideale Knochenpunktionsregion für die perkutane Vertebroplastie in der Lendenwirbelsäule

Zusammenfassung

Im Folgenden stellen wir eine "Nine-Grid Area Division Method" für die perkutane Vertebroplastie vor. Als Fallstudie wurde ein Patient mit einer L1-Wirbelkompressionsfraktur ausgewählt.

Zusammenfassung

Die perkutane Vertebroplastie (PVP) ist weithin als wirksamer Eingriff zur Linderung von Rückenschmerzen infolge osteoporotischer Wirbelkompressionsfrakturen anerkannt. Der ideale Knochenpunktionspunkt befindet sich herkömmlicherweise an der Projektion "links 10 Punkte, rechts 2 Punkte" des Stiels in der Lendenwirbelsäule. Die Bestimmung des optimalen Knochenpunktionspunktes stellt eine kritische und komplexe Herausforderung dar. Die Genauigkeit der perkutanen Vertebroplastie (PVP) wird in erster Linie durch die Kompetenz der operierenden Chirurgen und den Einsatz mehrerer Fluoroskope während des konventionellen Eingriffs beeinflusst. Das Auftreten von punktionsbedingten Komplikationen ist weltweit dokumentiert. In dem Bestreben, die Präzision der Operationstechnik zu verbessern und das Auftreten von punktionsbedingten Komplikationen zu reduzieren, wandte unser Team die "Nine-Grid Area Division Method" für PVP in der Lendenwirbelsäule an, um das traditionelle Verfahren zu modifizieren. Es besteht die Möglichkeit, die Anzahl der Punktionszeiten, die Strahlenexpositionsdosis und die Dauer chirurgischer Eingriffe zu verringern.

Dieses Protokoll führt in die Definition der "Nine-Grid Area Division Method" ein und beschreibt den Prozess der Modellierung von DICOM-Bildgebungsdaten für Zielwirbel innerhalb einer medizinischen Bildgebungssoftware, der Simulation von Operationen innerhalb eines 3D-Modells, der Verfeinerung des 3-D-Modells unter Verwendung von Reverse-Engineering-Produktionssoftware, der Rekonstruktion des Wirbeltechnikmodells innerhalb der 3D-Modellierungsdesignsoftware und der Verwendung chirurgischer Daten zur Bestimmung sicherer Eintrittsbereiche für die Pedikelprojektion. Durch den Einsatz dieser Methode können Chirurgen geeignete Einstichpunkte effektiv und präzise identifizieren, wodurch die mit der Punktion verbundenen Feinheiten reduziert und die Gesamtgenauigkeit chirurgischer Eingriffe verbessert werden.

Einleitung

Die osteoporotische Wirbelkompressionsfraktur (OVCF) ist die häufigste Frakturart unter den osteoporotischen Frakturen und stellt im heutigen Gesundheitswesen ein erhebliches klinisches Problem dar¹. Die perkutane Vertebroplastie gilt nach aktuellen Leitlinien als eine der wirksamsten minimal-invasiven Behandlungsmethoden bei OVCF². Die vorherrschende Methode zur Durchführung der perkutanen Vertebroplastie (PVP) ist der Pedikelpunktionsansatz, der drei Schlüsselparameter umfasst: die Identifizierung des Knocheneinstichpunkts, des Einstichwinkels und der Einstichtiefe. Von diesen Parametern gilt die Auswahl des Eintrittspunktes für die Knochenpunktion als der entscheidendste.

