Méthode de division de l’aire à neuf grilles : une nouvelle région de ponction osseuse idéale pour la vertébroplastie percutanée de la colonne lombaire

Résumé

Ici, nous présentons une « méthode de division de zone à neuf grilles » pour la vertébroplastie percutanée. Un patient souffrant d’une fracture vertébrale par compression L1 a été sélectionné comme étude de cas.

Résumé

La vertébroplastie percutanée (PVP) est largement reconnue comme une intervention efficace pour soulager la lombalgie résultant de fractures vertébrales ostéoporotiques par compression. Le point de ponction osseuse idéal se situe conventionnellement au niveau de la projection « 10 points gauches, 2 points droits » du pédicule dans la colonne lombaire. Déterminer le point optimal de ponction osseuse représente un défi critique et complexe. La précision de la vertébroplastie percutanée (PVP) est principalement influencée par la compétence des chirurgiens opérateurs et l’utilisation de plusieurs fluoroscopes au cours de la procédure conventionnelle. L’incidence des complications liées à la ponction a été documentée à l’échelle mondiale. Dans le but d’améliorer la précision de la technique chirurgicale et de réduire l’apparition de complications liées à la ponction, notre équipe a appliqué la « méthode de division de zone à neuf grilles » pour la PVP dans la colonne lombaire afin de modifier la procédure traditionnelle. Il est possible de réduire le nombre de temps de ponction, la dose d’exposition aux rayonnements et la durée des interventions chirurgicales.

Ce protocole introduit la définition de la « méthode de division de zone à neuf grilles » et décrit le processus de modélisation des données d’imagerie DICOM des vertèbres cibles dans un logiciel de traitement d’imagerie médicale, de simulation d’opérations dans un modèle 3D, d’affinage du modèle 3D à l’aide d’un logiciel de production de rétro-ingénierie, de reconstruction du modèle d’ingénierie vertébrale dans un logiciel de conception de modélisation 3D et d’utilisation de données chirurgicales pour déterminer les régions d’entrée sûres pour la projection des pédicules. En utilisant cette méthodologie, les chirurgiens peuvent identifier efficacement les points de ponction appropriés avec précision et facilité, réduisant ainsi les complexités associées à la perforation et améliorant la précision globale des procédures chirurgicales.

Introduction

La fracture vertébrale ostéoporotique par compression (OVCF) est le type de fracture le plus répandu parmi les fractures ostéoporotiques et pose un problème clinique important dans les soins de santé contemporains¹. Selon les directives actuelles, la vertébroplastie percutanée est reconnue comme l’une des modalités de traitement mini-invasives les plus efficaces pour l’OVCF². La méthode prédominante pour réaliser une vertébroplastie percutanée (PVP) implique l’approche de ponction pédiculaire, qui englobe trois paramètres clés : l’identification du point d’entrée de la ponction osseuse, de l’angle de ponction et de la profondeur de ponction. Parmi ces paramètres, le choix du point d’entrée de la ponction osseuse est considéré comme le plus crucial.

Actuellement, les appareils à rayons X à arceau C sont largement utilisés dans la pratique nationale et internationale de la chirurgie PVP traditionnelle pour faciliter l’ajustement de la trajectoire chirurgicale de l’aiguille de ponction. L’aspect crucial réside dans l’identification du « point de ponction osseuse idéal », qui se situe conventionnellement au niveau de la projection « 10 points gauche, 2 points droits » du pédicule dans la colonne lombaire (Figure 1A)³. Malgré leur expérience, même les chirurgiens chevronnés peuvent faire des erreurs lorsqu’il s’agit de déterminer les points de ponction appropriés en se basant uniquement sur leur expérience personnelle. Cela peut entraîner des complications liées à la ponction telles que des fuites de ciment dans les tissus environnants, des lésions des racines nerveuses et un hématome intra-spinal ^4,5,6. De plus, près de la moitié des patients présentent des complications locales dues à la PVP traditionnelle, 95 % de ces complications étant attribuées à une fuite de ciment dans les tissus environnants ou à l’embolisation des veines paravertébrales⁷. Nos recherches préliminaires ont révélé que les points réels de ponction osseuse PVP dans la colonne lombaire ne sont pas toujours situés à la projection idéale du pédicule « 10 points à gauche et 2 points à droite »⁸. Certains points de ponction réels peuvent également obtenir des résultats de ponction satisfaisants près du « point de ponction osseuse idéal », ce qui n’affecte pas la sécurité et la précision chirurgicales.

