ASPECTS OF SCIENTIFIC ILLUSTRATION MEDICAL: illustrating a scoliosis-correction MORPHOLOGICAL: 3-D reconstruction of the elbow region
A Masters Project at the Postgraduate Course in Scientific Illustration Maastricht
by
ILSE WIELAGE
Maastricht, 2003
I
COLOFON Omslag: Ilse Wielage Drukker: Stereo + Grafia Lettertype: Stone Sans, Meta Papier: MC silk 170 gr. Oplage: 500 exemplaren ISBN 90-807709-2-2
© Copyright I.H.Wielage. Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze publicatie mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke wijze dan ook, zonder voorafgaande toestemming van de auteur.
II
INHOUDSOPGAVE
Voorwoord
V
Dankwoord
VII
Inleiding
1
Hoofdstuk 1
Scoliose
3
Hoofdstuk 2
Chirurgische illustratie
7
Hoofdstuk 3
3-D reconstructie
26
Literatuurlijst
CONTENTS
Preface
V
Acknowledgements
VII
Introduction
1
Chapter 1
Scoliosis
3
Chapter 2
Surgical illustration
7
Chapter 3
3-D reconstruction
26
Bibliography
III
One good image tells more than a thousand words For a scientific illustrator making these images is rarely an end in itself The main purpose is to serve science To study the object and create the illustrations applies discipline to creativity In scientific illustration art and science come together
IV
VOORWOORD
Deze publicatie is een afstudeerproject van de Postgraduate Course in Scientific Illustration in Maastricht. Deze opleiding is een samenwerkingsverband tussen de Hogeschool Zuyd (Academie Beeldende Kunsten Maastricht) en de Universiteit Maastricht (Faculteit der Geneeskunde, in het bijzonder de capaciteitsgroep Anatomie/ Embryologie). De cursus leidt op tot wetenschappelijk illustrator, een specialist die zich bezighoudt met het visualiseren van onderwerpen die betrekking hebben op de natuurwetenschappen. Tijdens de opleiding wordt onder andere de tekenvaardigheid in verschillende technieken ontwikkeld. Via opdrachten die zowel mens als dier betreffen wordt er ook kennis gemaakt met andere aspecten van het wetenschappelijk illustreren. Dissectiepractica op humaan en dierlijk gebied, microchirurgie bij een laboratoriumrat en chirurgische illustratie zijn onderdeel van de opleiding. Het gebruik van moderne beeldvormende technieken behoort eveneens tot de mogelijkheden. Hierbij worden aan de hand van anatomische doorsneden 2-D illustraties gemaakt van structuren die 3-D ruimtelijk zijn gereconstrueerd. Dit afstudeerproject heeft tot doel illustraties in verschillende technieken te laten zien naar aanleiding van zelf gekozen onderwerpen. Deze illustraties zijn voorzien van een beschrijving van het onderwerp. Tenzij anders vermeld, is deze publicatie door de auteur zelf vormgegeven, geïllustreerd en geschreven.
PREFACE
This publication is a Masters Project at the Postgraduate Course in Scientific Illustration in Maastricht. This course represents a collaboration between the Maastricht Academy of Arts and the Faculty of Medicine of Maastricht University, specifically the department of Anatomy/Embryology. A scientific illustrator is specialised in visualising subjects pertaining to life science. In this course illustrators practice their skills based upon a thorough level of professional knowledge. Using a considerable range of techniques, the illustrator will be capable to work independently, studying and designing subjects for communication to clients and specialists from all fields of science. The course is divided into human and animal theoretical and practical sessions. The focus is not only on systematic microscopical and gross anatomy, but also on topographical, projectional, X-ray and crosssectional anatomy. Using computers, anatomical cross sections and three-dimensional graphics belong to the possibilities. The aim of this Masters Project is to show illustrations using different techniques. The subjects are selected by the author and are completed with descriptions. Unless referred to otherwise this publication is designed, illustrated and written by the author.
V
VI
DANKWOORD
Graag wil ik de mensen bedanken die hun bijdrage hebben geleverd aan het tot stand komen van deze publicatie. Allereerst dank ik mijn docenten Arno Lataster, Hans Rensena en Jacques Spee die door hun toegewijde inzet en enthousiasme mogelijk maakten dat ik de afgelopen jaren met veel plezier deze opleiding kon voltooien. Hun vertrouwen, theoretische kennis en geduld bleken enorm te zijn. Ik denk graag terug aan de vele uren die ik op de academie, op snijzaal en aan de tekentafel in de werkkamer van Hans heb doorgebracht. Ook dank ik Richard Schwartzenberg die bij iedere werkbespreking aanwezig was en op wiens humor en relativeringsvermogen ik zeer gesteld raakte. Verder gaat mijn dank uit naar Dr. André van Ooij, als orthopedisch chirurg verbonden aan het Academisch Ziekenhuis in Maastricht, die mij de gelegenheid gaf om een scoliose-correctie bij te wonen en later als inhoudsdeskundige beschikbaar bleef. Aimée Theelen bedank ik voor het aanleveren van de foto’s en de informatie met behulp waarvan de eerste tekeningen zijn gemaakt. Dr. Henk van Mameren, als coördinator klinische anatomie verbonden aan de capaciteitsgroep Anatomie/ Embryologie van de Universiteit Maastricht, dank ik voor de mogelijkheid die hij mij bood om onder optimale en inspirerende omstandigheden een drie-dimensionale reconstructie te maken. Hij was niet alleen nauw betrokken bij het tot stand komen van het laatste hoofdstuk, maar ook bij de verdere uitwerking van de publicatie. JanMaarten Luursema, Paul Maas en Herman Vos dank ik omdat zij als computerdocenten klaar stonden om vragen te beantwoorden en les te geven. Rogier Trompert dank ik voor de hulp bij het opstarten met het programma Surfdriver op de universiteit en voor de tijd die hij altijd vrij maakte om advies te geven. Els Terwindt wil ik bedanken omdat zij haar werkplek beschikbaar stelde en Paul van Dijk voor de fotografische begeleiding. Dr. Frans Thors en Prof. Dr. Jan Drukker dank ik voor de colleges anatomie, mijn man Peter Beerens omdat hij tijdens onze zomervakantie de Engelse vertaling maakte, mijn nicht Dr. Kitty Bos omdat zij de Engelse en Nederlandse tekst corrigeerde en Toon Hezemans voor de hulp bij het vormgeven van de publicatie. Natuurlijk wil ik ook mijn collega’s bedanken voor alle gezelligheid de afgelopen jaren. En in de laatste maar niet in de minste plaats wil ik mijn man en kinderen bedanken voor de onvoorwaardelijke steun die ik van hen alle drie kreeg.
ACKNOWLEDGEMENTS
I would like to thank those who have contributed to the realisation of this publication. First of all I would like to thank my teachers Arno Lataster, Hans Rensema and Jacques Spee who have guided me through the course with dedication and enthousiasm. Their confidence, theoretical knowledge and patience were enormous. I will gladly remember all the hours I spent at the academy, in the dissecting room and behind the table in the drawing office of Hans Rensema. I also thank Richard Schwartzenberg who was present during evaluations and whose humor and ability to relativate were appreciated. Further I want to thank Dr. André van Ooij, orthopaedic surgeon at the University Hospital in Maastricht, who enabled me to attend an operation of a spinal correction and who later remained available as an expert. I also thank Aimée Theelen who provided photographs and information with which the first drawings were made. Dr. Henk van Mameren of the department of Anatomy/ Embryology of the Maastricht University, I want to thank for offering the possibility to make a threedimensional reconstruction under ideal and inspiring circumstances. He not only was closely involved in the realisation of the last chapter, but also in the finalisation of this publication. I thank Jan-Maarten Luursema, Paul Maas and Herman Vos, my computer teachers, who were always available to answer questions, Rogier Trompert who taught me how to use the reconstruction software Surfdriver and who always reserved time for advice, Els Terwindt who offered me to use her office, Paul van Dijk who advised me on photography, Dr. Frans Thors and Prof. Dr. Jan Drukker for their lectures in anatomy, my husband Peter Beerens for making the english translation during our summer holidays, my cousin Dr. Kitty Bos for the corrections of both the Dutch and English texts and Toon Hezemans for all his help designing this publication. Of course I would like to thank all my colleagues for the enjoyable years. And last but not least, I thank my husband and children for their unconditional support.
