Name: 3d printing model of a patient's specific lumbar vertebra
Uploaded: 2023-04-14T13:15:00
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Questa pubblicazione è stata sostenuta dalla Beijing Municipal Natural Science Foundation (L192059).

Tutti i dati provengono dal paziente clinico, la cui operazione SDR è stata effettuata presso l'ospedale BJ Dongzhimen. Il protocollo segue le linee guida ed è stato approvato dal comitato etico di ricerca dell'ospedale Dongzhimen.
NOTA: l'intera mappa del protocollo di ricostruzione del modello è illustrata nella Figura 1. I dati della tomografia computerizzata ad alta risoluzione (HRCT) e i dati Dixon sono materie prime per la modellazione; quindi, la creazio...

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C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+mechanical+evaluation+of+joint+contact+pressure+in+12+periacetabular+osteotomy+patients+with+10-year+follow-up.">Three-dimensional mechanical evaluation of joint contact pressure in 12 periacetabular osteotomy patients with 10-year follow-up.</a> Acta Orthopaedica. 80 (2), 155-161 (2009).</li><li>Rengier, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+printing+based+on+imaging+data:+review+of+medical+applications.">3D printing based on imaging data: review of medical applications.</a> International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery. 5 (4), 335-341 (2010).</li><li>Jiang, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Model-based+compensation+of+moving+tissue+for+state+recognition+in+robotic-assisted+pedicle+drilling.">Model-based compensation of moving tissue for state recognition in robotic-assisted pedicle drilling.</a> IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics. 2 (3), 463-473 (2020).</li><li>Setton, L. 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Questo studio fornisce un flusso di lavoro per stabilire un modello di stampa 3D preoperatoria della colonna lombare in pazienti con paralisi cerebrale, con l'obiettivo di facilitare la pianificazione preoperatoria per la chirurgia SDR e migliorare l'allenamento anatomico basato sul modello specifico del paziente. Lo studio mira a stabilire un modello stampato in 3D altamente affidabile che dimostri accuratamente le strutture vertebrali e nervose lombari del paziente. Misurando la posizione della lamina e del nervo spina...

La paralisi cerebrale spastica colpisce oltre la metà di tutti i bambini con paralisi cerebrale1, portando a contratture tendinee, sviluppo scheletrico anormale e diminuzione della mobilità, con un notevole impatto sulla qualità della vita dei bambini affetti2. Come principale metodo chirurgico per il trattamento della paralisi cerebrale spastica, la rizotomia dorsale selettiva (SDR) è stata pienamente convalidata e raccomandata da molti paesi 3,4. Tuttavia, la natura complessa e ad alto rischio della chirurgia SDR, compreso il taglio preciso della lamina, il posizionamento e la dissociazione delle radici nervose e la recisione delle fibre nervose, presenta una sfida significativa per i giovani medici che stanno appena iniziando a impegnarsi con la SDR nella pratica clinica; inoltre, la curva di apprendimento dei DSP è molto ripida.
Nella chirurgia ortopedica tradizionale, i chirurghi devono integrare mentalmente tutte le immagini bidimensionali (2D) preoperatorie e creare un piano chirurgico 3D5. Questo approccio è particolarmente difficile per la pianificazione preoperatoria che coinvolge strutture anatomiche complesse e manipolazioni chirurgiche, come la SDR. Con i progressi nell'imaging medico e nella tecnologia informatica, le immagini assiali 2D, come la tomografia computerizzata (TC) e la risonanza magnetica (MRI) possono essere elaborate per creare modelli virtuali 3D con anatomia specifica del paziente6. Con una migliore visualizzazione, i chirurghi possono analizzare queste informazioni elaborate per effettuare diagnosi più dettagliate, pianificazione e interventi chirurgici su misura per le condizioni del paziente. Negli ultimi anni, l'applicazione della tecnologia di fusione di immagini multimodali in ortopedia ha gradualmente attirato l'attenzione7. Questa tecnologia potrebbe fondere immagini TC e MRI, migliorando notevolmente la precisione del modello analogico digital3D. Tuttavia, l'applicazione di questa tecnica in modelli preoperatori di SDR non è stata ancora studiata.
Il posizionamento accurato della lamina e del nervo spinale e il taglio preciso durante la chirurgia SDR sono fondamentali per risultati di successo. In genere, questi compiti si basano sull'esperienza di esperti e sono confermati ripetutamente da un braccio a C durante l'operazione, risultando in un processo chirurgico complesso e dispendioso in termini di tempo. Il modello digitale 3D funge da base per la futura navigazione chirurgica SDR e può anche essere utilizzato per la pianificazione preoperatoria delle procedure di laminectomia. Questo modello fonde la struttura ossea della TC e la struttura del nervo spinale della risonanza magnetica e assegna colori diversi alle sezioni delle vertebre lombari contrassegnate per il taglio secondo il piano chirurgico. Tali modelli di stampa 3D olografici per SDR non solo facilitano la pianificazione e la simulazione preoperatoria, ma forniscono anche coordinate di navigazione 3D accurate al braccio robotico intraoperatorio per un taglio preciso.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>J55 Prime 3D-Printer</td>
			<td>Stratasys</td>
			<td>J55 Prime</td>
			<td>Manufacturing the model</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB</td>
			<td>MathWorks&#160;</td>
			<td>2022B</td>
			<td>Computing and visualization&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mimics</td>
			<td>Materialise</td>
			<td>Mimics Research V20</td>
			<td>Model format transformation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tools for volum fusion</td>
			<td>Intelligent Entropy</td>
			<td>VolumeFusion V1.0</td>
			<td>Beijing Intelligent Entropy Science &#38; Technology Co Ltd. 
			Modeling for CT/MRI fusion</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