Sur la base des hypothèses ci-dessus, nous proposons, pour la première fois, le concept de la « région de ponction osseuse idéale » pour la PVP dans la colonne lombaire et divisons la projection du pédicule en une « aire à neuf grilles ». Le concept de la région idéale de ponction osseuse se rapporte à des régions anatomiques spécifiques où le point d’entrée de la ponction peut atteindre avec succès et en toute sécurité le point final idéal de la ponction à travers le pédicule. Le terme « méthode de division de l’aire à neuf grilles » fait référence à une technique dans l’image antéropostérieure aux rayons X dans laquelle les diamètres les plus longs et les plus courts de la projection du pédicule sont divisés en trois parties égales, ce qui entraîne la division de l’aire en neuf régions (Figure 1B). Ces régions sont numérotées séquentiellement de 1 à 9, progressant de la plus externe à la plus intérieure et de haut en bas. En utilisant la projection radiographique du pédicule lombaire comme marqueur anatomique, nous établissons la « région idéale de ponction osseuse » pour la PVP grâce à la « méthode de division de zone à neuf grilles » au lieu d’être confinés à un seul point. Nous utilisons la simulation informatique pour explorer un chemin de ponction sûr pendant le processus de ponction.

Par conséquent, nous suggérons la mise en œuvre de la « méthode de division de zone à neuf grilles » comme méthode potentielle pour améliorer la commodité, l’efficacité et la sécurité des techniques de ponction auxiliaire en chirurgie PVP, dans le but d’améliorer la précision de la procédure et de minimiser les complications liées à la ponction. Il est important de noter que cette étude présente une approche théorique qui nécessite une validation par des recherches approfondies pour déterminer son efficacité et son innocuité.

Protocole

La présente étude a été approuvée par le Comité d’éthique de l’Université de médecine de la capitale de l’Hôpital de l’amitié de Pékin. Cette méthode sera introduite par le biais d’une étude de cas rétrospective, en utilisant uniquement les données d’imagerie par tomodensitométrie (TDM) préopératoire en position couchée du patient. La « méthode de division de zone à neuf grilles » dans la vertébroplastie percutanée assistée (PVP) offre une approche plus simple et plus efficace par rapport aux méthodes traditionnelles, ce qui permet de réduire les temps d’exposition chirurgicale et aux radiations. Cette technique pourrait être bénéfique pour les jeunes résidents en facilitant l’identification des points de ponction et en raccourcissant potentiellement la courbe d’apprentissage des procédures de PVP, ce qui justifie une enquête plus approfondie. L’individu décrit ici est une femme de 68 ans.

1. Diagnostic de la fracture vertébrale ostéoporotique par compression (OVCF) à l’aide de la fluoroscopie à rayons X, de l’image par résonance magnétique (IRM), de la scintigraphie osseuse et des symptômes

1. Identifiez le patient atteint d’OVCF parmi les patients âgés présentant des symptômes tels que des maux de dos, une sensibilité de l’apophyse épineuse et des muscles paraspinaux du dos. Utiliser la fluoroscopie à rayons X postéro-antérieure pour évaluer la présence d’une fracture vertébrale par compression au niveau L1 (Figure 2A). Utilisez l’imagerie par IRM pour confirmer le diagnostic d’une fracture vertébrale par compression lombaire nouvellement survenue et identifier la vertèbre spécifique touchée, qui est déterminée comme étant L1 (Figure 2B).

2. L’acquisition préopératoire de l’imagerie TDM du patient en position couchée

1. Placez le patient en position couchée pour effectuer une tomodensitométrie en décubitus ventral sur le patient. Confirmez la zone cible par fluoroscopie à rayons X et un examen physique du dos du patient tout en appuyant sur la partie la plus douloureuse.
2. Placez le patient en position couchée sur le ventre sur la table d’opération, placez un dégradé sur le dos du patient avant la tomodensitométrie en décubitus ventral, enregistrez la position du corps du patient, puis retirez le dégradé (Figure 3).
3. Enregistrez les images CT (épaisseur de couche de balayage de 1 mm, espacement des couches de 1 mm et 90 coupes (balayage conventionnel) ou 400 coupes (balayage de tranches minces) au format DICOM.