VII
INLEIDING
INTRODUCTION
Deze publicatie bevat onderstaande onderwerpen. Hoofdstuk 1 is getiteld ‘Scoliose’ en laat een aantal potloodtekeningen zien van een patiënt met scoliose. Hoofdstuk 2 getiteld ‘Chirurgische illustratie’ bevat een serie lijntekeningen. Een onderdeel van het curriculum bestaat uit het weergeven van ingrepen bij mens en dier. Het is hierbij de bedoeling een operatietechniek of procedure in beeld te brengen met behulp van meerdere lijntekeningen. In aansluiting op de vorige tekeningen gaf ik de voorkeur aan een rugcorrectie van een patiënt met onder andere een scoliose. Hoofdstuk 3 getiteld ‘3-D reconstructie’ laat een aantal illustraties in kleur zien die gemaakt zijn met behulp van een drie-dimensionale reconstructie van anatomische coupes. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een bestaand computerprogramma (Surfdriver). Bij deze reconstructie gaat het met name om de bindweefselschotten rondom het ellebooggewricht van de extensoren en flexoren van de pols. De reden voor verandering van onderwerp in dit hoofdstuk is dat er binnen de capaciteitsgroep Anatomie/Embryologie vraag was naar illustraties over dit onderwerp. Omdat ik mijn opleiding wilde afsluiten met deze techniek heb ik mijn onderwerp aangepast.
This publication contains the following subjects. Chapter 1 is titled ‘Scoliosis’ and shows a number of pencil drawings of a patient suffering from scoliosis. Chapter 2 titled ‘Surgical illustration’ contains various line drawings illustrating a spinal correction of a patient suffering from spinal disorders such as scoliosis. A part of the curriculum of the course consists of the visual representation of surgical interventions in men and animals. Its purpose is to illustrate the technical aspects of the surgical procedure by means of various line drawings. In connection to the previous chapter I preferred a scoliosis correction. The last chapter is titled 3-D reconstruction and shows several colour illustrations, which are based on a threedimensional reconstruction of anatomical slices (sections) of the elbow region. The reconstruction mainly concerns regular dense connective tissue in the elbow region and is made using existing software (Surfdriver). The change in subject in this chapter is a result of a demand from the department of Anatomy/Embryology for these illustrations. I therefore adapted the subject of this part of the Masters Project.
1
Fig. 1
Een potloodtekening van het achteraanzicht van een patiënt met een scoliose (préoperatief ) met hierin een lijntekening van de wervels T1 t/m L5. A pencil drawing of the dorsal view of a patient suffering from scoliosis (before surgery) with a line drawing in pen and ink of the vertebrae T1 to L5.
2
HOOFDSTUK 1
CHAPTER 1
SCOLIOSE
SCOLIOSIS
Het woord scoliose komt van het Griekse woord ‘skolios’ hetgeen verkromming betekent. Bij scoliose vertoont de wervelkolom een onnatuurlijke zijwaartse verkromming. Elke wervel van een scoliotische wervelkolom heeft een andere stand, te weten een andere kanteling en draaiing. De pentekening van de wervelkolom (Fig. 1) betreft een patiënt met een progressieve idiopathische scoliose (er is geen verklaring voor het ontstaan en de verergering van de verkromming). Het betreft een dubbele scoliose met een verkromming in zowel het thoracale als het lumbale gedeelte van de wervelkolom. Tevens is er een bekkenscheefstand ten nadele van links. De patiënt heeft op 24jarige leeftijd een corrigerende operatie ondergaan (Fig. 4b en 5). Toen er besloten werd tot een operatie was de scoliosegraad meer dan 50°. Doorgaans wordt er vanaf 45° geopereerd. Het doel van de operatie was niet alleen het corrigeren van de scolioseverkromming, maar ook het stabiliseren daarvan. Tijdens de operatie zijn er, volgens de methode van Cotrel-Dubousset, twee metalen staven aangebracht met hieraan verstelbare haakjes waarmee de wervels zoveel mogelijk in de gewenste positie zijn gezet.
The word scoliosis has its origin in the Greek word ‘skolios’ which means crooked. A spine with scoliosis shows an unnatural lateral curve. Every vertebra of a scoliotic spine has a different inclination and torsion. The pen drawing of the spine (Fig. 1) represents a patient suffering from a progressive idiopathic scoliosis (there is no explanation for the development of the curve). It concerns a double scoliosis with a curve in both the thoracic and lumbar spine as well as a pelvic obliquity with a lower left pelvis. At the age of 24 the patient has undergone corrective surgery (Fig. 4b and 5). When the decision for surgery was taken the scoliosis was more than 50 degrees. Usually, the criterion for surgery is from 45 degrees upwards. The objective of the operation was not only to correct the scoliotic curve but also to stop the scoliosing process. During the operation according to the method of Cotrel-Dubousset, two metal rods were implanted. Attached to these were adjustable hooks which were used to move the vertebrae in the desired position.
b
a Fig. 2
De préoperatieve (a) en postoperatieve (b) röntgenfoto’s die gebruikt zijn voor het maken van de lijntekening van de wervels T1 tot en met L5. De opnamerichting is posterior-anterior. X-ray photographs, taken before (a) and after (b) surgery, which were used to make the line drawings of the vertebrae T1 to L5. The view is posterior-anterior. 3
a Fig. 3
b
c
Drie stappen om een röntgenfoto te transformeren in een ruimtelijke tekening. Three stages to transform an X-ray photograph into a perspective drawing.
Ter versteviging van het geheel is er botweefsel uit de wervelkolom zelf en uit het bekken gehaald en tussen en naast de constructie op de wervels aangebracht. Hierdoor verstijft de wervelkolom en wordt de metalen constructie als versteviging uiteindelijk overbodig. Om de tekeningen te maken is gebruik gemaakt van röntgenfoto’s. Het omzetten van een röntgenfoto (Fig. 2) in een ruimtelijke tekening (Fig. 4) verloopt in stappen (Fig. 3). Allereerst worden op transparant papier de meest duidelijk zichtbare vormen op de röntgenfoto in lijn overgetrokken (a). Hierna worden deze lijntekeningen in kleur omgezet waardoor de afzonderlijke vormen zichtbaar worden (b). Vervolgens wordt er een ruwe ruimtelijke schets gemaakt (c) die na overleg met de orthopedisch chirurg omgezet wordt in een uitgewerkte potloodtekening (Fig. 4). Op de röntgenfoto’s van de rug postoperatief (Fig. 2b) zijn de benige delen moeilijk te onderscheiden. Dit komt door de botmassa die is aangebracht om de wervels met elkaar te laten vergroeien. Om toch duidelijke tekeningen te kunnen maken is gebruik gemaakt van de informatie die uit de préoperatieve röntgenfoto’s is afgeleid. Voor het maken van figuur 1 en 5 zijn de potloodtekeningen van de wervelkolom omgezet in lijntekeningen. Los hiervan zijn met behulp van bestaande klinische foto’s achteraanzichten van de patiënt getekend in potlood. Deze twee tekeningen (de lijntekening van de wervels en de potloodtekening van de patiënt) zijn in de computer gecombineerd tot één illustratie. Voor het bepalen van de juiste positie van de wervelkolom in het lichaam is de röntgenfoto ter controle gebruikt.
To ensure strength of the spine, bony tissue from the spine and pelvic bone were inserted between and lateral to the metal rods. After maturation of the fusion the instrumentation system is superfluous. In order to make the drawings, X-ray photographs have been used. The conversion of an X-ray photograph (Fig. 2) into a perspective drawing (Fig. 4) is a step-by-step process (Fig. 3). First of all, transparent paper was used to trace the outlines of the most visible shapes by pen (a). Then, the line drawings were converted to colour in order to show the different structures more clearly (b). Subsequently, a rough perspective sketch was made (c), which was transformed into a detailed pencil drawing after consulting the orthopaedic surgeon (Fig. 4). After surgery, the vertebrae can hardly be distinguished on the X-ray photographs. This is caused by the bony tissue which has been added to fuse with the vertebrae (Fig. 2b). This tissue consists of a thick layer of bone, inserted between and lateral to the rods. To be able to make clear drawings, information was used of the X-ray photographs taken before surgery. Figure 1 and 5 were created by convertion of the pencil drawings of the spine to line drawings in pen and ink. Apart from this, existing clinical photographs were used to make pencil drawings of the dorsal view of the patient. These two drawings (the pen and ink drawing of the vertebrae and the pencil drawing of the patient) were combined into one illustration with the aid of the computer. To determine the correct position of the spine in the body, the X-ray photographs were used.
4
a Fig. 4
b De in potlood uitgewerkte tekeningen van T1 t/m L5 préoperatief (a) en postoperatief met de constructie (b). The pencil drawings of T1 to L5 before surgery (a) and after surgery with the implanted instrumentation system (b). 5
Fig. 5
Potloodtekening van het achteraanzicht van de patiënt met hierin een lijntekening van de wervelkolom en de aangebrachte constructie. Pencil drawing of the dorsal view of the patient, with a pen and ink line drawing of the spine and the implanted rod instrumentation system.
