Vertebroplastica percutanea percutanea percutanea (PVP)

Riepilogo

Qui, presentiamo un modello di guida di stampa tridimensionale per la vertebraplastica percutanea. Un paziente con una frattura da compressione vertebrale T11 è stato selezionato come caso di studio.

Abstract

La vertebroplastica percutanea (PVP) è considerata un trattamento efficace per il mal di schiena causato dalla frattura della compressione vertebrale osteoporotica. L'accuratezza del PVP dipende principalmente dall'esperienza dei chirurghi e dai fluoroscopi multipli durante una procedura tradizionale. Sono state riportate complicazioni correlate alla puntura in tutto il mondo. Per rendere la procedura chirurgica più precisa e ridurre il tasso di complicanze legate alla foratura, il nostro team ha applicato un modello di guida di stampa tridimensionale al PVP per modificare la procedura tradizionale. Questo protocollo introduce come modellare i dati di imaging DICOM delle vertebre di destinazione in tre dimensioni nel software, come simulare il funzionamento in questo modello 3D e come utilizzare tutti i dati chirurgici per ricostruire un modello specifico del paziente per l'applicazione. Utilizzando questo modello, i chirurghi possono identificare con precisione i punti di foratura adatti per migliorare l'accuratezza dell'operazione. L'intero protocollo comprende: 1) diagnosi della frattura osteoporotica di compressione vertebrale; 2) acquisizione dell'imaging TC della vertebra bersaglio; 3) simulazione dell'operazione nel software; 4) progettazione e fabbricazione del modello di guida alla stampa 3D; e 5) l'applicazione del modello in una procedura operativa.

Introduzione

Poiché la frattura di tipo più comune tra tutti i tipi di fratture osteoporotiche, la frattura della compressione vertebrale osteoporotica (OVCF) è un problema clinico molto preoccupante al giorno d'oggi. Come raccomandano le attuali linee guida, la vertebroplastica percutanea è uno dei metodi minimamente invasivi più efficaci per trattare clinicamente le fratture da compressione vertebrale osteoporotica¹.

Tradizionalmente, i chirurghi eseguono vertebroplastica percutanea guidata da un fluoroscopio a braccio C per trattare una frattura da compressione vertebrale per ripristinare il corpo vertebrale compresso e alleviare il dolore allo stadio iniziale². Anche i chirurghi esperti commettono errori nel confermare punti di foratura adatti semplicemente basandosi sulla loro esperienza personale. Questa operazione potrebbe causare alcune complicazioni legate alla puntura (ad esempio, perdite di cemento nei tessuti circostanti, lesioni della radice nervosa, ematoma intraspinale, ecc.^3,4^,5); inoltre, quasi il 50% dei pazienti ha complicazioni locali da PVP tradizionale con il 95% delle complicazioni provenienti da perdite di cemento nel tessuto circostante o embolizzazione delle vene paravertebrali⁶. Con l'emergere di un intervento chirurgico di precisione, un modello di guida stampa 3D è stato utilizzato in molte operazioni di chirurgia spinale⁷ perché può migliorare la precisione procedurale, riducendo le difficoltà e riducendo al minimo i rischi operativi. Qui, applichiamo un modello di guida di stampa 3D nel PVP per rendere la procedura chirurgica più precisa e per ridurre il tasso di complicanze legate alla foratura. Rispetto al metodo tradizionale, le operazioni assistite dal modello di guida alla stampa 3D hanno 1) una maggiore precisione della puntura chirurgica, 2) hanno ridotto al minimo l'esposizione alle radiazioni durante l'operazione, 3) hanno ridotto il tempo della procedura chirurgica e 4) hanno ridotto il probabilità di complicanze legate alla puntura.

Protocollo

Il presente studio è stato approvato dal comitato etico dell'Ospedale dell'Amicizia di Pechino Capital Medical University.