3. Etablir le modèle 3D et simuler le fonctionnement dans un logiciel de traitement d’imagerie médicale

1. Exportez les images CT au format DICOM dans un logiciel de traitement d’imagerie médicale en cliquant sur Nouveau projet. Sélectionnez les tranches souhaitées pour reconstruire la vertèbre comprimée.
2. Utilisez l’outil de segmentation du seuil pour ajuster la plage de seuil de la vertèbre cible, en particulier dans la plage de 125 à 3071 H afin de créer un masque. Utilisez la fonction Dupliquer le masque pour générer deux masques distincts, le masque A et le masque B.
3. Utilisez la fonction d’édition de masque pour effacer la vertèbre cible du masque A. Par la suite, utilisez l’outil Opérations booléennes pour soustraire le masque A du masque B, ce qui entraîne la formation d’un nouveau masque, le masque C. Enfin, activez la fonction Calculer 3D pour reconstruire la vertèbre cible à l’aide du masque C ; nommez ce modèle 3D L1 (Figure 4A).
4. Cliquez avec le bouton droit de la souris sur Nouveau dans l’interface Objets , choisissez Dessiner, puis sélectionnez Cylindre. Assurez-vous que le cylindre a les mêmes dimensions que l’aiguille de ponction, avec une longueur de 12,5 mm et un rayon de 1,25 mm.
5. Ajustez le positionnement du cylindre à l’aide de la fonction Move and Rotate pour obtenir la position idéale (Figure 4B). Tout au long de la simulation, veillez à maintenir des trajectoires d’aiguille conformes aux principes établis : l’aiguille de ponction doit pouvoir traverser le pédicule, de préférence dans sa moitié supérieure, et le positionnement optimal des pointes se situe dans le tiers antérieur du corps vertébral sur la vue latérale.
6. Cliquez avec le bouton droit de la souris sur L1 dans l’interface Objets , choisissez Exporter STL, puis exportez le fichier au format STL.

4. Peaufiner le modèle 3D dans un logiciel de production de rétro-ingénierie 3D

1. Importez le fichier solide du corps vertébral exporté dans le logiciel de production de rétro-ingénierie 3D en cliquant sur Importer. Par conséquent, utilisez la fonction Mesh Doctor pour éliminer les distorsions et les pointes du modèle.
2. Comme la fonction Grid Doctor peut identifier par erreur les structures anatomiques normales comme des distorsions ou des pointes, prenez soin d’examiner minutieusement le modèle approximatif pour identifier les vides internes, et suivez l’étape 4.1 pour les remplir de manière appropriée (Figure 5A).
3. Utilisez la fonction Surface précise pour transformer le modèle solide en une surface de maillage triangulaire, en optant pour le matériau de géométrie organique (Figure 5B). Attendez la fin du processus automatisé de construction de surface et exportez ensuite le fichier au format STP.

5. Reconstruire le modèle d’ingénierie vertébrale et confirmer les régions d’entrée sûres de la projection des pédicules dans un logiciel de conception de modélisation 3D

