Metodo di divisione dell'area a nove griglie: una nuova regione di puntura ossea ideale per la vertebroplastica percutanea nella colonna lombare

Riepilogo

In questo articolo, presentiamo un "Metodo di divisione dell'area a nove griglie" per la vertebroplastica percutanea. Un paziente con una frattura vertebrale da compressione L1 è stato selezionato come caso di studio.

Abstract

La vertebroplastica percutanea (PVP) è ampiamente riconosciuta come un intervento efficace per alleviare la lombalgia derivante da fratture da compressione vertebrale osteoporotica. Il punto di puntura ossea ideale è convenzionalmente situato alla proiezione "sinistra 10 punti, destra 2 punti" del peduncolo nella colonna lombare. Determinare il punto di puntura ossea ottimale rappresenta una sfida critica e complessa. L'accuratezza della vertebroplastica percutanea (PVP) è influenzata principalmente dalla competenza dei chirurghi operativi e dall'utilizzo di più fluoroscopi durante la procedura convenzionale. L'incidenza delle complicanze correlate alla puntura è stata documentata a livello globale. Nel tentativo di migliorare la precisione della tecnica chirurgica e ridurre l'insorgenza di complicanze legate alla puntura, il nostro team ha applicato il "Metodo di divisione dell'area a nove griglie" per la PVP nella colonna lombare per modificare la procedura tradizionale. Esiste il potenziale per ridurre il numero di tempi di puntura, il dosaggio di esposizione alle radiazioni e la durata delle procedure chirurgiche.

Questo protocollo introduce la definizione del "metodo di divisione dell'area a nove griglie" e descrive il processo di modellazione dei dati di imaging DICOM delle vertebre target all'interno del software di elaborazione dell'imaging medico, simulando le operazioni all'interno di un modello 3D, perfezionando il modello 3D utilizzando il software di produzione di reverse engineering, ricostruendo il modello di ingegneria vertebrale all'interno del software di progettazione della modellazione 3D e utilizzando i dati chirurgici per determinare le regioni di ingresso sicure per la proiezione peduncolare. Utilizzando questa metodologia, i chirurghi possono identificare efficacemente i punti di puntura appropriati con precisione e facilità, riducendo così le complessità associate alla perforazione e migliorando l'accuratezza complessiva delle procedure chirurgiche.

Introduzione

La frattura da compressione vertebrale osteoporotica (OVCF) è il tipo di frattura più diffuso tra le fratture osteoporotiche e rappresenta un problema clinico significativo nell'assistenza sanitaria contemporanea¹. Secondo le attuali linee guida, la vertebroplastica percutanea è riconosciuta come una delle modalità di trattamento minimamente invasive più efficaci per l'OVCF². Il metodo predominante per l'esecuzione della vertebroplastica percutanea (PVP) prevede l'approccio della puntura peduncolare, che comprende tre parametri chiave: l'identificazione del punto di ingresso della puntura ossea, l'angolo di puntura e la profondità della puntura. Di questi parametri, la selezione del punto di ingresso della puntura ossea è considerata la più cruciale.

Attualmente, le macchine a raggi X con arco a C sono ampiamente impiegate nella pratica nazionale e internazionale della chirurgia PVP tradizionale per facilitare la regolazione del percorso chirurgico dell'ago da puntura. L'aspetto cruciale sta nell'identificare il "punto di puntura dell'osso ideale", che è convenzionalmente situato alla proiezione "10 punti a sinistra, 2 punti a 2 a destra" del peduncolo nella colonna lombare (Figura 1A)³. Nonostante la loro esperienza, anche i chirurghi esperti possono commettere errori nel determinare i punti di puntura appropriati basandosi esclusivamente sull'esperienza personale. Ciò può portare a complicazioni legate alla puntura come perdite di cemento nei tessuti circostanti, lesioni della radice nervosa ed ematoma intraspinale ^4,5,6. Inoltre, quasi la metà dei pazienti presenta complicanze locali da PVP tradizionale, con il 95% di queste complicanze attribuite alla perdita di cemento nel tessuto circostante o all'embolizzazione delle vene paravertebrali⁷. La nostra ricerca preliminare ha rilevato che i punti di puntura ossea PVP effettivi nella colonna lombare non sono sempre situati alla proiezione peduncolare ideale "10 punti a sinistra e 2 punti a 2 a destra"⁸. Alcuni punti di puntura effettivi possono anche ottenere risultati di puntura soddisfacenti vicino al "punto di puntura ossea ideale", il che non pregiudica la sicurezza e l'accuratezza chirurgica.

