نموذج الطباعة 3D للفقرة القطنية محددة للمريض
Summary
تهدف هذه الدراسة إلى إنشاء نموذج مطبوع 3D لفقرة قطنية خاصة بالمريض ، والتي تحتوي على كل من نماذج الفقرات والأعصاب الشوكية المنصهرة من بيانات التصوير المقطعي المحوسب عالي الدقة (HRCT) و MRI-Dixon.
Abstract
بضع الجذور الظهري الانتقائي (SDR) هو عملية صعبة ومحفوفة بالمخاطر ومتطورة ، حيث لا ينبغي أن يكشف استئصال الصفيحة الفقرية عن مجال رؤية جراحي مناسب فحسب ، بل يجب أيضا حماية الأعصاب الشوكية للمريض من الإصابة. تلعب النماذج الرقمية دورا مهما في التشغيل المسبق والداخلي ل SDR ، لأنها لا يمكن أن تجعل الأطباء أكثر دراية بالبنية التشريحية لموقع الجراحة فحسب ، بل توفر أيضا إحداثيات ملاحة جراحية دقيقة للمعالج. تهدف هذه الدراسة إلى إنشاء نموذج رقمي 3D للفقرة القطنية الخاصة بالمريض والتي يمكن استخدامها للتخطيط والملاحة الجراحية والتدريب على عملية SDR. يتم تصنيع نموذج الطباعة 3D أيضا لعمل أكثر فعالية خلال هذه العمليات.
تعتمد النماذج الرقمية التقليدية لتقويم العظام بشكل كامل تقريبا على بيانات التصوير المقطعي المحوسب (CT) ، وهي أقل حساسية للأنسجة الرخوة. يعد اندماج بنية العظام من التصوير المقطعي المحوسب والبنية العصبية من التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) هو العنصر الأساسي لإعادة بناء النموذج في هذه الدراسة. يتم إعادة بناء النموذج الرقمي 3D الخاص بالمريض من أجل المظهر الحقيقي للمنطقة الجراحية ويظهر القياس الدقيق للمسافات بين الهياكل والتجزئة الإقليمية ، والتي يمكن أن تساعد بشكل فعال في التخطيط والتدريب قبل الجراحة على حقوق السحب الخاصة. تسمح مادة بنية العظام الشفافة للنموذج المطبوع 3D للجراحين بالتمييز بوضوح بين العلاقة النسبية بين العصب الشوكي والصفيحة الفقرية للجزء الذي يتم تشغيله ، مما يعزز فهمهم التشريحي وإحساسهم المكاني بالهيكل. مزايا النموذج الرقمي 3D الفردي وعلاقته الدقيقة بين العصب الشوكي والهياكل العظمية تجعل هذه الطريقة خيارا جيدا للتخطيط قبل الجراحة لجراحة SDR.
Introduction
يؤثر الشلل الدماغي التشنجي على أكثر من نصف جميع الأطفال المصابين بالشلل الدماغي1 ، مما يؤدي إلى تقلصات الأوتار ، ونمو الهيكل العظمي غير الطبيعي ، وانخفاض الحركة ، مما يؤثر بشكل كبير على نوعية حياة الأطفال المصابين2. باعتبارها الطريقة الجراحية الرئيسية لعلاج الشلل الدماغي التشنجي ، تم التحقق من صحة بضع الجذور الظهري الانتقائي (SDR) بالكامل وأوصت به العديد من البلدان 3,4. ومع ذلك ، فإن الطبيعة المعقدة وعالية الخطورة لجراحة SDR ، بما في ذلك القطع الدقيق للصفيحة ، وتحديد موضع وتفكك جذور الأعصاب ، وقطع الألياف العصبية ، تمثل تحديا كبيرا للأطباء الشباب الذين بدأوا للتو في التعامل مع SDR في الممارسة السريرية ؛ علاوة على ذلك ، فإن منحنى التعلم لحقوق السحب الخاصة شديد الانحدار.
في جراحة العظام التقليدية ، يجب على الجراحين دمج جميع الصور ثنائية الأبعاد (2D) قبل الجراحة وإنشاء خطة جراحية ثلاثية الأبعاد5. هذا النهج صعب بشكل خاص للتخطيط قبل الجراحة الذي يتضمن الهياكل التشريحية المعقدة والتلاعب الجراحي ، مثل SDR. مع التقدم في التصوير الطبي وتكنولوجيا الكمبيوتر ، يمكن معالجة الصور المحورية 2D ، مثل التصوير المقطعي المحوسب (CT) والتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) لإنشاء نماذج افتراضية ثلاثية الأبعاد مع تشريح خاص بالمريض6. من خلال التصور المحسن ، يمكن للجراحين تحليل هذه المعلومات المعالجة لإجراء تشخيصات وتخطيط وتدخلات جراحية أكثر تفصيلا مصممة خصيصا لحالة المريض. في السنوات الأخيرة ، جذب تطبيق تقنية دمج الصور متعددة الوسائط في جراحة العظام الانتباه تدريجيا7. يمكن لهذه التقنية دمج صور التصوير المقطعي المحوسب والتصوير بالرنين المغناطيسي ، مما يحسن بشكل كبير من دقة النموذج التناظري الرقمي 3D. ومع ذلك ، فإن تطبيق هذه التقنية في نماذج ما قبل الجراحة من حقوق السحب الخاصة لم يتم بحثه بعد.
