[go: up one dir, main page]

RU2845521C1 - Method of treatment planning for deformations of transition zones of the spinal column using an assessment of the interaction of bone, myeloredicular and vascular structures - Google Patents

Method of treatment planning for deformations of transition zones of the spinal column using an assessment of the interaction of bone, myeloredicular and vascular structures

Info

Publication number
RU2845521C1
RU2845521C1 RU2024122314A RU2024122314A RU2845521C1 RU 2845521 C1 RU2845521 C1 RU 2845521C1 RU 2024122314 A RU2024122314 A RU 2024122314A RU 2024122314 A RU2024122314 A RU 2024122314A RU 2845521 C1 RU2845521 C1 RU 2845521C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
spine
dimensional model
structures
spinal
spinal cord
Prior art date
Application number
RU2024122314A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Антон Герасимович Назаренко
Александр Алексеевич Кулешов
Игорь Михайлович Милица
Олег Николаевич Синегубов
Марчел Степанович Ветрилэ
Сергей Николаевич Макаров
Игорь Николаевич Лисянский
Алексей Иванович Кокорев
Владислав Андреевич Шаров
Original Assignee
Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии имени Н.Н. Приорова" Министерства здравоохранения Российской Федерации
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии имени Н.Н. Приорова" Министерства здравоохранения Российской Федерации filed Critical Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии имени Н.Н. Приорова" Министерства здравоохранения Российской Федерации
Application granted granted Critical
Publication of RU2845521C1 publication Critical patent/RU2845521C1/en

Links

Abstract

FIELD: medical science.
SUBSTANCE: invention refers to medicine, namely to traumatology, orthopaedics and neurosurgery, and can be used in treating severe deformities of transient spinal regions. A virtual three-dimensional model including bone structures and a spinal cord is created by CAD/CAM technology on the basis of data obtained by computed tomography of the deformed regions of the spine together with myelography. A life-size combined individual three-dimensional model of the deformed regions of the spine, consisting of two parts and demountable in a sagittal or frontal plane, is made by 3D printing. Obtained three-dimensional model is examined, on the basis of which at least one of the parameters is entered into the treatment plan: the shape and size of the metal structure; length of fixation with a metal structure; metal structure support elements introduction trajectory; bone structures resection zones; place and volume of spinal cord decompression; required area for osteotomy, and degree of required correction.
EFFECT: method provides a more complete assessment of the nature of deformation, additional spatial information, an assessment of the interaction of bone and neural structures of the spine in this area, which, in turn, allows to create a more accurate and effective treatment plan for restoring the shape and function of the spine and myeloredicular structures, resolving extremely severe situations in patients with spinal deformations, including on background of congenital anomalies, tumours of the spine and post-traumatic defects by creating a combined individual demountable three-dimensional model of the deformed regions of the spine, including bone structures and the spinal cord.
2 cl, 8 dwg, 2 ex

Description

Область техникиField of technology

Изобретение относится к области травматологии, ортопедии и нейрохирургии, а именно к способам изготовления и использования индивидуальных трехмерных моделей при лечении деформаций, в том числе, при лечении тяжелых деформаций переходных зон позвоночника. The invention relates to the field of traumatology, orthopedics and neurosurgery, namely to methods for producing and using individual three-dimensional models in the treatment of deformities, including in the treatment of severe deformities of the transition zones of the spine.

Уровень техникиState of the art

Кифотические и сколиотические деформации позвоночника являются наиболее сложными с точки зрения биомеханики. Травмы, идиопатические или врожденные деформации, аномалии развития, формирования и сегментации позвоночника приводят к формированию тяжелых деформаций позвоночника. Прогрессирование деформаций приводит к изменению геометрии позвоночного канала (стенозу). Развитие компрессии спинного мозга (СМ) приводит к развитию неврологического дефицита и инвалидизации пациента. Пациенты с данной патологией находятся в зоне высокого риска потери трудоспособности, что обуславливает социальную значимость этой проблемы. Kyphotic and scoliotic spinal deformities are the most complex from the point of view of biomechanics. Injuries, idiopathic or congenital deformities, developmental anomalies, formation and segmentation of the spine lead to the formation of severe spinal deformities. The progression of deformities leads to a change in the geometry of the spinal canal (stenosis). The development of spinal cord (SC) compression leads to the development of neurological deficit and patient disability. Patients with this pathology are at high risk of loss of ability to work, which determines the social significance of this problem.

При этом не существует единого оптимального подхода к планированию лечения и выбору хирургической тактики у пациентов с угрозой компрессии спинного мозга или развившейся компрессией спинного мозга. However, there is no single optimal approach to treatment planning and selection of surgical tactics in patients with a risk of spinal cord compression or developed spinal cord compression.

Современные технологии компьютерного пространственного моделирования и создание индивидуальных конструкций путем 3D-печати позволяют подойти более осознанно к выбору способов и хирургических техник оперативного лечения пациентов с тяжелыми деформациями позвоночника, обладая большей информацией о патологии. Полноразмерные объемные модели позвоночника позволяют более полно оценить характер деформации, ее степень (тяжесть), предположить зоны компрессии, получить дополнительную пространственную информацию.Modern technologies of computer spatial modeling and creation of individual structures by 3D printing allow a more conscious approach to the choice of methods and surgical techniques for surgical treatment of patients with severe spinal deformities, having more information about the pathology. Full-size volumetric models of the spine allow a more complete assessment of the nature of the deformation, its degree (severity), to assume compression zones, to obtain additional spatial information.

В статье Баиндурашвили А.Г., Виссарионов С.В., Познович М.С., Овечкина А.В., Залетина А.В. ПРИМЕНЕНИЕ ТРЕХМЕРНОЙ ПЕЧАТИ В ХИРУРГИИ ПОЗВОНОЧНИКА И ДРУГОЙ КОСТНОЙ ПАТОЛОГИИ // Современные проблемы науки и образования. – 2019. – № 6. ; URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=29359 (дата обращения: 14.05.2024), раскрывается, что одним из направлений медицины, где трехмерная печать имеет большой потенциал, является ортопедия, и в частности хирургия позвоночника, из-за сложной анатомии, а также деликатного характера окружающих структур. Преимуществом 3D-печатных моделей позвоночника является реалистичное хирургическое моделирование в предоперационном планировании, что оказывает неоценимый вклад при подготовке к хирургическому лечению патологии позвоночника. Применение трехмерных технологий способствует сокращению времени оперативного вмешательства, интраоперационной кровопотери, повышению точности выполняемых хирургических манипуляций и введения металлических конструкций в костную ткань, особенно при использовании транспедикулярных винтов, применяемых при различных врожденных и приобретенных (посттравматических) деформациях позвоночника, в том числе у детей.In the article by Baindurashvili A.G., Vissarionov S.V., Poznovich M.S., Ovechkina A.V., Zaletin A.V. APPLICATION OF 3D PRINTING IN SPINE SURGERY AND OTHER BONE PATHOLOGIES // Modern Problems of Science and Education. - 2019. - No. 6. ; URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=29359 (date of access: 14.05.2024), it is revealed that one of the areas of medicine where 3D printing has great potential is orthopedics, and in particular spinal surgery, due to the complex anatomy, as well as the delicate nature of the surrounding structures. The advantage of 3D printed spine models is realistic surgical modeling in preoperative planning, which makes an invaluable contribution to the preparation for surgical treatment of spinal pathology. The use of three-dimensional technologies helps to reduce the time of surgical intervention, intraoperative blood loss, increase the accuracy of surgical manipulations and the introduction of metal structures into bone tissue, especially when using transpedicular screws used for various congenital and acquired (post-traumatic) spinal deformities, including in children.

