Modelo de impresión 3D de la vértebra lumbar específica de un paciente
Summary
Este estudio tiene como objetivo crear un modelo impreso en 3D de una vértebra lumbar específica del paciente, que contiene los modelos de vértebras y nervios espinales fusionados a partir de la tomografía computarizada de alta resolución (HRCT) y los datos de MRI-Dixon.
Abstract
La rizotomía dorsal selectiva (SDR) es una operación difícil, arriesgada y sofisticada, en la que una laminectomía no solo debe exponer un campo de visión quirúrgico adecuado, sino también proteger los nervios espinales del paciente de lesiones. Los modelos digitales juegan un papel importante en la pre e intra-operación de SDR, ya que no solo pueden familiarizar a los médicos con la estructura anatómica del sitio quirúrgico, sino que también proporcionan coordenadas precisas de navegación quirúrgica para el manipulador. Este estudio tiene como objetivo crear un modelo digital 3D de una vértebra lumbar específica del paciente que se puede utilizar para la planificación, la navegación quirúrgica y el entrenamiento de la operación SDR. El modelo de impresión 3D también se fabrica para un trabajo más efectivo durante estos procesos.
Los modelos digitales ortopédicos tradicionales se basan casi por completo en datos de tomografía computarizada (TC), que son menos sensibles a los tejidos blandos. La fusión de la estructura ósea de la TC y la estructura neural de la resonancia magnética (RM) es el elemento clave para la reconstrucción del modelo en este estudio. El modelo digital 3D específico del paciente se reconstruye para la apariencia real del área quirúrgica y muestra la medición precisa de las distancias interestructurales y la segmentación regional, lo que puede ayudar eficazmente en la planificación preoperatoria y el entrenamiento de SDR. El material transparente de la estructura ósea del modelo impreso en 3D permite a los cirujanos distinguir claramente la relación relativa entre el nervio espinal y la placa vertebral del segmento operado, mejorando su comprensión anatómica y el sentido espacial de la estructura. Las ventajas del modelo digital 3D individualizado y su relación precisa entre el nervio espinal y las estructuras óseas hacen de este método una buena opción para la planificación preoperatoria de la cirugía SDR.
Introduction
La parálisis cerebral espástica afecta a más de la mitad de todos los niños con parálisis cerebral1, lo que lleva a contracturas tendinosas, desarrollo esquelético anormal y disminución de la movilidad, lo que afecta en gran medida la calidad de vida de los niños afectados2. Como principal método quirúrgico para el tratamiento de la parálisis cerebral espástica, la rizotomía dorsal selectiva (SDR) ha sido completamente validada y recomendada por muchos países 3,4. Sin embargo, la naturaleza intrincada y de alto riesgo de la cirugía SDR, incluido el corte preciso de la lámina, el posicionamiento y la disociación de las raíces nerviosas y la ruptura de las fibras nerviosas, presenta un desafío significativo para los médicos jóvenes que recién comienzan a involucrarse con SDR en la práctica clínica; además, la curva de aprendizaje de SDR es muy empinada.
En la cirugía ortopédica tradicional, los cirujanos deben integrar mentalmente todas las imágenes bidimensionales preoperatorias (2D) y crear un plan quirúrgico 3D5. Este enfoque es particularmente difícil para la planificación preoperatoria que involucra estructuras anatómicas complejas y manipulaciones quirúrgicas, como SDR. Con los avances en imágenes médicas y tecnología informática, las imágenes axiales 2D, como la tomografía computarizada (TC) y la resonancia magnética (RM) se pueden procesar para crear modelos virtuales 3D con anatomía específica del paciente6. Con una visualización mejorada, los cirujanos pueden analizar esta información procesada para realizar diagnósticos más detallados, planificación e intervenciones quirúrgicas adaptadas a la condición del paciente. En los últimos años, la aplicación de la tecnología de fusión de imágenes multimodales en ortopedia ha atraído gradualmentela atención 7. Esta tecnología podría fusionar imágenes de TC y RM, mejorando en gran medida la precisión del modelo analógico digital 3D. Sin embargo, la aplicación de esta técnica en modelos preoperatorios de SDR aún no se ha investigado.
El posicionamiento preciso de la lámina y el nervio espinal y el corte preciso durante la cirugía SDR son cruciales para obtener resultados exitosos. Por lo general, estas tareas se basan en la experiencia de expertos y son confirmadas repetidamente por un brazo en C durante la operación, lo que resulta en un proceso quirúrgico complejo y lento. El modelo digital 3D sirve como base para la futura navegación quirúrgica SDR y también se puede utilizar para la planificación preoperatoria de procedimientos de laminectomía. Este modelo fusiona la estructura ósea de la TC y la estructura del nervio espinal de la RM, y asigna diferentes colores a las secciones de la vértebra lumbar marcadas para el corte de acuerdo con el plan quirúrgico. Estos modelos de impresión 3D holográficos para SDR no solo facilitan la planificación y simulación preoperatorias, sino que también envían coordenadas de navegación 3D precisas al brazo robótico intraoperatorio para un corte preciso.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este estudio proporciona un flujo de trabajo para establecer un modelo de impresión 3D preoperatorio de la columna lumbar en pacientes con parálisis cerebral, con el objetivo de facilitar la planificación preoperatoria para la cirugía SDR y mejorar el entrenamiento anatómico basado en el modelo específico del paciente. El estudio tiene como objetivo establecer un modelo impreso en 3D altamente confiable que demuestre con precisión las estructuras vertebrales y nerviosas lumbares del paciente. Al medir la posición…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta publicación fue apoyada por la Fundación Municipal de Ciencias Naturales de Beijing (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 |
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