Guide d'impression tridimensionnel Template Assisted Percutaneous Vertebroplasty (PVP)

Résumé

Ici, nous présentons un modèle tridimensionnel de guide d'impression pour la vertébraplastie percutanée. Un patient présentant une rupture vertébrale de compression de T11 a été choisi comme étude de cas.

Résumé

La vertébroplastie percutanée (PVP) est considérée comme un traitement efficace pour les maux de dos causés par la fracture de compression vertébrale ostéoporotique. La précision du PVP dépend principalement de l'expérience des chirurgiens et des fluoroscopes multiples au cours d'une procédure traditionnelle. Des complications liées à la perforation ont été rapportées partout dans le monde. Pour rendre la procédure chirurgicale plus précise et diminuer le taux de complications liées à la perforation, notre équipe a appliqué un modèle de guide d'impression tridimensionnel au PVP pour modifier la procédure traditionnelle. Ce protocole introduit comment modéliser les données d'imagerie ciblées des vertèbres DICOM en trois dimensions dans le logiciel, comment simuler le fonctionnement de ce modèle 3D, et comment utiliser toutes les données chirurgicales pour reconstruire un modèle spécifique au patient pour l'application. À l'aide de ce modèle, les chirurgiens peuvent identifier avec précision les points de perforation appropriés afin d'améliorer la précision de l'opération. L'ensemble du protocole comprend : 1) diagnostic de la fracture de compression vertébrale ostéoporotic ; 2) acquisition de l'imagerie Par cT de la vertèbre cible; 3) simulation de l'opération dans le logiciel; 4) conception et fabrication du modèle de guide d'impression 3D ; et 5) l'application du modèle dans une procédure d'opération.

Introduction

Comme la fracture de type la plus commune parmi toutes sortes de fractures ostéoporotiques, la fracture de compression vertébrale ostéoporotic (OVCF) est un problème clinique très préoccupant de nos jours. Comme le recommandent les lignes directrices actuelles, la vertébroplastie percutanée est l'une des méthodes les plus efficaces et peu invasives pour traiter cliniquement les fractures de compression vertébrale ostéoporotique¹.

Traditionnellement, les chirurgiens exécutent la vertébroplastie percutanée guidée par un fluoroscope de C-bras pour traiter une rupture vertébrale de compression pour reconstituer le corps vertébral comprimé et soulager la douleur de^{début-étape 2.} Même les chirurgiens expérimentés font des erreurs en confirmant les points de perforation appropriés en s'appuyant simplement sur leur expérience personnelle. Cette opération pourrait causer des complications liées à la perforation (p. ex., fuite de ciment dans les tissus environnants, lésions des racines nerveuses, hématome intra-spinal, etc.^3,4,5); en outre, près de 50% des patients ont des complications locales du PVP traditionnel avec 95% des complications provenant de fuite de ciment dans les tissus environnants ou l'embolisation des veines paravertébrales⁶. Avec l'émergence de la chirurgie de précision, un modèle de guide d'impression 3D a été utilisé dans de nombreuses opérations de chirurgie de la colonne vertébrale^7, car il peut améliorer l'exactitude procédurale, en diminuant les difficultés et en minimisant les risques opérationnels. Ici, nous appliquons un modèle de guide d'impression 3D dans le PVP pour rendre la procédure chirurgicale plus précise et pour diminuer le taux de complications liées à la perforation. Comparé à la méthode traditionnelle, les opérations assistées par le modèle de guide d'impression 3D ont 1) augmenté la précision de ponction chirurgicale, 2) réduit l'exposition de rayonnement pendant l'opération, 3) a raccourci le temps de procédure chirurgicale, et 4) a diminué le probabilité de complications liées à la perforation.

Protocole

La présente étude a été approuvée par le comité d'éthique de Beijing Friendship Hospital Capital Medical University.