В работе Wang Y.T., Yang X.J., Yan B., Zeng T.H., Qiu Y.Y., Chen S.J. Clinical application of three-dimensional printing in the personalized treatment of complex spinal disorders. Chin. J. Traumatol. 2016. V. 19(1). Р. 31-34. DOI: 10.1016/j.cjtee.2015.09.009, раскрывается, что применение индивидуальных моделей, созданных при помощи 3D-печати, позволяет детально провести предоперационное планирование хирургического вмешательства, уменьшить операционную травму, что способствует скорейшему ее заживлению, и тем самым ускорить послеоперационную реабилитацию, сделав процедуру более экономичной.In the work of Wang Y.T., Yang X.J., Yan B., Zeng T.H., Qiu Y.Y., Chen S.J. Clinical application of three-dimensional printing in the personalized treatment of complex spinal disorders. Chin. J. Traumatol. 2016. V. 19(1). P. 31-34. DOI: 10.1016/j.cjtee.2015.09.009, it is revealed that the use of individual models created using 3D printing allows for detailed preoperative planning of surgical intervention, reduces surgical trauma, which contributes to its rapid healing, and thereby accelerates postoperative rehabilitation, making the procedure more cost-effective.

В статье Кокушин Д.Н., Виссарионов С.В., Баиндурашвили А.Г., Овечкина А.В., Познович М.С. Сравнительный анализ положения транспедикулярных винтов у детей с врожденным сколиозом: метод «свободной руки» (invivo) и шаблоны-направители (invitro) // Травматология и ортопедия России. 2018. Т. 24. No 3. С. 53–63. DOI: 10.21823/2311-2905-2018-24-4-53-63, показано преимущество применения 3D технологий при лечении детей с врожденными деформациями грудопоясничного и поясничного отделов позвоночника при помощи шаблонов направителей для транспедикулярных винтов.In the article by Kokushin D.N., Vissarionov S.V., Baindurashvili A.G., Ovechkina A.V., Poznovich M.S. Comparative analysis of the position of transpedicular screws in children with congenital scoliosis: the "free hand" method (in vivo) and template guides (invitro) // Traumatology and Orthopedics of Russia. 2018. Vol. 24. No. 3. Pp. 53–63. DOI: 10.21823/2311-2905-2018-24-4-53-63, the advantage of using 3D technologies in the treatment of children with congenital deformities of the thoracolumbar and lumbar spine using template guides for transpedicular screws is shown.

Также, преимущества использования в качестве предоперационной подготовки трехмерных технологий моделирования, прототипирования и трехмерной печати навигационных шаблонов при врожденных деформациях грудного и поясничного отделов позвоночника у детей, раскрывается в работе Бойко А.Е., Кокушин Д.Н., Баиндурашвили А.Г., Виссарионов С.В., Мульдияров В.П. ХИРУРГИЧЕСКОЕ ЛЕЧЕНИЕ ДЕТЕЙ С ВРОЖДЕННЫМИ ДЕФОРМАЦИЯМИ ГРУДНОГО И ПОЯСНИЧНОГО ОТДЕЛОВ ПОЗВОНОЧНИКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИЙ 3D-ПРОТОТИПИРОВАНИЯ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2020. – № 7. – С. 57-61; URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=13101 (дата обращения: 14.05.2024).Also, the advantages of using three-dimensional modeling technologies, prototyping and three-dimensional printing of navigation templates for preoperative preparation for congenital deformities of the thoracic and lumbar spine in children are revealed in the work of Boyko A.E., Kokushin D.N., Baindurashvili A.G., Vissarionov S.V., Mul'diyarov V.P. SURGICAL TREATMENT OF CHILDREN WITH CONGENITAL DEFORMITIES OF THE THORACIC AND LUMBAR SPINE USING 3D PROTOTYPING TECHNOLOGIES // International Journal of Applied and Fundamental Research. - 2020. - No. 7. - P. 57-61; URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=13101 (accessed: 14.05.2024).

В целом, можно говорить о том, что существует большое количество решений, используемых при планировании и лечении деформаций позвоночника, основанных на 3D моделировании интересующей области позвоночника. In general, it can be said that there are a large number of solutions used in the planning and treatment of spinal deformities, based on 3D modeling of the area of the spine of interest.

Из уровня техники (RU 2389439 C1, дата публикации 20.05.2010), известен способ выбора метода хирургического лечения больных с повреждениями переходного грудопоясничного отдела позвоночника, согласно которому при поступлении больного на лечение его осматривают клинически, проводят стандартную рентгенографию в 2-х проекциях и КТ-исследование с 3D-моделированием. Оценивают повреждение в грудопоясничном переходном отделе позвоночника по ряду критериев, каждому из которых в зависимости от выраженности и значимости присваивают определенный балл: от 1 до 3. Определяют параметры, характеризующие состояние пациента: степень компрессии позвонка, угол кифоза, степень неврологического дефицита и последующий математический расчет интегрального показателя, возраст, пол, соматический статус, значимую сопутствующую патологию, количество поврежденных опорных столбов, дефицит позвоночного канала, перелом суставных отростков позвонка, количество поврежденных позвонков и нарушение функции тазовых органов. Оценивают вышеуказанные параметры в баллах и суммируют их. В зависимости от суммы баллов выбирают метод лечения: транспедикулярную систему, вентральную коррекцию и корпородез или комбинированную фиксацию.The prior art (RU 2389439 C1, publication date 20.05.2010) discloses a method for selecting a surgical treatment method for patients with injuries to the transitional thoracolumbar spine, according to which, upon admission to treatment, the patient is examined clinically, undergoes standard radiography in 2 projections and a CT scan with 3D modeling. The injury to the thoracolumbar transitional spine is assessed using a number of criteria, each of which is assigned a specific score depending on its severity and significance: from 1 to 3. The parameters characterizing the patient's condition are determined: the degree of vertebral compression, the angle of kyphosis, the degree of neurological deficit and subsequent mathematical calculation of the integral indicator, age, gender, somatic status, significant concomitant pathology, the number of damaged supporting columns, spinal canal deficiency, fracture of the articular processes of the vertebra, the number of damaged vertebrae and dysfunction of the pelvic organs. The above parameters are assessed in points and summed up. Depending on the sum of points, a treatment method is selected: transpedicular system, ventral correction and corporodesis, or combined fixation.

