Método de división de área de nueve cuadrículas: una nueva región de punción ósea ideal para la vertebroplastia percutánea en la columna lumbar

Resumen

En este trabajo, presentamos un "Método de división de área de nueve cuadrículas" para la vertebroplastia percutánea. Se seleccionó como caso de estudio un paciente con fractura vertebral por compresión L1.

Resumen

La vertebroplastia percutánea (PVP) es ampliamente reconocida como una intervención eficaz para aliviar el dolor lumbar resultante de las fracturas vertebrales osteoporóticas por compresión. El punto de punción ósea ideal se sitúa convencionalmente en la proyección "10 puntos a la izquierda, 2 puntos a la derecha" del pedículo en la columna lumbar. Determinar el punto óptimo de punción ósea representa un reto crítico y complejo. La precisión de la vertebroplastia percutánea (PVP) está influenciada principalmente por la competencia de los cirujanos que operan y la utilización de múltiples fluoroscopios durante el procedimiento convencional. Se han documentado incidencias de complicaciones relacionadas con la punción en todo el mundo. En un esfuerzo por mejorar la precisión de la técnica quirúrgica y reducir la aparición de complicaciones relacionadas con la punción, nuestro equipo aplicó el "Método de división de área de nueve rejillas" para la PVP en la columna lumbar para modificar el procedimiento tradicional. Existe la posibilidad de disminuir el número de tiempos de punción, la dosis de exposición a la radiación y la duración de los procedimientos quirúrgicos.

Este protocolo introduce la definición del "Método de división de área de nueve cuadrículas" y describe el proceso de modelado de datos de imágenes DICOM de vértebras objetivo dentro del software de procesamiento de imágenes médicas, simulando operaciones dentro de un modelo 3D, refinando el modelo 3D utilizando software de producción de ingeniería inversa, reconstruyendo el modelo de ingeniería vertebral dentro del software de diseño de modelado 3D y utilizando datos quirúrgicos para determinar regiones de entrada seguras para la proyección de pedículos. Al emplear esta metodología, los cirujanos pueden identificar de manera efectiva los puntos de punción apropiados con precisión y facilidad, reduciendo así las complejidades asociadas con la punción y mejorando la precisión general de los procedimientos quirúrgicos.

Introducción

La fractura vertebral osteoporótica por compresión (OVCF) es el tipo de fractura más prevalente entre las fracturas osteoporóticas y plantea una preocupación clínica significativa en la atención sanitaria contemporánea¹. De acuerdo con las guías actuales, la vertebroplastia percutánea es reconocida como una de las modalidades de tratamiento mínimamente invasivo más eficaces para la OVCF². El método predominante para realizar la vertebroplastia percutánea (PVP) implica el abordaje de la punción pedicular, que abarca tres parámetros clave: la identificación del punto de entrada de la punción ósea, el ángulo de punción y la profundidad de la punción. De estos parámetros, la selección del punto de entrada a la punción ósea se considera el más crucial.

Actualmente, las máquinas de rayos X con arco en C se emplean ampliamente en la práctica nacional e internacional de la cirugía PVP tradicional para facilitar el ajuste de la trayectoria quirúrgica de la aguja de punción. El aspecto crucial radica en la identificación del "punto de punción ósea ideal", que convencionalmente se sitúa en la proyección "10 puntos a la izquierda, 2 puntos a la derecha" del pedículo en la columna lumbar (Figura 1A)³. A pesar de su experiencia, incluso los cirujanos experimentados pueden cometer errores al determinar los puntos de punción apropiados basándose únicamente en su experiencia personal. Esto puede conducir a complicaciones relacionadas con la punción, como fuga de cemento en los tejidos circundantes, lesión de la raíz nerviosa y hematoma intraespinal ^4,5,6. Además, casi la mitad de los pacientes experimentan complicaciones locales de la PVP tradicional, y el 95% de estas complicaciones se atribuyen a la fuga de cemento en el tejido circundante o a la embolización de las venas paravertebrales⁷. Nuestra investigación preliminar encontró que los puntos de punción ósea PVP reales en la columna lumbar no siempre se encuentran en la proyección pedicular, ideal "10 puntos a la izquierda y 2 puntos a la derecha"⁸. Algunos puntos de punción reales también pueden lograr resultados de punción satisfactorios cerca del "punto de punción ósea ideal", lo que no afecta la seguridad y precisión quirúrgicas.