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

1. Identificare i pazienti che hanno OVCF da pazienti più anziani con mal di schiena, tenerezza nel processo spinoso, muscoli paraspinali alla schiena, ecc.
2. Utilizzare la fluoroscopia a raggi X posterioanteriore per verificare se il paziente ha una frattura da compressione vertebrale.
3. Utilizzare una risonanza magnetica per diagnosticare se un paziente ha una frattura da compressione vertebrale di nuova esordio e determinare il bersaglio delle vertebre compresse. Per i pazienti che non possono sottoporsi alla risonanza magnetica, utilizzare la scintigrafia ossea.
4. Ordinare il trattamento PVP per il paziente che ha una frattura acuta di compressione vertebrale e registrare il punteggio Visual Analogue Scale (VAS) e Oawestry Disability Index (ODI)⁸.
   NOTA: Ci sono alcuni criteri per l'inclusione: 1) paziente fratturato vertebrale se ha storia di un trauma a bassa energia o no; 2) nessuna storia o prova di malattia metabolica ossea o cancro; 3) Punteggio VAS - 7; 4) diagnosi come frattura vertebrale da raggi X, risonanza magnetica o scintigrafia ossea.

2. Localizzazione preoperatoria della vertebra bersaglio

1. Prima dell'operazione, condurre la tomografia computerizzata sul paziente con tre marcatori radiopaocchi posizionati nella linea mediana della pelle posteriore del paziente a livello vertebrale compresso. Mentre si preme la parte più dolorosa, confermare l'area di destinazione con la fluoroscopia a raggi X e un esame fisico sulla schiena del paziente.
2. Prima della tomografia computerizzata incline, mettere un gradienter sulla schiena del paziente appena inferiore ai marcatori fissi. Registrare la posizione del corpo del paziente e quindi rimuoverlo. Chiedi al paziente di rimanere nella stessa posizione durante l'intervento chirurgico.
3. Salvare le immagini CT (1 mm di spessore del livello di scansione, spaziatura del livello di 1 mm e 90 sezioni (scansione convenzionale) o 400 sezioni (scansione a fette sottili) in formato DICOM. Mettere un batuffolo di cotone sulla schiena del paziente per assicurarsi che i marcatori rimangano fino all'operazione.

3. Simulazione della procedura di vertebroplastica percutanea nel software informatico

1. Esportare le immagini CT in formato DICOM nel software di elaborazione di imaging medicale (ad esempio, MIMICS) e selezionare le fette di destinazione per ricostruire la vertebra compressa.
2. Selezionare Segmentazione soglia per regolare l'intervallo di soglia per la vertebra di destinazione da 125-3071H e creare una maschera. Premete Duplica maschera per creare due maschere: Maschera A e Maschera B.
3. Fate clic su Modifica maschera (Mask Edit) per cancellare la vertebra di destinazione nella Maschera A. Quindi fate clic su Operazioni booleane per formare una nuova maschera C utilizzando la maschera B per meno Maschera A. Premete Calcola 3D dalla maschera per ricostruire la vertebra di destinazione.
4. Simulare il PVP tramite un approccio transpedicolare bilaterale nel software. In primo luogo, definire il cilindro Medcad nel software come modello di ago di puntura. Definire i cilindri con la stessa lunghezza e la stessa distanza dell'ago di puntura (una lunghezza di 125 mm e un raggio di 1,25 mm).
5. Simulare il punto di ingresso, l'angolo di ingresso (angolo di inclinazione della testa e orientamento dell'angolo di rapimento) e la profondità dell'ago di foratura per un PVP reale con le viste 3D della vertebra di destinazione.
6. Regolare gli aghi di foratura nella sua posizione ideale utilizzando la funzione Sposta e ruota. Mantenere le traiettorie degli aghi coerenti con questi principi: 1) gli aghi di puntura possono estrapolare attraverso il pedicolo, preferibilmente nella sua metà superiore; 2) la posizione ideale delle punte è nel punto all'interno del corpo vertebrale anteriore sulla vista laterale.

