Name: 3d printing model of a patient's specific lumbar vertebra
Uploaded: 2023-04-14T13:15:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about 3D Printing Model of a Patient's Specific Lumbar Vertebra at JoVE.com

Эта публикация была поддержана Пекинским муниципальным фондом естественных наук (L192059).

Все данные получены от клинического пациента, чья операция SDR была проведена в больнице BJ Dongzhimen. Протокол соответствует руководящим принципам и был одобрен комитетом по этике исследований больницы Дунчжимэнь.
ПРИМЕЧАНИЕ: Вся карта протокола реконструкции модели показа?...

<ol>
	<li>Rosenbaum, P., 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=A+report:+the+definition+and+classification+of+cerebral+palsy+April+2006.">A report: the definition and classification of cerebral palsy April 2006.</a> Developmental Medicine and Child Neurology. Supplement. 109, 8-14 (2007).</li><li>Krigger, K. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cerebral+palsy:+an+overview.">Cerebral palsy: an overview.</a> American Family Physician. 73 (1), 91-100 (2006).</li><li>Davidson, B., Fehlings, D., Milo-Manson, G., Ibrahim, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improving+access+to+selective+dorsal+rhizotomy+for+children+with+cerebral+palsy.">Improving access to selective dorsal rhizotomy for children with cerebral palsy.</a> Canadian Medical Association Journal. 191 (44), E1205-E1206 (2019).</li><li>Buizer, A. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selective+dorsal+rhizotomy+in+children+with+cerebral+palsy.">Selective dorsal rhizotomy in children with cerebral palsy.</a> The Lancet. Child &amp; Adolescent Health. 3 (7), 438-439 (2019).</li><li>Wong, K. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D-printed+patient-specific+applications+in+orthopedics.">3D-printed patient-specific applications in orthopedics.</a> Orthopedic Research and Reviews. 8, 57-66 (2016).</li><li>Wong, K. C., Kumta, S. M., Geel, N. V., Demol, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=One-step+reconstruction+with+a+3D-printed,+biomechanically+evaluated+custom+implant+after+complex+pelvic+tumor+resection.">One-step reconstruction with a 3D-printed, biomechanically evaluated custom implant after complex pelvic tumor resection.</a> Computer Aided Surgery. 20 (1), 14-23 (2015).</li><li>Zhu, R., Li, X., Zhang, X., Ma, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MRI+and+CT+medical+image+fusion+based+on+synchronized-anisotropic+diffusion+model.">MRI and CT medical image fusion based on synchronized-anisotropic diffusion model.</a> IEEE Access. 8, 91336-91350 (2020).</li><li>Park, T. S., Gaffney, P. E., Kaufman, B. A., Molleston, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selective+lumbosacral+dorsal+rhizotomy+immediately+caudal+to+the+conus+medullaris+for+cerebral+palsy+spasticity.">Selective lumbosacral dorsal rhizotomy immediately caudal to the conus medullaris for cerebral palsy spasticity.</a> Neurosurgery. 33 (5), 929-934 (1993).</li><li>Sindou, M., Georgoulis, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Keyhole+interlaminar+dorsal+rhizotomy+for+spastic+diplegia+in+cerebral+palsy.">Keyhole interlaminar dorsal rhizotomy for spastic diplegia in cerebral palsy.</a> Acta Neurochirurgica. 157 (7), 1187-1196 (2015).</li><li>Peacock, W. J., Staudt, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selective+posterior+rhizotomy:+evolution+of+theory+and+practice.">Selective posterior rhizotomy: evolution of theory and practice.</a> Pediatric Neurosurgery. 17 (3), 128-134 (1991).</li><li>Vitrikas, K., Dalton, H., Breish, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cerebral+palsy:+an+overview.">Cerebral palsy: an overview.</a> American Family Physician. 101 (4), 213-220 (2020).</li><li>Niikura, T., 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=Tactile+surgical+navigation+system+for+complex+acetabular+fracture+surgery.">Tactile surgical navigation system for complex acetabular fracture surgery.</a> Orthopedics. 37 (4), 237-242 (2014).</li><li>Lepisto, J., Armand, M., Armiger, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Periacetabular+osteotomy+in+adult+hip+dysplasia-developing+a+computer+aided+real-time+biome-chanical+guiding+system+(BGS).">Periacetabular osteotomy in adult hip dysplasia-developing a computer aided real-time biome-chanical guiding system (BGS).</a> Finnish Journal of Orthopaedics and Traumatology. 31 (2), 186-190 (2008).</li><li>Armiger, R. S., Armand, M., Tallroth, K., Lepisto, J., Mears, S. 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. A., Chen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanobiology+of+the+intervertebral+disc+and+relevance+to+disc+degeneration.">Mechanobiology of the intervertebral disc and relevance to disc degeneration.</a> The Journal of Bone and Joint Surgery. American. 88, 52-57 (2006).</li></ol>

Это исследование обеспечивает рабочий процесс для создания предоперационной модели 3D-печати поясничного отдела позвоночника у пациентов с церебральным параличом с целью облегчения предоперационного планирования операции SDR и улучшения анатомической подготовки на основе конкретно?...