Другим примером таких решений является изобретение RU 2750415 C1, 28.06.2021, которое может быть использовано для изготовления предоперационной модели позвоночника у детей с врожденными аномалиями развития и деформациями. Согласно данному решению выполняют мультиспиральную компьютерную томографию (МСКТ) с 64 срезами за один оборот гентри с толщиной среза 0,625 мм, без наклона «гентри» с напряжением 120 kV, силой тока 175 mA, за время 2,2 секунды при pitch 0,516:1. С использованием обзорной скенограммы длиной 150-700 мм осуществляют построение мультипланарных реконструкций изображения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях - фронтальной и сагиттальной. На изображениях выявляют локализацию, объем и характер внутренней структуры детского позвоночника. Полученную томографическую информацию сохраняют в формате DICOM и переносят в Dolphin Imaging. Выполняют формирование твердотельной STL 3D-модели позвоночника с отображением всех пораженных костных анатомических структур и аномалий позвоночника, представляющих интерес при предоперационном исследовании. По данным STL модели формируют G-код. Выполняют на FDM принтере печать модели позвоночника пациента со всеми его аномалиями с высотой печатного слоя не более 0,2 мм в масштабе 1:1. При этом модель позвоночника изготавливают из биологически совместимого и нетоксичного полимерного материала. Причем, в качестве биологически совместимого и нетоксичного полимерного материала для изготовления модели позвоночника используют акрилонитрилбутадиенстирол (ABS), или полиэтилентерефталат с гликолем (PET-G), или полилактид (PLA), или полиамид. Выполняют виртуальное планирование этапов хирургического лечения позвоночника пациента с использованием изготовленной модели позвоночника или его части с определением точек размещения имплантов и мальпозиции фиксирующих винтов металлофиксации при проведении коррегирующей остеотомии.Another example of such solutions is invention RU 2750415 C1, 06/28/2021, which can be used to make a preoperative model of the spine in children with congenital developmental anomalies and deformities. According to this solution, multispiral computed tomography (MSCT) is performed with 64 slices per gantry rotation with a slice thickness of 0.625 mm, without tilting the gantry with a voltage of 120 kV, a current of 175 mA, in 2.2 seconds at a pitch of 0.516: 1. Using a 150-700 mm long overview scanogram, multiplanar image reconstructions are constructed in two mutually perpendicular planes - frontal and sagittal. The images reveal the localization, volume and nature of the internal structure of the child's spine. The obtained tomographic information is saved in DICOM format and transferred to Dolphin Imaging. A solid STL 3D model of the spine is formed with the display of all affected bone anatomical structures and anomalies of the spine that are of interest in the preoperative examination. A G-code is formed based on the STL model data. A model of the patient's spine with all its anomalies is printed on an FDM printer with a printing layer height of no more than 0.2 mm at a scale of 1:1. In this case, the spine model is made of a biologically compatible and non-toxic polymer material. Moreover, acrylonitrile butadiene styrene (ABS), or polyethylene terephthalate with glycol (PET-G), or polylactide (PLA), or polyamide are used as biologically compatible and non-toxic polymer material for the manufacture of the spine model. Virtual planning of the stages of surgical treatment of the patient's spine is performed using the manufactured model of the spine or its part with the determination of the placement points of the implants and the malposition of the fixing screws of the metal fixation during corrective osteotomy.

Отсутствие миелорадикулярных и сосудистых структур в вышеописанном способе печати только костных структур позвоночника, не позволяет в полной мере оценить костно-миелорадикуляный конфликт при деформации позвоночника, что влияет на траекторию проведения и установку винтов, место и объем декомпрессии, необходимую зону для остеотомии, и степень требуемой коррекции при необходимости.The absence of myeloradicular and vascular structures in the above-described method of printing only bone structures of the spine does not allow a full assessment of the bone-myeloradicular conflict in spinal deformity, which affects the trajectory of the screws and their installation, the location and volume of decompression, the required area for osteotomy, and the degree of correction required if necessary.

Также известен ряд патентов RU 2802396 C1, 28.08.2023, RU 2762771 C1, 22.12.2021, RU 2784945 C1, 01.12.2022, раскрывающих способы лечения различных деформаций позвоночника с планированием лечения с использованием 3D-моделирования. Общим для данных решения является то, что перед созданием 3D-модели методом магнитно-резонансной томографии оценивают состояние окружающих мягких тканей, сосудистых и нервных структур, не визуализируемых при выполнении многослойной спиральной компьютерной томографии. Also known are a number of patents RU 2802396 C1, 28.08.2023, RU 2762771 C1, 22.12.2021, RU 2784945 C1, 01.12.2022, which disclose methods for treating various spinal deformities with treatment planning using 3D modeling. What these solutions have in common is that before creating a 3D model using magnetic resonance imaging, the condition of the surrounding soft tissues, vascular and nerve structures that are not visualized when performing multilayer spiral computed tomography is assessed.

Лучевые методы обследования, такие как КТ с миелографией, включают возможность мультипланарной реконструкции исследования в виде объемного изображения, но только костных структур позвоночника. Невозможно в полной мере визуализировать анатомические объемно-пространственные взаимоотношения всех структур позвоночника, включая невральные и сосудистые. Тем самым, модель наглядно показывает анатомические опасные зоны, которые возникают при разного рода оперативных вмешательствах. На предоперационном этапе происходит сопоставление проведенных исследований (Рг, МРТ, КТ) и изготовленной модели. Однако, сама по себе 3D-модель не содержит невральные и сосудистые структуры, что не позволяет в полной мере проанализировать область дефекта и взаимосвязь окружающих его структур (в частности невральных и сосудистых).Radiation examination methods, such as CT with myelography, include the possibility of multiplanar reconstruction of the study in the form of a volumetric image, but only of the bone structures of the spine. It is impossible to fully visualize the anatomical volumetric-spatial relationships of all structures of the spine, including neural and vascular. Thus, the model clearly shows the anatomical danger zones that arise during various types of surgical interventions. At the preoperative stage, the studies performed (X-ray, MRI, CT) and the manufactured model are compared. However, the 3D model itself does not contain neural and vascular structures, which does not allow for a full analysis of the defect area and the relationship of the surrounding structures (in particular neural and vascular).

Таким образом, существует потребность в создании способа планирования лечения с использованием комбинированной индивидуальной трехмерной модели деформированных областей позвоночника, с возможностью учета анатомических взаимодействий костных и невральных структур позвоночника.Thus, there is a need to create a method for treatment planning using a combined individual three-dimensional model of deformed areas of the spine, with the ability to take into account the anatomical interactions of the bone and neural structures of the spine.

Раскрытие сущности Revealing the essence

Изобретение направлено на разработку способа планирования лечения с использованием комбинированной индивидуальной трехмерной модели деформированных областей позвоночника, обеспечивающего учет анатомических взаимодействий костных и невральных структур позвоночника.The invention is aimed at developing a method for planning treatment using a combined individual three-dimensional model of deformed areas of the spine, ensuring that the anatomical interactions of the bone and neural structures of the spine are taken into account.

Решение поставленной задачи позволит улучшить результаты, повысить безопасность операционного вмешательства, а зачастую и просто сделает возможным лечение пациентов с тяжелыми деформациями позвоночника. The solution to this problem will improve the results, increase the safety of surgical intervention, and often simply make it possible to treat patients with severe spinal deformities.

Технический результат заявленного изобретения заключается в получении более полной оценки характера деформации, дополнительной пространственной информации, оценки взаимодействия костных и невральных структур позвоночника в данной области, что, в свою очередь, позволяет создать более точный, безопасный и эффективный план лечения для восстановления формы и функции позвоночника и миелоредикулярных структур, разрешения крайне тяжелых ситуаций у пациентов с деформациями позвоночника, в том числе на фоне врожденных аномалий, опухолей позвоночника и посттравматических дефектов. The technical result of the claimed invention consists in obtaining a more complete assessment of the nature of the deformation, additional spatial information, an assessment of the interaction of bone and neural structures of the spine in this area, which, in turn, allows for the creation of a more accurate, safe and effective treatment plan for restoring the shape and function of the spine and myeloradicular structures, resolving extremely difficult situations in patients with spinal deformities, including those against the background of congenital anomalies, spinal tumors and post-traumatic defects.

Указанный технический результат достигается за счет способа планирования лечения при деформациях зон позвоночника включающий:The specified technical result is achieved through a method of planning treatment for spinal deformities, including:

а) изготовление в натуральную величину методом 3D-печати комбинированной индивидуальной трехмерной модели деформированных областей позвоночника, состоящей из двух частей и разборной в сагиттальной или фронтальной плоскости, с предварительным созданием виртуальной трехмерной модели включающей костные структуры и спинной мозг, по технологии CAD/CAM, на основании данных, полученных с помощью компьютерной томографии деформированных областей позвоночника совместно с миелографией;a) production of a life-size, combined individual three-dimensional model of deformed areas of the spine using 3D printing, consisting of two parts and disassemblable in the sagittal or frontal plane, with the preliminary creation of a virtual three-dimensional model including bone structures and the spinal cord, using CAD/CAM technology, based on data obtained using computed tomography of the deformed areas of the spine together with myelography;

б) исследование полученной трехмерной модели;b) study of the obtained three-dimensional model;

в) определение на основании исследования полученной трехмерной модели и введение в план лечения по меньшей мере одного из параметров: формы и размера металлоконструкции; протяженности фиксации металлоконструкцией; траектории введения опорных элементов металлоконструкции; зоны резекции костных структур; места и объема декомпрессии спинного мозга; необходимой зоны для остеотомии, и степени требуемой коррекции.c) determining, based on the study of the obtained three-dimensional model, and introducing into the treatment plan at least one of the parameters: the shape and size of the metal structure; the length of fixation with the metal structure; the trajectory of insertion of the supporting elements of the metal structure; the resection zone of bone structures; the location and volume of spinal cord decompression; the necessary zone for osteotomy, and the degree of required correction.

