Nine-Grid Area Division Method: 요추의 경피적 척추 성형술을 위한 새로운 이상적인 뼈 천자 영역

요약

여기에서는 경피적 척추 성형술을 위한 "Nine-grid Area Division Method"를 제시합니다. L1 척추 압박 골절이 있는 환자를 사례 연구로 선택했습니다.

초록

경피적 척추 성형술(PVP)은 골다공증성 척추 압박 골절로 인한 요통을 완화하기 위한 효과적인 중재로 널리 알려져 있습니다. 이상적인 뼈 천자 지점은 일반적으로 요추 척추 경의 돌출부 "왼쪽 10점, 오른쪽 2점"에 위치합니다. 최적의 뼈 천자 지점을 결정하는 것은 중요하고 복잡한 과제입니다. 경피적 척추 성형술(PVP)의 정확도는 주로 수술 외과의의 숙련도와 기존 수술 중 여러 형광 투시경의 활용도에 의해 영향을 받습니다. 천자 관련 합병증의 발병률은 전 세계적으로 보고되었습니다. 수술 기법의 정밀도를 높이고 천자 관련 합병증의 발생을 줄이기 위한 노력의 일환으로 우리 팀은 요추의 PVP에 "9격자 면적 분할법"을 적용하여 기존 절차를 수정했습니다. 천자 횟수, 방사선 노출량 및 수술 기간을 줄일 수 있는 잠재력이 있습니다.

이 프로토콜은 "Nine-grid Area Division Method"의 정의를 소개하고 의료 영상 처리 소프트웨어 내에서 대상 척추 DICOM 이미징 데이터를 모델링하고, 3D 모델 내에서 작업을 시뮬레이션하고, 리버스 엔지니어링 생산 소프트웨어를 사용하여 3D 모델을 개선하고, 3D 모델링 설계 소프트웨어 내에서 척추 공학 모델을 재구성하고, 척추경 투영을 위한 안전한 진입 영역을 결정하기 위해 수술 데이터를 활용하는 프로세스를 설명합니다. 이 방법론을 사용함으로써 외과의는 정확하고 쉽게 적절한 천자 지점을 효과적으로 식별할 수 있으므로 천자와 관련된 복잡성을 줄이고 수술 절차의 전반적인 정확도를 향상시킬 수 있습니다.

서문

골다공증성 척추 압박 골절(OVCF)은 골다공증성 골절 중 가장 흔한 유형의 골절로, 현대 의료 분야에서 중요한 임상적 문제를 제기합니다¹. 현재 가이드라인에 따르면 경피적 척추성형술은 OVCF²에 대한 가장 효과적인 최소 침습 치료 방법 중 하나로 인정받고 있습니다. 경피적 척추 성형술(PVP)을 수행하는 주요 방법은 척추경 천자 접근법과 관련이 있으며, 이는 뼈 천자 진입점 식별, 천자 각도 및 천자 깊이의 세 가지 주요 매개변수를 포함합니다. 이러한 매개 변수 중에서 뼈 펑크 진입점을 선택하는 것이 가장 중요한 것으로 간주됩니다.

현재 C-arm X-ray 기계는 천자 바늘의 수술 경로 조정을 용이하게 하기 위해 전통적인 PVP 수술의 국내 및 국제 관행에 널리 사용되고 있습니다. 중요한 측면은 일반적으로 요추 척추경의 척추경의 돌출부인 "왼쪽 10점, 오른쪽 2점"에 위치하는 "이상적인 뼈 천공점"을 식별하는 데 있습니다(그림 1A)³. 그들의 경험에도 불구하고, 노련한 외과 의사조차도 순전히 개인적인 경험에 근거하여 적절한 천자 지점을 결정할 때 실수를 할 수 있습니다. 이로 인해 시멘트가 주변 조직으로 누출되거나 신경근 손상 및 척추 내 혈종과 같은 천자 관련 합병증이 발생할 수 있습니다 ^4,5,6. 또한 환자의 거의 절반이 전통적인 PVP로 인한 국소 합병증을 경험하며, 이러한 합병증의 95%는 시멘트가 주변 조직으로 누출되거나 척추 주위 정맥의 색전술에 기인합니다⁷. 우리의 예비 연구에 따르면 요추의 실제 PVP 뼈 천자 지점이 항상 이상적인 척추경 돌출부(왼쪽 10점, 오른쪽 2^점)에 위치하는 것은 아닙니다8. 일부 실제 천자는 수술 안전성과 정확성에 영향을 미치지 않는 "이상적인 뼈 천자점" 근처에서 만족스러운 천자 결과를 얻을 수도 있습니다.