6
HOOFDSTUK 2
CHAPTER 2
CHIRURGISCHE ILLUSTRATIE
SURGICAL ILLUSTRATION
Het is een verkeerde gedachte dat foto’s de voorkeur hebben boven tekeningen. Niet alleen is er op een foto veel informatie te zien die niet relevant is, bovendien is de handeling vaak niet duidelijk, zeker als er veel bloedverlies is (Fig. 18). In een tekening kan niet alleen overbodige informatie weggelaten worden, er kunnen ook allerlei hulpmiddelen gebruikt worden om dat wat zichtbaar gemaakt moet worden zichtbaar te maken. Dit gebeurt met stilering, vereenvoudiging, inzetjes, transparantie en andere grafische oplossingen. De lijntekeningen zijn deels op de traditionele manier met rotringpennen gemaakt en deels met een tekenprogramma in de computer. Hoewel nog steeds veel tekeningen met potlood, pen of penseel op papier gemaakt worden, wordt er ook steeds meer gebruik gemaakt van de tekenprogramma’s op de computer. In eerste instantie voldeden met name de lijntekeningen die je hiermee kon maken niet echt aan de verwachtingen, maar de techniek ontwikkelt zich snel waardoor de computer als tekeninstrument een steeds belangrijkere plaats inneemt. De operatie betreft een rug-correctie en -stabilisatie volgens de methode van Dr. Yves Cotrel en Dr. Jean Dubousset (CD). De acht uur durende ingreep werd vastgelegd met dia’s. Deze opnames dienden samen met de informatie die van de chirurg werd verkregen als leidraad voor het maken van de serie tekeningen. Allereerst werd er een serie schetsen gemaakt die na correcties van de arts omgezet werden in lijntekeningen uitgevoerd in pen en inkt. Deze tekeningen zijn gescand, verkleind en vervolgens werden er met behulp van de computer een aantal rasters met verschillende grijswaarden toegevoegd. Het resultaat is een serie tekeningen waarmee een gecompliceerde en langdurige operatie in beeld wordt gebracht. De CD-methode wordt vanaf 1983 toegepast en maakt gebruik van een staafcorrectiesysteem. Postoperatief verstevigt dit systeem de gecorrigeerde wervelkolom. In de jaren ‘50 werd door Paul Harrington in Texas een spondylodesemethode ontwikkeld voor het corrigeren en gecorrigeerd houden van wervelkolomdeformaties. Aanvankelijk probeerde hij zonder een aanvullende verstijvingsoperatie de wervelkolom te strekken door het plaatsen van staven en haakjes. Spoedig bleek echter dat deze zogenaamde interne fixatie alleen, zonder toevoeging van bot ter verstijving, niet werkte. De metalen fixatie begaf het na enige tijd en de deformatie keerde terug. In de loop der jaren werd de Harrington methode aanzienlijk verbeterd en is thans klassiek geworden. Een van de nadelen van deze techniek is echter dat de thoraxdeformatie, de zogenaamde gibbus of ribbenbochel minder gemakkelijk te corrigeren is dan men denkt. Er blijft een rotatie van de wervels
It is a misconception to believe that photographs are preferred to drawings. A photograph shows a lot of irrelevant information and the surgical actions often are unclear, especially when there is a great loss of blood (Fig. 18). In a drawing, irrelevant information can be eliminated and useful information can be added. This is done by styling, simplification, inserts, transparency and other graphic solutions. The line drawings are partly made by hand with pen and ink, but also with an illustration program on the computer. Although a lot of illustrations are traditionally made with pencil or brush, the computer is used more and more. In the early days of the computer, the line drawings did not meet the precision requirements. However computer technology has evolved rapidly and nowadays it has become an important drawing instrument. The surgical procedure concerns a spinal correction and stabilisation according to the method of Dr. Yves Cotrel and Dr. Jean Dubousset (CD). This operation lasted eight hours and was recorded by slides. A number of drawings are made based upon these slides and information obtained from the surgeon. First of all, sketches were made, which after corrections by the surgeon were converted into pen and ink drawings. These drawings were scanned and gray scales were added using the computer. This resulted in a series of line drawings, which illustrate a complex and long surgical procedure. The CD-method is used from 1983 and involves the use of a rod instrumentation system. This system stabilises the corrected spine. In the nineteenfifties, a method of spondylodesis for spinal correction and stabilisation, was developed by Paul Harrington in Texas. Initially, he tried to stretch the spine by placing rods and hooks without addition of bony tissue to the spine. However, this was not successful. The metal fixation lost position and the distorsion of the spine returned. The addition of bony tissue to get fusion of this tissue to the spine is shown to be indispensable. Through the years the method of Harrington has been considerably improved and has now become classic. However, one of the disadvantages of this method is that the thorax deformation, the so called gibbosity (rotated and deformed ribs), can not be corrected easily. A rotation of the vertebrae and thus the attached ribs remains. Although the deformation is somewhat moved to the middle of the back and is therefore less conspiciuous, when the patient bends it is clear that very little improvement of the gibbosity is achieved. By using the CD-method more correction of the deformation can be achieved, but again only a small correction of the gibbosity is possible. Importantly, when using this method the implanted bony tissue must get 7
bestaan en daarmee ook van de daaraan vastzittende ribben. Wel wordt de deformatie meer naar het midden van de rug gebracht en valt daardoor minder op, maar bij het bukken van de patiënt blijkt na de operatie toch dat er weinig verbetering van de ribbenbochel te zien is. Met de methode van Cotrel-Dubousset, waarbij naast de staafcorrectie ook botweefsel wordt aangebracht, is meer correctie van de deformatie te bereiken, maar ook bij deze correctie blijft de verbetering van de gibbus beperkt. Uiteraard is het bij deze methode de bedoeling dat de ingebrachte botmassa in alle rust de kans krijgt om aan elkaar te groeien. Dan pas kan er sprake zijn van een gerijpte spondylodese, hetgeen een duurzame verstijving van de wervelkolom oplevert. De metalen staven met de op de wervels gemonteerde haken hebben dus een tijdelijke functie, maar worden na de botingroei niet verwijderd. Dit is een extra operatie, die meestal niet noodzakelijk is. De firma Sofamor Danek ontwikkelde een CD systeem en instrumentarium waarvan in deze operatie gebruik is gemaakt. Bij het maken van de figuren 25 tot en met 29 is uitgegaan van bestaande informatie uit de catalogus van deze firma. Als voorbereiding op het bijwonen van de operatie zijn er tekeningen in potlood gemaakt van een wervel en van de oppervlakkige en diepliggende spieren van de rug (Fig. 6 en 7). In figuur 8a is een interpretatie te zien van een röntgenfoto van de wervelkolom van de te opereren patiënt in achteraanzicht. Ter vergelijking is in figuur 8b een tekening te zien van hetzelfde gebied (thoracale en lumbale wervels, het sacrum, en een deel van de crista iliaca) in de normale situatie. De patiënt heeft niet alleen een scoliose, maar tevens een bekkenscheefstand, een lumbale hyperlordose (overmatige kromming van de wervelkolom naar voren), een hypoplastisch sacrum (onvoldoende ontwikkeld heiligbeen) en vergroeiing van de wervels L5 en S1.
1
sufficient time to fuse. Only then can be spoken of a mature fusion of the spine, which results in a lasting stiffening of the spine. The function of the metal rods and the hooks attached to the vertebrae is temporary. However, they are not removed after the fusion in order to avoid an unnecessary operation. The company Sofamor Danek developed a CD-construction and instrumentation which was used in this surgical operation. During developing figures 25 to 29 information from the company’s catalogue was consulted. Pencil drawings of a vertebra and of superficial and deep muscles of the back have been made as a preparation to the attendance of the operation (Fig. 6 and 7). Figure 8a shows a dorsal view of the vertebral colomn deducted from an X-ray photograph of the patient. For comparison, figure 8b shows the same section (thoracic and lumbar vertebrae, the sacrum and a part of the crista iliaca) of a person without anomalies. The patient has a scoliosis, but also a pelvic obliquity, a lumbar hyperlordosis (excessive ventrally directed curvature of the spine), a hypoplastic sacrum (underdeveloped) and fusion of the L5 and S1 vertebrae.