Sulla base delle ipotesi di cui sopra, proponiamo, per la prima volta, il concetto di "regione ideale per la puntura ossea" per la PVP nella colonna lombare e dividiamo la proiezione del peduncolo in una "Area a nove griglie". Il concetto di regione ideale per la puntura ossea riguarda specifiche regioni anatomiche in cui il punto di ingresso della puntura può raggiungere con successo e in sicurezza il punto finale ideale della puntura attraverso il peduncolo. Il termine "metodo di divisione dell'area a nove griglie" si riferisce a una tecnica nell'immagine anteroposteriore a raggi X in base alla quale i diametri più lunghi e più corti della proiezione peduncolare sono divisi in tre parti uguali, con conseguente divisione dell'area in nove regioni (Figura 1B). Queste regioni sono numerate in sequenza da 1 a 9, progredendo dalla più esterna alla più interna e dall'alto verso il basso. Utilizzando la proiezione a raggi X del peduncolo lombare come marcatore anatomico, stabiliamo la "regione di puntura ossea ideale" per la PVP attraverso il "Metodo di divisione dell'area a nove griglie" invece di essere confinati in un singolo punto. Utilizziamo la simulazione al computer per esplorare un percorso di puntura sicuro durante il processo di puntura.

Pertanto, suggeriamo l'implementazione del "Metodo di divisione dell'area a nove griglie" come potenziale metodo per migliorare la praticità, l'efficienza e la sicurezza delle tecniche di puntura ausiliarie nella chirurgia PVP, con l'obiettivo di migliorare l'accuratezza procedurale e ridurre al minimo le complicanze correlate alla puntura. È importante notare che questo studio presenta un approccio teorico che richiede la convalida attraverso ricerche approfondite per accertarne l'efficacia e la sicurezza.

Protocollo

Il presente studio è stato approvato dal Comitato Etico del Beijing Friendship Hospital Capital Medical University. Questo metodo sarà introdotto tramite uno studio di caso retrospettivo, utilizzando solo i dati di imaging della tomografia computerizzata (TC) preoperatoria in posizione prona del paziente. Il "Metodo della Divisione di Area a Nove griglie" nella vertebroplastica percutanea assistita (PVP) offre un approccio più semplice ed efficace rispetto ai metodi tradizionali, con conseguente riduzione dei tempi di esposizione chirurgica e alle radiazioni. Questa tecnica può avvantaggiare i giovani residenti facilitando l'identificazione più facile dei punti di puntura e potenzialmente accorciando la curva di apprendimento per le procedure PVP, giustificando ulteriori indagini. L'individuo qui descritto è una femmina di 68 anni.

1. Diagnosi della frattura da compressione vertebrale osteoporotica (OVCF) mediante fluoroscopia a raggi X, risonanza magnetica (MRI), scintigrafia ossea e sintomi

1. Identificare il paziente che ha OVCF tra i pazienti più anziani con sintomi come mal di schiena, dolorabilità nel processo spinoso e muscoli paraspinali nella parte posteriore. Utilizzare la fluoroscopia a raggi X posteroanteriore per valutare la presenza di una frattura vertebrale da compressione a livello L1 (Figura 2A). Utilizzare la risonanza magnetica per confermare la diagnosi di una frattura da compressione vertebrale lombare di nuova insorgenza e identificare la vertebra specifica interessata, che è determinata come L1 (Figura 2B).

2. L'acquisizione preoperatoria dell'imaging TC del paziente in posizione prona

1. Posizionare il paziente in posizione prona per eseguire la TC prona sul paziente. Confermare l'area target mediante fluoroscopia a raggi X e un esame fisico della schiena del paziente mentre si preme la parte più dolorante.
2. Far sdraiare il paziente in posizione prona sul tavolo operatorio, posizionare un gradienter sulla schiena del paziente prima della TAC prona, registrare la posizione del corpo del paziente e quindi rimuovere il gradienter (Figura 3).
3. Salvare le immagini CT (spessore dello strato di scansione di 1 mm, spaziatura dello strato di 1 mm e 90 sezioni (scansione convenzionale) o 400 fette (scansione di fette sottili) in formato DICOM.

