التخطيط الافتراضي ثلاثي الأبعاد قبل الجراحة في قطع العظم الفخذي القريب
Summary
يقدم هذا العمل بروتوكول تخطيط جراحي مفصل باستخدام تقنية 3D مع برامج مجانية مفتوحة المصدر. يمكن استخدام هذا البروتوكول لتحديد انقلاب الفخذ بشكل صحيح ومحاكاة قطع العظم الفخذي القريب لعلاج آلام الركبة الأمامية.
Abstract
آلام الركبة الأمامية (AKP) هي أمراض شائعة بين المراهقين والبالغين. زيادة انقلاب الفخذ (FAV) لها العديد من المظاهر السريرية ، بما في ذلك حزب العدالة والتنمية. هناك أدلة متزايدة على أن زيادة FAV تلعب دورا رئيسيا في نشأة حزب العدالة والتنمية. علاوة على ذلك ، تشير هذه الأدلة نفسها إلى أن قطع العظم الفخذي غير الدوراني مفيد لهؤلاء المرضى ، حيث تم الإبلاغ عن نتائج سريرية جيدة. ومع ذلك ، لا يستخدم هذا النوع من الجراحة على نطاق واسع بين جراحي العظام.
تتمثل الخطوة الأولى في جذب جراحي العظام إلى مجال قطع العظم الدوراني في منحهم منهجية تبسط التخطيط الجراحي قبل الجراحة وتسمح بالتصور المسبق لنتائج التدخلات الجراحية على أجهزة الكمبيوتر. تحقيقا لهذه الغاية ، يستخدم فريق العمل لدينا تقنية 3D. تعتمد مجموعة بيانات التصوير المستخدمة للتخطيط الجراحي على التصوير المقطعي المحوسب للمريض. هذه الطريقة 3D هي الوصول المفتوح (OA) ، مما يعني أنه في متناول أي جراح عظام دون أي تكلفة اقتصادية. علاوة على ذلك ، فإنه لا يسمح فقط بقياس التواء الفخذ ولكن أيضا لإجراء التخطيط الجراحي الافتراضي. ومن المثير للاهتمام ، أن هذه التقنية ثلاثية الأبعاد تظهر أن حجم قطع العظم الفخذي الدوراني بين المدور لا يمثل علاقة 1: 1 مع تصحيح التشوه. بالإضافة إلى ذلك ، تسمح هذه التقنية بتعديل قطع العظم بحيث تكون العلاقة بين حجم قطع العظم وتصحيح التشوه 1: 1. تحدد هذه الورقة بروتوكول 3D هذا.
Introduction
آلام الركبة الأمامية (AKP) هي مشكلة سريرية شائعة بين المراهقين والشباب. هناك مجموعة متزايدة من الأدلة على أن زيادة انقلاب الفخذ (FAV) تلعب دورا مهما في نشأة حزب العدالة والتنمية1،2،3،4،5،6،7،8،9،10،11. بالإضافة إلى ذلك ، تشير هذه الأدلة نفسها إلى أن قطع العظم الفخذي غير الدوراني مفيد لهؤلاء المرضى ، حيث تم الإبلاغ عن نتائج سريرية جيدة1،2،3،4،5،6،7،8،9،10،11. ومع ذلك ، لا يستخدم هذا النوع من الجراحة على نطاق واسع في الممارسة السريرية اليومية بين جراحي العظام ، وخاصة في حالات المراهقين والمرضى النشطين الشباب الذين يعانون من آلام الركبة الأمامية27 ، لأن العديد من الجوانب المثيرة للجدل تولد عدم اليقين. على سبيل المثال ، لوحظ أنه في بعض الأحيان لا يكون التصحيح الذي تم الحصول عليه بعد قطع العظم هو ما كان مخططا له مسبقا. أي أنه لا توجد دائما نسبة 1: 1 بين مقدار الدوران المخطط له عند إجراء قطع العظم ومقدار FAV المصحح. لم تتم دراسة هذه النتيجة حتى الآن. ولذلك، فهو موضوع هذه الورقة. لشرح التناقض بين حجم الدوران الذي يتم إجراؤه مع قطع العظم وحجم تصحيح FAV ، تم افتراض أن محور دوران العظم ومحور دوران عظم الفخذ قد لا يتزامن.