Derzeit werden C-Bogen-Röntgengeräte in der nationalen und internationalen Praxis der traditionellen PVP-Chirurgie häufig eingesetzt, um die Anpassung des Operationspfads der Punktionsnadel zu erleichtern. Der entscheidende Aspekt liegt in der Identifizierung des "idealen Knochenpunktionspunktes", der herkömmlicherweise an der Projektion "links 10 Punkte, rechts 2 Punkte" des Stiels in der Lendenwirbelsäule liegt (Abbildung 1A)³. Trotz ihrer Erfahrung können selbst erfahrene Chirurgen Fehler machen, wenn sie geeignete Punktionspunkte allein aufgrund persönlicher Erfahrungen bestimmen. Dies kann zu punktionsbedingten Komplikationen wie Zementleckagen in das umgebende Gewebe, Nervenwurzelverletzungen und intraspinalen Hämatomen führen ^4,5,6. Darüber hinaus treten bei fast der Hälfte der Patienten lokale Komplikationen durch traditionelle PVP auf, wobei 95 % dieser Komplikationen auf das Austreten von Zement in das umgebende Gewebe oder die Embolisation von paravertebralen Venen zurückzuführen^{sind 7}. Unsere vorläufigen Untersuchungen ergaben, dass die tatsächlichen PVP-Knochenpunktionspunkte in der Lendenwirbelsäule nicht immer an der idealen Pedikelprojektion "links 10 Punkte und rechts 2 Punkte" ^liegen8. Einige tatsächliche Punktionspunkte können auch zufriedenstellende Punktionsergebnisse in der Nähe des "idealen Knochenpunktionspunkts" erzielen, was die chirurgische Sicherheit und Genauigkeit nicht beeinträchtigt.

Basierend auf den obigen Annahmen schlagen wir zum ersten Mal das Konzept der "idealen Knochenpunktionsregion" für PVP in der Lendenwirbelsäule vor und unterteilen die Projektion des Pedikels in eine "Neun-Gitter-Area". Das Konzept der idealen Knochenpunktionsregion bezieht sich auf bestimmte anatomische Regionen, in denen der Punktionseintrittspunkt erfolgreich und sicher den idealen Endpunkt der Punktion durch den Stiel erreichen kann. Der Begriff "Nine-Grid Area Division Method" bezieht sich auf eine Technik im anteroposterioren Röntgenbild, bei der der längste und der kürzeste Durchmesser der Pedikelprojektion in drei gleiche Teile geteilt werden, was zur Aufteilung des Bereichs in neun Bereiche führt (Abbildung 1B). Diese Bereiche sind fortlaufend von 1 bis 9 nummeriert, wobei sie vom äußersten zum innersten und von oben nach unten fortschreiten. Unter Verwendung der Röntgenprojektion des lumbalen Stikels als anatomischer Marker ermitteln wir die "ideale Knochenpunktionsregion" für PVP durch die "Nine-grid Area Division Method", anstatt auf einen einzigen Punkt beschränkt zu sein. Wir verwenden Computersimulationen, um einen sicheren Einstichpfad während des Punktionsprozesses zu erkunden.

Daher schlagen wir die Implementierung der "Nine-grid Area Division Method" als potenzielle Methode vor, um den Komfort, die Effizienz und die Sicherheit von Hilfspunktionstechniken in der PVP-Chirurgie zu verbessern, mit dem Ziel, die Verfahrensgenauigkeit zu erhöhen und punktionsbedingte Komplikationen zu minimieren. Es ist wichtig zu beachten, dass diese Studie einen theoretischen Ansatz darstellt, der durch umfangreiche Forschung validiert werden muss, um seine Wirksamkeit und Sicherheit zu ermitteln.

Protokoll

Die vorliegende Studie wurde von der Ethikkommission des Beijing Friendship Hospital der Capital Medical University genehmigt. Diese Methode wird über eine retrospektive Fallstudie eingeführt, bei der nur die präoperativen Daten der Computertomographie (CT) in Bauchlage des Patienten verwendet werden. Die "Nine-Grid Area Division Method" in der assistierten perkutanen Vertebroplastie (PVP) bietet im Vergleich zu herkömmlichen Methoden einen einfacheren und effektiveren Ansatz, der zu kürzeren Operations- und Strahlenexpositionszeiten führt. Diese Technik kann jungen Bewohnern zugute kommen, indem sie die Identifizierung von Einstichstellen erleichtert und möglicherweise die Lernkurve für PVP-Verfahren verkürzt, was weitere Untersuchungen rechtfertigt. Bei der hier beschriebenen Person handelt es sich um eine Frau im Alter von 68 Jahren.