За счет наличия в изготавливаемой 3D-модели помимо костных структур также структуры спинного мозга обеспечивается возможность оценки характера деформации, дополнительной пространственной информации, оценки взаимодействия костных и невральных структур позвоночника в данной области.Due to the presence of the spinal cord structure in the 3D model being produced in addition to the bone structures, it is possible to assess the nature of the deformation, additional spatial information, and assess the interaction of the bone and neural structures of the spine in this area.

Преимущества трёхмерной печатной модели для хирургического планирования основаны на реалистичном анатомическом изображении патологических областей, что улучшает понимание сложной анатомии деформации, путей проведения и установки винтов, зоны и объёма декомпрессии миелорадикулярных структур.The advantages of the 3D printed model for surgical planning are based on the realistic anatomical representation of pathological areas, which improves the understanding of the complex anatomy of the deformity, the routes of screw insertion and placement, the area and volume of decompression of myeloradicular structures.

Создание 3D-модели разборной в сагиттальной или фронтальной плоскости, состоящей по меньшей мере из двух частей, обеспечивает упрощение доступа к труднодоступным местам модели, и позволяет более точно проанализировать деформацию. The creation of a 3D model that is disassembled in the sagittal or frontal plane, consisting of at least two parts, provides easier access to hard-to-reach areas of the model and allows for a more accurate analysis of the deformation.

Исследование полученной 3D-модели обеспечивает возможность определения места и объема декомпрессии спинного мозга, а также позволяет определить более точную и безопасную траекторию введения опорных элементов металлоконструкции, ее форму и размеры, протяженности фиксации металлоконструкцией, необходимую зону для остеотомии, и степени требуемой коррекции, с учетом исследованных взаимодействий костных и миелорадикулярных структур позвоночника.The study of the obtained 3D model provides the ability to determine the location and volume of spinal cord decompression, and also allows for the determination of a more accurate and safe trajectory for the introduction of supporting elements of the metal structure, its shape and size, the length of fixation with the metal structure, the necessary zone for osteotomy, and the degree of required correction, taking into account the studied interactions of the bone and myeloradicular structures of the spine.

Таким образом, может быть составлен эффективный план лечения для восстановления формы и функции позвоночника и миелоредикулярных структур, разрешения крайне тяжелых ситуаций у пациентов с деформациями позвоночника, в том числе на фоне врожденных аномалий, опухолей позвоночника и посттравматических дефектов. Thus, an effective treatment plan can be developed to restore the shape and function of the spine and myeloendorphanous structures, to resolve extremely difficult situations in patients with spinal deformities, including those due to congenital anomalies, spinal tumors and post-traumatic defects.

При необходимости, с использованием соответствующей 3D-модели также исследуются сосудистые структуры и их взаимодействие с костными и миелорадикулярными структурами позвоночника.If necessary, the vascular structures and their interaction with the bone and myeloradicular structures of the spine are also examined using the appropriate 3D model.

При необходимости, на основании проведенных исследований и составленного плана лечения, может дополнительно планироваться повторное изготовление комбинированной индивидуальной трехмерной модели деформированных областей позвоночника, после проведения запланированного лечения, основанного на анализе первичной трехмерной модели.If necessary, based on the conducted studies and the drawn up treatment plan, it may be additionally planned to re-manufacture a combined individual three-dimensional model of the deformed areas of the spine, after the planned treatment has been carried out, based on the analysis of the primary three-dimensional model.

Описание чертежей Description of drawings

На фиг.1 представлены постуральные рентгенограммы позвоночника в 2 года жизни , на момент поступления 1б, 1в, для первого клинического примера. Fig. 1 shows postural radiographs of the spine at 2 years of age 1a , at the time of admission 1b, 1c , for the first clinical example.

На фиг.2 представлена индивидуальная трехмерная модель деформированных областей позвоночника, для первого клинического примера, с возможностью разделения модели на 2 части в сагиттальной плоскости, посредством неодимовых магнитов, для визуализации спинного мозга (окрашен в красный цвет) и костных структур позвоночника (окрашены в желтый цвет). Вид сзади , спереди и в разобранном виде . Fig. 2 shows an individual three-dimensional model of the deformed areas of the spine, for the first clinical example, with the possibility of dividing the model into 2 parts in the sagittal plane, using neodymium magnets, for visualization of the spinal cord (colored red) and bone structures of the spine (colored yellow). View from behind 2a , from the front 2b and in disassembled form 2c .

На фиг.3 представлена постуральная рентгенограмма позвоночника на 3 сутки после операции, для первого клинического примера. Fig. 3 shows a postural radiograph of the spine on the 3rd day after surgery, for the first clinical example.

На фиг.4 представлен сагиттальный срез КТ краниоцервикального отдела позвоночника, для второго клинического примера. Красной линией выделен индекс SAC (C1), который равен 7 мм. Fig. 4 shows a sagittal CT section of the craniocervical spine for the second clinical example. The red line highlights the SAC index (C1), which is equal to 7 mm.

На фиг.5 представлен сагиттальный срез МРТ краниоцервикального отдела позвоночника в Т2 режиме, для второго клинического примера. На уровне С0-С2 определяются признаки формирования миелопатии Fig. 5 shows a sagittal section of MRI of the craniocervical spine in T2 mode, for the second clinical example. At the level of C0-C2, signs of myelopathy formation are determined.

На фиг.6 представлен аксиальный срез КТ на уровне С2 позвонка, для второго клинического примера. Красной стрелкой указана область аберрантного расположения a.vertebralis. Fig. 6 shows an axial CT section at the level of the C2 vertebra, for the second clinical example. The red arrow indicates the area of aberrant location of the a.vertebralis.

На фиг.7 представлена индивидуальная 3D-модель кринио-вертебральной области (вид сзади, фронтальная плоскость), для второго клинического примера: костные структуры – белый цвет, сосуды и спинной мозг – красный цвет, желтый – индивидуальные шаблоны-направители для С1 и С2 позвонков. Fig. 7 shows an individual 3D model of the crinio-vertebral region (posterior view, frontal plane), for the second clinical example: bone structures – white, vessels and spinal cord – red, yellow – individual guide templates for C1 and C2 vertebrae.

На фиг.8 представлена индивидуальная 3D-модель кринио-вертебральной области (вид сзади, фронтальная плоскость) в разобранном состоянии, для второго клинического примера - визуализирована зона компрессии спинного мозга прохождение a.vertebralis: костные структуры – белый цвет, сосуды и спинной мозг – красный цвет, желтый – индивидуальные шаблоны-направители для С1 и С2 позвонков. Fig. 8 shows an individual 3D model of the crinio-vertebral region (posterior view, frontal plane) in a disassembled state; for the second clinical example, the zone of compression of the spinal cord is visualized along the passage of the a.vertebralis: bone structures are white, vessels and spinal cord are red, yellow are individual guide templates for the C1 and C2 vertebrae.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Изготовление комбинированной индивидуальной трехмерной модели деформированных областей позвоночника осуществляется следующим образом.The production of a combined individual three-dimensional model of deformed areas of the spine is carried out as follows.