واحدة من المشاكل الرئيسية التي يجب معالجتها هي تحديد بدقة محور الفخذ للدوران ومحور دوران العظم. المحور الفخذي الأول هو المحور الفخذي الذي يتم قياسه على الأشعة المقطعية وقت تشخيص المريض ، بينما المحور الفخذي الثاني هو المحور الفخذي الذي يتم قياسه بعد إجراء قطع العظم. على مدى العقد الماضي ، أصبحت تقنية 3D ذات أهمية متزايدة في التخطيط قبل الجراحة ، وخاصة في جراحة العظام والكسور ، لتبسيط وتحسين التقنيات الجراحية15,16. دعم تطوير تقنية 3D إنشاء نماذج حيوية تشريحية تعتمد على اختبارات التصوير ثلاثية الأبعاد مثل التصوير المقطعي المحوسب ، حيث يمكن تكييف الغرسات الاصطناعية المخصصة17،18،19 ويمكن تشكيل لوحات تخليق العظام في حالة الكسور 20،21،22. بالإضافة إلى ذلك ، تم بالفعل استخدام التخطيط ثلاثي الأبعاد في الدراسات السابقة لتحليل أصل التشوه في التغيرات الالتوائية أحادية الجانب لعظم الفخذ14. حاليا ، هناك العديد من البرامج المجانية تماما والقابلة للتكيف مع معظم أجهزة الكمبيوتر وطابعات 3D في السوق ، مما يجعل هذه التكنولوجيا في متناول معظم الجراحين في العالم. يسمح هذا التخطيط 3D بالحساب الدقيق للمحور الأولي لدوران عظم الفخذ ومحور دوران عظم الفخذ بعد إجراء قطع العظم بين المدورين. الغرض الرئيسي من هذه الدراسة هو إثبات أن محور دوران العظم بين المدور الفخذي ومحور دوران عظم الفخذ لا يتطابقان. هذه التكنولوجيا 3D يجعل من الممكن تصور هذا التناقض بين المحاور وتصحيحه من خلال تعديل العظم. الهدف النهائي هو تحفيز اهتمام أكبر من جراحي العظام في هذا النوع من الجراحة.
يتم إجراء هذا البروتوكول مع منهجية 3D في أربع خطوات أساسية. أولا ، يتم تنزيل صور التصوير المقطعي المحوسب ، ويتم إنشاء النموذج الحيوي 3D من ملفات DICOM (التصوير الرقمي والاتصالات في الطب) للفحص المقطعي. تسمح الأشعة المقطعية عالية الجودة بنماذج بيولوجية أفضل ولكنها تعني أن المريض يتلقى المزيد من الإشعاعات المؤينة. بالنسبة للتخطيط الجراحي باستخدام النماذج الحيوية ، فإن جودة التصوير المقطعي المحوسب التقليدي كافية. تتكون صورة DICOM للفحص بالأشعة المقطعية من مجلد يحتوي على العديد من الملفات المختلفة ، مع ملف واحد لكل قطع CT. كل من هذه الملفات لا يحتوي فقط على المعلومات الرسومية لقطع CT ولكن أيضا البيانات الوصفية (البيانات المرتبطة بالصورة). لفتح الصورة ، من الضروري أن يكون لديك مجلد يحتوي على جميع ملفات السلسلة (CT). يتم استخراج النموذج الحيوي من مجموع الملفات.