Sobre la base de los supuestos anteriores, proponemos, por primera vez, el concepto de la "región de punción ósea ideal" para la PVP en la columna lumbar y dividimos la proyección del pedículo en un "área de nueve cuadrículas". El concepto de región de punción ósea ideal se refiere a regiones anatómicas específicas en las que el punto de entrada de la punción puede alcanzar con éxito y seguridad el punto final ideal de la punción a través del pedículo. El término "Método de división de área de nueve cuadrículas" se refiere a una técnica en la imagen anteroposterior de rayos X en la que los diámetros más largo y más corto de la proyección del pedículo se dividen en tres partes iguales, lo que resulta en la división del área en nueve regiones (Figura 1B). Estas regiones se numeran secuencialmente del 1 al 9, progresando desde la más externa hasta la más interna y de arriba a abajo. Utilizando la proyección de rayos X del pedículo lumbar como marcador anatómico, establecemos la "región de punción ósea ideal" para la PVP a través del "Método de división de área de nueve cuadrículas" en lugar de limitarse a un solo punto. Utilizamos la simulación por ordenador para explorar una ruta de punción segura durante el proceso de punción.

Por lo tanto, sugerimos la implementación del "Método de división de área de nueve cuadrículas" como un método potencial para mejorar la conveniencia, la eficiencia y la seguridad de las técnicas auxiliares de punción en la cirugía de PVP, con el objetivo de mejorar la precisión del procedimiento y minimizar las complicaciones relacionadas con la punción. Es importante destacar que este estudio presenta un enfoque teórico que requiere validación a través de una amplia investigación para determinar su eficacia y seguridad.

Protocolo

El presente estudio fue aprobado por el Comité de Ética del Hospital de la Amistad de Beijing, Universidad Médica de la Capital. Este método se introducirá a través de un estudio de caso retrospectivo, utilizando solo los datos de imágenes de tomografía computarizada (TC) preoperatoria en posición prona del paciente. El "Método de división de área de nueve cuadrículas" en la vertebroplastia percutánea asistida (PVP) ofrece un enfoque más simple y efectivo en comparación con los métodos tradicionales, lo que resulta en una reducción de los tiempos de exposición quirúrgica y a la radiación. Esta técnica puede beneficiar a los residentes jóvenes al facilitar la identificación de los puntos de punción y potencialmente acortar la curva de aprendizaje de los procedimientos de PVP, lo que justifica una mayor investigación. El individuo descrito aquí es una mujer de 68 años de edad.

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

1. Identifique al paciente que tiene OVCF entre los pacientes mayores con síntomas como dolor de espalda, sensibilidad en la apófisis espinosa y músculos paraespinales en la espalda. Utilice la fluoroscopia de rayos X posteroanterior para evaluar la presencia de una fractura vertebral por compresión a nivel L1 (Figura 2A). Emplear imágenes de resonancia magnética para confirmar el diagnóstico de una fractura por compresión vertebral lumbar de reciente aparición e identificar la vértebra específica afectada, que se determina que es L1 (Figura 2B).

2. La adquisición preoperatoria de la TAC del paciente en decúbito prono

1. Coloque al paciente en posición prona para realizar una TC prona en el paciente. Confirme el área objetivo mediante fluoroscopia de rayos X y un examen físico de la espalda del paciente mientras presiona la parte más dolorosa.
2. Haga que el paciente se acueste en posición prona en la mesa de operaciones, coloque un degradador en la espalda del paciente antes de la tomografía computarizada en decúbito prono, registre la posición corporal del paciente y luego retire el gradiente (Figura 3).
3. Guarde las imágenes CT (1 mm de grosor de capa de escaneo, espaciado de capa de 1 mm y 90 cortes (escaneo convencional) o 400 cortes (escaneo de corte fino) en formato DICOM.

