В этой работе представлен подробный протокол хирургического планирования с использованием 3D-технологий с бесплатным программным обеспечением с открытым исходным кодом. Этот протокол может быть использован для правильной количественной оценки антеверсии бедренной кости и моделирования деротационной проксимальной остеотомии бедренной кости для лечения боли в передней части колена.
Боль в переднем колене (АКП) является распространенной патологией среди подростков и взрослых. Повышенная антеверсия бедренной кости (FAV) имеет множество клинических проявлений, включая AKP. Появляется все больше доказательств того, что увеличение FAV играет важную роль в генезисе ПСР. Кроме того, эти же данные свидетельствуют о том, что деротационная остеотомия бедренной кости полезна для этих пациентов, поскольку сообщалось о хороших клинических результатах. Однако этот вид хирургического вмешательства не получил широкого распространения среди хирургов-ортопедов.
Первым шагом в привлечении хирургов-ортопедов в область ротационной остеотомии является предоставление им методики, упрощающей предоперационное хирургическое планирование и позволяющей предварительно визуализировать результаты хирургических вмешательств на компьютерах. Для этого наша рабочая группа использует 3D-технологии. Набор данных визуализации, используемый для хирургического планирования, основан на компьютерной томографии пациента. Этот 3D-метод имеет открытый доступ (OA), что означает, что он доступен любому хирургу-ортопеду без каких-либо экономических затрат. Кроме того, он позволяет не только количественно оценить перекрут бедренной кости, но и провести виртуальное хирургическое планирование. Интересно, что эта 3D-технология показывает, что величина межвертельной ротационной остеотомии бедренной кости не представляет соотношения 1:1 с коррекцией деформации. Кроме того, эта технология позволяет корректировать остеотомию таким образом, чтобы соотношение между величиной остеотомии и коррекцией деформации составляло 1:1. В этой статье описывается этот 3D-протокол.
Боль в передней части колена (AKP) является распространенной клинической проблемой среди подростков и молодых людей. Появляется все больше доказательств того, что повышенная антеверсия бедренной кости (FAV) играет важную роль в генезисе AKP 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 . Кроме того, эти же данные свидетельствуют о том, что деротационная остеотомия бедренной кости полезна для этих пациентов, поскольку были зарегистрированы хорошие клинические результаты 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 . Однако этот тип хирургического вмешательства не получил широкого распространения в повседневной клинической практике хирургов-ортопедов, особенно в случаях подростков и молодых активных пациентов с болью в передней части колена27, поскольку многие спорные аспекты порождают неопределенность. Например, было замечено, что иногда коррекция, полученная после остеотомии, не такая, как планировалось ранее. То есть не всегда существует соотношение 1:1 между величиной вращения, запланированной при выполнении остеотомии, и величиной скорректированного FAV. Этот вывод до настоящего времени не изучен. Таким образом, он является предметом настоящего документа. Чтобы объяснить несоответствие величины вращения, выполняемого при остеотомии, и величины коррекции FAV, была выдвинута гипотеза, что ось вращения остеотомии и ось вращения бедренной кости могут не совпадать.
Одной из основных проблем, требующих решения, является точное определение оси вращения бедренной кости и оси вращения остеотомии. Первая бедренная ось — это бедренная ось, измеренная на компьютерной томографии во время постановки диагноза пациенту, а вторая бедренная ось — это бедренная ось, измеренная после выполнения остеотомии. За последнее десятилетие 3D-технологии приобретают все большее значение в предоперационном планировании, особенно в ортопедической хирургии и травматологии, для упрощения и оптимизации хирургических методов15,16. Развитие 3D-технологий поддержало создание анатомических биомоделей на основе тестов 3D-визуализации, таких как КТ, в которых индивидуальные ортопедические имплантаты могут быть адаптированы17,18,19, а пластины остеосинтеза могут быть отлиты в случае переломов20,21,22. Кроме того, 3D-планирование уже использовалось в предыдущих исследованиях для анализа происхождения деформации при односторонних торсионных изменениях бедренной кости14. В настоящее время существует несколько программ, которые полностью бесплатны и адаптируются к большинству компьютеров и 3D-принтеров на рынке, что делает эту технологию легко доступной для большинства хирургов в мире. Это 3D-планирование позволяет точно рассчитать начальную ось вращения бедренной кости и ось вращения бедренной кости после выполнения межвертельной остеотомии. Основная цель данного исследования – продемонстрировать, что ось вращения бедренной межвертельной остеотомии и ось вращения бедренной кости не совпадают. Эта 3D-технология позволяет визуализировать это несоответствие между осями и исправить его с помощью регулировки остеотомии. Конечная цель состоит в том, чтобы стимулировать больший интерес со стороны хирургов-ортопедов к этому типу хирургии.
Этот протокол с 3D-методологией проводится в четыре основных этапа. Сначала загружаются снимки КТ, и создается 3D-биомодель из файлов DICOM (Digital Imaging and Communication in Medicine) компьютерной томографии. Более качественная компьютерная томография позволяет получить лучшие биомодели, но означает, что пациент получает больше ионизирующего излучения. Для хирургического планирования с использованием биомоделей достаточно качества обычной КТ. DICOM-изображение компьютерной томографии состоит из папки с множеством различных файлов, по одному файлу для каждого сделанного разреза КТ. Каждый из этих файлов содержит не только графическую информацию о разрезе КТ, но и метаданные (данные, связанные с изображением). Чтобы открыть изображение, необходимо иметь папку со всеми файлами серии (CT). Биомодель извлекается из совокупности файлов.
Во-вторых, чтобы получить 3D-биомодель, необходимо загрузить компьютерную программу 3D Slicer, программу с открытым исходным кодом и множеством утилит. Кроме того, это наиболее широко используемое компьютерное программное обеспечение в международных 3D-лабораториях, которое имеет то преимущество, что оно совершенно бесплатно и может быть загружено с его главной страницы. Поскольку это программное обеспечение является средством просмотра рентгеновских изображений, изображение DICOM должно быть импортировано в программу.
В-третьих, первая биомодель, полученная с помощью 3D Slicer, не будет совпадать с окончательной, потому что поблизости будут такие области, как стол КТ или кости и мягкие части, которые не представляют интереса. Биомодель «очищается» почти автоматически с помощью программного обеспечения для 3D-дизайна MeshMixer, которое также можно бесплатно загрузить прямо с официального сайта. Наконец, вычисляется антеверсия бедренной кости, и остеотомия моделируется с помощью другого бесплатного программного обеспечения из Магазина Windows, 3D Builder.
Наиболее важным выводом этого исследования является то, что 3D-технология позволяет планировать проксимальную наружную деротационную остеотомию бедренной кости. Эта технология может имитировать операцию, которая должна быть выполнена на конкретном пациенте на компьютере. Это проста?…
The authors have nothing to disclose.
У авторов нет благодарностей.
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 |