2
2
1
4 4
5
3
7
5 3 6
6 b
a Fig. 6
Thoracale wervel, dorsaal (a) en lateraal aanzicht (b). Thoracic vertebra, dorsal view (a) and lateral view (b). 1 processus transversus 5 lamina arcus vertebrae 2 processus articularis superior 6 processus spinosus 3 processus articularis inferior 7 pediculus arcus vertebrae 4 corpus vertebrae
8
1
13
2 3
14 15
33 27
34
28 29 30 18
16 17
4
35
18 19 20
5
21
6
23
22
7 8 9 10
31
36 32
24
11
25
12
26
a
b
Fig. 7 Oppervlakkige (a) en diepliggende (b) spieren van de rug. Superficial (a) and deep (b) muscles of the back. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32
vertebrae cervicales I-VII clavicula scapula vertebrae thoracales I-XII vertebrae lumbales I-V os ilium crista iliaca articulatio sacroiliaca sacrum foramen sacrale pelvicum os ischii femur musculus trapezius musculus deltoïdeus musculus infraspinatus fascia infraspinata musculus teres major musculus rhomboideus major musculus triceps brachiï musculus latissimus dorsi musculus obliquus externus abdominis
33 34 35 36
9
fascia thoracolumbalis musculus gluteus medius musculus gluteus maximus tractus iliotibialis musculus biceps femoris caput longum musculus splenius capitis musculus splenius cervicis musculus serratus posterior superior musculus rhomboideus minor musculus serratus posterior inferior musculus erector spinae - m. iliocostalis - m. longissimus cervicis, capitis, thoracis - m. spinalis musculus longissimus capitis musculus spinalis cervicis et capitis musculus spinalis thoracis musculus longissimus thoracis.
a Fig. 8
b Een lijntekening van de wervelkolom van de patiënt waar sprake is van scoliose, bekkenscheefstand, hyperlordose, hypoplastisch sacrum en vergroeiing van de wervels L5 en S1 (a), en een normale wervelkolom (b). In figure a the vertebral column of the patient is illustrated. There is a scoliosis, pelvic obliquity, hyperlordosis, hypoplastic sacrum and fusion of vertebrae L5 and S1. Figure b shows the anatomy of a normal vertebral column.
In figuur 9 tot en met 34 is de operatieprocedure in beeld gebracht. Op het zijaanzicht van de patiënt (Fig. 9) is te zien hoe het lichaam ondersteund wordt door kussens en rollen om de druk die tijdens de operatie uitgeoefend wordt op het lichaam op te vangen. Wat opvalt is dat het abdomen vrij hangt om te voorkomen dat er door verhoogde intra-abdominale druk te veel bloedverlies optreedt tijdens de operatie en de ademhaling door druk op het middenrif bemoeilijkt wordt. Figuur 10 geeft een bovenaanzicht en de plaats van de incisie.
Figure 9 to 34 illustrate the operation. The lateral view of the patient (Fig. 9) shows the method of supporting the body by pillows and chest rolls to absorb the pressure exerted on the patient during surgery. Note that the abdomen is not supported. This prevents excessive loss of blood (caused by intra-abdominal pressure) and respiration problems (caused by pressure on the diaphragma) during surgery. Figure 10 represents a view of the patient from above and the position of the incision.
10
Nadat de patiënt gejodeerd en afgedekt is maakt de chirurg een huidincisie in de mediaanlijn en iets gebogen om de scoliose te volgen. Dan snijdt hij met behulp van diathermie (het opwekken van warmte in de weefsels met behulp van hoog-frequente electrische stroom) de weke delen los van de processus spinosus, schroeit ook de beschadigde bloedvaten door coagulatie (bloedstolling door verhitting) dicht, en maakt de processus spinosi vrij van T1 tot L5 (Fig. 12). Daarna worden bij dezelfde wervels opwaarts en neerwaarts de laminae en ook de linker en rechter processus transversi vrijgemaakt van zacht weefsel. Lumbaal is dit moeilijk omdat er een forse hyperlordose bestaat en de weefsels adherent (verkleefd) zijn. Ook bloedt alles hevig. Het hele gebied wordt nu opengespreid met wondspreiders en de voorbereidingen worden getroffen voor het plaatsen van de haakjes.
Fig. 9
When the patient has been iodinated and covered, the surgeon makes a somewhat curved incision in the midline, parallel to the scoliosis. The soft tissue is removed from the spinous vertebral processes from T1 to L5 and the damaged blood vessels are coagulated by electrocauterisation (generation of heat in the tissue by applying a high frequency electrical power). Subsequently, the soft tissue is removed from the laminae and the transverse vertebral processes (Fig. 12). Due to excessive hyperlordosis and bleeding, the removal of the lumbar tissue, which is strongly adhered to the vertebrae, is problematic. The entire section is now opened wide with retractors and preparations are made to insert the hooks.
Zijaanzicht van de patiënt. Lateral view of the patient.
A
Fig. 10 Bovenaanzicht van de patiënt met daarop aangegeven de plaats van de incisie (A). Dorsal view of the patient with the location of the incision (A).
11
a
b
c
Fig. 11 Bovenaanzicht van de drie soorten haakjes: processus transversushaakje (a), laminahaakje (b), pedikelhaakje (c) in relatie tot een wervel. De betreffende haakjes zijn hieronder aangegeven. Cranial view of the three different hooks: transverse process hook (a), laminar hook (b) and pedicle hook (c) in relation to a vertebra. Below, the concerned hooks are shown.
Vooraf is in het operatieplan nauwkeurig bepaald welk type haakje waar geplaatst zal worden en waar de cerclages zullen worden aangebracht (Fig. 16). Daarom kunnen deze haakjes en cerclages snel op de juiste plaats aangebracht worden tijdens de operatie. Er zijn drie verschillende soorten haakjes (Fig. 11). Een transversushaakje grijpt om de bovenzijde of benedenzijde van een processus transversus. Een transversushaakje wordt nooit bij de lumbale wervels gebruikt. Een laminahaakje grijpt om de bovenzijde of benedenzijde van de lamina. Voor het plaatsen wordt het ligamentum flavum geopend, dat tussen de laminae van aangrenzende wervels aangehecht is, teneinde het haakje om de lamina te plaatsen. Er moet voorzichtig te werk gegaan worden omdat men in het benige spinaalkanaal komt (epidurale ruimte). Afhankelijk van de vorm van de wervel kan bij lamina- en processus transversus-haakjes het blad smaller of langer zijn of in een andere hoek staan. Een pedikelhaakje onderscheidt zich van de vorige twee haakjes door de uitsparing in het blad van het haakje en wordt altijd aan de benedenzijde van een pedikel geplaatst. De groeve maakt een preciese plaatsing mogelijk. Hiervoor wordt een hoekje van de lamina van de bovenliggende wervel verwijderd ter plaatse van de processus articularis inferior (Fig. 15 en 17). In figuur 19 en 20 is te zien hoe een pedikelhaakje geplaatst wordt. Omdat er in het lumbale gebied bij deze patiënt sprake was van een ernstige lordose (overmatige kromming van de wervelkolom met de bolling naar voren), is ervoor gekozen om hier geen haakjes te gebruiken, maar cerclages. Volgens de techniek van E. Luque worden er metalen draden die in de vorm van een haak gebogen zijn om de lamina heengetrokken (Fig. 21 en 22).
Prior to surgery the position and type of all hooks and metal wires were agreed in a surgery plan (Fig. 16). Thus, the hooks and metal wires could be placed quickly during the operation. There are three types of hooks (Fig. 11). A transverse process hook is placed around the upper or lower side of a processus transversus. This type of hook is never used for lumbar vertebrae. A laminar hook clamps on the upper or lower side of a lamina. Prior to positioning of this hook, the ligamentum flavum, which is attached to the laminae of the adjacent vertebrae, is opened. This requires caution because through this opening one enters the bony vertebral canal (epidural space). The blade of the laminar and transverse process hooks can be thinner or longer and the angle of placement to the hook may differ dependent on the anatomical shape of the vertebra. A pedicle hook differs from the previous two hooks by a half round shaped groove at the end of the blade. In all cases it is placed at the lower side of a pedicle and this groove offers a more precise anatomical fit. Before positioning of a pedicle hook, a small triagular piece of the lamina of the superior vertebra is removed at the level of the processus articularis inferior (Fig. 15 and 17). Figure 19 and 20 show positioning of the pedicle hook. Because this patient was suffering from an extreme lordosis, it was decided to use metal wires instead of hooks in the lumbar region. According to the technique of E. Luque, hook shaped metal wires are pulled around the lamina (Fig. 21 and 22).
12
A
Fig. 12 De chirurg maakt de wervelbogen vrij van zacht weefsel met een diathermisch mes (A). The surgeon removes the soft tissue of the vertebrae using electro-cauterization (A).
Fig. 13 De processus spinosi worden gespleten met hamer en beitel. The processus spinosi are split with hammer and chisel. 13
Fig. 14 De gespleten processus spinosi worden afgeknipt en bewaard. The split processus spinosi are cut off and saved.
