9グリッド領域分割法:腰椎の経皮的椎体形成術のための新しい理想的な骨穿刺領域

要約

ここでは、経皮的椎体形成術のための「9グリッド領域分割法」について紹介します。L1椎体圧迫骨折の患者がケーススタディとして選ばれました。

要約

経皮的椎体形成術(PVP)は、骨粗鬆症性椎骨圧迫骨折に起因する腰痛を緩和するための効果的な介入として広く認識されています。理想的な骨穿刺ポイントは、従来、腰椎の椎弓根の「左10点、右2点」の突起に位置していました。最適な骨穿刺ポイントを決定することは、重要で複雑な課題です。経皮的椎体形成術(PVP)の精度は、主に手術医の習熟度と、従来の手順での複数の透視鏡の利用に影響されます。穿刺関連の合併症の発生率は、世界中で文書化されています。手術技術の精度を高め、穿刺関連の合併症の発生を減らすために、私たちのチームは腰椎のPVPに「9グリッド領域分割法」を適用して、従来の手順を変更しました。穿刺回数、放射線被ばく量、および外科的処置の期間が減少する可能性があります。

このプロトコルでは、「9グリッド領域分割法」の定義を導入し、医用画像処理ソフトウェア内での標的椎骨DICOMイメージングデータのモデリング、3Dモデル内での操作のシミュレーション、リバースエンジニアリング生産ソフトウェアを使用した3Dモデルの改良、3Dモデリング設計ソフトウェア内での椎骨エンジニアリングモデルの再構築、および手術データを利用して椎弓根投影の安全な侵入領域を決定するプロセスについて説明します。この方法論を採用することにより、外科医は適切な穿刺ポイントを正確かつ容易に効果的に特定できるため、穿刺に関連する複雑さが軽減され、外科的処置の全体的な精度が向上します。

概要

骨粗鬆症性脊椎圧迫骨折(OVCF)は、骨粗鬆症性骨折の中で最も多い骨折タイプであり、現代の医療において重大な臨床的懸念を引き起こしています¹。現在のガイドラインによると、経皮的椎体形成術は、OVCF² の最も効果的な低侵襲治療法の 1 つとして認識されています。経皮的椎体形成術 (PVP) を実施するための主要な方法には、椎弓根穿刺アプローチが含まれ、これには 3 つの主要なパラメーターが含まれます: 骨穿刺の入口点の特定、穿刺角度、および穿刺深さ。これらのパラメータの中で、骨穿刺のエントリーポイントの選択が最も重要であると考えられています。

現在、CアームX線装置は、穿刺針の手術経路の調整を容易にするために、従来のPVP手術の国内および国際的な実践で広く使用されています。重要な側面は、従来、腰椎の椎弓根の「左10点、右2点」の投影に位置していた「理想的な骨穿刺点」を特定することにあります(図1A)³。彼らの経験にもかかわらず、ベテランの外科医でさえ、個人的な経験のみに基づいて適切な穿刺ポイントを決定する際に間違いを犯す可能性があります。これは、周囲の組織へのセメントの漏れ、神経根の損傷、脊髄内血腫など、穿刺関連の合併症を引き起こす可能性があります^4,5,6。さらに、患者のほぼ半数が従来のPVPによる局所合併症を経験しており、これらの合併症の95%は、周囲の組織へのセメントの漏出または傍脊椎静脈の塞栓術に起因しています⁷。私たちの予備研究では、腰椎の実際のPVP骨穿刺ポイントは、必ずしも理想的な椎弓根投影「左10ポイントと右2^{ポイント」に位置し}ているわけではないことがわかりました8。実際の穿刺ポイントの中には、手術の安全性や精度に影響を与えない「理想的な骨の穿刺ポイント」付近で満足のいく穿刺結果を達成できるものもあります。

以上の仮定に基づき、腰椎におけるPVPの「理想的な骨穿刺領域」の概念を初めて提案し、椎弓根の突起を「9グリッド領域」に分割します。理想的な骨穿刺領域の概念は、穿刺の入口点が茎を通じて穿刺の理想的な終点に成功裏かつ確実に到達できる特定の解剖学的領域に関係しています。「9グリッド領域分割法」とは、X線前後像において、茎突起の最長径と最短径を3等分し、面積を9つの領域に分割する手法を指します(図1B)。これらの領域には、1 から 9 まで順番に番号が付けられ、最も外側から内側へ、そして上から下に進行します。腰椎のX線投影を解剖学的マーカーとして用いることで、一点にとどまらず「9グリッド領域分割法」によりPVPの「理想的な骨穿刺領域」を確立します。コンピュータシミュレーションを使用して、パンクチャプロセス中の安全なパンクチャパスを探索します。