위의 가정을 바탕으로 처음으로 요추의 PVP를 위한 "이상적인 뼈 천자 영역"의 개념을 제안하고 척추경의 돌출부를 "9 그리드 영역"으로 나눕니다. 이상적인 뼈 천자 영역의 개념은 천자 진입점이 척추경을 통해 천자 이상적인 종점에 성공적이고 안전하게 도달할 수 있는 특정 해부학적 영역과 관련이 있습니다. "9-그리드 면적 분할 방법"이라는 용어는 척추경 돌출부의 가장 긴 지름과 가장 짧은 지름을 3개의 동일한 부분으로 나누어 면적을 9개의 영역으로 나누는 X선 전후 이미지의 기술을 나타냅니다(그림 1B). 이러한 영역은 1에서 9까지 순차적으로 번호가 매겨지며 가장 바깥쪽에서 가장 안쪽으로, 위에서 아래로 진행됩니다. 요추 척추경의 X선 투영을 해부학적 마커로 사용하여 단일 점에 국한되지 않고 "9그리드 영역 분할법"을 통해 PVP를 위한 "이상적인 뼈 천자 영역"을 설정합니다. 우리는 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 펑크 과정 중에 안전한 펑크 경로를 탐색합니다.

따라서 PVP 수술에서 보조 천자 기술의 편의성, 효율성 및 안전성을 향상시키기 위한 잠재적인 방법으로 "Nine-grid Area Division Method"의 구현을 제안하며, 이는 절차적 정확성을 높이고 천자 관련 합병증을 최소화하는 것을 목표로 합니다. 이 연구는 효능과 안전성을 확인하기 위해 광범위한 연구를 통한 검증이 필요한 이론적 접근 방식을 제시한다는 점에 유의하는 것이 중요합니다.

프로토콜

본 연구는 베이징 우정 병원 수도 의과 대학 윤리위원회의 승인을 받았습니다. 이 방법은 환자의 수술 전 엎드린 자세 컴퓨터 단층 촬영(CT) 영상 데이터만 활용하는 후향적 사례 연구를 통해 소개될 것입니다. 경피적 척추 보조술(PVP)의 "9그리드 면적 분할법"은 기존 방법에 비해 더 간단하고 효과적인 접근 방식을 제공하여 수술 및 방사선 노출 시간을 줄입니다. 이 기술은 펑크 지점을 더 쉽게 식별할 수 있도록 하고 잠재적으로 PVP 절차에 대한 학습 곡선을 단축함으로써 젊은 거주자에게 도움이 될 수 있으므로 추가 조사가 필요합니다. 여기에 묘사된 사람은 68세의 여성이다.

1. X선 형광투시법, 자기공명영상(MRI), 골신티그래피 및 증상을 이용한 골다공증성 척추압박골절(OVCF) 진단

1. 허리 통증, 척추 돌기의 압통, 등의 척추 주위 근육과 같은 증상이 있는 고령 환자 중에서 OVCF가 있는 환자를 식별합니다. 후방전방 X선 형광투시법을 사용하여 L1 수준에서 척추 압박 골절의 존재를 평가합니다(그림 2A). MRI 영상을 사용하여 새로 발생하는 요추 압박 골절의 진단을 확인하고 L1으로 결정된 영향을 받은 특정 척추뼈를 식별합니다(그림 2B).

2. 엎드린 자세의 환자의 수술 전 CT 영상 획득

1. 환자를 엎드린 자세로 눕혀 엎드린 자세로 CT를 촬영합니다. X-ray 형광투시로 대상 부위를 확인하고 가장 아픈 부분을 누르면서 환자의 등을 신체검사합니다.
2. 환자를 수술대에서 엎드린 자세로 눕히고, 엎드린 CT 스캔 전에 환자의 등에 그래디언트를 놓고, 환자의 신체 위치를 기록한 다음 그라디언트를 제거합니다(그림 3).
3. CT 이미지(1mm 스캐닝 레이어 두께, 1mm 레이어 간격, 90 슬라이스 (일반 스캐닝) 또는 400 슬라이스 (얇은 슬라이스 스캐닝)를 DICOM 형식으로 저장합니다.

3. 3D 모델을 설정하고 의료 영상 처리 소프트웨어에서 작업을 시뮬레이션합니다.