ثانيا ، للحصول على النموذج الحيوي ثلاثي الأبعاد ، من الضروري تنزيل برنامج الكمبيوتر 3D Slicer ، وهو برنامج مفتوح المصدر به العديد من الأدوات المساعدة. علاوة على ذلك ، هذا هو برنامج الكمبيوتر الأكثر استخداما في مختبرات 3D الدولية وله ميزة كونه مجانيا تماما ويمكن تنزيله من صفحته الرئيسية. نظرا لأن هذا البرنامج عبارة عن عارض صور بالأشعة السينية ، يجب استيراد صورة DICOM إلى البرنامج.
ثالثا ، لن يتطابق النموذج الحيوي الأول الذي تم الحصول عليه باستخدام 3D Slicer مع النموذج النهائي ، لأنه ستكون هناك مناطق مثل طاولة التصوير المقطعي المحوسب أو العظام والأجزاء اللينة القريبة التي لا تهمك. يتم “تنظيف” النموذج الحيوي تلقائيا تقريبا باستخدام برنامج تصميم 3D ، MeshMixer ، والذي يمكن أيضا تنزيله مباشرة من موقعه الرسمي على الويب مجانا. أخيرا ، يتم حساب انقلاب الفخذ ، ويتم محاكاة قطع العظم باستخدام برنامج مجاني آخر من متجر Windows ، 3D Builder.
Protocol
Representative Results
Discussion
أهم نتيجة لهذه الدراسة هي أن تقنية 3D تسمح بتخطيط قطع العظم الفخذي الخارجي القريب. يمكن لهذه التقنية محاكاة الجراحة التي سيتم إجراؤها على مريض معين على الكمبيوتر. إنها تقنية بسيطة وقابلة للتكرار ومجانية تستخدم برامج قابلة للتكيف مع معظم أجهزة الكمبيوتر. قد تكون المشكلة الفنية الوحيدة هي أ?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ليس لدى المؤلفين أي اعترافات.
Materials
| 3D Builder | Microsoft Corporation, Washington, USA | open-source program; https://apps.microsoft.com/store/detail/3d-builder/9WZDNCRFJ3T6?hl=en-us&gl=us | |
| 3D Slicer | 3D Slicer Harvard Medical School, Massachusetts, USA | open-source program; https://download.slicer.org | |
| MeshMixer | Autodesk Inc | open-source program; https://meshmixer.com/download.html |
References
- Teitge, R. A. Does lower limb torsion matter. Techniques in Knee Surgery. 11 (3), 137-146 (2012).
- Teitge, R. A. The power of transverse plane limb mal-alignment in the genesis of anterior knee pain-Clinical relevance. Annals of Joint. 3, 70 (2018).
- Delgado, E. D., Schoenecker, P. L., Rich, M. M., Capelli, A. M. Treatment of severe torsional malalignment syndrome. Journal of Pediatric Orthopedics. 16 (4), 484-488 (1996).
- Bruce, W. D., Stevens, P. M. Surgical correction of miserable malalignment syndrome. Journal of Pediatric Orthopedics. 24 (4), 392-396 (2004).
- Teitge, R. A. Patellofemoral syndrome a paradigm for current surgical strategies. The Orthopedic Clinics of North America. 39 (3), 287-311 (2008).
- Leonardi, F., Rivera, F., Zorzan, A., Ali, S. M. Bilateral double osteotomy in severe torsional malalignment syndrome: 16 years follow-up. Journal of Orthopaedics and Traumatology. 15 (2), 131-136 (2014).
- Stevens, P. M., et al. Success of torsional correction surgery after failed surgeries for patellofemoral pain and instability. Strategies in Trauma and Limb Reconstruction. 9 (1), 5-12 (2014).
- Dickschas, J., Harrer, J., Reuter, B., Schwitulla, J., Strecker, W. Torsional osteotomies of the femur. Journal of Orthopaedic Research. 33 (3), 318-324 (2015).
- Naqvi, G., Stohr, K., Rehm, A. Proximal femoral derotation osteotomy for idiopathic excessive femoral anteversion and intoeing gait. SICOT-J. 3, (2017).
- Iobst, C. A., Ansari, A. Femoral derotational osteotomy using a modified intramedullary nail technique. Techniques in Orthopaedics. 33 (4), 267-270 (2018).
