환자의 특정 요추의 3D 프린팅 모델
Summary
이 연구는 고해상도 컴퓨터 단층 촬영(HRCT) 및 MRI-Dixon 데이터에서 융합된 척추 및 척수 신경 모델을 모두 포함하는 환자별 요추의 3D 프린팅 모델을 만드는 것을 목표로 합니다.
Abstract
선택적 등쪽 신경근 절개술(SDR)은 추궁 절제술이 적절한 수술 시야를 노출시킬 뿐만 아니라 환자의 척수 신경을 손상으로부터 보호해야 하는 어렵고 위험하며 정교한 수술입니다. 디지털 모델은 의사가 수술 부위의 해부학적 구조에 더 익숙해질 수 있을 뿐만 아니라 매니퓰레이터에게 정확한 수술 탐색 좌표를 제공할 수 있기 때문에 SDR의 사전 및 내부 수술에서 중요한 역할을 합니다. 이 연구는 SDR 수술의 계획, 수술 탐색 및 교육에 사용할 수 있는 환자별 요추의 3D 디지털 모델을 만드는 것을 목표로 합니다. 3D 프린팅 모델은 이러한 과정에서 보다 효과적인 작업을 위해 제조되기도 합니다.
전통적인 정형외과 디지털 모델은 연조직에 덜 민감한 컴퓨터 단층 촬영(CT) 데이터에 거의 전적으로 의존합니다. CT의 뼈 구조와 자기공명영상(MRI)의 신경 구조의 융합은 이 연구에서 모델 재구성의 핵심 요소입니다. 환자의 특정 3D 디지털 모델은 수술 부위의 실제 모습에 맞게 재구성되고 구조 간 거리 및 지역 분할의 정확한 측정을 보여주므로 수술 전 SDR 계획 및 교육에 효과적으로 도움이 될 수 있습니다. 3D 프린팅 모델의 투명한 뼈 구조 소재를 통해 외과의는 척추 신경과 수술된 부분의 척추판 사이의 상대적 관계를 명확하게 구별할 수 있어 구조에 대한 해부학적 이해와 공간 감각을 향상시킬 수 있습니다. 개별화된 3D 디지털 모델의 장점과 척수 신경과 뼈 구조 간의 정확한 관계로 인해 이 방법은 SDR 수술의 수술 전 계획에 적합합니다.
Introduction
경련성 뇌성마비는 뇌성마비 아동의 절반 이상에게 영향을 미치며1, 힘줄 구축, 비정상적인 골격 발달, 이동성 저하를 유발하여 영향을 받는 아동의 삶의 질에 큰 영향을 미친다2. 경련성 뇌성마비 치료를 위한 주요 수술 방법인 선택적 등쪽 신경근 절개술(SDR)은 많은 국가에서 완전히 검증되고 권장되었습니다 3,4. 그러나 박판의 정확한 절단, 신경근의 위치 지정 및 해리, 신경 섬유의 절단을 포함한 SDR 수술의 복잡하고 고위험 특성은 임상 실습에서 SDR에 이제 막 참여하기 시작한 젊은 의사들에게 중요한 도전 과제입니다. 또한 SDR의 학습 곡선은 매우 가파르다.
전통적인 정형외과 수술에서 외과의는 모든 수술 전 2차원(2D) 영상을 정신적으로 통합하고 3D 수술 계획을 세워야 한다5. 이 접근법은 복잡한 해부학적 구조와 SDR과 같은 외과적 조작을 포함하는 수술 전 계획에 특히 어렵습니다. 의료 영상 및 컴퓨터 기술의 발전으로 컴퓨터 단층 촬영(CT) 및 자기 공명 영상(MRI)과 같은 2D 축 영상을 처리하여 환자별 해부학적 구조6를 갖춘 3D 가상 모델을 생성할 수 있다. 향상된 시각화를 통해 외과의는 이 처리된 정보를 분석하여 환자의 상태에 맞는 보다 자세한 진단, 계획 및 외과적 개입을 수행할 수 있습니다. 최근 몇 년 동안 정형외과에서 멀티모달 이미지 융합 기술의 적용이 점차 주목을 받고 있다7. 이 기술은 CT와 MRI 이미지를 융합하여 digital3D 아날로그 모델의 정확도를 크게 향상시킬 수 있습니다. 그러나 SDR의 수술 전 모델에서 이 기술의 적용은 아직 연구되지 않았습니다.
SDR 수술 중 박판과 척수 신경의 정확한 위치 지정과 정확한 절단은 성공적인 결과를 위해 매우 중요합니다. 일반적으로 이러한 작업은 전문가의 경험에 의존하며 수술 중 C-arm에 의해 반복적으로 확인되므로 복잡하고 시간이 많이 소요되는 수술 과정이 발생합니다. 3D 디지털 모델은 향후 SDR 수술 탐색의 기초 역할을 하며 추궁 절제술 절차의 수술 전 계획에도 활용할 수 있습니다. 이 모델은 CT의 뼈 구조와 MRI의 척수 신경 구조를 융합하고 수술 계획에 따라 절단이 표시된 요추 부분에 다른 색상을 할당합니다. 이러한 SDR용 홀로그램 3D 프린팅 모델은 수술 전 계획 및 시뮬레이션을 용이하게 할 뿐만 아니라 정확한 절단을 위해 수술 중 로봇 팔에 정확한 3D 탐색 좌표를 출력합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
본 연구는 SDR 수술을 위한 수술 전 계획을 용이하게 하고 환자의 특정 모델을 기반으로 해부학적 훈련을 강화하기 위해 뇌성마비 환자의 요추의 수술 전 3D 프린팅 모델을 구축하기 위한 워크플로를 제공합니다. 이 연구는 환자의 요추 및 신경 구조를 정확하게 보여주는 매우 신뢰할 수 있는 3D 프린팅 모델을 구축하는 것을 목표로 합니다. 수술 전 모델에서 박판과 척수 신경의 위치를 측정함으로?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 간행물은 베이징시 자연 과학 재단 (L192059)의 지원을 받았습니다.
Materials
| J55 Prime 3D-Printer | Stratasys | J55 Prime | Manufacturing the model |
| MATLAB | MathWorks | 2022B | Computing and visualization |
| Mimics | Materialise | Mimics Research V20 | Model format transformation |
| Tools for volum fusion | Intelligent Entropy | VolumeFusion V1.0 | Beijing Intelligent Entropy Science & Technology Co Ltd. Modeling for CT/MRI fusion |
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