Fig. 15 De voorbereidingen voor het plaatsen van de haakjes worden getroffen. Hier wordt een klein stukje lamina losgemaakt voor het plaatsen van een pedikelhaakje. The preparations for positioning the hooks are made. Here, a small triangular piece is cut off the lamina to facilitate positioning of a pedicle hook. 14
bovenzijde T1-processus transversushaakje upper side T1-transverse process hook
T1 benedenzijde T2-pedikelhaakje lower side T2-pedicle hook
benedenzijde T2-pedikelhaakje lower side T2-pedicle hook bovenzijde T4-processus transversushaakje upper side T4-transverse process hook
bovenzijde T4-processus transversushaakje upper side T4-transverse process hook
benedenzijde T5-pedikelhaakje lower side T5-pedicle hook
benedenzijde T5-pedikelhaakje lower side T5-pedicle hook
benedenzijde T7-pedikelhaakje lower side T7-pedicle hook
benedenzijde T7-pedikelhaakje lower side T7-pedicle hook
bovenzijdeT9-laminahaakje upper side T9-laminar hook
benedenzijde T10-laminahaakje lower side T10-laminar hook bovenzijde T12-laminahaakje upper side T12-laminar hook
L1-cerclage L1-metal wire
benedenzijde T12-laminahaakje lower side T12-laminar hook L1-cerclage L1-metal wire bovenzijde L2-laminahaakje upper side L2-laminar hook L3 en L4-cerclage L3 and L4-metal wire
L1
benedenzijde L2-laminahaakje lower side L2-laminar hook L3-cerclage L3-metal wire
bovenzijde L5-laminahaakje upper side L5-laminar hook
L4-cerclage L4-metal wire
Fig. 16 Volgens een vooraf nauwkeurig bepaald plan worden de haakjes en cerclages aangebracht. Bovenstaande afbeelding toont de plaats van de verschillende haakjes en cerclages. All hooks and wires are placed according to an exactly defined surgery plan. Here, the position of the different hooks and metal wires is shown.
Bovendien worden de processus spinosi gespleten en afgeknipt (Fig. 13 en 14). Dit splijten heeft tot doel om spongiosa botweefsel in het bot bloot te leggen. Dit vergroot de mogelijkheid tot vergroeien. De botstukjes worden bewaard en later samen met calciumfosfaatstaafjes en donorbot naast en tussen de constructie aangebracht zodat ze samen met de wervels tot één geheel kunnen vergroeien.
The processus spinosi are split and cut (Fig. 13 and 14) to separate the spongious bony tissue. This splitting and cutting gives a better opportunity for bony tissue fusion. The bone grafts are stored and at a later time of the operation placed between and lateral to the rods of the instrumentation system. Additional donor bone and calcium phosphate sticks are added to promote fusion of the bony tissue with the vertebrae. 15
Fig. 17 Het stukje lamina wordt weggenomen en er ontstaat ruimte voor het plaatsen van een pedikelhaakje. The piece of lamina is removed to create space for the pedicle hook.
Fig. 18 Een dia die tijdens de operatie gemaakt is. Eén van de haakjes wordt geplaatst. A colour slide made during surgery. One of the hooks is put in position.
16
A
B
Fig. 19 Het pedikelhaakje wordt geplaatst met behulp van een haak-duwer (A) en haak-houder (B). With a hook pusher (A) and hook holder (B) the hook is put in position.
Als alle processus spinosi afgeknipt zijn en alle haakjes en cerclages aangebracht zijn, kunnen de stangen geplaatst worden. De stangen worden gebogen voornamelijk de lordose volgend maar toch niet helemaal, zodat er een redelijke correctie van lordose en scoliose kan plaatsvinden (Fig. 23). Als de eerste stang is geplaatst worden de haakjes aan de stang bevestigd met behulp van een repositieklem (Fig. 24). De haakjes worden gesloten met een schroefje zodat ze niet van de stangen af kunnen glijden, maar nog wel in de lengterichting langs de stang kunnen schuiven. Vervolgens wordt de tweede stang gebogen en geplaatst. De cerclages worden om de stangen getwijnd en afgeknipt (Fig. 22). In de volgende stap worden de lordose en scoliose met compressie- en distractie-tangen zoveel mogelijk gecorrigeerd. Vooraf is bepaald hoe dit gaat gebeuren (Fig. 30). Bij compressie (Fig. 31) worden de haakjes langs de stang naar elkaar geschoven zodat er minder ruimte ontstaat en bij distractie gebeurt het tegenovergestelde (Fig. 32). Als alles gepositioneerd is worden de schroefjes stevig in de haakjes gedraaid waarbij de kopringetjes van de schroefjes afbreken en de haakjes vast aan de stangen komen te zitten (Fig. 29c). Voor optimale stabiliteit worden er twee dwarstracties aangebracht tussen de stangen. Ter hoogte van T4 worden hiermee de stangen naar elkaar getrokken en ter hoogte van T12 worden ze uit elkaar geduwd (Fig. 33a en b).
A
Fig. 20 Detail van figuur 19 met pedikelhaakje (A). Detail of figure 19 showing a pedicle hook (A).
After all processus spinosi have been cut and the hooks and metal wires have been positioned, the rods can be implanted. The rods are bend mainly following the lordosis but in such a way to allow for correction of a major part of the scoliosis and lordosis (Fig. 23). When the first rod is positioned the corresponding hooks are attached to the rod with the aid of a reposition clamp (Fig. 24). The hooks are then partially closed with a screw so that 17
Fig. 21 De cerclages worden aangebracht. The metal wires are placed.
stang rod
Fig. 22 Het aanbrengen van een cerclage rond de lamina van een lumbale wervel. Een stuk metaaldraad wordt gebogen en onder de lamina door gehaald nadat een opening is gemaakt in het ligamentum flavum. Placement of a metal wire around the lamina of a lumbar vertebra. The metal wire is bend and pulled under the lamina after an opening has been made in the ligamentum flavum. 18
the hooks can not move away from the rod. However movement of the hooks alongside the rod is still possible. Subsequently, the second rod is bend and positioned. The metal wires are twined around the rods and cut (Fig. 22). Next, the agreed corrections are made with a hook compressor and hook spreader (Fig. 30). Compression involves movement of the hooks towards each other (Fig. 31). Distraction means the opposite (Fig. 32). When the hooks are positioned correctly, the screws that close the hooks are secured firmly, so that the upper part of the screw detaches and the hooks are locked completely (Fig. 29c). To ensure optimal stabilisation, two transverse links are attached between the rods. At the level of T4 the rods are pulled towards each other, and at the level of T12 they are distracted (Fig. 33a and b).
Fig. 23 Het buigen van de stang waaraan de haakjes bevestigd zullen worden. Bending of the rod onto which the hooks will be positioned.
Fig. 24 De eerste stang wordt geplaatst, met behulp van een repositieklem wordt de stang aan een haakje bevestigd. Positioning of the first rod, the hook is attached to the rod with the aid of a reposition clamp. 19
Fig. 25
Fig. 26 Fig. 25 De repositieklem grijpt eerst de stang vast en kan dan om het haakje geschoven worden. The reposition clamp graps the rod and is then pushed over the hook. Fig. 26 Door aan de schacht van de repositieklem te draaien sluit de klem en grijpt hij het haakje stevig vast. By turning the shaft of the reposition clamp it closes and firmly grasps the hook. Fig. 27 Er worden twee zijsteunen gebruikt om de stang naar beneden te duwen en in het haakje te plaatsen. Door aan deze zijsteunen te draaien gaan ze samen met de stang naar beneden. De preciese positionering kan gebeuren door beweging van de repositieklem. Two rod pushers are used. By turning the rod pushers the rod is moved downwards to be fitted into the hook. Exact positioning can be achieved by gently moving the reposition clamp. Fig. 28 Er wordt een schroefje aangebracht via de schacht van de repositieklem waarmee het haakje gesloten wordt en aan de stang blijft zitten. A screw is put in the hook through the shaft of the reposition clamp, the hook is closed and attached to the rod. Fig. 29 Dit sluiten gebeurt in twee fasen. Eerst wordt het schroefje met een schroevendraaier zo in het haakje gedraaid dat de haakjes nog langs de stangen bewogen kunnen worden (a en b). Als de juiste plaats bepaald is wordt het schroefje definitief vastgedraaid waarbij de kop afbreekt (c). The screw is gently tightened, still allowing for movement of the hooks along the rods (a, b). After compression and distraction, the screw is finally tightened until the top breaks off (c). 20
Fig. 27
Fig. 29
Fig. 28
b
a
21
c
Fig. 30 Préoperatief schema. Waar de pijlen naar elkaar toe wijzen spreekt men van compressie, waar ze uit elkaar wijzen van distractie. Op deze manier worden de twee bochten van de scoliotische wervelkolom zoveel mogelijk gecorrigeerd. Surgery plan. Compression is indicated where the arrows point towards each other. Where pointing apart, distraction is indicated. In this way the two curves of the scoliotic spine will be corrected as much as possible.
22
Fig. 31 Compressie: met een compressietang worden de haakjes naar elkaar geschoven. Compression: the hooks are moved towards one another with a hook compressor.
Fig. 32 Distractie: met een distractietang worden twee haakjes van elkaar geschoven en door de assistent wordt het schroefje strak aangedraaid tot het kopringetje afbreekt (Fig. 29c). Distraction: using a hook spreader two hooks are moved apart and the screw is turned firmly by the assistent until the top breaks off (Fig. 29c). 23
A
B
Fig. 33 Een compressie dwarstractie (A) wordt aangebracht. B toont de distractie dwarstractie. A compression transverse link (B) is placed. B shows a distraction transverse link.