1. 새 프로젝트(New Project)를 클릭하여 DICOM 형식의 CT 이미지를 의료 영상 처리 소프트웨어로 내보냅니다. 압축된 척추를 재구성하기 위해 원하는 슬라이스를 선택합니다.
2. 임계값 세분화 도구를 사용하여 대상 척추의 임계값 범위, 특히 125-3071 H 범위 내에서 마스크를 만듭니다. Duplicate Mask 기능을 사용하여 마스크 A와 마스크 B라는 두 개의 개별 마스크를 생성합니다.
3. 마스크 편집 기능을 사용하여 마스크 A에서 대상 척추를 지웁니다. 그런 다음 부울 연산 도구를 사용하여 마스크 B에서 마스크 A를 빼면 새 마스크인 마스크 C가 형성됩니다. 마지막으로 Calculate 3-D 기능을 활성화하여 Mask C를 사용하여 대상 척추를 재구성합니다. 이 3D 모델의 이름을 L1로 지정합니다(그림 4A).
4. Objects 인터페이스에서 New를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 Draw를 선택한 다음 Cylinder를 선택합니다. 실린더의 길이가 12.5mm이고 반경이 1.25mm인 천자 바늘과 치수가 같은지 확인하십시오.
5. 이상적인 위치를 얻기 위해 Move 및 Rotate 기능을 사용하여 실린더의 위치를 조정합니다(그림 4B). 시뮬레이션 전반에 걸쳐 확립된 원칙에 따라 바늘 궤적을 일관되게 유지하도록 주의하십시오: 천자 바늘은 척추경을 가로 질러 갈 수 있어야하며, 가급적이면 위쪽 절반에서 통과 할 수 있어야하며, 팁의 최적 위치는 측면보기에서 척추체의 앞쪽 1/3 이내에 있어야합니다.
6. Objects 인터페이스에서 L1을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 Export STL을 선택한 다음 파일을 STL 형식으로 내보냅니다.

4. 3D 리버스 엔지니어링 생산 소프트웨어에서 3D 모델 연마

1. Import(가져오기)를 클릭하여 내보낸 척추체 솔리드 파일을 3D 리버스 엔지니어링 생산 소프트웨어로 가져옵니다. 따라서 Mesh Doctor 기능을 사용하여 모델에서 왜곡과 스파이크를 제거합니다.
2. Grid Doctor 기능은 정상적인 해부학적 구조를 왜곡 또는 스파이크로 잘못 식별할 수 있으므로 내부 공극을 식별하기 위해 대략적인 모델을 철저히 검사하고 4.1단계에 따라 적절하게 채우십시오(그림 5A).
3. Precise Surface 기능을 사용하여 솔리드 모델을 삼각형 메쉬 표면으로 변환하고 Organic Geometry Material을 선택합니다(그림 5B). 자동화된 곡면 시공 프로세스가 완료될 때까지 기다렸다가 파일을 STP 형식으로 내보냅니다.

5. 척추 공학 모델을 재구성하고 3D 모델링 설계 소프트웨어에서 척추 경 투영의 안전한 진입 영역을 확인합니다.