4. Modello guida di stampa tridimensionale

1. Salva tutti i dati del modello 3D e inviali in formato MCS a una società di stampa tridimensionale.
2. Convertire i dati in formato MCS in un formato STL e progettare il modello utilizzando il software. Ricostruire la base, che deve aggrapparsi alla pelle posteriore del paziente, ricostruire il canale di traiettoria in base a tutti i parametri, compresi i punti di ingresso della pelle, gli angoli di ingresso e la profondità della traiettoria dei due aghi, stampare due stessi modelli per l'operazione .
   NOTA: Il modello guida è fatto di acido polilattico, che può essere sterilizzato e da disinfezione del vapore a bassa temperatura.

5. Applicazione del modello di guida alla stampa tridimensionale per assistere l'operazione PVP reale

1. Rendere il paziente soggetto alla tabella delle operazioni come per la scansione TC in conformità con la registrazione gradienter. Misurare la distanza dei tre marcatori radiopaque e disegnare il contorno dei tre marcatori in modo che corrisponda al modello con la posizione di destinazione.
2. Abbina un modello di skin con il contorno della pelle. Inserire e premere due tamponi attraverso le traiettorie dell'ago sul modello per contrassegnare i punti di inserimento sulla pelle. Quindi rimuovere il modello e disegnare i punti come punto A e B.
3. Rimuovere il modello e disinfettare la pelle. Drappo l'area e mettere le punte di due aghi di puntura ai punti di inserimento (punto A e B). Quindi, utilizzare la vista anteroposteriore della fluoroscopia a braccio C per confermare se i punti di foratura determinati dal modello sono fattibili.
4. Dare al paziente l'anestesia locale iniettando una miscela di 5 mL di 1% lidocaina e 1% ropavicaine ad ogni punto di puntura. Fissare un altro modello sterilizzato sulla schiena del paziente da pellicola sterilizzata.
5. Toccare leggermente i due aghi nella vertebra di destinazione tramite inserimenti attraverso i cilindri guida del modello. Verificare con il fluoroscopio a braccio C che le traiettorie siano adatte per l'inserimento. Assicurarsi che la punteggiatura sia all'interno dei montanti e quindi toccare gli aghi per avanzare ulteriormente fino alla fine della traiettoria.
6. Quando tutti gli aghi sono completamente inseriti nei cilindri guida, verificare con il fluoroscopio c-braccio che le punte degli aghi abbiano raggiunto la loro posizione ideale.
7. Iniettare il cemento osseo nel corpo vertebrale attraverso gli aghi. Iniettare 2 mL di cemento osseo attraverso ogni traiettoria per un totale di 4 mL di cemento osseo alla vertebra.
8. Infine, utilizzare la fluoroscopia per controllare la distribuzione del cemento osseo all'interno del corpo vertebrale da viste anteroposteriori e laterali. Stitch gli inserimenti.

Risultati

L'acquisizione di immagini TC e modellazione digitale è stata eseguita in ospedale, mentre la stampa 3D è stata eseguita in una società di stampa 3D. Sono stati necessari trenta minuti per ricostruire il modello 3D dalle immagini CT per la stampa 3D, e l'azienda di stampa 3D aveva bisogno di circa 6 ore per stampare 2 modelli di guida e inviarli all'ospedale.

Le immagini di pre-operazione della vertebra bersaglio del paziente...

Discussione

La vertebroplastica percutanea (PVP) è considerata uno dei migliori metodi per trattare la frattura della compressione vertebrale osteoporotica⁹ a causa di alcuni vantaggi distinti: è minimamente invasiva; c'è meno sanguinamento, e il recupero è rapido. Il PVP tradizionale è guidato principalmente da un fluoroscopio a braccio c che richiede una fluoroscopia ripetuta per determinare punti di puntura sicuri e ideali, angoli di foratura e orientamenti, che aumenta il dosaggio delle radiazioni in...

Materiali

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