A
B
Fig. 34 Lumbaal wordt het botmengsel buiten de stangen gelegd (A). Men begint met het sluiten van de spierlaag om bloedverlies te beperken. Thoracaal plaatst men het tussen de stangen (B). In the lumbar region the bone graft is placed outside the rods (A). To reduce blood loss, the closing of the muscular layer has already started. In the thoracic region the bone graft is placed between the rods (B). 24
dorsaal aanzicht dorsal view
lateraal aanzicht lateral view
Fig. 35 Twee lijntekeningen van de postoperatieve situatie die gemaakt zijn met behulp van röntgenfoto’s. Two pen and ink drawings of the situation after surgery, made with the aid of X-ray photographs.
Voordat het mengsel van bot (eigen bot, donorbot en calciumfosfaatstaafjes) wordt aangebracht zijn de facetgewrichten en de laminae in het thoracale gebied geaviveerd en ook de processus transversi in het lumbale gebied uitgeknabbeld. Dit maakt het mogelijk dat het nieuw aangebrachte bot met de wervels kan vergroeien. Thoracaal wordt het botmengsel tussen de stangen aangebracht en lumbaal buiten de stangen (Fig. 34). Tenslotte wordt de wond in lagen gesloten, de spierlaag eerst, daarna de subcutis en de huid. Figuur 35 toont pentekeningen van postoperatieve röntgenfoto’s.
Prior to insertion of the bone graft (a mixture of bone of the patient, donor bone and calcium phosphate sticks) the facet joints are removed and the laminae in the thoracic region are decorticated. Also, the lumbar processus transversi are decorticated. This enables the applied bone to fuse with the vertebrae. In the thoracic region the bone graft is applied between the rods, and in the lumbar region outside the rods (Fig. 34). Finally, the wound is closed in layers, starting with the muscular layer, then the subcutis and the skin. Figure 35 shows two pen and ink drawings based on X -ray photographs after surgery. 25
HOOFDSTUK 3
CHAPTER 3
3-D RECONSTRUCTIE
3-D RECONSTRUCTION
In dit hoofdstuk worden illustraties van anatomische structuren in de elleboogstreek getoond. Deze illustraties zijn gemaakt met behulp van een 3-D reconstructie van deze structuren. Afbeeldingen van structuren in een anatomische atlas of leerboek zijn doorgaans tot stand gekomen door “naar model” te tekenen. In het vakgebied anatomie is het model vaak een macroscopisch preparaat. De anatoom heeft de structuren waarop hij de nadruk wil leggen, in het preparaat, met mes en pincet vrijgelegd. Continuïteiten tussen weefsels/structuren worden verbroken en sommige structuren worden (deels) vervormd/verwijderd. Ook de tekenaar zal deze weefsels/structuren vervormd weergeven. Dit gebeurt mede om nadruk te leggen op datgene wat de anatoom wil laten zien. Deze vervormingen kunnen een verkeerd beeld van de werkelijkheid laten zien. In de illustraties in dit hoofdstuk komen de vervormingen die zo ontstaan niet voor. Alle afbeeldingen zijn gebaseerd op een 3-D reconstructie van structuren uit een serie macroscopische anatomische coupes. De contouren van de anatomische structuren in deze coupes, worden gebruikt om beelden mee op te bouwen. Voor het maken van een 3-D reconstructie kunnen ook coupes gebruikt worden die verkregen zijn met in vivo beeldvormende computer technieken zoals magnetic resonance imaging (MRI) of computer tomografie (CT). In dit laatste geval worden ook de vervormingen die ontstaan bij gebruik van macroscopische anatomische coupes weggenomen. Wanneer contouren worden gebruikt die verkregen zijn door MRI of CT bij levende mensen, worden structuren getekend zoals die bij de levende mens voorkomen. Het is zelfs mogelijk om met deze technieken de verschillen tussen de vorm van de structuren of hun onderlinge relatie weer te geven bij verschillende standen van gewrichten. Het onderwerp in dit hoofdstuk is de relatie tussen spiervezelbundels van extensoren en flexoren van pols en vingers bij de mens en de proximale aanhechtingsschotten van straf collageen bindweefsel van deze spieren in de elleboogstreek. De 3-D reconstructie die is gebruikt voor deze tekeningen is gebaseerd op contouren van de schotten en spiervezelbundels in één serie evenwijdige dwarse macroscopische anatomische coupes van de elleboogstreek. De coupes zijn gekleurd waardoor de aanhechtingsschotten donker afsteken tegen de spiervezelbundels. De gereconstrueerde structuren zijn aangegeven op fotografische vergrotingen van deze coupes (Fig. 36). De serie bestond uit ongeveer 130 coupes met een tussenafstand van 1 millimeter. De coupes zijn gescand en ingevoerd in de computer (met een normalisatie van de tussenafstand). De contouren van de verschilIende
In this chapter illustrations are shown of anatomical structures of the elbow region. These illustrations are made by use of a 3-D reconstruction of these structures. Illustrations of anatomical structures found in an atlas or textbook of anatomy are usually made by “drawing from a model”. In the field of anatomy this model often is a dissected specimen. The anatomist dissects the structures he wants to emphasize using a knife and a pair of tweezers. Continuities between tissues/structures are broken and some structures are (partly) deformed or eliminated. Thus, the illustrator will also draw these structures deformed. These deformations can show a misleading and wrong image of reality. In the illustrations in this chapter this type of deformation will not occur. All illustrations are based on a 3-D reconstruction of structures from one series of macroscopic anatomical slices. Outlines of the anatomical structures in these slices are used to build images. To make a 3-D reconstruction also images can be used of in vivo imaging computer techniques as magnetic resonance imaging (MRI) or computer tomografie (CT). In this case even the deformation caused by using macroscopic anatomical slices is eliminated. By using images of MRI and CT of living humans, structures as found in living humans are drawn. With the aid of these techniques it is even possible to illustrate the differences in the shape of the structures, or their mutual relations at different positions of the joints. The chosen subject in this chapter is the relation between muscle fibres of the extensors and flexors of the wrist and fingers in the human elbow region and the proximal regular dense connective tissue attachments of these muscles. The 3-D reconstruction which is used for these illustrations is based on outlines of the connective tissue and muscle fibres in a series of parallel transverse macroscopic anatomical slices of the elbow region. The slices are stained so that the connective tissue is in dark contrast with the muscle fibres. The reconstructed structures are shown on a photographic enlargement of these slices (Fig. 36). The series contains 130 slices with an interval of 1 millimetre. The slices have been scanned and fed into the computer (with normalised intervals). The outlines of the different structures in these slices are made with the computer program Surfdriver (www.surfdriver.com) and saved as a digital 3-D database of structures. First the outlines of the bones were made. Using the computer program and the database, any view can be selected and printed as a wire figure or surface figure (Fig. 37). Projection of this wire figure is possible with the option “Display Outlines” (Fig. 37a). 26
18 1 2 3 4
8 12
9
13
5 17 6
17 14 7
10 16
a
15
11
b
Fig. 36 Een transversale coupe van de onderarm die gebruikt is voor de reconstructie (a) en een afbeelding van de verschillende structuren (b). A transversal anatomical slice of the forearm that is used for the reconstruction (a) and an illustration of the different structures (b). 1 m. brachioradialis 11 fascia antebrachii 2 m. extensor carpi radialis longus 12 m. pronator teres 3 m. extensor carpi radialis brevis 13 m. flexor carpi radialis 4 m. extensor digitorum 14 m. flexor digitorum superficialis 5 m. extensor digiti minimi 15 m. flexor carpi ulnaris 6 m. extensor carpi ulnaris 16 m. flexor digitorum profundus 7 m. anconeus 17 straf collageen bindweefsel 8 m. supinator regular dense connective tissue 9 radius 18 referentiepunt 10 ulna reference point
structuren in deze coupes zijn in het computerprogramma Surfdriver (www.surfdriver.com) gemaakt en opgeslagen als een digitaal 3-D databestand. Er is begonnen met de benige delen. Met het computerprogramma en het databestand kan elk aanzicht worden gekozen en geprint als draadfiguur of oppervlaktestructuur (Fig. 37). Weergave van de draadfiguur is mogelijk met de optie “contourlijnen weergeven” (Fig. 37a). Dit is onoverzichtelijk en daarom is een dergelijke figuur onbruikbaar indien meer dan één structuur moet worden getekend. Er ontstaat een onbegrijpelijke kluwen van lijnen omdat zowel de voorzijde als achterzijde van de contouren worden afgebeeld. Bij gebruik van de optie “oppervlakken structuren weergeven” is het beeld dat het computerprogramma maakt ogenschijnlijk makkelijker te begrijpen, maar het heeft een onregelmatig oppervlak (Fig. 37b). Voor het ontstaan van deze onregelmatigheden is een aantal oorzaken: (1) de coupes zijn onderhevig aan verschillende mate
These projections are unclear and can not be used if more than one structure has to be drawn. The image is hard to interpret since both the front and the underlying parts of the outlines are shown. Especially, when a number of structures are shown a chaotic image results. When using the option “Display Surface”, the image produced by the computer is seemingly better to understand, but shows a lot of irregularities (Fig. 37b). There are a number of causes for these irregularities: (1) the slices are subject to different degrees of deformation during the production process (cutting and staining), (2) on each slice the contour of the structure must be indicated. This process is an interpretation of the person who performs this task and this can not be carried out unequivocally, (3) the scanning process (making the digital 3-D database) takes place with a certain degree of measuring 27
1
1
4
A
2
2
3
3 b
a Fig. 37
Computerprints van de draadfiguur (a) en oppervlaktestructuur (b) van de benige delen van de elleboog (lateraal aanzicht). Afbeeldingen zijn gemaakt met behulp van het programma Surfdriver. Het kraakbeen (A) is geel afgebeeld. Computer prints showing the outlines (a) and the surface (b) of the bones in the elbow region (lateral view). The images are made by the computer program Surfdriver. The articular cartilage (A) is shown in yellow. Fig. 37-39: 1 humerus 4 epicondylus lateralis humeri 2 radius 5 epicondylus medialis humeri 3 ulna
van vervorming tijdens het produktieproces (snijden en kleuren), (2) op elke coupe moet de contour van de structuur worden aangegeven. Dit proces is een interpretatie van de persoon die deze contour moet aangeven en is soms niet eenduidig te doen, (3) het scannen (opbouwen van het digitale 3-D databestand) vindt met een bepaalde mate van “meetruis” plaats. Vooral het onnauwkeurig innemen van de referentiepunten is een belangrijke bron voor het ontstaan van een onregelmatig oppervlak. De betreffende coupe ligt dan niet op de goede plaats in de serie en op alle structuren is bij die betreffende coupe in de reconstructie een onregelmatigheid te zien (Fig.37b). Het is de taak van de wetenschappelijk illustrator om de onregelmatigheden in het oppervlak op te sporen en te corrigeren. Maar zoals de computerafbeeldingen in dit hoofdstuk laten zien (Fig. 37b, 43 en 44) blijven er dan nog veel onregelmatigheden in het oppervlak over; te veel om de afbeelding te publiceren. Deze computerafbeeldingen kunnen slechts als “werktekening” dienen. Zij zijn dan ook de basis voor de uitgewerkte tekeningen in dit hoofdstuk, waarbij verdere aanpassingen noodzakelijk blijven.