1. Diagnose einer osteoporotischen Wirbelkompressionsfraktur (OVCF) mittels Röntgendurchleuchtung, Magnetresonanztomographie (MRT), Knochenszintigraphie und Symptomen

1. Identifizieren Sie den Patienten mit OVCF unter älteren Patienten mit Symptomen wie Rückenschmerzen, Druckempfindlichkeit im Dornfortsatz und paraspinalen Muskeln im Rücken. Verwenden Sie eine posteroanteriore Röntgendurchleuchtung, um das Vorhandensein einer Wirbelkompressionsfraktur auf Höhe L1 zu beurteilen (Abbildung 2A). Mit Hilfe der MRT-Bildgebung wird die Diagnose einer neu auftretenden Lendenwirbelkompressionsfraktur gesichert und der betroffene Wirbel identifiziert, der als L1 bestimmt wird (Abbildung 2B).

2. Die präoperative Aufnahme der CT-Bildgebung des Patienten in Bauchlage

1. Bringen Sie den Patienten in Bauchlage, um eine CT in Bauchlage am Patienten durchzuführen. Bestätigen Sie den Zielbereich durch Röntgendurchleuchtung und eine körperliche Untersuchung des Rückens des Patienten, während Sie auf die schmerzhafteste Stelle drücken.
2. Lassen Sie den Patienten in Bauchlage auf dem Operationstisch liegen, platzieren Sie vor dem CT-Scan in Bauchlage einen Gradienter auf dem Rücken des Patienten, zeichnen Sie die Körperposition des Patienten auf und entfernen Sie dann den Gradienter (Abbildung 3).
3. Speichern Sie die CT-Bilder (1 mm Scanschichtdicke, 1 mm Schichtabstand und entweder 90 Schichten (konventionelles Scannen) oder 400 Schichten (Dünnschichtscannen) im DICOM-Format.

3. Erstellen Sie das 3D-Modell und simulieren Sie den Betrieb in einer Software zur Verarbeitung medizinischer Bildgebung

1. Exportieren Sie die CT-Bilder im DICOM-Format in eine Software zur Verarbeitung medizinischer Bildgebung, indem Sie auf Neues Projekt klicken. Wählen Sie die gewünschten Schnitte für die Rekonstruktion des komprimierten Wirbels aus.
2. Verwenden Sie das Werkzeug "Schwellenwertsegmentierung ", um den Schwellenwertbereich für den Zielwirbel anzupassen, insbesondere im Bereich von 125 bis 3071 H , um eine Maske zu erstellen. Verwenden Sie die Funktion "Maske duplizieren ", um zwei separate Masken zu generieren, Maske A und Maske B.
3. Verwenden Sie die Funktion "Maskenbearbeitung ", um den Zielwirbel aus Maske A zu löschen. Verwenden Sie anschließend das Werkzeug Boolesche Operationen , um Maske A von Maske B zu subtrahieren, was zur Bildung einer neuen Maske, Maske C, führt. Aktivieren Sie abschließend die Funktion 3-D berechnen , um den Zielwirbel mit der Maske C zu rekonstruieren; Nennen Sie dieses 3D-Modell L1 (Abbildung 4A).
4. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Neu in der Objektoberfläche, wählen Sie Zeichnen und anschließend Zylinder. Stellen Sie sicher, dass der Zylinder die gleichen Abmessungen wie die Einstichnadel hat, mit einer Länge von 12,5 mm und einem Radius von 1,25 mm.
5. Passen Sie die Positionierung des Zylinders mit den Funktionen Verschieben und Drehen an, um die ideale Position zu erreichen (Abbildung 4B). Achten Sie während der gesamten Simulation darauf, dass die Nadeltrajektorien den etablierten Prinzipien entsprechen: Die Punktionsnadel muss in der Lage sein, den Stiel zu durchqueren, vorzugsweise in seiner oberen Hälfte, und die optimale Positionierung der Spitzen liegt innerhalb des vorderen Drittels des Wirbelkörpers in der lateralen Ansicht.
6. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf L1 in der Objektoberfläche, wählen Sie STL exportieren und exportieren Sie die Datei anschließend im STL-Format.