3. Establecer el modelo 3D y simular la operación en el software de procesamiento de imágenes médicas

1. Exporte las imágenes de TC en formato DICOM al software de procesamiento de imágenes médicas haciendo clic en Nuevo proyecto. Seleccione los cortes deseados para reconstruir la vértebra comprimida.
2. Utilice la herramienta Segmentación de umbral para ajustar el rango de umbral para la vértebra objetivo, específicamente dentro del rango de 125-3071 H para crear una máscara. Utilice la función Duplicar máscara para generar dos máscaras separadas, la máscara A y la máscara B.
3. Utilice la función Edición de máscara para borrar la vértebra objetivo de la máscara A. Posteriormente, utilice la herramienta Operaciones booleanas para restar la máscara A de la máscara B, lo que da como resultado la formación de una nueva máscara, la máscara C. Por último, active la función Calcular 3D para reconstruir la vértebra objetivo utilizando la Máscara C; nombre este modelo 3D L1 (Figura 4A).
4. Haga clic con el botón derecho en Nuevo en la interfaz de Objetos , elija Dibujar y, a continuación, seleccione Cilindro. Asegúrese de que el cilindro tenga las mismas dimensiones que la aguja de punción, con una longitud de 12,5 mm y un radio de 1,25 mm.
5. Ajuste la posición del cilindro utilizando la función Mover y Rotar para lograr la posición ideal (Figura 4B). A lo largo de la simulación, tenga cuidado de mantener las trayectorias de la aguja de acuerdo con los principios establecidos: la aguja de punción debe ser capaz de atravesar el pedículo, preferiblemente en su mitad superior, y la posición óptima de las puntas es dentro del tercio anterior del cuerpo vertebral en la vista lateral.
6. Haga clic con el botón derecho en L1 en la interfaz de Objetos , elija Exportar STL y, a continuación, exporte el archivo en formato STL.

4. Pulir el modelo 3D en el software de producción de ingeniería inversa 3D

1. Importe el archivo sólido del cuerpo vertebral exportado al software de producción de ingeniería inversa 3D haciendo clic en Importar. En consecuencia, emplee la función Mesh Doctor para eliminar las distorsiones y los picos del modelo.
2. Dado que la función Grid Doctor puede identificar erróneamente estructuras anatómicas normales como distorsiones o picos, tenga cuidado de examinar minuciosamente el modelo aproximado para identificar cualquier vacío interno y siga el paso 4.1 para llenarlos adecuadamente (Figura 5A).
3. Emplee la función de superficie precisa para transformar el modelo sólido en una superficie de malla triangular, optando por el material de geometría orgánica (Figura 5B). Espere la finalización del proceso automatizado de construcción de la superficie y, posteriormente, exporte el archivo en formato STP.

5. Reconstruir el modelo de ingeniería vertebral y confirmar las regiones de entrada seguras de la proyección del pedículo en el software de diseño de modelado 3D