3. Stabilire il modello 3D e simulare l'operazione nel software di elaborazione delle immagini mediche

1. Esportare le immagini TC in formato DICOM nel software di elaborazione delle immagini mediche facendo clic su Nuovo progetto. Selezionare le fette desiderate per la ricostruzione della vertebra compressa.
2. Utilizza lo strumento Segmentazione soglia per regolare l'intervallo di soglia per la vertebra target, in particolare nell'intervallo 125-3071 H per creare una maschera. Utilizzare la funzione Duplica maschera per generare due maschere separate, Maschera A e Maschera B.
3. Utilizza la funzione Modifica maschera per cancellare la vertebra bersaglio dalla maschera A. Successivamente, utilizzare lo strumento Operazioni booleane per sottrarre la maschera A dalla maschera B, con conseguente formazione di una nuova maschera, la maschera C. Infine, attivare la funzione Calcola 3D per ricostruire la vertebra bersaglio utilizzando la Maschera C; denominare questo modello 3D L1 (Figura 4A).
4. Fare clic con il pulsante destro del mouse su Nuovo nell'interfaccia Oggetti , scegliere Disegna e successivamente selezionare Cilindro. Assicurarsi che il cilindro abbia le stesse dimensioni dell'ago di puntura, con una lunghezza di 12,5 mm e un raggio di 1,25 mm.
5. Regolare il posizionamento del cilindro utilizzando la funzione Sposta e ruota per ottenere la posizione ideale (Figura 4B). Durante tutta la simulazione, fare attenzione a mantenere le traiettorie dell'ago coerenti con i principi stabiliti: l'ago della puntura deve essere in grado di attraversare il peduncolo, preferibilmente nella sua metà superiore, e il posizionamento ottimale delle punte è all'interno del terzo anteriore del corpo vertebrale in vista laterale.
6. Fare clic con il pulsante destro del mouse su L1 nell'interfaccia Oggetti , scegliere Esporta STL e successivamente esportare il file in formato STL.

4. Lucidare il modello 3D nel software di produzione 3D reverse engineering

1. Importare il file solido del corpo vertebrale esportato nel software di produzione di reverse engineering 3D facendo clic su Importa. Di conseguenza, utilizzare la funzione Mesh Doctor per eliminare distorsioni e picchi dal modello.
2. Poiché la funzione Grid Doctor può erroneamente identificare le normali strutture anatomiche come distorsioni o picchi, fare attenzione a esaminare accuratamente il modello grezzo per identificare eventuali vuoti interni e seguire il passaggio 4.1 per riempirli in modo appropriato (Figura 5A).
3. Utilizzare la funzione Superficie precisa per trasformare il modello solido in una superficie mesh triangolare, optando per il materiale a geometria organica (Figura 5B). Attendere il completamento del processo di costruzione automatizzata della superficie e successivamente esportare il file in formato STP.

5. Ricostruire il modello di ingegneria vertebrale e confermare le regioni di ingresso sicure della proiezione peduncolare nel software di progettazione di modellazione 3D