В условиях перевязочной, в положении на левом боку, после обработки кожных покровов раствором антисептика выполняется люмбальная пункция в междужковом промежутке L4-L5 до получения ликвора. В субарахноидальное пространство вводится до 20 мл для пациентов старше 18 лет и до 10 мл – до 18 лет рентген контрастного раствора, содержащего 300 мг йода/мл. На место введения накладывается асептическая давящая повязка. При необходимости визуализации сосудов, пациенту выполняется внутривенная инъекция до 50 мл рентген контрастного раствора, содержащего 300 мг йода/мл. На место инъекции накладывается асептическая повязка.In the dressing room, in the left lateral position, after treating the skin with an antiseptic solution, a lumbar puncture is performed in the interanginal space L4-L5 to obtain cerebrospinal fluid. Up to 20 ml for patients over 18 years of age and up to 10 ml for patients under 18 of an X-ray contrast solution containing 300 mg iodine/ml is injected into the subarachnoid space. An aseptic pressure bandage is applied to the injection site. If it is necessary to visualize the vessels, the patient is given an intravenous injection of up to 50 ml of an X-ray contrast solution containing 300 mg iodine/ml. An aseptic bandage is applied to the injection site.

При достижении максимальной рентгеноконтрастности выполняется компьютерная томография позвоночника по стандартной программе с толщиной срезов 0,625 миллиметра с последующей мультипланарной и трехмерной реконструкцией изображения по технологии CAD/CAM с использованием программного обеспечения «RadiAnt DICOM Viewer 2024.1», которое включает в себя костные структуры, миелоредикулярные структуры, а также, при необходимости область ребер и сосудистые структуры. When maximum radiopacity is achieved, computed tomography of the spine is performed using a standard program with a slice thickness of 0.625 mm, followed by multiplanar and three-dimensional reconstruction of the image using CAD/CAM technology using the RadiAnt DICOM Viewer 2024.1 software, which includes bone structures, myeloradicular structures, and, if necessary, the rib area and vascular structures.

Далее выполняется проектирование частей 3D-модели с использованием программного обеспечения «Materialise», для получения модели по меньшей мере из двух частей, и которая является разборной в сагиттальной или фронтальной плоскости, и функционально содержит углубления, выполненные на соответствующих плоскостях частей модели, для дальнейшего размещения в них постоянных магнитов. Next, the design of the 3D model parts is performed using the Materialise software, to obtain a model of at least two parts, and which is disassemblable in the sagittal or frontal plane, and functionally contains recesses made on the corresponding planes of the model parts, for the subsequent placement of permanent magnets in them.

После проектирования осуществляется изготовление всех частей модели в натуральную величину методом 3D-печати с использованием принтера Concept Laser M2 Cusing. After the design, all parts of the model are manufactured in full size using 3D printing using a Concept Laser M2 Cusing printer.

Печать осуществляется из биологически совместимого и нетоксичного полимерного материала, в качестве которого можно использовать в частности полиэтилентерефталат с гликолем (PET-G). Printing is carried out using a biocompatible and non-toxic polymer material, such as polyethylene terephthalate with glycol (PET-G).

В некоторых вариантах костные, сосудистые и миелорадикулярные структуры позвоночника в полученной модели имеют различные цвета, в частности белый, желтый, и красный цвет, голубой.In some variants, the bone, vascular and myeloradicular structures of the spine in the resulting model have different colors, in particular white, yellow, red, and blue.

После создания 3D-модели проводят ее детальный анализ для определения: формы и размера металлоконструкции; протяженности фиксации металлоконструкцией; траектории введения опорных элементов металлоконструкции; зоны резекции костных структур; места и объема декомпрессии спинного мозга; необходимой зоны для остеотомии, и степени требуемой коррекции.After creating a 3D model, a detailed analysis is performed to determine: the shape and size of the metal structure; the length of fixation with the metal structure; the trajectory of insertion of the supporting elements of the metal structure; the resection zone of bone structures; the location and volume of spinal cord decompression; the necessary zone for osteotomy, and the degree of required correction.

Далее составляется детальный план лечения на основании полученных данных, и может быть запланировано повторное изготовление комбинированной индивидуальной трехмерной модели деформированных областей позвоночника, после проведения первого этапа.Next, a detailed treatment plan is drawn up based on the data obtained, and a repeat production of a combined individual three-dimensional model of the deformed areas of the spine can be planned after the first stage.

Осуществление заявленного изобретения, а также достижение заявленного технического результата подтверждено следующими клиническими примерами.The implementation of the claimed invention, as well as the achievement of the claimed technical result, is confirmed by the following clinical examples.

Пример 1.Example 1.

Пациент С. поступил в 14 отделение вертебрологии НМИЦ ТО им.Н.Н.Приорова в возрасте 15 лет с жалобами на невозможность ходьбы и самостоятельной опоры на конечности, деформацию позвоночника. С 2-х летнего возраста наблюдается у ортопеда по поводу сколиотической деформации грудного отдела позвоночника (фиг.1а). В 13 лет впервые отметил нарушение походки, эпизоды запинания и падения. В течение последующего года появилась деформация стоп и прогрессирующая слабость ногах. Проведено генетическое обследование с предварительным диагнозом «наследственная моторная и сенсорная невропатия». Выполнено секвенирование клинического экзома 6640 генов. Выявлен вариант нуклеотидной последовательности в экзоне 11 гена SH3TC2 в гетерозиготном состоянии. В экзоне 15 гена SH3TC2 выявлен ранее не описанный вариант нуклеотидной последовательности в гетерозиготном состоянии, расценены как патогенные мутации в гене SH3TC2. Данные мутации характерны для пациентов с болезнью Шарко-Мари-Тута тип 4С. Patient S. was admitted to the 14th Department of Vertebrology of the N.N. Priorov National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics at the age of 15 with complaints of inability to walk and independently support his limbs, and spinal deformity. He had been under the care of an orthopedist since the age of 2 due to scoliotic deformity of the thoracic spine (Fig. 1a) . At the age of 13, he first noticed gait disturbance, episodes of stumbling and falling. Over the next year, foot deformity and progressive weakness in the legs developed. A genetic examination was performed with a preliminary diagnosis of "hereditary motor and sensory neuropathy". Clinical exome sequencing of 6640 genes was performed. A variant of the nucleotide sequence in exon 11 of the SH3TC2 gene in a heterozygous state was detected. In exon 15 of the SH3TC2 gene, a previously undescribed variant of the nucleotide sequence in a heterozygous state was identified, assessed as pathogenic mutations in the SH3TC2 gene. These mutations are characteristic of patients with Charcot-Marie-Tooth disease type 4C.

Болезнь Шарко-Мари-Тута (ШМТ) 4С обычно проявляется в первые десять лет жизни с высокой частотой развития сколиоза. У некоторых пациентов развитие идет медленно, позволяя ходить вплоть до пятого десятилетия жизни, тогда как другие становятся зависящими от инвалидного кресла в подростковом возрасте (Senderek et al., 2003).Charcot-Marie-Tooth disease (CMT) 4C typically presents in the first decade of life with a high incidence of scoliosis. Some patients progress slowly, allowing walking into their fifth decade, while others become wheelchair-dependent in adolescence (Senderek et al., 2003).