1. 열기(Open)를 클릭하여 정확한 곡면 문서의 STP 형식을 3D 모델링 설계 소프트웨어로 가져와 척추 엔지니어링 모델을 재구성합니다. 단면 보기 기능을 사용하여 수평, 시상 및 관상 방향에서 척추자루의 형태를 검사하고 척추자루의 형태와 구조에 대한 초기 관찰을 제공합니다(그림 6A).
2. 단면 뷰(Section View) 패널에서 최적의 시각화를 위해 단면의 각도를 조정합니다. Transparency Section Bodies를 사용하여 척추경의 가장 좁은 지점을 관찰하고(그림 6B) 왼쪽 패널의 섹션 1에서 각도 매개변수를 기록합니다.
3. 척추 모델의 각도를 조정하려면 삽입-피처-이동/복사 기능을 클릭하고 왼쪽 패널 하단에 있는 이동/회전 버튼을 선택합니다. 단면 뷰 패널을 다시 방문하여 단면 1의 뷰 각도 매개변수를 0으로 조정합니다.
4. 단면 1 패널에서 변위 매개변수를 미세 조정하여 만족스러운 척추경 단면 뷰를 얻을 수 있습니다. 척추경 단면을 관찰하기 위해 향상된 관점을 위해 방향을 바꾸십시오. 패널에서 확인된 변위 매개변수를 문서화합니다(그림 7).
5. 앞서 언급한 이동/복사 기능을 활용하여 척추 모델의 위치를 조작할 수 있습니다. 왼쪽 패널에서 변위 매개변수를 지정합니다. Corner Rectangle 도구를 사용하여 척추체 전체를 둘러쌉니다.
6. 시작하려면 피쳐-참조 지오메트리-평면(Features-Reference Geometry-Plane ) 옵션으로 이동하여 단면 뷰를 첫 번째 참조(First Reference)로 지정합니다. 그에 따라 오프셋 거리 매개변수를 수정하여 새로 생성된 평면을 척추체의 앞쪽 3분의 1로 재배치합니다.
7. 앞서 언급 한 평면에 스케치 를 생성하고 척추체의 중간 점에 점을 그려 펑크의 종료 점을 나타냅니다.
8. 돌출 절단(Extruded Cut) 기능을 사용하여 모델 절단을 수행합니다. 생성된 직사각형 스케치를 선택한 윤곽선(Selected Contours)으로 지정합니다.
9. 방향과 깊이를 모두 조정하여 척추체 모델을 두 반, 즉 척추체 반 쪽과 층판 반 쪽으로 나눕니다(그림 8A). 엔지니어링 파일을 특히 프로세스의 일부로 SLDPRT 형식으로 저장합니다.
10. 척추 본체 파트가 포함된 파일을 연 다음 단면 평면을 기반으로 스케치를 작성합니다. 요소 변환 기능을 사용하여 왼쪽 페디클 투영을 곡선 스케치로 변환합니다.
11. 오른쪽 척추경 투영에 대해 위의 절차를 반복하여 다른 곡선 스케치를 얻습니다. Filled Surface 기능을 사용하여 곡선 스케치를 곡면으로 변환하고 왼쪽 및 오른쪽 페디클 투영 곡선 스케치를 경계 역할로 합니다(그림 8B).
12. 척추뼈가 숨겨진 후의 결과 표면을 표시합니다. 피처 패널에서 로프트 보스/베이스 기능을 선택합니다.
13. 펑크 끝점을 프로파일로 지정하여 왼쪽 척추경 표면의 우수한 위치를 지정하면 척추경 펑크 경로를 설명하는 원뿔형 구조가 생성됩니다. 설명을 위해 왼쪽을 참조로 사용하고 오른쪽에도 동일한 프로세스를 복제합니다.
14. Scale 기능을 사용하여 양측 원뿔형 구조를 확대하며, 중심은 축척 중심점으로 사용되며 축척 계수는 2입니다. Move/Copy Body 기능을 사용하여 원뿔형 구조를 개별적으로 재배치합니다.
15. 메이트 설정 패널 인터페이스 내에서 구조의 정점과 천공 끝점을 선택하고 일치 모드를 일치로 설정합니다. 그런 다음 Delete/Keep Body 기능을 사용하여 척추체를 제거합니다(그림 9A).
16. 쌍원뿔 구조는 SLDPRT 형식으로 저장된 양측 척추경 천자 경로의 모음입니다. Insert Part 기능을 사용하여 척추경 천자 세트를 사용하여 라미나 부분과 척추체 부분을 재조립합니다. OK 버튼을 누르기만 하면 부품의 인서트 위치가 원점에 자동으로 정렬됩니다(그림 9B).
17. Combine Body 함수를 사용하여 다양한 구성 요소에서 부울 연산을 실행합니다. 모든 라미나 구성 요소를 유지하면서 라미네의 절반에서 피어처 세트를 빼는 과정을 통해 후속 분석은 이상적인 골 피어처 영역이 왼쪽의 영역 1, 4 및 7을 포함한다는 것을 나타냅니다(그림 9C).

결과

CT 영상 촬영과 디지털 모델링은 병원에서 수행되었습니다. CT 이미지에서 3D 모델을 구축하는 데 30분, 3D 리버스 엔지니어링 생산 소프트웨어에서 3D 모델을 연마하는 데 ~10분, 3D 모델링 설계 소프트웨어에서 척추 공학 모델을 재구성하고 척추경 투영의 안전한 진입 영역을 확인하는 데 15분이 걸렸습니다. 이 경우 이상적인 뼈 천자 영역 에는 왼쪽의 영역 1, 4 및 7이 포함됩니다. ?...

토론

경피적 척추 성형술(PVP)은 고통스러운 골다공증성 척추 압박 골절(OVCF^)을 관리하는 데 유리한 임상적 효능을 입증했습니다9. 외과 의사에 의한 정밀한 경피적 척추경 천자 기술의 활용은 천자 바늘의 최적 삽입 지점, 방향 및 깊이를 결정하는 데 중요한 역할을 하여 합병증의 발생을 크게 줄입니다¹⁰. 현재, C-arm X-ray 기계는 천자 바늘(¹¹)의 수술 ...

자료

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