1. Importare il formato STP del documento di superficie precisa nel software di progettazione di modellazione 3D per ricostruire il modello di ingegneria vertebrale facendo clic su Apri. Utilizzare la funzione Vista in sezione per esaminare la morfologia del peduncolo con orientamenti orizzontali, sagittali e coronali, fornendo un'osservazione iniziale della morfologia e della struttura del peduncolo (Figura 6A).
2. Nel pannello Vista in sezione , regolare l'angolo della sezione per una visualizzazione ottimale. Utilizzando i corpi della sezione di trasparenza, osservare il punto più stretto dei peduncoli (Figura 6B) e registrare i parametri dell'angolo nella sezione 1 nel pannello di sinistra.
3. Per regolare l'angolo del modello vertebrale, fare clic sulla funzione Inserisci-Caratteristiche-Sposta/Copia e selezionare il pulsante Trasla/Ruota situato nella parte inferiore del pannello di sinistra. Rivisitare il pannello Vista in sezione e regolare il parametro dell'angolo di visualizzazione nella Sezione 1 su 0.
4. Regolate con precisione i parametri di spostamento nel pannello Sezione 1 per ottenere una vista soddisfacente della sezione peduncolare. Riorientare per una prospettiva migliore per osservare la sezione del peduncolo. Documentare i parametri di spostamento confermati nel pannello (Figura 7).
5. Utilizza la suddetta funzione Sposta/Copia per manipolare la posizione del modello vertebrale. Specificare il parametro di spostamento nel pannello di sinistra. Utilizza lo strumento Rettangolo d'angolo per comprendere l'intero corpo vertebrale.
6. Per iniziare, passare all'opzione Feature-Riferimento geometria-Piano e designare la vista in sezione come primo riferimento. Modificate di conseguenza il parametro della distanza di offset per riposizionare il piano appena creato nel terzo anteriore del corpo vertebrale.
7. Procedi a generare uno schizzo sul suddetto piano e disegna un punto nel punto medio del corpo vertebrale, che indica il punto di terminazione della puntura.
8. Utilizzare la funzione Taglio estruso per eseguire il taglio del modello. Designare lo schizzo rettangolare generato come Contorni selezionati.
9. Apportare modifiche sia alla direzione che alla profondità per dividere il modello del corpo vertebrale in due metà, vale a dire la metà del corpo vertebrale e la metà della lamina (Figura 8A). Salvare i file di progettazione in formato SLDPRT, in particolare come parte del processo.
10. Aprire il file contenente la parte del corpo vertebrale, quindi creare uno schizzo basato sul piano di sezione. Utilizzare la funzione Converti entità per convertire la proiezione del peduncolo sinistro in uno schizzo di curva.
11. Ripetere la procedura descritta sopra per la proiezione del peduncolo destro, ottenendo l'acquisizione di un altro schizzo della curva. Utilizzare la funzione Superficie riempita per trasformare gli schizzi delle curve in superfici, con gli schizzi della curva di proiezione del peduncolo sinistro e destro che fungono da contorno (Figura 8B).
12. Visualizza la superficie risultante dopo che la vertebra è stata nascosta. Selezionare la funzione Sporgenza/Base loft nel pannello Funzioni .
13. Il posizionamento superiore della superficie del peduncolo sinistro, con la designazione del punto finale della puntura come Profili, produrrà una struttura conica che delinea i percorsi per la puntura del peduncolo. Utilizzare il lato sinistro come riferimento a scopo illustrativo, con lo stesso processo da replicare sul lato destro.
14. Utilizzare la funzione Scala per ingrandire la struttura conica bilaterale, con il baricentro che funge da punto centrale di scala e un fattore di scala pari a 2. Utilizzare la funzione Sposta/Copia corpo per riposizionare singolarmente le strutture coniche.
15. All'interno dell'interfaccia del pannello Impostazioni accoppiamento , selezionare l'apice della struttura e il punto finale della puntura, con la modalità di corrispondenza impostata su Coincidente. Eliminare successivamente il corpo vertebrale utilizzando la funzione Elimina/Mantieni corpo (Figura 9A).
16. La struttura biconica è una raccolta di percorsi di puntura peduncolare bilaterali, salvati in formato SLDPRT. Utilizzare la funzione Inserisci parte per riassemblare la parte della lamina e la parte del corpo vertebrale utilizzando il set di puntura peduncolare. È sufficiente premere il pulsante OK per allineare automaticamente la posizione di inserimento del pezzo con l'origine (Figura 9B).
17. Utilizza la funzione Combina corpo per eseguire operazioni booleane su vari componenti. Attraverso il processo di sottrazione del set di puntura da una metà delle lamine mantenendo tutti i componenti delle lamine, l'analisi successiva indica che la regione di puntura ossea ideale include le regioni 1, 4 e 7 sul lato sinistro (Figura 9C).

Risultati

L'imaging TC e la modellazione digitale sono stati eseguiti in ospedale. Ci sono voluti 30 minuti per costruire il modello 3D dalle immagini CT, ~10 minuti per lucidare il modello 3D nel software di produzione di reverse engineering 3D e 15 minuti per ricostruire il modello di ingegneria vertebrale e confermare le regioni di ingresso sicure della proiezione peduncolare nel software di progettazione di modellazione 3D. In questo caso, la regione ideale per la puntura ossea comprende le regioni 1, 4 e 7 su...

Discussione

La vertebroplastica percutanea (PVP) ha dimostrato un'efficacia clinica favorevole nel trattamento delle fratture vertebrali da compressione osteoporotiche dolorose (OVCF)⁹. L'utilizzo della precisa tecnologia di puntura peduncolare percutanea da parte dei chirurghi svolge un ruolo cruciale nel determinare il punto di inserimento, la direzione e la profondità ottimali dell'ago da puntura, riducendo così significativamente l'insorgenza di complicanze¹⁰. Attualmente, le mac...

Materiali

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