4. Polieren Sie das 3D-Modell in einer 3D-Reverse-Engineering-Produktionssoftware

1. Importieren Sie die exportierte Wirbelkörper-Volumendatei in die 3D-Reverse-Engineering-Produktionssoftware, indem Sie auf Importieren klicken. Verwenden Sie daher die Mesh Doctor-Funktion , um Verzerrungen und Spitzen aus dem Modell zu entfernen.
2. Da die Grid Doctor-Funktion normale anatomische Strukturen fälschlicherweise als Verzerrungen oder Spikes identifizieren kann, sollten Sie das Rohmodell gründlich untersuchen, um interne Hohlräume zu identifizieren, und Schritt 4.1 befolgen, um sie angemessen zu füllen (Abbildung 5A).
3. Verwenden Sie die Funktion "Präzise Oberfläche", um das Volumenmodell in eine dreieckige Netzoberfläche zu transformieren, und entscheiden Sie sich für das Material "Organische Geometrie " (Abbildung 5B). Warten Sie auf den Abschluss des automatisierten Oberflächenkonstruktionsprozesses und exportieren Sie die Datei anschließend im STP-Format.

5. Rekonstruieren Sie das Wirbeltechnikmodell und bestätigen Sie die sicheren Eintrittsbereiche der Pedikelprojektion in der 3D-Modellierungssoftware

1. Importieren Sie das STP-Format des präzisen Oberflächendokuments in die 3D-Modellierungssoftware, um das Wirbelmodell zu rekonstruieren, indem Sie auf Öffnen klicken. Verwenden Sie die Schnittansichtsfunktion , um die Morphologie des Stiels in horizontaler, sagittaler und koronaler Ausrichtung zu untersuchen und eine erste Beobachtung der Morphologie und Struktur des Stiels zu ermöglichen (Abbildung 6A).
2. Passen Sie im Bereich Schnittansicht den Winkel des Schnitts an, um eine optimale Visualisierung zu erzielen. Beobachten Sie mit Transparenzprofilkörpern die schmalste Stelle der Pedikel (Abbildung 6B) und notieren Sie die Winkelparameter bei Abschnitt 1 im linken Bereich.
3. Um den Winkel des Wirbelmodells anzupassen, klicken Sie auf die Funktion Einfügen-Merkmale-Verschieben/Kopieren und wählen Sie die Schaltfläche Verschieben/Drehen, die sich am unteren Rand des linken Fensters befindet. Rufen Sie die Gruppe Schnittansicht erneut auf, und stellen Sie den Parameter für den Ansichtswinkel in Abschnitt 1 auf 0 ein.
4. Passen Sie die Verschiebungsparameter im Bedienfeld "Schnitt 1 " an, um eine zufriedenstellende Pedikel-Schnittansicht zu erhalten. Richten Sie sich neu aus, um eine bessere Perspektive zu erhalten, um den Pedikelabschnitt zu beobachten. Dokumentieren Sie die bestätigten Verschiebungsparameter im Panel (Abbildung 7).
5. Verwenden Sie die bereits erwähnte Verschieben/Kopieren-Funktion , um die Position des Wirbelmodells zu manipulieren. Geben Sie den Verschiebungsparameter im linken Bereich an. Verwenden Sie das Eckrechteck-Werkzeug , um den gesamten Wirbelkörper zu erfassen.
6. Navigieren Sie zunächst zur Option KE-Referenzgeometrie-Ebene, und legen Sie den Schnittplan als erste Referenz fest. Ändern Sie den Parameter für den Versatzabstand entsprechend, um die neu erstellte Ebene in das vordere Drittel des Wirbelkörpers zu verschieben.
7. Fahren Sie fort, eine Skizze auf der oben genannten Ebene zu erstellen und zeichnen Sie einen Punkt in der Mitte des Wirbelkörpers, der den Endpunkt der Punktion darstellt.
8. Verwenden Sie die Funktion Extrudierter Schnitt, um das Modell zu schneiden. Legen Sie die generierte rechteckige Skizze als ausgewählte Konturlinien fest.
9. Nehmen Sie Anpassungen sowohl der Richtung als auch der Tiefe vor, um das Wirbelkörpermodell in zwei Hälften zu unterteilen, nämlich die Wirbelkörperhälfte und die Laminahälfte (Abbildung 8A). Speichern Sie die Engineering-Dateien im SLDPRT-Format, insbesondere als Teil des Prozesses.