Спастическим церебральным параличом страдает более половины всех детей с церебральным параличом1, что приводит к контрактурам сухожилий, аномальному развитию скелета и снижению подвижности, что значительно влияет на качество жизни пострадавших детей2. В качестве основного хирургического метода лечения спастического церебрального паралича селективная дорсальная ризотомия (SDR) была полностью одобрена и рекомендована многими странами 3,4. Тем не менее, сложный и рискованный характер хирургии SDR, включая точное разрезание пластинки, позиционирование и диссоциацию нервных корешков, а также разрыв нервных волокон, представляет собой серьезную проблему для молодых врачей, которые только начинают заниматься SDR в клинической практике; кроме того, кривая обучения SDR очень крутая.
В традиционной ортопедической хирургии хирурги должны мысленно интегрировать все предоперационные двумерные (2D) изображения и создать 3D-хирургический план5. Этот подход особенно сложен для предоперационного планирования, включающего сложные анатомические структуры и хирургические манипуляции, такие как SDR. Благодаря достижениям в области медицинской визуализации и компьютерных технологий 2D-осевые изображения, такие как компьютерная томография (КТ) и магнитно-резонансная томография (МРТ), могут быть обработаны для создания виртуальных 3D-моделей с анатомией конкретного пациента6. Благодаря улучшенной визуализации хирурги могут анализировать эту обработанную информацию, чтобы ставить более подробные диагнозы, планировать и хирургические вмешательства с учетом состояния пациента. В последние годы применение технологии мультимодального слияния изображений в ортопедии постепенно привлекает внимание7. Эта технология может объединять изображения КТ и МРТ, значительно повышая точность цифровой аналоговой 3D-модели. Однако применение этой методики в предоперационных моделях СКЗ еще не исследовано.
Точное позиционирование пластинки и спинномозгового нерва, а также точное разрезание во время операции SDR имеют решающее значение для успешных результатов. Как правило, эти задачи основаны на опыте экспертов и неоднократно подтверждаются С-дугой во время операции, что приводит к сложному и трудоемкому хирургическому процессу. Цифровая 3D-модель служит основой для будущей хирургической навигации SDR, а также может быть использована для предоперационного планирования процедур ламинэктомии. Эта модель объединяет костную структуру из КТ и структуру спинномозгового нерва из МРТ и присваивает разные цвета участкам поясничных позвонков, отмеченным для разрезания в соответствии с хирургическим планом. Такие голографические модели для 3D-печати для SDR не только облегчают предоперационное планирование и моделирование, но и выводят точные координаты 3D-навигации на интраоперационный роботизированный манипулятор для точной резки.

<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

Селективная дорсальная ризотомия (SDR) - это сложная, рискованная и сложная операция, при которой ламинэктомия должна не только обнажить адекватное хирургическое поле зрения, но и защитить спинномозговые нервы пациента от травм. Цифровые модели играют важную роль в предоперационном и внутриоперационном SDR, поскольку они могут не только лучше знакомить врачей с анатомической структурой операционного участка, но и предоставлять точные координаты хирургической навигации для манипулятора. Это исследование направлено на создание цифровой 3D-модели поясничного позвонка для конкретного пациента, которую можно использовать для планирования, хирургической навигации и обучения операции SDR. Модель для 3D-печати также изготавливается для более эффективной работы во время этих процессов.
Традиционные ортопедические цифровые модели почти полностью основаны на данных компьютерной томографии (КТ), которая менее чувствительна к мягким тканям. Слияние костной структуры с помощью КТ и нейронной структуры с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ) является ключевым элементом для реконструкции модели в этом исследовании. Конкретная цифровая 3D-модель пациента реконструируется для реального внешнего вида хирургической области и показывает точное измерение межструктурных расстояний и регионарную сегментацию, что может эффективно помочь в предоперационном планировании и обучении SDR. Прозрачный материал костной структуры модели, напечатанной на 3D-принтере, позволяет хирургам четко различать относительную взаимосвязь между спинномозговым нервом и позвоночной пластинкой оперируемого сегмента, улучшая их анатомическое понимание и пространственное чувство структуры. Преимущества индивидуализированной цифровой 3D-модели и ее точная взаимосвязь между спинномозговыми, нервными и костными структурами делают этот метод хорошим выбором для предоперационного планирования операции SDR.