- Stambough, J. B., et al. Knee pain and activity outcomes after femoral derotation osteotomy for excessive femoral anteversion. Journal of Pediatric Orthopedics. 38 (10), 503-509 (2018).
- Murphy, S. B., Simon, S. R., Kijewski, P. K., Wilkinson, R. H., Griscom, N. T. Femoral anteversion. Journal of Bone and Joint Surgery. American Volume. 69 (8), 1169-1176 (1987).
- Gracia-Costa, C. . Análisis por elementos finitos de las presiones femoropatelares previas y posteriores a osteotomía desrrotadora. , (2019).
- Ferràs-Tarragó, J., Sanchis-Alfonso, V., Ramírez-Fuentes, C., Roselló-Añón, A., Baixauli-García, F. A 3D-CT Analysis of femoral symmetry-Surgical implications. Journal of Clinical Medicine. 9 (11), 3546 (2020).
- Chen, C., et al. Treatment of die-punch fractures with 3D printing technology. Journal of Investigative Surgery. 31 (5), 385-392 (2017).
- Wells, J., et al. Femoral morphology in the dysplastic hip: Three-dimensional characterizations with CT. Clinical and Orthopaedics and Related Research. 475 (4), 1045-1054 (2016).
- Liang, H., Ji, T., Zhang, Y., Wang, Y., Guo, W. Reconstruction with 3D-printed pelvic endoprostheses after resection of a pelvic tumour. The Bone and Joint Journal. 99-B (2), 267-275 (2017).
- Wang, B., et al. Computer-aided designed, three dimensional-printed hemipelvic prosthesis for peri-acetabular malignant bone tumour. International Orthopaedics. 42 (3), 687-694 (2018).
- Wong, K. C., Kumta, S., Geel, N. V., Demol, J. One-step reconstruction with a 3D-printed, biomechanically evaluated custom implant after complex pelvic tumor resection. Computed Aided Surgery. 20 (1), 14-23 (2015).
- Fang, C., et al. Surgical applications of three-dimensional printing in the pelvis and acetabulum: From models and tools to implants. Der Unfallchirurg. 122 (4), 278-285 (2019).
- Upex, P., Jouffroy, P., Riouallon, G. Application of 3D printing for treating fractures of both columns of the acetabulum: Benefit of pre-contouring plates on the mirrored healthy pelvis. Orthopaedics & Traumatology, Surgery & Research. 103 (3), 331-334 (2017).
- Xie, L., et al. Three-dimensional printing assisted ORIF versus conventional ORIF for tibial plateau fractures: A systematic review and meta-analysis. International Journal of Surgery. 57, 35-44 (2018).
- Scorcelletti, M., Reeves, N. D., Rittweger, J., Ireland, A. Femoral anteversion: Significance and measurement. Journal of Anatomy. 237 (5), 811-826 (2020).
- Seitlinger, G., Moroder, P., Scheurecker, G., Hofmann, S., Grelsamer, R. P. The contribution of different femur segments to overall femoral torsion. The American Journal of Sports Medicine. 44 (7), 1796-1800 (2016).
- Kaiser, P., Attal, R., Kammerer, M. Significant differences in femoral torsion values depending on the CT measurement technique. Archives of Orthopaedic and Trauma Surgery. 136 (9), 1259-1264 (2016).
- Schmaranzer, F., Lerch, T. D., Siebenrock, K. A. Differences in femoral torsion among various measurement methods increase in hips with excessive femoral torsion. Clinical Orthopaedics and Related Research. 477 (5), 1073-1083 (2019).
- Sanchis-Alfonso, V., Domenech-Fernandez, J., Ferras-Tarrago, J., Rosello-Añon, A., Teitge, R. A. The incidence of complications after derotational femoral and/or tibial osteotomies in patellofemoral disorders in adolescents and active young patients: A systematic review with meta-analysis. Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy. 30 (10), 3515-3525 (2022).