したがって、PVP手術における補助穿刺技術の利便性、効率、および安全性を向上させるための潜在的な方法として、「9グリッドエリアディビジョン法」の実装を提案します。この研究は、その有効性と安全性を確認するために広範な研究による検証を必要とする理論的アプローチを示していることに注意することが重要です。

プロトコル

本研究は、北京友好病院首都医科大学の倫理委員会によって承認されました。この方法は、術前の腹臥位コンピューター断層撮影 (CT) 画像データのみを利用して、レトロスペクティブ ケース スタディを通じて導入されます。経皮的椎体形成術(PVP)における「9グリッド領域分割法」は、従来の方法と比較してよりシンプルで効果的なアプローチを提供し、手術および放射線被ばく時間を短縮します。この手法は、穿刺ポイントの特定を容易にし、PVP手順の学習曲線を短縮する可能性があるため、若い居住者に利益をもたらす可能性があり、さらなる調査が必要です。ここに記載されている人物は68歳の女性です。

1. X線透視法、MRI(磁気共鳴画像法)、骨シンチグラフィー法、症状による骨粗鬆症性脊椎圧迫骨折(OVCF)の診断

1. 腰痛、棘突起の圧痛、背中の傍脊髄筋などの症状を持つ高齢患者の中から、OVCFを患っている患者を特定します。後方前方X線透視法を利用して、L1レベルでの椎骨圧迫骨折の存在を評価します(図2A)。MRIイメージングを使用して、新たに発生した腰椎圧迫骨折の診断を確認し、影響を受けた特定の椎骨を特定します(L1(図2B))。

2. 腹臥位での患者の術前CT画像取得

1. 患者を腹臥位にして、患者に腹臥位のCTを行います。X線透視法と、最も痛い部分を押しながら患者の背中の身体検査で目的の領域を確認します。
2. 患者を手術台に腹臥位に寝かせ、腹臥位のCTスキャンの前に患者の背中にグラディエンダーを置き、患者の体の位置を記録してから、グラディエンターを取り外します(図3)。
3. CT画像(スキャン層の厚さ1mm、レイヤー間隔1mm、90スライス(従来)または400スライス(薄スライススキャン))をDICOM形式で保存します。

3. 医用画像処理ソフトウェアで3Dモデルを作成し、動作をシミュレーションします

1. DICOM形式のCT画像を医用画像処理ソフトにエクスポートするには、「 New Project」をクリックします。圧縮された椎骨を再構築するための目的のスライスを選択します。
2. 閾値セグメンテーションツールを使用して、ターゲット椎骨の閾値範囲、特に125-3071 Hの範囲内を調整し、マスクを作成します。「マスクの複製」機能を使用して、「マスク A」と「マスク B」の 2 つの別々のマスクを生成します。
3. マスク編集機能を使用して、マスクAからターゲットの椎骨を消去します。次に、ブール演算ツールを使用してマスク B からマスク A を減算し、新しいマスク Mask C を形成します。最後に、Calculate 3-D関数をアクティブにして、Mask Cを使用してターゲットの椎骨を再構築します。この 3-D モデルに L1 という名前を付けます (図 4A)。
4. オブジェクトインターフェースで新規を右クリックし、描画を選択し、続いて円柱を選択します。シリンダーの寸法が穿刺針と同じで、長さが12.5 mm、半径が1.25 mmであることを確認してください。
5. 移動と回転機能を使用してシリンダーの位置を調整し、理想的な位置を実現します(図4B)。シミュレーション全体を通して、確立された原則と一致する針の軌道を維持するように注意してください:穿刺針は、できればその上半分で茎を横断できなければならず、先端の最適な位置は側面図で椎体の前方3分の1以内にあります。
6. オブジェクトインターフェイスでL1を右クリックし、[STLのエクスポート]を選択してから、ファイルをSTL形式でエクスポートします。

4. 3Dリバースエンジニアリングプロダクションソフトウェアで3Dモデルを磨く

1. エクスポートした椎体ソリッド ファイルを 3D リバース エンジニアリング プロダクション ソフトウェアにインポート するには、[インポート]をクリックします。したがって、 Mesh Doctor 機能を使用して、モデルから歪みとスパイクを排除します。
2. Grid Doctor機能は、通常の解剖学的構造を歪みまたはスパイクとして誤って識別する可能性があるため、大まかなモデルを徹底的に調べて内部の空隙を特定し、手順4.1に従ってそれらを適切に埋めるように注意してください(図5A)。
3. Precise Surface機能を使用して、ソリッドモデルを三角形のメッシュサーフェスに変換し、Organic Geometry Materialを選択します(図5B)。自動サーフェス構築プロセスの完了を待ってから、ファイルをSTP形式でエクスポートします。