Из особенностей локального статуса: пациент в кровати, встать не может, не ходит, мышечный тонус в верхних конечностях не изменен, в нижних конечностях повышен по спастическому типу с тенденцией к перекресту ног. Контрактуры стоп с эквинусной установкой, укорочением ахилловых сухожилий. Сухожильные и периостальные рефлексы на верхних конечностях живые и симметричные; коленные и ахилловы не вызываются. Нижний смешанный парапарез: проксимально до 2 б., до плегии в стопах. Выявлена гипестезия с уровня коленных суставов с нарушением поверхностной и глубокой чувствительности (двухмерно-пространственного чувства). Функции тазовых органов не контролирует, нарушение по типу недержания.Peculiarities of local status: the patient is in bed, cannot get up, does not walk, muscle tone in the upper limbs is unchanged, in the lower limbs it is increased by a spastic type with a tendency to cross the legs. Contractures of the feet with an equinus position, shortening of the Achilles tendons. Tendon and periosteal reflexes in the upper limbs are lively and symmetrical; knee and Achilles reflexes are not evoked. Lower mixed paraparesis: proximally up to 2 b., up to plegia in the feet. Hypoesthesia was revealed from the level of the knee joints with a violation of superficial and deep sensitivity (two-dimensional spatial sense). The patient does not control the functions of the pelvic organs, a violation of the incontinence type.

По данным постуральных рентгенограмм позвоночника в 2 проекциях (фиг. 1б, 1в): картина левостороннего кифосколиоза грудопоясничного отдела позвоночника 4 степени, угол Cobb сколиотической дуги 85° с вершиной Th6-7, угол кифотической дуги 115° с вершиной Th6-7. According to postural radiographs of the spine in 2 projections (Fig. 1b, 1c) : a picture of left-sided kyphoscoliosis of the thoracolumbar spine of the 4th degree, the Cobb angle of the scoliotic arc is 85° with the apex of Th6-7, the angle of the kyphotic arc is 115° with the apex of Th6-7.

Пациент в отделении дообследован, выполнены КТ, КТ-миелография и МРТ грудопоясничного отдела позвоночника. По данным МРТ на уровне Th5-Th7 позвоночный канал заполнен жировой тканью, спинной мозг смещен вправо, ликворное пространство на этом уровне не прослеживается, признаки миелопатии не определены. The patient was further examined in the department, CT, CT myelography and MRI of the thoracolumbar spine were performed. According to MRI data, at the Th5-Th7 level, the spinal canal is filled with fatty tissue, the spinal cord is displaced to the right, the cerebrospinal fluid space is not traced at this level, signs of myelopathy are not determined.

Учитывая данные анамнеза, генетического обследования, нейроортопедического статуса и результатов лучевых методов обследования выставлен диагноз: «Наследственная невропатия Шарко-Мари-Тута тип 4С. Нейрогеннный левосторонний кифосколиоз грудопоясничного отдела позвоночника 4 ст. Компрессия спинного мозга на уровне Th6-9. Нижний смешанный глубокий парапарез. Нейрогенная эквинополоварусная деформация стоп».Based on the anamnesis data, genetic examination, neuroorthopedic status and results of radiological examination methods, the following diagnosis was made: "Hereditary Charcot-Marie-Tooth neuropathy type 4C. Neurogenic left-sided kyphoscoliosis of the thoracolumbar spine grade 4. Spinal cord compression at the level of Th6-9. Lower mixed deep paraparesis. Neurogenic equinoxal varus deformity of the feet."

В связи со сложностью деформации, компрессией спинного мозга, прогрессирующим усугублением неврологического статуса, решено изготовить индивидуальную анатомическую модель позвоночника и спинного мозга на основании данных проведенной КТ миелографии (фиг. 2). При предоперационном планировании, на основании изготовленной индивидуальной 3D-модели позвоночника и спинного мозга, была выявлена зона наибольшей компрессии миелорадикулярных структур на уровне Th6-9, обусловленная корнями дуг, реберно-поперечными суставами, головками ребер с вогнутой стороны деформации.Due to the complexity of the deformation, spinal cord compression, and progressive worsening of the neurological status, it was decided to make an individual anatomical model of the spine and spinal cord based on the data from CT myelography (Fig. 2) . During preoperative planning, based on the individual 3D model of the spine and spinal cord, the zone of greatest compression of the myeloradicular structures at the level of Th6-9 was identified, caused by the roots of the arches, costotransverse joints, and heads of the ribs on the concave side of the deformation.

В условиях интраоперационного нейромониторинга выполнена транспедикулярная фиксация на уровне Th2-L2, стержни фиксированы in situ. Выполнена ламинэктомия на уровне Th6-9. Выявлена компрессия спинного мозга на уровне Th7-8 реберно-поперечными суставами и головками ребер слева – высокоскоростным бором произведена их резекция. Резекция выполнена согласно предоперационному планированию на трехмерной модели. Пульсация спинного мозга появилась через 10 мин после его мобилизации. Отмечено расширение в диаметре спинного мозга на вершине деформации. Выполнен задний спондилодез аутокостью. Under intraoperative neuromonitoring, transpedicular fixation was performed at the Th2-L2 level, the rods were fixed in situ. Laminectomy was performed at the Th6-9 level. Spinal cord compression was detected at the Th7-8 level by the costotransverse joints and the rib heads on the left - they were resected with a high-speed bur. Resection was performed according to preoperative planning on a three-dimensional model. Spinal cord pulsation appeared 10 minutes after its mobilization. Expansion in diameter of the spinal cord at the apex of the deformity was noted. Posterior spondylodesis with autobone was performed.

В раннем послеоперационном периоде отмечено снижение выраженности спастики (отсутствует перекрест нижних конечностей), проксимально мышечная сила - 2 б. (может активно согнуть левую ногу в т/б и коленном суставах, справа только содружественно; появилось активное сгибание-разгибание левой стопы в пределах контрактуры). Отмечаются патологические рефлексы Бабинского (до операции не было). Регрессировала проводниковая гипестезия с уровня L3; появилась гиперестезия с L2 и ниже справа. Топической очаговой симптоматики согласно уровню корешка Th8 не выявлено.In the early postoperative period, a decrease in the severity of spasticity was noted (there is no crossing of the lower limbs), proximal muscle strength is 2 b. (the left leg can be actively bent at the hip and knee joints, on the right only in a concomitant manner; active flexion-extension of the left foot within the contracture has appeared). Pathological Babinski reflexes are noted (they were not present before the operation). Conductive hypoesthesia from the L3 level has regressed; hyperesthesia from L2 and below on the right has appeared. No topical focal symptoms according to the level of the Th8 root were detected.

Несмотря на тяжесть деформации, проведенную заднебоковую декомпрессию, на контрольных постуральных рентгенограммах положение металлоконструкции корректное, признаков нестабильности и мальпозиции опорных элементов не отмечается.Despite the severity of the deformation and the posterolateral decompression performed, the position of the metal structure is correct on the control postural radiographs; no signs of instability or malposition of the supporting elements are noted.

В итоге оперативного лечения неврологический статус пациента имел положительную динамику с момента операции (группа С по Frankel, Ashworth 3, ASIA движение 84, тактильная 82, болевая 84) с восстановлением неврологического статуса (группа D по Frankel, Ashworth 1, ASIA движение 92, тактильная 108, болевая 110).As a result of surgical treatment, the patient's neurological status had positive dynamics from the moment of surgery (group C according to Frankel, Ashworth 3, ASIA movement 84, tactile 82, pain 84) with restoration of the neurological status (group D according to Frankel, Ashworth 1, ASIA movement 92, tactile 108, pain 110).

Пример 2. Example 2.