1. Diagnostic de la fracture de compression vertébrale ostéoporotique (OVCF) par fluoroscopie de rayon X, image de résonance magnétique (MRI), scintigraphie d'os, et symptômes

1. Identifier les patients qui ont OVCF par les patients plus âgés avec des maux de dos, la tendresse dans le processus spinous, muscles paraspin au dos, etc.
2. Utilisez la fluoroscopie postrioanterior aux rayons X pour vérifier si le patient souffre d'une fracture de compression vertébrale.
3. Utilisez une IRM pour diagnostiquer si un patient a une fracture de compression vertébrale nouvellement commencée, et déterminer les vertèbres comprimées cible. Pour les patients qui ne peuvent pas subir l'IRM, utilisez une scintigraphie osseuse.
4. Commandez un traitement PVP pour le patient qui a une fracture de compression vertébrale aigue et enregistrez le score de l'échelle analogique visuelle (VAS) et l'indice d'incapacité d'Oawestry (ODI)⁸.
   REMARQUE : Il y a quelques critères pour l'inclusion : 1) patient fracturé de vertèbre si ayant l'histoire d'un trauma de basse énergie ou pas ; 2) aucune histoire ou évidence de maladie métabolique d'os ou de cancer ; 3) Score VAS 7; 4) diagnostic comme rupture vertébrale par rayon X, MRI ou scintigraphie d'os.

2. Localisation préopératoire des vertèbres cibles

1. Avant l'opération, conduisez la tomographie encline d'ordinateur sur le patient avec trois marqueurs radiopaque placés dans la ligne médiane de la peau arrière du patient au niveau vertébral comprimé. Tout en appuyant sur la partie la plus douloureuse, confirmer la zone cible par fluoroscopie aux rayons X et un examen physique sur le dos du patient.
2. Avant le balayage enclin de tomographie d'ordinateur, mettez un gradienter sur le dos du patient juste inférieur aux marqueurs fixes. Enregistrez la position du corps du patient, puis retirez-la. Demandez au patient de rester dans la même position pendant la chirurgie.
3. Enregistrer les images CT (épaisseur de la couche de balayage de 1 mm, espacement de 1 mm et 90 tranches (balayage conventionnel) ou 400 tranches (balayage de tranches minces) dans un format DICOM. Placez un tampon de coton sur le dos du patient pour s'assurer que les marqueurs restent jusqu'à l'opération.

3. Simulation de la procédure percutanée de vertébroplastie dans le logiciel informatique

1. Exportez les images CT en format DICOM dans un logiciel de traitement d'imagerie médicale (p. ex. MIMICS) et sélectionnez les tranches cibles pour reconstruire la vertèbre comprimée.
2. Sélectionnez La segmentation des seuils pour ajuster la plage de seuil pour la vertèbre cible de 125-3071H et créer un masque. Appuyez sur Masque Duplicate pour faire deux masques: Masque A et Masque B.
3. Cliquez sur Masquer Modifier pour effacer la vertèbre cible dans le masque A. Cliquez ensuite sur Boolean Operations pour former un nouveau masque C en utilisant le masque B à moins le masque A. Appuyez sur Calculer 3D à partir du masque pour reconstruire la vertèbre cible.
4. Simuler PVP via une approche transpédiculaire bilatérale dans le logiciel. Tout d'abord, définir le cylindre Medcad dans le logiciel comme le modèle d'aiguille de perforation. Définissez les cylindres comme la même longueur et le même rayon que l'aiguille de perforation (une longueur de 125 mm et un rayon de 1,25 mm).
5. Simulez le point d'entrée, l'angle d'entrée (angle d'inclinaison de la tête et orientation de l'angle d'enlèvement) et la profondeur de l'aiguille de perforation pour un vrai PVP avec les vues 3D de la vertèbre cible.
6. Ajustez les aiguilles de perforation à sa position idéale en utilisant la fonction Déplacer et tourner. Maintenir des trajectoires d'aiguilles compatibles avec ces principes : 1) les aiguilles de perforation peuvent extrapoler à travers le pédicle, de préférence dans sa moitié supérieure ; 2) l'emplacement idéal des bouts est au point dans le tiers antérieur du corps vertébral sur la vue latérale.

