Pianificazione virtuale preoperatoria tridimensionale nell'osteotomia femorale prossimale derotazionale

Summary

Questo lavoro presenta un protocollo dettagliato di pianificazione chirurgica utilizzando la tecnologia 3D con software open source gratuito. Questo protocollo può essere utilizzato per quantificare correttamente l’anteversione femorale e simulare l’osteotomia femorale prossimale derotazionale per il trattamento del dolore anteriore al ginocchio.

Abstract

Il dolore anteriore al ginocchio (AKP) è una patologia comune tra adolescenti e adulti. L’aumento dell’anteversione femorale (FAV) ha molte manifestazioni cliniche, tra cui l’AKP. Vi è una crescente evidenza che l’aumento del FAV gioca un ruolo importante nella genesi dell’AKP. Inoltre, questa stessa evidenza suggerisce che l’osteotomia femorale derotazionale è benefica per questi pazienti, poiché sono stati riportati buoni risultati clinici. Tuttavia, questo tipo di chirurgia non è ampiamente utilizzato tra i chirurghi ortopedici.

Il primo passo per attirare i chirurghi ortopedici nel campo dell’osteotomia rotazionale è fornire loro una metodologia che semplifichi la pianificazione chirurgica preoperatoria e consenta la previsualizzazione dei risultati degli interventi chirurgici su computer. A tal fine, il nostro gruppo di lavoro utilizza la tecnologia 3D. Il set di dati di imaging utilizzato per la pianificazione chirurgica si basa su una TAC del paziente. Questo metodo 3D è ad accesso aperto (OA), il che significa che è accessibile a qualsiasi chirurgo ortopedico senza costi economici. Inoltre, non solo consente la quantificazione della torsione femorale, ma anche di eseguire la pianificazione chirurgica virtuale. È interessante notare che questa tecnologia 3D mostra che l’entità dell’osteotomia femorale rotazionale intertrocanterica non presenta una relazione 1: 1 con la correzione della deformità. Inoltre, questa tecnologia consente la regolazione dell’osteotomia in modo che la relazione tra l’entità dell’osteotomia e la correzione della deformità sia 1: 1. Questo documento descrive questo protocollo 3D.

Introduction

Il dolore anteriore al ginocchio (AKP) è un problema clinico comune tra adolescenti e giovani adulti. C’è un crescente numero di prove che l’aumento dell’anteversione femorale (FAV) gioca un ruolo importante nella genesi di AKP 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 . Inoltre, questa stessa evidenza suggerisce che un’osteotomia femorale derotazionale è benefica per questi pazienti, poiché sono stati riportati buoni risultati clinici 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 . Tuttavia, questo tipo di chirurgia non è ampiamente utilizzato nella pratica clinica quotidiana tra i chirurghi ortopedici, soprattutto nei casi di adolescenti e giovani pazienti attivi con dolore al ginocchio anteriore²⁷, perché i molti aspetti controversi generano incertezza. Ad esempio, è stato osservato che a volte la correzione ottenuta dopo l’osteotomia non è quella precedentemente pianificata. Cioè, non c’è sempre un rapporto 1: 1 tra la quantità di rotazione pianificata durante l’esecuzione dell’osteotomia e la quantità di FAV corretta. Questo risultato non è stato studiato fino ad oggi. Pertanto, è l’argomento del presente documento. Per spiegare la discrepanza tra l’entità della rotazione eseguita con l’osteotomia e l’entità della correzione della FAV, è stato ipotizzato che l’asse di rotazione dell’osteotomia e l’asse di rotazione del femore potrebbero non coincidere.