В 14 отделение вертебрологии НМИЦ ТО им. Н.Н.Приорова поступил пациент в возрасте 10 лет с жалобами на нарушение походки, прогрессирующую слабость в верхних и нижних конечностях. Со слов мамы пациента, особенности походки заметили с первых шагов жизни. Пациент занимался спортивной гимнастикой. С возраста 9 лет стал спотыкаться при ходьбе, затем присоединилась слабость в правой руке, стал неловко пользоваться левой рукой. Наблюдался у невролога по м/ж. При выполнении КТ и МРТ шейного отдела позвоночника был выявлен стеноз позвоночного канала на уровне С1-С2; Зубовидная кость С2 позвонка; С передней атлантоаксиальной дислокацией. Выявлены косвенные признаки аберрантного расположения a.vertebralis (фиг. 4-6).A 10-year-old patient was admitted to the 14th Department of Vertebrology of the N.N. Priorov National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics with complaints of gait disturbance and progressive weakness in the upper and lower extremities. According to the patient's mother, gait peculiarities were noticed from the first steps of life. The patient was involved in gymnastics. From the age of 9, he began to stumble when walking, then weakness in the right hand occurred, and he began to use his left hand awkwardly. He was observed by a neurologist at the m/f level. CT and MRI of the cervical spine revealed stenosis of the spinal canal at the level of C1-C2; odontoid bone of the C2 vertebra; with anterior atlantoaxial dislocation. Indirect signs of aberrant location of the a.vertebralis were revealed ( Fig. 4-6 ).

По данным физикального обследования и неврологического статуса пациент передвигается самостоятельно, походка нарушена по спастическому типу, клинически определяется сглаженность шейного лордоза, движения в шейном отделе позвоночника в полном объеме, безболезненные, мышечный тонус повышен в нижних конечностях по спастическому типу. Сухожильные и периостальные рефлексы: высокие на руках и ногах D = S. Спастический тетрапарез: дистальный в руках до 3-4 б., в нижних конечностяхдо 4 б. Может ходить, но неуверенно. Патологические стопные знаки: Бабинского с обеих сторон. Болезненность при пальпации паравертебральных точек не выявлена. Чувствительность в норме. В позе Ромберга устойчив. Координатные пробы: ПНП удовлетв., ПКП удовлетв. Функции тазовых органов контролирует. According to the physical examination and neurological status, the patient moves independently, gait is impaired by a spastic type, clinically determined by smoothing of the cervical lordosis, movements in the cervical spine are in full range, painless, muscle tone is increased in the lower limbs by a spastic type. Tendon and periosteal reflexes: high on the arms and legs D = S. Spastic tetraparesis: distal in the arms up to 3-4 points, in the lower limbs up to 4 points. Can walk, but uncertainly. Pathological foot signs: Babinski on both sides. Pain during palpation of the paravertebral points is not detected. Sensitivity is normal. Stable in the Romberg pose. Coordinate tests: PNP is satisfactory, PKP is satisfactory. Controls the functions of the pelvic organs.

Учитывая данные анамнеза, данные клинико-лучевых методов обследования установлен диагноз: «Стеноз позвоночного канала на уровне С1-С2. Зубовидная кость С2 позвонка. Передняя алтантоаксиальная дислокация. Шейная миелопатия. Спастический тетрапарез. (mJOA – 14, Nurick – 3, Ashworth – руки: 1, ноги: 1+)»Taking into account the anamnesis data, clinical and radiological examination methods, the following diagnosis was established: "Spinal canal stenosis at the level of C1-C2. Odontoid bone of the C2 vertebra. Anterior altantoaxial dislocation. Cervical myelopathy. Spastic tetraparesis. (mJOA - 14, Nurick - 3, Ashworth - arms: 1, legs: 1+)"

Принимая во внимание наличие МР-признаков миелопатии и признаков стеноза позвоночного канала, признаков атланто-аксиальной дислокации, а также признаков, указывающих, на возможное аберрантное расположение a.vertebralis, принято решение о проведении КТ-миелографии с одновременной ангиографией сосудов кранио-цервикального отдела позвоночника по описанной методике. На основании полученных результатов изготовлена индивидуальная 3D-модель кранио-цервикального отдела позвоночника в натуральную величину, включающая костные структуры (кости основания черепа и позвонки) твердую мозговую оболочку и a.vertebralis на данном уровне, и индивидуальные шаблоны-направители для установки транспедикулярных винтов (фиг. 7 и фиг.8).Taking into account the presence of MR signs of myelopathy and signs of spinal canal stenosis, signs of atlantoaxial dislocation, as well as signs indicating a possible aberrant location of a.vertebralis, a decision was made to perform CT myelography with simultaneous angiography of the vessels of the craniocervical spine using the described technique. Based on the obtained results, an individual 3D model of the craniocervical spine in natural size was made, including bone structures (bones of the skull base and vertebrae), the dura mater and a.vertebralis at this level, and individual guide templates for installing transpedicular screws ( Fig. 7 and Fig. 8 ).

При визуально-тактильном анализе модели выявлена компрессия спинного мозга на уровне сегмента С1-С2 позвонков, подтверждена атланто-аксиальная дислокация, а также подтверждено аберрантное расположение a.vertebralis. На основании проведенного анализа была выбрана тактика оперативного лечения в объеме: «Закрытое вправление подвывиха С1 позвонка. Непрямая декомпрессия в условиях интраоперационной гало-тракции. Дорсальная стабилизация металлоконструкцией на уровне С1-С2 по методу Harms. Задний спондилодез ауторебром.»Visual and tactile analysis of the model revealed spinal cord compression at the level of the C1-C2 segment of the vertebrae, confirmed atlantoaxial dislocation, and confirmed aberrant position of the a.vertebralis. Based on the analysis, the tactics of surgical treatment were selected in the volume: "Closed reduction of subluxation of the C1 vertebra. Indirect decompression under conditions of intraoperative halo-traction. Dorsal stabilization with a metal structure at the level of C1-C2 using the Harms method. Posterior spondylodesis with an autorib."

Наличие индивидуальной 3D-модели и ранее проведенного визуально-тактильного анализа позволило отказаться от многоэтапного оперативного лечения, – выполнив непрямую декомпрессию позвоночного канала. Учитывая врожденную аномалию кранио-цервикального отдела и особенности анатомии, визуализируемые в индивидуальной 3D-модели и использование индивидуальных шаблонов-направителей, позволило добиться корректной постановки винтов, снизив риск повреждения a.vertebralis и миеорадикулярных структур. Использование индивидуальных шаблонов-направителей в совокупности с индивидуальной 3D-моделью позволило придерживаться заранее выбранных траекторий прохождения винтов на основании индивидуальной 3D-модели, позволило уменьшить объем кровопотери и время операции. Возможность разделения модели во фронтальной плоскости, возможность беспрепятственно удалять модель спинного мозга, позволило полноценно визуализировать объемно-пространственные взаиморасположения спинного мозга и задних отделов кранио-цервикальной области в позвоночном канале. The availability of an individual 3D model and previously performed visual and tactile analysis made it possible to abandon multi-stage surgical treatment by performing indirect decompression of the spinal canal. Taking into account the congenital anomaly of the cranio-cervical region and the anatomical features visualized in the individual 3D model and the use of individual templates-guides, it was possible to achieve correct placement of screws, reducing the risk of damage to the a.vertebralis and myoradicular structures. The use of individual templates-guides in combination with an individual 3D model made it possible to adhere to the pre-selected trajectories of the screws based on the individual 3D model, reduced the volume of blood loss and the time of the operation. The ability to separate the model in the frontal plane, the ability to freely remove the spinal cord model, made it possible to fully visualize the volumetric-spatial mutual arrangement of the spinal cord and the posterior sections of the cranio-cervical region in the spinal canal.

В исходе проведенного оперативного лечения с использованием индивидуальной 3D-модели кранио-цервикального отдела позвоночника, сосудов и спинного мозга отмечен клинически частичный регресс проявлений миелопатии, снижение спастичности мышц (дистальный в руках до 2-3 б., в нижних конечностях до 2-3 б.) Отмечается уверенность при походке. (mJOA – 15, Nurick – 1, Ashworth – 0). The outcome of the surgical treatment performed using an individual 3D model of the craniocervical spine, vessels and spinal cord was clinically noted to be a partial regression of myelopathy manifestations, a decrease in muscle spasticity (distal in the arms up to 2-3 b., in the lower limbs up to 2-3 b.). Confidence in gait is noted. (mJOA - 15, Nurick - 1, Ashworth - 0).