errors. Especially a non-accurate positioning of the reference points is an important source of irregularities. The slice in question does not fit well in the series and this results in an irregularity in all structures of the reconstruction at the level of this slice. It is the task of the scientific illustrator to detect these irregularities in the surface and to correct them. However, the computer images in this chapter show that many irregularities still remain (Fig. 37b, 43, 44); too many to make the images suitable for publication. These computer images can thus only serve as a working sketch. They are the basis for the final drawings in this chapter, and further adaptations are necessary. A macroscopic anatomical slice can not reliably show connections between the tissues/structures, or the muscles can not be properly distinguished. For this reason the serial slice technique is used in combination with dissection and photography (Fig. 47). The functional connection of tissues and the connection between muscles determined during dissection are shown in some illustrations (Fig. 40, 41, 48 and 49). Also, structures that seem to be connected but in reality are not, can be corrected at this stage (Fig. 46a versus 45a). The drawing process starts with selecting an optimal 28
1
1
4 5
2 2 3 3 b
a
Fig. 38 Twee draadfiguren van het ellebooggewricht van lateraal (a) en mediaal (b) waarbij de achterzijde van de contouren weggelaten is. Two drawings of the lateral (a) and medial (b) view of the elbow joint based on the computer prints. The underlying outlines are hidden.
1 1
4 5
2 2 3
3 a
b
Fig. 39 Twee aquarellen van humerus, radius en ulna in de elleboogstreek in lateraal (a) en mediaal (b) aanzicht. Two illustrations in watercolour showing humerus, radius and ulna in the elbow region in lateral (a) and medial (b) view.
29
M. EXTENSOR CARPI RADIALIS BREVIS M. SUPINATOR M. EXTENSOR DIGITORUM M. EXTENSOR DIGITI MINIMI M. EXTENSOR CARPI ULNARIS M. ANCONEUS
Fig. 40
Potloodtekening van het ellebooggewricht met hierop aangegeven de positie van de extensoren. Pencil drawing of the elbow joint with the position of the extensors.
Van een coupe kan geen betrouwbare indruk worden gekregen van de samenhang van de weefsels/structuren, of soms kunnen spieren niet goed van elkaar worden onderscheiden. In het vakgebied anatomie wordt daarom de seriecoupe techniek gebruikt in combinatie met dissectie en fotografie (Fig. 47). De functionele samenhang van weefsels en de bij dissectie vastgestelde onderlinge ligging van de verschillende spieren is in sommige tekeningen aangegeven (Fig. 40, 41, 48 en 49). Ook het niet met elkaar verbonden zijn van structuren die in coupes één structuur lijken te zijn kan worden gecorrigeerd (Fig. 46a versus 45a). Het tekenproces begint met het kiezen van een optimaal
view which will clearly show the connective tissue structures of interest. In this chapter two views were selected to make the drawings; one view to illucidate the attachments of the extensor muscle fibres and one view for the flexor muscle fibres (Fig. 38 and 39). Next the wire figures of each structure in the selected view are used. The front side of the outlines is traced and copied onto transparent paper (Fig. 38a and b). In figure 39 these images have been converted into watercolour. By using genuine and authentic colours for the bones, the contrast with the symbolic colours of the computer reconstruction will be evident. In figures 40 and 41 the muscles involved with the attachment septa are added 30
M. PRONATOR TERES CAPUT ULNARE, HUMERALE M. FLEXOR CARPI RADIALIS M. FLEXOR DIGITORUM SUPERFICIALIS M. FLEXOR CARPI ULNARIS M. FLEXOR DIGITORUM PROFUNDUS
Fig. 41
Potloodtekening van het ellebooggewricht met hierop aangegeven de positie van de flexoren. Pencil drawing of the elbow joint with the position of the flexors.
aanzicht waarin vermoedelijk de aanhechtingsschotten van straf collageen bindweefsel goed zichtbaar zullen zijn. In dit hoofdstuk zijn slechts twee aanzichten gebruikt om tekeningen van te maken; één om de relatie in het extensoren deel duidelijk te maken en één om dit voor het flexoren deel te doen (Fig. 38 en 39). In de tweede stap wordt van het gekozen aanzicht de draadfiguur van elke structuur apart uitgeprint. De contouren worden overgenomen op een transparant papier waarbij de achterliggende contourdelen worden weggelaten (Fig. 38a en b). In figuur 39 is deze draadfiguur omgezet in een aquarel. Door natuurgetrouwe kleuren te gebruiken wordt het contrast zichtbaar met de in de
schematically to the pencil drawings of the bones. The outlines of the connective tissue have been fed into the computer the same way as those of the bones. They are devided in four to five parts, each with a specific symbolic colour (Fig. 42). This also enables separate displaying of the structures. The connective tissue structures are far more irregular than the bones. Their outlines are more difficult to determine on the macroscopic anatomical slices. Their true shape on the chosen views is therefore more difficult to determine than the shape of the bones (Fig. 44). For this reason, several different rotational views of the attachment septa have been made with the computer program Surfdriver (Fig. 43). With 31
computerreconstructie gebruikte symboolkleuren. In figuur 40 en 41 zijn de betrokken spieren schematisch toegevoegd aan potloodtekeningen van de botten. De contouren van de aanhechtingsschotten worden op dezelfde manier in de computer ingevoerd als de botten. Ze zijn opgedeeld in vier tot vijf delen, elk met hun eigen symboolkleur (Fig. 42). Dit maakt het mogelijk om de aanhechtingsschotten ook los van elkaar weertegeven. Ze hebben een contour die veel onregelmatiger is dan die van de botten en zijn op de macroscopische anatomische coupes moeilijker aan te geven dan de botten. De werkelijke vorm in het gekozen aanzicht is daarom niet zo eenvoudig vast te stellen als de vorm van een bot (Fig. 44). Om die reden zijn er met het computerprogramma Surfdriver van elk aanhechtingsschot aanzichten gemaakt met oppervlakteweergave vanuit verschillende richtingen (Fig. 43). Aan de hand van deze aanzichten is de draadfiguur van de aanhechtingsschotten in de gekozen aanzichten gecorrigeerd. Deze gecorrigeerde draadfiguur is de basis van de potloodtekeningen, eerst inclusief weergave van de draadfiguur op de solide structuren (Fig. 45) en daarna met de hoofdrichtingen van straf collageen bindweefselstrengen in de aanhechtingsschotten (Fig. 46). Deze vezelrichtingen worden ingetekend zoals die in het anatomisch preparaat tijdens dissectie zijn aangetroffen. Tijdens deze dissectie bleek ook dat een deel van een als één geheel ingenomen schot uit twee delen bestaat. Deze bevinding is ook in figuur 46 verwerkt. Vervolgens is van de schotten in relatie tot het ellebooggewricht een aquarel gemaakt (Fig. 48 en 49). Omdat het complexe structuren betreft zonder uitgesproken
these surface figures, the wire figures of the attachment septa on the chosen view are corrected. The corrected wire figures are the basis for pencil drawings whereby the wires first are included on the solid structures (Fig. 45) but are then removed, after which the main directions of the regular dense fibres in the attachment septa are indicated (Fig. 46). These fibre directions are drawn based upon the situation found in the dissected specimen (Fig. 47). It became evident that a part of the connective tissue that was fed into the computer as one structure, consists of two parts. This has been adjusted in figure 46. Subsequently, watercolours were made of the regular dense connective tissue in relation to the elbow joint (Fig. 48 and 49). Because of the complexity of the structures and the fact that they are not depicted in strong colours, their visability is enhanced when they are drawn separated from the surrounding structures. Therefore, the bones to which these structures are attached are visualised in a schematic way.