5. 脊椎工学モデルを再構築し、3Dモデリング設計ソフトウェアで椎弓根投影の安全な進入領域を確認します

1. 精密表面ドキュメントのSTP形式を3Dモデリング設計ソフトウェアにインポートし、[ 開く]をクリックして椎骨エンジニアリングモデルを再構築します。 断面図 機能を使用して、水平、矢状、および冠状で茎の形態を調べ、花柄の形態と構造の初期観察を提供します(図6A)。
2. 断面図パネルで、最適な視覚化のために断面の角度を調整します。Transparency Section Bodiesを使用して、椎弓根の最も狭い点(図6B)を観察し、左側のパネルのセクション1の角度パラメータを記録します。
3. 椎骨モデルの角度を調整するには、挿入-フィーチャー-移動/コピー機能をクリックし、左パネルの下部にある移動/回転ボタンを選択します。[断面図]パネルに再度アクセスし、断面図1の視野角パラメータを0に調整します。
4. Section 1パネルで変位パラメータを微調整して、満足のいく椎弓根断面ビューを作成します。椎弓根セクションを観察するための改善された視点のために向きを変えます。確認された変位パラメータをパネルに記録します(図7)。
5. 前述の Move/Copy 機能を利用して、椎体モデルの位置を操作します。左側のパネルで変位パラメータを指定します。 コーナー長方形 ツールを使用して、椎体全体を囲みます。
6. まず、[ フィーチャー]-[参照ジオメトリ]-[平面 ]オプションに移動し、断面図を [最初の参照]として指定します。 オフセット距離 パラメータを適宜変更して、新しく作成した平面を椎体の前方3分の1に移動します。
7. 前述の平面上に スケッチ を生成し、椎体の中点に穿刺の終了点を示す ポイント を描画します。
8. 押し出しカット機能を使用して、モデルのカットを実行します。生成された長方形スケッチを選択した輪郭として指定します。
9. 方向と深さの両方を調整して、椎体モデルを2つの半分、つまり 椎体 半分と 椎間 板半分に分割します(図8A)。エンジニアリングファイルをSLDPRT形式で、特にプロセスの一部として保存します。
10. 椎体パーツを含むファイルを開き、断面平面に基づいてスケッチを作成します。エンティティの変換機能を使用して、左のペディクルの投影を曲線スケッチに変換します。
11. 右の椎弓根の投影に対して上記の手順を繰り返し、別の曲線スケッチを取得します。 フィルドサーフェス 機能を使用して、カーブスケッチをサーフェスに変換し、左右のペディクル投影カーブスケッチを境界として使用します(図8B)。
12. 椎骨が隠された後の結果の表面を表示します。FeaturesパネルでLofted Boss/Base機能を選択します。
13. 左の茎の表面の優れた配置は、穿刺の終点を プロファイルとして指定することで、茎の穿刺の経路を描写する円錐形の構造が得られます。説明のために左側を参考にし、右側に同じプロセスを複製します。
14. Scale関数を使用して、両側の円錐形構造を拡大し、重心をスケーリングの中心点として、スケール係数を2にします。「ボディの移動/コピー」機能を使用して、円錐構造を個別に再配置します。
15. 合致設定パネルインターフェース内で、構造の頂点とパンクチャ終点を選択し、マッチングモードを一致に設定します。その後、Delete / Keep Body機能を使用して椎体を排除します(図9A)。
16. バイコニカル構造は、両側の椎弓根穿刺経路をまとめたもので、SLDPRT 形式で保存されます。 Insert Part 機能を使って、椎弓根穿刺セットで椎弓板部と椎体部を組み立て直します。 OK ボタンを押すだけで、パーツの挿入位置が原点に自動的に位置合わせされます(図9B)。
17. Combine Body 関数を使用して、さまざまなコンポーネントに対してブール演算を実行します。すべての椎弓板成分を保持しながら、椎弓板の半分から穿刺セットを差し引くプロセスを通じて、その後の分析では、理想的な骨穿刺領域には左側の領域1、4、および7が含まれていることが示されています(図9C)。

結果

CTイメージングとデジタルモデリングは病院で行われました。CT画像から3Dモデルを構築するのに30分、3Dリバースエンジニアリング生産ソフトウェアで3Dモデルを磨くのに~10分、3Dモデリング設計ソフトウェアで椎骨工学モデルを再構築し、椎弓根投影の安全な進入領域を確認するのに15分かかりました。 理想的な骨穿刺領域 には、この場合、左側の領域1、4、および7が含まれま?...

ディスカッション

経皮的椎体形成術 (PVP) は、痛みを伴う骨粗鬆症性脊椎圧迫骨折 (OVCF^{) の管理}において良好な臨床効果を示しています9。外科医による精密な経皮的椎弓根穿刺技術の利用は、穿刺針の最適な挿入点、方向、および深さを決定する上で重要な役割を果たし、それによって合併症の発生を大幅に減少させる¹⁰。現在、CアームX線装置は、穿刺針¹¹...

資料

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