Таким образом, данные клинические примеры подтверждают необходимость и эффективность создания комбинированной индивидуальной трехмерной модели деформированных областей позвоночника, обеспечивающей оценку взаимодействия костных, миелорадикулярных и сосудистых структур, а также использование полученных данных для планирования лечения при деформациях позвоночника.Thus, these clinical examples confirm the necessity and effectiveness of creating a combined individual three-dimensional model of deformed areas of the spine, providing an assessment of the interaction of bone, myeloradicular and vascular structures, as well as the use of the obtained data for treatment planning for spinal deformities.

Claims (5)

1. Способ планирования лечения при деформациях зон позвоночника включающий:1. A method for planning treatment for spinal deformities including: а) изготовление в натуральную величину методом 3D-печати комбинированной индивидуальной трехмерной модели деформированных областей позвоночника, состоящей из двух частей и разборной в сагиттальной или фронтальной плоскости, с предварительным созданием виртуальной трехмерной модели, включающей костные структуры и спинной мозг, по технологии CAD/CAM на основании данных, полученных с помощью компьютерной томографии деформированных областей позвоночника совместно с миелографией;a) production of a life-size, 3D-printed combined individual three-dimensional model of deformed areas of the spine, consisting of two parts and disassemblable in the sagittal or frontal plane, with the preliminary creation of a virtual three-dimensional model, including bone structures and the spinal cord, using CAD/CAM technology based on data obtained using computed tomography of the deformed areas of the spine together with myelography; б) исследование полученной трехмерной модели;b) study of the obtained three-dimensional model; в) определение на основании исследования полученной трехмерной модели и введение в план лечения по меньшей мере одного из параметров: формы и размера металлоконструкции; протяженности фиксации металлоконструкцией; траектории введения опорных элементов металлоконструкции; зоны резекции костных структур; места и объема декомпрессии спинного мозга; необходимой зоны для остеотомии, и степени требуемой коррекции.c) determining, based on the study of the obtained three-dimensional model, and introducing into the treatment plan at least one of the parameters: the shape and size of the metal structure; the length of fixation with the metal structure; the trajectory of insertion of the supporting elements of the metal structure; the resection zone of bone structures; the location and volume of spinal cord decompression; the necessary zone for osteotomy, and the degree of required correction. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно планируется повторное изготовление комбинированной индивидуальной трехмерной модели деформированных областей позвоночника, после проведения лечения, в соответствии с параметрами, определенными на этапе в).2. The method according to paragraph 1, characterized in that it is additionally planned to re-manufacture a combined individual three-dimensional model of the deformed areas of the spine, after treatment, in accordance with the parameters determined at stage c).
RU2024122314A 2024-08-05 Method of treatment planning for deformations of transition zones of the spinal column using an assessment of the interaction of bone, myeloredicular and vascular structures RU2845521C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2845521C1 true RU2845521C1 (en) 2025-08-21

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018203100A1 (en) * 2017-05-03 2018-11-08 Eos Imaging Surgery planning tool for spinal correction rod
RU2696924C2 (en) * 2017-11-21 2019-08-07 Алексей Сергеевич Нехлопочин Method of anterior spondylosyndesis
RU2750415C1 (en) * 2020-11-12 2021-06-28 Александр Андреевич Снетков Method for manufacturing preoperative model of spine in children with congenital developmental anomalies and deformities
RU2800943C1 (en) * 2023-04-11 2023-08-01 федеральное государственное бюджетное учреждение "Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт фтизиопульмонологии" Министерства здравоохранения Российской Федерации Method of preoperative planning of pedicle screw placement in idiopathic scoliosis

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018203100A1 (en) * 2017-05-03 2018-11-08 Eos Imaging Surgery planning tool for spinal correction rod
RU2696924C2 (en) * 2017-11-21 2019-08-07 Алексей Сергеевич Нехлопочин Method of anterior spondylosyndesis
RU2750415C1 (en) * 2020-11-12 2021-06-28 Александр Андреевич Снетков Method for manufacturing preoperative model of spine in children with congenital developmental anomalies and deformities
RU2800943C1 (en) * 2023-04-11 2023-08-01 федеральное государственное бюджетное учреждение "Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт фтизиопульмонологии" Министерства здравоохранения Российской Федерации Method of preoperative planning of pedicle screw placement in idiopathic scoliosis

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
МИЛИЦА И.М. и др. Оперативное лечение пациентов с деформацией позвоночника, ассоциированных с компрессией спинного мозга // Приоровские чтения 2023, с. 129-130. FUNAYAMA T. et al. Severe, rigid cervical kyphotic deformity associated with SAPHO syndrome successfully treated with three-stage correction surgery combined with C7 vertebral column resection: a technical case report. Spine Deformity, 2021, 9, pp.285-292. CLIFTON W. et al. The Future of Biomechanical Spine Research: Conception and Design of a Dynamic 3D Printed Cervical Myelography Phantom. Cureus. 2019 May 3;11(5):e4591. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Marsh et al. Surface imaging from computerized tomographic scans
Flach et al. Imaging in forensic radiology: an illustrated guide for postmortem computed tomography technique and protocols
Ribbing Hereditary, multiple, diaphyseal sclerosis
Stern Dural ectasia and the Marfan syndrome
Tu et al. Preliminary application of 3D-printed individualised guiding templates for total hip arthroplasty in Crowe type IV developmental dysplasia of the hip
Gillespie et al. Three-dimensional anatomical images from computed tomographic scans
Mesiti Scoliosis: An Overview.
Ozturk et al. Three-dimensional printed anatomical models help in correcting foot alignment in hallux valgus deformities
Privalov et al. Evaluation of software-based metal artifact reduction in intraoperative 3D imaging of the spine using a mobile cone beam CT
RU2845521C1 (en) Method of treatment planning for deformations of transition zones of the spinal column using an assessment of the interaction of bone, myeloredicular and vascular structures
RU2393756C1 (en) Method of selecting tactics of treating patients with degenerative affection of spine
Trewhela et al. Correction of delayed traumatic enophthalmos using customized orbital implants
Wirth et al. C-arm-based mobile computed tomography: a comparison with established imaging on the basis of simulated treatments of talus neck fractures in a cadaveric study
RU2762771C1 (en) Method for surgical correction of scoliotic spinal deformity of patients
Dubousset Three-dimensionality in vertebral pathology: the horizontal plane is hidden in every scoliotic deformity
Peng et al. Computer three-dimensional reconstruction and pain management for lumbar disc herniation treated by intervertebral foramen endoscopy
Tomura et al. Three-dimensional computed tomography in the head and neck diseases with bony abnormalities
RU2726473C1 (en) Method for determination of instrument trajectory in spinal surgery on open wound
RU2538797C2 (en) Method for surgical management of compression vertebral fracture accompanying osteoporosis
Yeung et al. Image-guided minimally invasive surgical access to the temporomandibular joint: A preliminary report
Lang et al. Efficacy of thoracolumbar bracing in spinal immobilization: precise assessment of gross, intersegmental, and segmental spinal motion restriction by a 3D kinematic system
Wang et al. Biomechanical analysis of spinal cord injury during scoliosis correction surgery
Chou et al. Using finite element method to determine pad positions in a Boston brace for enhancing corrective effect on scoliotic spine: a preliminary analysis
Yang et al. Multifunctional biological scaffolds for spinal tumor surgery created by 3D printing
RU215437U1 (en) Device for controlling the correction of scoliotic deformities of the spine