新しいブラックボーン磁気共鳴イメージングプロトコルを用いた3次元下顎切除マージン計画の最適化

Optimisation of three-dimensional lower jaw resection margin planning using a novel Black Bone magnetic resonance imaging protocol.

• Astrid M Hoving
• Joep Kraeima
• Rutger H Schepers
• Hildebrand Dijkstra
• Jan Hendrik Potze
• Bart Dorgelo
• Max J H Witjes

抄録

背景:

口腔癌の腫瘍組織を高感度に検出し、術前の病期分類を行うにはMRIが最適です。顎骨切除が必要な場合、当院の口腔腫瘍手術ではCTデータからの3Dバーチャルプランニングが現在の標準治療となっています。CTデータから3Dプリントされた顎骨切除ガイドを設計します。腫瘍縁はCTでは可視化が難しいのに対し、MRIスキャンでははっきりと確認できます。本研究の目的は、3D MRIベースの下顎モデルを作成する方法を開発することで、従来のCTベースのワークフローを変えることであった。MRIを用いた腫瘍の可視化は、骨切除縁の計画に役立つ。

BACKGROUND: MRI is the optimal method for sensitive detection of tumour tissue and pre-operative staging in oral cancer. When jawbone resections are necessary, the current standard of care for oral tumour surgery in our hospital is 3D virtual planning from CT data. 3D printed jawbone cutting guides are designed from the CT data. The tumour margins are difficult to visualise on CT, whereas they are clearly visible on MRI scans. The aim of this study was to change the conventional CT-based workflow by developing a method for 3D MRI-based lower jaw models. The MRI-based visualisation of the tumour aids in planning bone resection margins.

材料と結果:

骨切削ガイドを用いたMRIベースの3D手術計画のためのワークフローは、4段階のアプローチを用いて開発された。主要なMRIパラメータを定義し（第1段階）、続いて、選択したBlack Bone MRIシーケンスを健康なボランティアに適用した（第2段階）。第3段階では、3つのBlack Bone MRIシーケンスが選択された：標準、脂肪飽和、およびアウトオブフェイズシーケンス。これらのプロトコルは、患者（ｎ＝１０）に適用し、対応するＣＴデータと比較することによって検証された。評価された3つの黒骨MRIシーケンスについて、MRIモデルとCTモデル間の平均偏差値は0.63、0.59、および0.80mmであった。フェーズ4では、口腔癌患者2名を対象に、MRIベースの下顎モデルから設計されたフィット性の高い印刷された骨切除ガイドを用いて、手術時の臨床的価値を検討した。切除面の平均偏差は2.3mm、腓骨セグメントで3.8mm、軸の平均偏差は腓骨セグメントで1.9°であった。

MATERIALS AND FINDINGS: A workflow for MRI-based 3D surgical planning with bone cutting guides was developed using a four-step approach. Key MRI parameters were defined (phase 1), followed by an application of selected Black Bone MRI sequences on healthy volunteers (phase 2). Three Black Bone MRI sequences were chosen for phase 3: standard, fat saturated, and an out of phase sequence. These protocols were validated by applying them on patients (n = 10) and comparison to corresponding CT data. The mean deviation values between the MRI- and the CT-based models were 0.63, 0.59 and 0.80 mm for the three evaluated Black Bone MRI sequences. Phase 4 entailed examination of the clinical value during surgery, using excellently fitting printed bone cutting guides designed from MRI-based lower jaw models, in two patients with oral cancer. The mean deviation of the resection planes was 2.3 mm, 3.8 mm for the fibula segments, and the mean axis deviation was the fibula segments of 1.9°.

結論:

本研究では、MRI画像のみに基づいた切削ガイドを用いた3Dバーチャル切除計画と手術の方法を提供している。そのため、口腔癌手術における3Dバーチャル計画には、追加のCTデータは不要である。

CONCLUSIONS: This study offers a method for 3D virtual resection planning and surgery using cutting guides based solely on MRI imaging. Therefore, no additional CT data are required for 3D virtual planning in oral cancer surgery.