10. Öffnen Sie die Datei, die den Wirbelkörperteil enthält, und erstellen Sie anschließend eine Skizze auf der Grundlage der Schnittebene. Verwenden Sie die Funktion Elemente konvertieren , um die linke Pedikelprojektion in eine Kurvenskizze umzuwandeln.
11. Wiederholen Sie den obigen Vorgang für die rechte Pedikelprojektion, was zur Aufnahme einer weiteren Kurvenskizze führt. Verwenden Sie die Funktion Gefüllte Fläche , um die Kurvenskizzen in Flächen umzuwandeln, wobei die Kurvenskizzen der linken und rechten Pedikelprojektion als Begrenzung dienen (Abbildung 8B).
12. Zeigen Sie die resultierende Oberfläche an, nachdem der Wirbel verdeckt wurde. Wählen Sie die Funktion Erhobene Nabe/Basis in der Gruppe Features aus.
13. Die überlegene Positionierung der linken Pedikeloberfläche mit der Bezeichnung des Punktionsendpunkts als Profile ergibt eine konische Struktur, die die Wege für die Pedikelpunktion abgrenzt. Verwenden Sie die linke Seite als Referenz zur Veranschaulichung, wobei der gleiche Prozess auf der rechten Seite repliziert werden soll.
14. Verwenden Sie die Funktion Skalieren , um die bilaterale konische Struktur zu vergrößern, wobei der Schwerpunkt als Skalierungsmittelpunkt dient und ein Skalierungsfaktor von 2 erreicht wird. Verwenden Sie die Funktion Körper verschieben/kopieren , um die konischen Strukturen einzeln zu verschieben.
15. Wählen Sie in der Benutzeroberfläche des Bedienfelds Verknüpfungseinstellung den Scheitelpunkt der Struktur und den Endpunkt der Punktion aus, wobei der Abgleichsmodus auf Koinzident eingestellt ist. Beseitigen Sie anschließend den Wirbelkörper mit der Funktion "Körper löschen/behalten " (Abbildung 9A).
16. Die bikonische Struktur ist eine Zusammenstellung von bilateralen Pedikelpunktionspfaden, die im SLDPRT-Format gespeichert sind. Verwenden Sie die Funktion Teil einfügen , um den Laminateil und den Wirbelkörperteil mit dem Pedikelpunktionsset wieder zusammenzusetzen. Drücken Sie einfach die OK-Taste, um die Einfügeposition des Teils automatisch am Ursprung auszurichten (Abbildung 9B).
17. Verwenden Sie die Funktion "Körper kombinieren ", um boolesche Operationen für verschiedene Komponenten auszuführen. Durch den Prozess der Subtraktion des Punktionssatzes von einer Hälfte der Laminae unter Beibehaltung aller Laminae-Komponenten zeigt die anschließende Analyse, dass die ideale Knochenpunktionsregion die Regionen 1, 4 und 7 auf der linken Seite umfasst (Abbildung 9C).

Ergebnisse

CT-Bildgebung und digitale Modellierung wurden im Krankenhaus durchgeführt. Es dauerte 30 Minuten, um das 3D-Modell aus den CT-Bildern zu erstellen, ~10 Minuten, um das 3D-Modell in der 3D-Reverse-Engineering-Produktionssoftware zu polieren, und 15 Minuten, um das Wirbeltechnikmodell zu rekonstruieren und die sicheren Eintrittsbereiche der Pedikelprojektion in der 3D-Modellierungssoftware zu bestätigen. Die ideale Knochenpunktionsregion umfasst in diesem Fall die Regionen 1, 4 und 7 auf der linken Seit...

Diskussion

Die perkutane Vertebroplastie (PVP) hat eine günstige klinische Wirksamkeit bei der Behandlung schmerzhafter osteoporotischer Wirbelkompressionsfrakturen (OVCF) ^gezeigt9. Der Einsatz einer präzisen perkutanen Pedikelpunktionstechnologie durch Chirurgen spielt eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung des optimalen Einstichpunkts, der optimalen Richtung und Tiefe der Einstichnadel, wodurch das Auftreten von Komplikationen erheblich reduziert^{wird 10}. Gegenwärtig werden C...

Materialien

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