На основе данных спондилодеза поясничных КТ/МРТ у детей с церебальным параличом мы создали репрезентативную модель поясничного отдела позвоночника в сочетании со спинномозговыми нервами. Фильтрация верхних частот использовалась для извлечения высокого сигнала в диапазоне значений ...

Watch this Scientific Journal Video about 3D Printing Model of a Patient's Specific Lumbar Vertebra at JoVE.com

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

Это исследование направлено на создание 3D-печатной модели поясничного позвонка для конкретного пациента, которая содержит модели позвонков и спинномозговых нервов, объединенные из данных компьютерной томографии высокого разрешения (HRCT) и МРТ-Диксона.

3D-печатная модель конкретного поясничного позвонка пациента

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

Протокол заполняет сложные изображения КТ и МРТ анатомических структур человека, используя соответственно преимущества обоих типов визуализации. Это существенное новшество в области медицинской визуализации. В слитной модели врачи могут просматривать как костную структуру с помощью КТ, так и более мягкие структуры тканей с помощью МРТ.Кроме того, 3D-модель может быть использована для точной 3D-навигации хирургических роботов. Эта технология применима практически ко всем пожилым людям, которым требуется мультимодальное слияние, такое как ультразвуковое слияние изображений. 3D-модель слияния также имеет большое значение для доарбитражного планирования и постарбитражной оценки.При использовании этой технологии вы одновременно получите представление о мультимодальной визуализации. Синхронно будет разворачиваться перспектива разных измерений, а диагностический и терапевтический процесс будет развиваться. Для начала установите ресурсы данных с станцией КТ.Откройте одно программное обеспечение CT 2012 B, чтобы получить данные из протокола сканирования SpineRoutine_1. Используйте срез толщиной в один миллиметр с размером матрицы 512 пикселей на 512 пикселей, в котором интервал между пикселями составляет 0,3320 миллиметра. Фактический размер достигнутого 3D-объема составляет 512 х 512 х 204 вокселей.Вызовите подпроцесс Dicom2Mat на рабочем месте MATLAB, чтобы получить 3D-том из файлов DICOM, хранящихся в папке данных HRCT. Просматривайте каждый фрагмент в 3D-томе с помощью графического интерфейса пользователя или графического интерфейса. Затем визуализируйте распределение интенсивности данных HRCT позвонков с помощью функции ограбления.Вызовите подпроцесс очистки шума, чтобы удалить шум сигнала, образованный устройством в частях файла данных HRCT. И используйте подпроцесс функции позвонков по тому же пути, чтобы получить модель позвонков, которая также представляет собой 3D-объем, но только со структурой кости. Используйте параметры фильтра верхних частот и диапазон интенсивности от 190 до 1 656.Используйте подпроцесс Dicom2Mat в обеих частях последовательностей Dixon-In и Dixon_W и получите их 3D-объем. Визуализируйте каждый отдельный фрагмент, составляющий 3D-том, и получите доступ к этой визуализации после завершения подпроцесса Dicom2Mat. Используйте функцию спинномозгового нерва для реконструкции модели спинномозгового нерва с параметрами фильтра верхних частот и диапазоном интенсивности от 180 до 643.Отфильтруйте точки с низкой интенсивностью, чтобы извлечь 3D-объем спинномозгового нерва, так как нервные сигналы в последовательности Dixon_W очень высоки. После завершения подпроцесса спинномозгового нерва проверьте модель, сгенерированную в графическом интерфейсе. Скопируйте три 3D-тома в путь к файлу проекта.Модели HRCT и DIXON-In имеют одинаковую структуру позвонков. И модели от DIXON-In и Dixon_W имеют одинаковые координаты. Поместите имена файлов трех моделей в подпроцесс слияния позвонков в качестве входных данных для создания модели слияния.Если с точки зрения врача необходима тонкая настройка, добавьте параметры координат во всех направлениях к одной и той же функции, чтобы скорректировать модель слияния. Если в спондилодезе с клинической точки зрения наблюдаются небольшие ошибки, используйте функцию слияния позвонков для точной настройки координат спондилодеза. Этот процесс включает в себя настройку параметров в шести измерениях координатного направления.Сделайте отдельную папку в каталоге проекта для вывода результата модели слияния. Экспортируйте модели слияния, которые будут использоваться для 3D-печати, в последовательностях формата DICOM по пути к файлу каталога слияния. Используйте алгоритм mat2dicom для выполнения операции экспорта.путем ввода модели слияния. Откройте последовательность файлов DICOM, экспортированную ранее, с помощью Materialise Mimics версии 20 для выполнения операции экспорта. Перейдите в меню экспорта на вкладке «Файл» и выберите формат VRML.Путь к файлу для экспорта может быть свободно настроен в соответствии с требованиями пользователя. Поскольку прозрачная красочная 3D-печать является профессиональной услугой, сжимайте и упаковывайте файлы VRML и отправляйте их поставщику услуг. Мультимодальная модель спондилодеза КТ и МРТ используется для предоперационного планирования и обучения селективной дорсальной ризотомии или SDR.Графический интерфейс срезов в томе из данных HRCT показан на этом рисунке. С помощью этого графического интерфейса хирурги могут просматривать структуру позвоночника, содержащуюся во всех данных КТ. Графическое изображение, показанное здесь, представляет собой распределение интенсивности данных HRCT позвонков.Эта количественная информация помогает определить диапазон фильтрации структуры позвонков. На этом изображении показана модель 3D-печати для планирования и обучения селективной дорсальной ризотомии или SDR. Различные цветные красители используются, чтобы пренебрегать и различать структуры, такие как кости и нервы.Структура спинномозгового нерва окрашена в желтый цвет, а пластинки сегментов L4 и L5 в соответствующей зоне операции отличаются красным и синим окрашиванием. Структура кости напечатана с использованием прозрачного полимерного материала, что позволяет врачам наблюдать за структурой нерва под пластинкой через костную структуру. Эквивалентная, нечувствительная или мультимодальная технология слияния неизбежно принесет различные новые приложения, поскольку врачи могут получать информацию из разных измерений в одной модели.Диагностическое лечение на основе медицинской визуализации и хирургическая навигация являются основными полями битвы для технологии мультимодального слияния в области медицинской визуализации.