1. Importe el formato STP del documento de superficie precisa en el software de diseño de modelado 3D para reconstruir el modelo de ingeniería vertebral haciendo clic en Abrir. Utilice la función de vista en sección para examinar la morfología del pedículo en orientaciones horizontales, sagitales y coronales, proporcionando una observación inicial de la morfología y la estructura del pedículo (Figura 6A).
2. En el panel Vista de sección , ajuste el ángulo de la sección para una visualización óptima. Al utilizar los cuerpos de sección de transparencia, observe el punto más estrecho de los pedículos (Figura 6B) y registre los parámetros de ángulo en la Sección 1 en el panel izquierdo.
3. Para ajustar el ángulo del modelo vertebral, haga clic en la función Insertar-Características-Mover/Copiar y seleccione el botón Traducir/Rotar ubicado en la parte inferior del panel izquierdo. Vuelva a visitar el panel Vista en sección y ajuste el parámetro de ángulo de visión de la sección 1 a 0.
4. Ajuste los parámetros de desplazamiento en el panel Sección 1 para lograr una vista satisfactoria de la sección del pedículo. Reoriente para mejorar la perspectiva de observar la sección del pedículo. Documente los parámetros de desplazamiento confirmados en el panel (Figura 7).
5. Utilice la función Mover/Copiar antes mencionada para manipular la posición del modelo vertebral. Especifique el parámetro de desplazamiento en el panel izquierdo. Emplea la herramienta Rectángulo de esquina para abarcar la totalidad del cuerpo vertebral.
6. Para comenzar, navegue hasta la opción Geometría-Plano de Características de Referencia y designe la vista en sección como Primera Referencia. Modifique el parámetro de distancia de desplazamiento en consecuencia para reubicar el plano recién creado en el tercio anterior del cuerpo vertebral.
7. Proceda a generar un Croquis en el plano antes mencionado y dibuje un Punto en el punto medio del cuerpo vertebral, que signifique el punto de terminación de la punción.
8. Utilice la función Corte extruido para realizar el corte del modelo. Designe el boceto rectangular generado como Contornos seleccionados.
9. Realice ajustes tanto en la dirección como en la profundidad para dividir el modelo de cuerpo vertebral en dos mitades, a saber, la mitad del cuerpo vertebral y la mitad de la lámina (Figura 8A). Guarde los archivos de ingeniería en formato SLDPRT, específicamente como parte del proceso.
10. Abra el archivo que contiene la parte del cuerpo vertebral, seguido de la creación de un boceto basado en el plano de la sección. Utilice la función Convertir entidades para convertir la proyección del pedículo izquierdo en un boceto de curva.
11. Repita el procedimiento anterior para la proyección del pedículo derecho, lo que resulta en la adquisición de otro boceto de curva. Emplee la función Superficie rellena para transformar los bocetos de curva en superficies, con los bocetos de curva de proyección de pedículo izquierdo y derecho que sirven como límite (Figura 8B).
12. Muestra la superficie resultante después de que la vértebra se haya ocultado. Seleccione la función Saliente/Base alabeado en el panel Operaciones .
13. La posición superior de la superficie del pedículo izquierdo, con la designación del punto final de la punción como Perfiles, producirá una estructura cónica que delineará los caminos para la punción del pedículo. Utilice el lado izquierdo como referencia con fines ilustrativos, y el mismo proceso se replicará en el lado derecho.
14. Utilice la función Escala para ampliar la estructura cónica bilateral, con el centroide como punto central de escala y un factor de escala de 2. Utilice la función Mover/Copiar cuerpo para reubicar individualmente las estructuras cónicas.
15. En la interfaz del panel Configuración de relaciones de posición , seleccione el vértice de la estructura y el punto final de punción, con el modo correspondiente establecido como Coincidente. A continuación, elimine el cuerpo vertebral utilizando la función Delete/Keep Body (Figura 9A).
16. La estructura bicónica es una compilación de trayectorias de punción pediculares bilaterales, guardadas en formato SLDPRT. Utilice la función de pieza de inserción para volver a ensamblar la parte de la lámina y la parte del cuerpo vertebral utilizando el juego de punción pedicular. Basta con pulsar el botón OK para alinear automáticamente la posición de la plaquita de la pieza con el origen (Figura 9B).
17. Emplee la función Combine Body para ejecutar operaciones booleanas en varios componentes. A través del proceso de sustraer el conjunto de punción de la mitad de las láminas mientras se conservan todos los componentes de las láminas, el análisis posterior indica que la región ideal de punción ósea incluye las regiones 1, 4 y 7 en el lado izquierdo (Figura 9C).

Resultados

En el hospital se realizaron tomografías computarizadas y modelos digitales. Se necesitaron 30 minutos para construir el modelo 3D a partir de las imágenes de TC, ~ 10 minutos para pulir el modelo 3D en el software de producción de ingeniería inversa 3D y 15 minutos para reconstruir el modelo de ingeniería vertebral y confirmar las regiones de entrada seguras de la proyección del pedículo en el software de diseño de modelado 3D. En este caso, la región ideal de punción ósea incluye las regione...

Discusión

La vertebroplastia percutánea (PVP) ha demostrado una eficacia clínica favorable en el manejo de las dolorosas fracturas vertebrales osteoporóticas por compresión (OVCF)⁹. La utilización de la tecnología precisa de punción pedicular, percutánea y pedicular, por parte de los cirujanos, desempeña un papel crucial en la determinación del punto de inserción, la dirección y la profundidad óptimos de la aguja de punción, reduciendo así significativamente la aparición de complicaciones

Materiales

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