m. extensor carpi radialis brevis m. pronator teres m. extensor digitorum m. supinator
m. flexor carpi radialis
m. extensor carpi ulnaris m. flexor digitorum superficialis
m. anconeus
m. flexor carpi ulnaris
Fig. 42 Dwarsdoorsnede van de onderarm met hierin aangegeven de ingenomen bindweefselstructuren in symboolkleuren. Transversal slice of the forearm with regular dense attachment septa and their symbolic colours. 32
a
b
c
Fig. 43 Door in de computer de coördinaten van het gezichtspunt te veranderen verandert het aanzicht van de structuur. Het betreft hier de oppervlaktestructuur van benige delen met aanhechtingsschotten van de flexoren. By changing the co-ordinates in the computer the point of view of the structures is changed. It concerns the surface of the bones with the attachment septa of the flexors. a. mediaal aanzicht - medial view b. van distaal naar proximaal en gedeeltelijk lateraal - view from distal to proximal and partly lateral c. lateraal aanzicht, van distaal naar proximaal -lateral view, from distal to proximal
a
b
Fig. 44 Oppervlaktestructuur van de aanhechtingsschotten van straf collageen bindweefsel zoals weergegeven door het programma Surfdriver. In a is de laterale zijde zichtbaar en in b de mediale zijde. Surface of the regular dense connective tissue attachment septa visualised using the program Surfdriver. In a the lateral view is shown, in b the medial view.
kleuren komen ze het beste tot hun recht als ze los van hun omgeving worden bekeken. De benige delen die visueel belangrijk zijn bij de ruimtelijke interpretatie zijn daarom niet uitgewerkt, maar in vlak en lijn weergegeven. In figuur 50 en 51 zijn de spiervezelbundels toegevoegd van de spieren die met pijlen aangegeven zijn in de figuren 40 en 41. Met behulp van de laatste figuren kan worden aangege-
In figure 50 and 51 the muscular tissue of the muscles shown by arrows in figures 40 and 41 is added. These figures may be used to clarify the attachments of muscular fibres belonging to the muscles shown. These illustrations are an example of the possibilities of the computer. One illustration is a composition of scanned images of the watercolour showing the attachment septa, and pencil drawings based on surface images of 33
a
b
Fig. 45 De aanhechtingsschotten van straf collageen bindweefsel van de extensoren (a) en flexoren (b) ruimtelijk weergegeven in potlood met behulp van de draadfiguren. The regular dense connective tissue of the extensors (a) and flexors (b) in a perspective pencildrawing with wire figure.
a
b
Fig. 46 Ruimtelijke potloodtekeningen van de aanhechtingsschotten van straf collageen bindweefsel van de extensoren (a) en flexoren (b) met aanpassingen. Perspective drawings of the regular dense connective tissue of the extensors (a) and flexors (b) with adjustments. 34
1
2
a
1
2 3 2
b Fig. 47
Foto’s van het anatomische preparaat dat gebruikt is ter controle. Lateraal aanzicht waarbij in a de loge van de extensor digitorum geopend is en in b de spier uit deze loge is gehaald. Photographs of the dissected specimen that has been used for control. In figure a the extensor digitorum compartment and in b the connective tissue after the muscular tissue belly is put aside. Both in lateral view. 1 m. extensor digitorum 1 m. extensor digitorum superficialis 2 bindweefselschot 2 regular dense connective tissue 3 m. supinator 3 m. supinator
ven waar welke spieren in het straf collageen bindweefselcomplex aanhechten. De illustraties zijn een voorbeeld van de mogelijkheden die de computer biedt. Een illustratie is samengesteld uit gescande beelden van de aquarel van de bindweefselschotten, waaraan in de computer tekeningen van de spieren toegevoegd zijn. Een aantal tussenliggende coupes van de spieren zijn weggelaten om de relatie tussen bindweefselschotten en spiervezels duidelijk te maken. Met de laatste vier afbeeldingen kunnen voorspellingen gedaan worden over trekkrachtdoorleiding via pezen, spierweefsel en bindweefsel van extensoren en flexoren naar botten in de elleboogstreek.
the muscles made in Surfdriver (Fig. 50 and 51). Some intermediate slices of the muscles have been removed to show more clearly the relation between attachment septa and muscle fibres. With the last four illustrations, predictions can be made about pulling forces that pass on from the tendons in the wrist and fingers through the muscular tissue and connective tissue of extensors and flexors to the bones in the elbow region.
35
Fig. 48 Illustratie in kleur (aquarel) van de aanhechtingsschotten van straf collageen bindweefsel aan de laterale zijde van het ellebooggewricht. Illustration in watercolour of the attachment septa on the lateral side of the elbow joint.
36
Fig. 49 Illustratie in kleur (aquarel) van de aanhechtingsschotten van straf collageen bindweefsel aan de mediale zijde van het ellebooggewricht. Illustration in watercolour of the attachment septa on the medial side of the elbow joint.
37
a
b
c
d
Fig. 50 Surfdriver oppervlakte afbeelding van de spieren in relatie tot de botten (a) en van de schotten in relatie tot de spieren (b). c en d zijn bewerkingen van figuur 48 waarin de informatie uit a en b verwerkt is. Lateraal aanzicht. Surfdriver surface image of the muscles in relation to the bones (a), and the connective tissue in relation to the muscles (b). In c and d the information of a and b has been superimposed onto figure 48. Lateral view.
38
a
b
c
d
Fig. 50 Surfdriver oppervlakte afbeelding van de spieren in relatie tot de botten (a) en van de schotten in relatie tot de spieren (b). c en d zijn bewerking van figuur 49 waarin de informatie uit a en b verwerkt is. Mediaal aanzicht. Surfdriver surface image of the muscles in relation to the bones (a), and the connective tissue in relation to the muscles (b). In c and d the information of a and b has been superimposed onto figure 49. Medial view.
39
LITERATUURLIJST BIBLIOGRAPHY Bogduk, N. and Twomey, L.T. (1987) Clinical Anatomy of the Lumbar Spine. London: Churchill Livingstone. Bradford, D. (1997) Master Techniques in Orthopedic Surgery, The Spine. Philadelphia, Lippincott-Raven Publishers David, L. and Bassett, M.D. (1962) A Stereoscopic Atlas of Human Anatomy, Section VIII The Back. Portland, Oregon: Sawyer’s INC. Ellis, H., Logan, B. and Dixon, A. (1995) Human Cross-sectional Anatomy, atlas of bodysections and CT-images. Oxford; Butterworth-Heinemann Ltd. Ellis, H., Logan, B. and Dixon, A. (2001) Human Sectional Anatomy, pocket atlas of body sections, CT and MRI Images. London: Arnold. Lanz, T. and Wachsmuth, W. (1959) Praktische Anatomie, erster Band/ Dritter Teil Arm. Berlin: SpringerVerlag. Platzer, W. (1987) Pernkopf Anatomie, Atlas der topografischen und angewandten Anatomie des Menschen. München: Urban & Schwarzenberg. Putz, R. and Pabst, R. (1994) Sobotta Atlas van de menselijke anatomie. Houten: Bohn Stafleu Van Lochum. Von Hagen, G., Romrell, L.J., Ross, M.H. and Tiedemann, K. (1991) The visible Human Body, An atlas of sectional anatomy. London: Lea & Febiger. Woerdeman, M.W. (1985) Acta Morphologica Neerlando-Scandinavica, pp. 247-258. The Use of modern Imaging techniques (CT-scanning and NMR) in the study of the Locomotor Apparatus. H.van Mameren, A. Lataster, H.Rensema and J. Drukker. Lisse: Swets & Zeitlinger B.V. Sofamor Danek (1996) The spinal instrumentation. France: Sofamor Danek Europe.