Uno dei principali problemi da affrontare è localizzare con precisione l’asse di rotazione del femore e l’asse di rotazione dell’osteotomia. Il primo asse femorale è l’asse femorale misurato sulla TAC al momento della diagnosi del paziente, mentre il secondo asse femorale è l’asse femorale misurato dopo aver eseguito l’osteotomia. Nell’ultimo decennio, la tecnologia 3D è diventata sempre più importante nella pianificazione preoperatoria, in particolare in chirurgia ortopedica e traumatologia, per semplificare e ottimizzare le tecniche chirurgiche^15,16. Lo sviluppo della tecnologia 3D ha supportato la creazione di biomodelli anatomici basati su test di imaging 3D come la TC, in cui gli impianti protesici personalizzati possono essere adattati^17,18,19 e le piastre di osteosintesi possono essere modellate in caso di fratture ^20,21,22. Inoltre, la pianificazione 3D è già stata utilizzata in studi precedenti per analizzare l’origine della deformità nelle alterazioni torsionali unilaterali del femore¹⁴. Attualmente, ci sono diversi programmi software che sono completamente gratuiti e adattabili alla maggior parte dei computer e stampanti 3D sul mercato, rendendo questa tecnologia facilmente accessibile alla maggior parte dei chirurghi del mondo. Questa pianificazione 3D consente il calcolo accurato dell’asse di rotazione iniziale del femore e dell’asse di rotazione del femore dopo l’esecuzione dell’osteotomia intertrocanterica. Lo scopo principale di questo studio è dimostrare che l’asse di rotazione dell’osteotomia intertrocanterica femorale e l’asse di rotazione del femore non coincidono. Questa tecnologia 3D consente di visualizzare questa discrepanza tra gli assi e correggerla attraverso una regolazione dell’osteotomia. L’obiettivo finale è quello di stimolare un maggiore interesse da parte dei chirurghi ortopedici in questo tipo di chirurgia.

Questo protocollo con metodologia 3D è condotto in quattro passaggi fondamentali. In primo luogo, vengono scaricate le immagini TC e il biomodello 3D viene creato dai file DICOM (Digital Imaging and Communication in Medicine) della scansione TC. Le scansioni TC di qualità superiore consentono biomodelli migliori, ma significano che il paziente riceve più radiazioni ionizzanti. Per la pianificazione chirurgica con biomodelli, la qualità della TC convenzionale è sufficiente. L’immagine DICOM di una scansione CT è costituita da una cartella con molti file diversi, con un file per ogni taglio CT effettuato. Ognuno di questi file contiene non solo le informazioni grafiche del taglio CT, ma anche i metadati (dati associati all’immagine). Per aprire l’immagine, è essenziale avere una cartella con tutti i file della serie (il CT). Il biomodello viene estratto dalla totalità dei file.

In secondo luogo, per ottenere il biomodello 3D, è necessario scaricare il programma per computer 3D Slicer, un programma open source con molte utilità. Inoltre, questo è il software per computer più utilizzato nei laboratori 3D internazionali e ha il vantaggio di essere completamente gratuito e scaricabile dalla sua pagina principale. Poiché questo software è un visualizzatore di immagini a raggi X, l’immagine DICOM deve essere importata nel programma.

In terzo luogo, il primo biomodello ottenuto con 3D Slicer non corrisponderà a quello definitivo, perché ci saranno regioni come la tabella CT o ossa e parti molli nelle vicinanze che non sono di interesse. Il biomodello viene “pulito” quasi automaticamente con il software di progettazione 3D, MeshMixer, che può anche essere scaricato direttamente dal suo sito ufficiale gratuitamente. Infine, viene calcolata l’anteversione femorale e l’osteotomia viene simulata utilizzando un altro software gratuito di Windows Store, 3D Builder.

Protocol

Lo studio è stato approvato dal comitato etico della nostra istituzione (riferimento 2020-277-1). I pazienti hanno firmato il consenso informato alla scansione TC. 1. Download delle immagini CT Accedi a un sistema di archiviazione e comunicazione delle immagini (PACS).NOTA: ogni pacchetto software ha un modo diverso di accedere a un PACS, ma tutti hanno un modo per scaricare uno studio nel formato DICOM. Se c’è una domanda su come questo è fatto, chiedi all’am…

Representative Results

L’anteversione femorale può essere misurata con diversi metodi. Alcuni di loro si concentrano sul collo del femore, usando la linea che passa attraverso il centro del collo e una che passa attraverso i condili femorali come riferimenti. Altri aggiungono un terzo punto di riferimento al piccolo trocantere23. Il metodo di Murphy, che è il più affidabile nella pratica clinica perché ha la migliore relazione clinico-radiologica, è uno di questi metodi che utilizza un terzo punto di riferimento<su…

Discussion

La scoperta più importante di questo studio è che la tecnologia 3D consente la pianificazione dell’osteotomia femorale derotazionale esterna prossimale. Questa tecnologia può simulare l’intervento chirurgico che deve essere eseguito su un paziente specifico sul computer. È una tecnica semplice, riproducibile e gratuita che utilizza software adattabile alla maggior parte dei computer. L’unico problema tecnico potrebbe essere che il software di creazione 3D funziona solo con il sistema operativo Windows. Il limite prin…

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