4. Modèle de guide d'impression tridimensionnel

1. Enregistrez toutes les données du modèle 3D et envoyez-les dans le format MCS à une entreprise d'impression tridimensionnelle.
2. Convertissez les données de format MCS dans un format STL et concevez le modèle à l'aide d'un logiciel. Reconstruire la base, qui doit s'accrocher à la peau du patient, reconstruire le canal de trajectoire selon tous les paramètres, y compris les points d'entrée de la peau, les angles d'entrée et la profondeur de la trajectoire des deux aiguilles, imprimer deux modèles identiques pour l'opération .
   REMARQUE : Le modèle de guide est fait à partir de l'acide polylactique, qui peut être stérilisé et par la désinfection de vapeur à basse température.

5. Application du modèle de guide d'impression tridimensionnel pour aider le fonctionnement réel de PVP

1. Faire le patient couché enclin sur la table d'opération comme pour la tomodensitométrie en conformité avec l'enregistrement gradienter. Mesurez la distance des trois marqueurs radiopaque et dessinez le contour des trois marqueurs pour faire correspondre le modèle avec l'emplacement cible.
2. Associez un modèle de peau avec le contour de la peau. Insérez et appuyez sur deux écouvillons à travers les trajectoires de l'aiguille sur le modèle pour marquer les points d'insertion sur la peau. Ensuite, retirez le modèle et dessinez les points en tant que point A et B.
3. Retirez le modèle et désinfectez la peau. Drapez la zone et placez les pointes de deux aiguilles de perforation aux points d'insertion (point A et B). Ensuite, utilisez la vue antéropostérieure de la fluoroscopie du bras C pour confirmer si les points de perforation déterminés par le modèle sont réalisables.
4. Donnez au patient une anesthésie locale en injectant un mélange de 5 ml de 1 % de lidocaïne et de 1 % de ropavicaine à chaque point de ponction. Fixer un autre modèle stérilisé sur le dos du patient par film stérilisé.
5. Appuyez légèrement sur les deux aiguilles dans la vertèbre cible via des insertions à travers les cylindres du modèle. Vérifier avec le fluoroscope du bras C que les trajectoires sont propices à l'insertion. Assurez-vous que la ponctuation est dans les pédicles, puis appuyez sur les aiguilles pour avancer plus loin jusqu'à la fin de la trajectoire.
6. Lorsque les aiguilles entières sont complètement insérées dans les cylindres de guidage, vérifiez avec le fluoroscope du bras C que les pointes d'aiguille ont atteint leur emplacement idéal.
7. Injecter du ciment osseux dans le corps vertébral à travers les aiguilles. Injecter 2 ml de ciment osseux via chaque trajectoire pour un total de 4 ml de ciment osseux à la vertèbre.
8. Enfin, utilisez la fluoroscopie pour vérifier la distribution du ciment osseux dans le corps vertébral par des vues antéropostérieures et latérales. Coudre les insertions.

Résultats

L'acquisition d'images CT et la modélisation numérique ont été effectuées à l'hôpital, tandis que l'impression 3D a été effectuée dans une entreprise d'impression 3D. Trente minutes ont été nécessaires pour reconstruire le modèle 3D à partir des images CT pour l'impression 3D, et l'entreprise d'impression 3D a eu besoin d'environ 6 heures pour imprimer 2 modèles de guide et envoyer à l'hôpital.

Les images de pr...

Discussion

La vertébroplastie percutanée (PVP) est considérée comme l'une des meilleures méthodes pour traiter la fracture de compression vertébrale ostéoporotique⁹ due à certains avantages distincts : elle est peu invasive ; il y a moins de saignements, et la récupération est rapide. Le PVP traditionnel est principalement guidé par un fluoroscope de C-bras qui exige la fluoroscopie répétée pour déterminer les points sûrs et idéaux de perforation, les angles de perforation et les orientation...

matériels

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