3d printing model of a patient's specific lumbar vertebra

La rizotomia dorsale selettiva (SDR) è un'operazione difficile, rischiosa e sofisticata, in cui una laminectomia non solo dovrebbe esporre un adeguato campo visivo chirurgico, ma anche proteggere i nervi spinali del paziente dalle lesioni. I modelli digitali svolgono un ruolo importante nel pre e intra-intervento dell'SDR, perché non solo possono rendere i medici più familiari con la struttura anatomica del sito chirurgico, ma anche fornire precise coordinate di navigazione chirurgica per il manipolatore. Questo studio mira a creare un modello digitale 3D di una vertebra lombare specifica del paziente che può essere utilizzata per la pianificazione, la navigazione chirurgica e l'addestramento dell'operazione SDR. Il modello di stampa 3D è anche prodotto per un lavoro più efficace durante questi processi.
I modelli digitali ortopedici tradizionali si basano quasi interamente sui dati della tomografia computerizzata (TC), che è meno sensibile ai tessuti molli. La fusione della struttura ossea dalla TC e della struttura neurale dalla risonanza magnetica (MRI) è l'elemento chiave per la ricostruzione del modello in questo studio. Il modello digitale 3D specifico del paziente viene ricostruito per l'aspetto reale dell'area chirurgica e mostra la misurazione accurata delle distanze interstrutturali e della segmentazione regionale, che può aiutare efficacemente nella pianificazione preoperatoria e nella formazione dei DSP. Il materiale trasparente della struttura ossea del modello stampato in 3D consente ai chirurghi di distinguere chiaramente la relazione relativa tra il nervo spinale e la placca vertebrale del segmento operato, migliorando la loro comprensione anatomica e il senso spaziale della struttura. I vantaggi del modello digitale 3D individualizzato e la sua accurata relazione tra le strutture nervose e ossee rendono questo metodo una buona scelta per la pianificazione preoperatoria della chirurgia SDR.

Sulla base dei dati di fusione delle immagini TC / MRI lombari nei bambini con paralisi cerebrale, abbiamo creato un modello rappresentativo della colonna lombare combinata con i nervi spinali. Il filtraggio passa-alto è stato utilizzato per estrarre il segnale elevato nell'intervallo di valori CT di 190-1.656 dalla HRCT, in modo da ottenere la ricostruzione della struttura ossea della colonna lombare nell'area operativa. Le strutture nervose spinali sono state ricostruite mediante il filtraggio passa-alto delle sequenz...

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3D Printing Model of a Patient's Specific Lumbar Vertebra

Questo studio mira a creare un modello stampato in 3D di una vertebra lombare specifica del paziente, che contiene sia la vertebra che i modelli del nervo spinale fusi dalla tomografia computerizzata ad alta risoluzione (HRCT) e dai dati MRI-Dixon.

Modello di stampa 3D della vertebra lombare specifica di un paziente

Selective dorsal rhizotomy (SDR) is a difficult, risky, and sophisticated operation, in which a laminectomy should not only expose an adequate surgical ...