1. Importez le format STP du document de surface précis dans un logiciel de conception de modélisation 3D pour reconstruire le modèle d’ingénierie vertébrale en cliquant sur Ouvrir. Utilisez la fonction de vue en coupe pour examiner la morphologie du pédicule dans les orientations horizontale, sagittale et coronale, fournissant une première observation de la morphologie et de la structure du pédicule (Figure 6A).
2. Dans le panneau Vue en coupe , ajustez l’angle de la section pour une visualisation optimale. En utilisant les corps de section de transparence, observez le point le plus étroit des pédicules (Figure 6B) et notez les paramètres d’angle à la section 1 dans le panneau de gauche.
3. Pour ajuster l’angle du modèle vertébral, cliquez sur la fonction Insérer-Entités-Déplacer/Copier et sélectionnez le bouton Traduire/Pivoter situé en bas du panneau de gauche. Revenez sur le panneau Vue en coupe et réglez le paramètre d’angle de vue dans la section 1 sur 0.
4. Ajustez les paramètres de déplacement dans le panneau Section 1 pour obtenir une vue satisfaisante de la section pédiculaire. Réorientez-vous pour une meilleure perspective afin d’observer la section du pédicule. Documentez les paramètres de déplacement confirmés dans le panneau (Figure 7).
5. Utilisez la fonction Move/Copy susmentionnée pour manipuler la position du modèle vertébral. Spécifiez le paramètre de déplacement dans le panneau de gauche. Utilisez l’outil Rectangle d’angle pour englober l’intégralité du corps vertébral.
6. Pour commencer, accédez à l’option Fonctions-Référence Géométrie-Plan et désignez la vue en coupe comme première référence. Modifiez le paramètre de distance de décalage en conséquence pour déplacer le plan nouvellement créé vers le tiers antérieur du corps vertébral.
7. Procédez à la génération d’un croquis sur le plan susmentionné et dessinez un point au milieu du corps vertébral, signifiant le point de terminaison de la ponction.
8. Utilisez la fonction Coupe extrudée pour effectuer la découpe du modèle. Désignez l’esquisse rectangulaire générée en tant que contours sélectionnés.
9. Ajustez à la fois la direction et la profondeur pour diviser le modèle du corps vertébral en deux moitiés, à savoir la moitié du corps vertébral et la moitié de la lame (Figure 8A). Enregistrez les fichiers d’ingénierie au format SLDPRT, spécifiquement dans le cadre du processus.
10. Ouvrez le fichier contenant la partie vertébrale du corps, puis créez un croquis basé sur le plan de coupe. Utilisez la fonction Convertir les entités pour convertir la projection du pédicule gauche en une esquisse de courbe.
11. Répétez la procédure ci-dessus pour la projection du pédicule droit, ce qui entraîne l’acquisition d’une autre esquisse de courbe. Utilisez la fonction Surface remplie pour transformer les esquisses de courbe en surfaces, les esquisses de courbe de projection des pédicules gauche et droit servant de frontière (Figure 8B).
12. Affichez la surface résultante après que la vertèbre a été dissimulée. Sélectionnez la fonction Boss/Base lissée dans le panneau Fonctions .
13. Le positionnement supérieur de la surface pédiculaire gauche, avec la désignation du point final de ponction comme des profils, produira une structure conique délimitant les voies de ponction pédiculaire. Utilisez le côté gauche comme référence à des fins d’illustration, le même processus devant être reproduit sur le côté droit.
14. Utilisez la fonction Echelle pour agrandir la structure conique bilatérale, le centroïde servant de point central de mise à l’échelle et un facteur d’échelle de 2. Utilisez la fonction Déplacer/Copier le corps pour déplacer individuellement les structures coniques.
15. Dans l’interface du panneau Réglage de l’accouplement , sélectionnez le sommet de la structure et le point final de perforation, avec le mode de correspondance défini sur Coïncident. Éliminez ensuite le corps vertébral à l’aide de la fonction Supprimer/Conserver le corps (Figure 9A).
16. La structure biconique est une compilation de voies de ponction pédiculaire bilatérales, enregistrées au format SLDPRT. Utilisez la fonction Insert Part pour réassembler la partie laminaire et la partie du corps vertébral à l’aide de l’ensemble de ponction pédiculaire. Il suffit d’appuyer sur le bouton OK pour aligner automatiquement la position de l’insert de la pièce avec l’origine (Figure 9B).
17. Utilisez la fonction Combiner le corps pour exécuter des opérations booléennes sur divers composants. En soustrayant l’ensemble de ponction d’une moitié des lames tout en conservant tous les composants des lames, l’analyse ultérieure indique que la région idéale de ponction osseuse comprend les régions 1, 4 et 7 du côté gauche (Figure 9C).

Résultats

L’imagerie par tomodensitométrie et la modélisation numérique ont été réalisées à l’hôpital. Il a fallu 30 minutes pour construire le modèle 3D à partir des images CT, ~10 min pour peaufiner le modèle 3D dans un logiciel de production de rétro-ingénierie 3D, et 15 min pour reconstruire le modèle d’ingénierie vertébrale et confirmer les régions d’entrée sûres de la projection pédiculaire dans le logiciel de conception de modélisation 3D. La région idéale de ponction osseuse...

Discussion

La vertébroplastie percutanée (PVP) a démontré une efficacité clinique favorable dans la prise en charge des fractures vertébrales douloureuses par compression ostéoporotique (OVCF)⁹. L’utilisation d’une technologie de ponction pédiculaire percutanée précise par les chirurgiens joue un rôle crucial dans la détermination du point d’insertion, de la direction et de la profondeur optimaux de l’aiguille de ponction, réduisant ainsi considérablement l’apparition de complications...

matériels

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