Research

JoVE Journal

Medicine

3D-Neuronavigation In Vivo Through a Patient's Brain During a Spontaneous Migraine Headache

3D-Neuronavigation In Vivo Through a Patient's Brain During a Spontaneous Migraine Headache

3D-Нейронавигация<em&gt; В Vivo</em&gt; Через мозга пациента во время спонтанного головной боли мигрени

A growing body of research, generated primarily from MRI-based studies, shows that migraine appears to occur, and possibly endure, due to the alteration ...

Ovine Lumbar Intervertebral Disc Degeneration Model Utilizing a Lateral Retroperitoneal Drill Bit Injury

Модель дегенерации овечьего поясничного межпозвонкового диска, использующая боковую ретроперитонеальную дробную дробь

Intervertebral disc degeneration is a significant contributor to the development of back pain and the leading cause of disability worldwide. Numerous ...

A Mobile Outside-in Technique of Transforaminal Lumbar Endoscopy for Lumbar Disc Herniations

Мобильный вне в техника Transforaminal поясничный эндоскопии для грыжи поясничного диска

Percutaneous endoscopic transforaminal lumbar discectomy (PETLD) has now become a standard of care for the management of lumbar disc disease. There are ...

Isometric Contractility Measurement of the Mouse Mesenteric Artery Using Wire Myography

Изометрические сократимости измерение верхней брыжеечной артерии мыши, с помощью проволоки миография

The wire myograph technique is used to assess the contractility of vascular smooth muscles in response to depolarization, GPCR agonists/inhibitors and ...

Three-Dimensional Printing of a Complex Aortic Anomaly

Трехмерная печать сложных аорты аномалия

Complex congenital aortic anomalies include diverse types of malformations that may be clinically asymptomatic or present with respiratory or esophageal ...

Multicolor 3D Printing of Complex Intracranial Tumors in Neurosurgery

Многоцветная 3D печать сложных внутричерепных опухолей в нейрохирургии

Three-dimensional (3D) printing technologies offer the possibility of visualizing patient-specific pathologies in a physical model of correct dimensions. ...

Combining Augmented Reality and 3D Printing to Display Patient Models on a Smartphone

Сочетание дополненной реальности и 3D-печати для отображения моделей пациентов на смартфоне

Augmented reality (AR) has great potential in education, training, and surgical guidance in the medical field. Its combination with three-dimensional (3D) ...

3D Planning and Printing of Patient Specific Implants for Reconstruction of Bony Defects

3D планирование и печать конкретных имплантатов пациента для восстановления дефектов Бони

We are in the midst of the 3D era in most aspects of life, and especially in medicine. The surgical discipline is one of the major players in the medical ...

Treatment of Facial Deformities using 3D Planning and Printing of Patient-Specific Implants

Лечение деформаций лица с использованием 3D-планирования и печати имплантатов-специфических пациентов

Technological advancements in surgical planning and patient-specific implants are constantly evolving. One can either adopt the technology to achieve ...

Creation of a High-Fidelity, Low-Cost, Intraosseous Line Placement Task Trainer via 3D Printing

Создание высокоточного, недорогого, внутрикостного тренажера для размещения линий с помощью 3D-печати

The description of procedural task trainers includes their use as a training tool to hone technical skills through repetition and rehearsal of procedures ...