Il protocollo ha riempito le complesse immagini TC e MRI delle strutture anatomiche umane, sfruttando rispettivamente il vantaggio di entrambi i tipi di imaging. Questa è un'innovazione significativa nel campo dell'imaging medico. Nel modello fuso, i medici possono visualizzare sia la struttura ossea dalla TC che le strutture dei tessuti più morbidi dalla risonanza magnetica.Inoltre, il modello 3D può essere utilizzato per una navigazione 3D precisa dei robot chirurgici. Questa tecnologia è applicabile a quasi tutti gli anziani che richiedono la fusione multimodale, come la fusione di immagini ad ultrasuoni. Il modello di fusione 3D è anche di grande importanza per la pianificazione pre-arbitrale e la valutazione post-arbitrale.Quando si utilizza questa tecnologia, si avranno informazioni dall'imaging multimodale contemporaneamente. La prospettiva di diverse dimensioni si svolgerà in modo sincrono e il processo diagnostico e terapeutico si evolverà. Per iniziare, impostare le risorse dati dalla stazione macchina CT.Aprire il singolo software CT 2012 B per ricevere i dati dal protocollo di scansione SpineRoutine_1. Utilizzare uno spessore della sezione di un millimetro con una dimensione della matrice di 512 pixel per 512 pixel, in cui la spaziatura dei pixel è di 0,3320 millimetri. La dimensione effettiva del volume 3D raggiunto è 512 per 512 per 204 voxel.Chiamare il sottoprocesso Dicom2Mat nell'ambiente di lavoro MATLAB per ottenere il volume 3D dai file DICOM memorizzati nella cartella dati HRCT. Visualizza ogni sezione all'interno del volume 3D tramite l'interfaccia utente grafica o la GUI. Quindi visualizzare la distribuzione dell'intensità dei dati HRCT delle vertebre dalla funzione di rapina.Chiamare il sottoprocesso di pulizia del rumore per eliminare il rumore del segnale formato dal dispositivo nelle parti del file di dati HRCT. E usa il sottoprocesso della funzione delle vertebre sotto lo stesso percorso, per ottenere il modello delle vertebre che è anche un volume 3D, ma solo con la struttura ossea. Utilizzare i parametri del filtro passa-alto e l'intervallo di intensità da 190 a 1.656.Utilizzare il sottoprocesso Dicom2Mat in entrambe le parti delle sequenze Dixon-In e Dixon_W e ottenere il loro volume 3D. Visualizza ogni singola sezione che costituisce un volume 3D e accedi a questa visualizzazione una volta completato il sottoprocesso Dicom2Mat. Utilizzare la funzione del nervo spinale per ricostruire il modello del nervo spinale con parametri di filtro passa-alto e l'intervallo di intensità da 180 a 643.Filtrare i punti con bassa intensità per estrarre il volume 3D del nervo spinale poiché i segnali nervosi nella sequenza Dixon_W sono molto alti. Una volta terminato il sottoprocesso del nervo spinale, controllare il modello generato nella GUI. Copiare i tre volumi 3D nel percorso del file del progetto.I modelli di HRCT e DIXON-In includono la stessa struttura delle vertebre. E i modelli di DIXON-In e Dixon_W hanno le stesse coordinate. Inserire i nomi dei file dei tre modelli nel sottoprocesso di fusione delle vertebre come input per generare il modello di fusione.Se la regolazione fine è necessaria dal punto di vista del medico, aggiungere i parametri di coordinate in tutte le direzioni alla stessa funzione per correggere il modello di fusione. Se si osservano lievi errori nella fusione da un punto di vista clinico, utilizzare la funzione di fusione delle vertebre per mettere a punto le coordinate di fusione. Questo processo comporta la regolazione dei parametri alle sei quote della direzione delle coordinate.Creare una cartella separata nella directory del progetto per l'output del risultato del modello di fusione. Esportare i modelli di fusione da utilizzare per la stampa 3D nelle sequenze di formato DICOM nel percorso del file della directory fusion. Utilizzare l'algoritmo mat2dicom per eseguire l'operazione di esportazione.inserendo il modello di fusione. Aprire la sequenza di file DICOM esportata in precedenza utilizzando Materialise Mimics versione 20 per eseguire l'operazione di esportazione. Vai al menu di esportazione nella scheda file e seleziona il formato VRML.Il percorso del file per l'esportazione può essere liberamente personalizzato in base alle esigenze dell'utente. Poiché la stampa 3D colorata trasparente è un servizio professionale, comprimere e imballare i file VRML e inviarli al fornitore di servizi. Il modello di fusione multimodale di TC e RM viene utilizzato per la pianificazione preoperatoria e l'addestramento nella rizotomia dorsale selettiva o SDR.In questa figura è illustrata la GUI delle sezioni nel volume dei dati HRCT. Attraverso questa GUI, i chirurghi possono visualizzare la struttura della colonna vertebrale contenuta in tutti i dati TC. L'immagine grafica mostrata qui rappresenta la distribuzione dell'intensità dei dati HRCT delle vertebre.Queste informazioni quantitative aiutano a determinare la gamma di filtraggio della struttura delle vertebre. Il modello di stampa 3D per la rizotomia dorsale selettiva o la pianificazione e l'allenamento SDR è mostrato in questa immagine. Diversi coloranti colorati sono usati per disdegnare e distinguere le strutture, come ossa e nervi.La struttura del nervo spinale è tinta di giallo e la lamina dei segmenti L4 e L5 nell'area operativa corrispondente si distingue per la colorazione rossa e blu. La struttura ossea è stampata utilizzando un materiale in resina trasparente, che consente ai medici di osservare la struttura nervosa sotto la lamina attraverso la struttura ossea. La tecnologia di fusione equivalente, insensibile o multimodale è destinata a portare varie nuove applicazioni in quanto i medici possono ottenere informazioni da diverse dimensioni in un unico modello.Il trattamento diagnostico basato sull'imaging medico e la navigazione chirurgica sono i principali campi di battaglia per la tecnologia di fusione multimodale nel campo dell'imaging medico.

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