يعد تحديد المواقع الدقيقة للصفيحة والعصب الشوكي والقطع الدقيق أثناء جراحة SDR أمرا بالغ الأهمية لتحقيق نتائج ناجحة. عادة ، تعتمد هذه المهام على خبرة الخبراء ويتم تأكيدها بشكل متكرر بواسطة C-arm أثناء العملية ، مما يؤدي إلى عملية جراحية معقدة وتستغرق وقتا طويلا. يعمل النموذج الرقمي 3D كأساس للملاحة الجراحية SDR المستقبلية ويمكن استخدامه أيضا للتخطيط قبل الجراحة لإجراءات استئصال الصفيحة الفقرية. يدمج هذا النموذج بنية العظام من التصوير المقطعي المحوسب وبنية العصب الشوكي من التصوير بالرنين المغناطيسي ، ويخصص ألوانا مختلفة لأقسام الفقرات القطنية المحددة للقطع وفقا للخطة الجراحية. لا تسهل نماذج الطباعة ثلاثية الأبعاد هذه لحقوق السحب الخاصة التخطيط والمحاكاة قبل الجراحة فحسب ، بل تقوم أيضا بإخراج إحداثيات ملاحة ثلاثية الأبعاد دقيقة إلى الذراع الروبوتية أثناء العملية من أجل القطع الدقيق.
Protocol
Representative Results
Discussion
توفر هذه الدراسة سير عمل لإنشاء نموذج طباعة 3D قبل الجراحة للعمود الفقري القطني في المرضى الذين يعانون من الشلل الدماغي ، بهدف تسهيل التخطيط قبل الجراحة لجراحة SDR وتعزيز التدريب التشريحي بناء على نموذج المريض المحدد. تهدف الدراسة إلى إنشاء نموذج مطبوع 3D موثوق به للغاية يوضح بدقة الهياكل ال…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم دعم هذا المنشور من قبل مؤسسة العلوم الطبيعية لبلدية بكين (L192059).
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 |
References
- Rosenbaum, P., et al. A report: the definition and classification of cerebral palsy April 2006. Developmental Medicine and Child Neurology. Supplement. 109, 8-14 (2007).
- Krigger, K. W. Cerebral palsy: an overview. American Family Physician. 73 (1), 91-100 (2006).
- Davidson, B., Fehlings, D., Milo-Manson, G., Ibrahim, G. M. Improving access to selective dorsal rhizotomy for children with cerebral palsy. Canadian Medical Association Journal. 191 (44), E1205-E1206 (2019).
- Buizer, A. I. Selective dorsal rhizotomy in children with cerebral palsy. The Lancet. Child & Adolescent Health. 3 (7), 438-439 (2019).
- Wong, K. C. 3D-printed patient-specific applications in orthopedics. Orthopedic Research and Reviews. 8, 57-66 (2016).
- Wong, K. C., Kumta, S. M., Geel, N. V., Demol, J. One-step reconstruction with a 3D-printed, biomechanically evaluated custom implant after complex pelvic tumor resection. Computer Aided Surgery. 20 (1), 14-23 (2015).
- Zhu, R., Li, X., Zhang, X., Ma, M. MRI and CT medical image fusion based on synchronized-anisotropic diffusion model. IEEE Access. 8, 91336-91350 (2020).
- Park, T. S., Gaffney, P. E., Kaufman, B. A., Molleston, M. C. Selective lumbosacral dorsal rhizotomy immediately caudal to the conus medullaris for cerebral palsy spasticity. Neurosurgery. 33 (5), 929-934 (1993).
- Sindou, M., Georgoulis, G. Keyhole interlaminar dorsal rhizotomy for spastic diplegia in cerebral palsy. Acta Neurochirurgica. 157 (7), 1187-1196 (2015).
- Peacock, W. J., Staudt, L. A. Selective posterior rhizotomy: evolution of theory and practice. Pediatric Neurosurgery. 17 (3), 128-134 (1991).
- Vitrikas, K., Dalton, H., Breish, D. Cerebral palsy: an overview. American Family Physician. 101 (4), 213-220 (2020).
- Niikura, T., et al. Tactile surgical navigation system for complex acetabular fracture surgery. Orthopedics. 37 (4), 237-242 (2014).
- Lepisto, J., Armand, M., Armiger, R. S. Periacetabular osteotomy in adult hip dysplasia-developing a computer aided real-time biome-chanical guiding system (BGS). Finnish Journal of Orthopaedics and Traumatology. 31 (2), 186-190 (2008).
- Armiger, R. S., Armand, M., Tallroth, K., Lepisto, J., Mears, S. C. Three-dimensional mechanical evaluation of joint contact pressure in 12 periacetabular osteotomy patients with 10-year follow-up. Acta Orthopaedica. 80 (2), 155-161 (2009).
- Rengier, F., et al. 3D printing based on imaging data: review of medical applications. International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery. 5 (4), 335-341 (2010).
- Jiang, Z., et al. Model-based compensation of moving tissue for state recognition in robotic-assisted pedicle drilling. IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics. 2 (3), 463-473 (2020).
- Setton, L. A., Chen, J. Mechanobiology of the intervertebral disc and relevance to disc degeneration. The Journal of Bone and Joint Surgery. American. 88, 52-57 (2006).
