Derotasyonel Proksimal Femoral Osteotomide Üç Boyutlu Preoperatif Sanal Planlama
Summary
Bu çalışma, ücretsiz açık kaynaklı yazılım ile 3D teknolojisini kullanan ayrıntılı bir cerrahi planlama protokolü sunmaktadır. Bu protokol, femoral anteversiyon ölçümünü doğru bir şekilde ölçmek ve ön diz ağrısının tedavisi için derotasyonel proksimal femoral osteotomiyi simüle etmek için kullanılabilir.
Abstract
Ön diz ağrısı (AKP) adolesan ve erişkinler arasında sık görülen bir patolojidir. Artmış femoral anteversiyon (FAV) AKP de dahil olmak üzere birçok klinik bulguya sahiptir. FAV’ın artmasının AKP’nin oluşumunda önemli bir rol oynadığına dair kanıtlar artmaktadır. Ayrıca, aynı kanıtlar, iyi klinik sonuçlar bildirildiği için derotasyonel femoral osteotominin bu hastalar için yararlı olduğunu göstermektedir. Bununla birlikte, bu tip ameliyatlar ortopedik cerrahlar arasında yaygın olarak kullanılmamaktadır.
Ortopedik cerrahları rotasyonel osteotomi alanına çekmenin ilk adımı, onlara ameliyat öncesi cerrahi planlamayı basitleştiren ve cerrahi müdahalelerin sonuçlarının bilgisayarlarda önceden görselleştirilmesine izin veren bir metodoloji vermektir. Bu amaçla, çalışma grubumuz 3D teknolojisini kullanmaktadır. Cerrahi planlama için kullanılan görüntüleme veri kümesi, hastanın BT taramasına dayanmaktadır. Bu 3D yöntem açık erişimlidir (OA), yani herhangi bir ortopedik cerrah tarafından hiçbir ekonomik maliyet olmadan erişilebilir. Ayrıca, sadece femoral torsiyonun nicelleştirilmesine değil, aynı zamanda sanal cerrahi planlamanın yapılmasına da izin verir. İlginç bir şekilde, bu 3D teknolojisi, intertrokanterik rotasyonel femoral osteotominin büyüklüğünün, deformitenin düzeltilmesi ile 1: 1 arasında bir ilişki göstermediğini göstermektedir. Ek olarak, bu teknoloji osteotominin ayarlanmasına izin verir, böylece osteotominin büyüklüğü ile deformitenin düzeltilmesi arasındaki ilişki 1: 1’dir. Bu makale bu 3B protokolünü özetlemektedir.
Introduction
Ön diz ağrısı (AKP) adolesan ve genç erişkinlerde sık görülen bir klinik sorundur. Artmış femoral anteversiyon (FAV)’nin AKP’nin oluşumunda önemli bir rol oynadığına dair giderek artan sayıda kanıt vardır 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 . Ek olarak, aynı kanıt, iyi klinik sonuçlar bildirildiği için derotasyonel femoral osteotominin bu hastalar için yararlı olduğunu göstermektedir 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 . Bununla birlikte, bu tip cerrahi, ortopedik cerrahlar arasında günlük klinik pratikte, özellikle de ön diz ağrısı olan ergenler ve genç aktif hastalarda yaygın olarak kullanılmamaktadır27, çünkü birçok tartışmalı yön belirsizlik yaratmaktadır. Örneğin, bazen osteotomi sonrası elde edilen düzeltmenin daha önce planlandığı gibi olmadığı gözlemlenmiştir. Yani, osteotomi yapılırken planlanan rotasyon miktarı ile düzeltilen FAV miktarı arasında her zaman 1: 1’lik bir oran yoktur. Bu bulgu bugüne kadar çalışılmamıştır. Bu nedenle, bu makalenin konusudur. Osteotomi ile yapılan rotasyonun büyüklüğü ile FAV’ın düzeltilmesinin büyüklüğü arasındaki tutarsızlığı açıklamak için, osteotominin dönme ekseni ile femurun dönme ekseninin çakışmayabileceği varsayılmıştır.
Ele alınması gereken ana problemlerden biri, femoral rotasyon eksenini ve osteotominin dönme eksenini doğru bir şekilde bulmaktır. Birinci femoral eksen hastanın tanı anında BT taramasında ölçülen femoral eksen, ikinci femoral eksen ise osteotomi yapıldıktan sonra ölçülen femoral eksendir. Son on yılda, 3D teknolojisi, cerrahi teknikleri basitleştirmek ve optimize etmek için ameliyat öncesi planlamada, özellikle ortopedik cerrahi ve travmatolojide giderek daha önemli hale gelmiştir15,16. 3D teknolojisinin gelişmesi, BT gibi 3D görüntüleme testlerine dayalı, özelleştirilmiş protez implantların uyarlanabildiği 17,18,19 ve kırık durumunda osteosentez plakalarının kalıplanabildiği anatomik biyomodellerin oluşturulmasını desteklemiştir 20,21,22. Ek olarak, femur14’ün tek taraflı torsiyonel değişikliklerinde deformitenin kökenini analiz etmek için önceki çalışmalarda 3D planlama zaten kullanılmıştır. Şu anda, piyasadaki çoğu bilgisayara ve 3D yazıcıya tamamen ücretsiz ve uyarlanabilir birkaç yazılım programı vardır, bu da bu teknolojiyi dünyadaki çoğu cerrah için kolayca erişilebilir hale getirmektedir. Bu 3D planlama, intertrokanterik osteotomi yapıldıktan sonra femurun başlangıç dönme ekseninin ve femurun dönme ekseninin doğru bir şekilde hesaplanmasını sağlar. Bu çalışmanın temel amacı, femoral intertrokanterik osteotominin rotasyon ekseni ile femurun dönme ekseninin örtüşmediğini göstermektir. Bu 3D teknolojisi, eksenler arasındaki bu tutarsızlığı görselleştirmeyi ve osteotominin ayarlanmasıyla düzeltmeyi mümkün kılar. Nihai amaç, ortopedik cerrahların bu tür ameliyatlara daha fazla ilgi duymasını sağlamaktır.
3D metodolojiye sahip bu protokol dört temel adımda gerçekleştirilir. İlk olarak, BT görüntüleri indirilir ve 3D biyomodel, BT taramasının DICOM (Tıpta Dijital Görüntüleme ve İletişim) dosyalarından oluşturulur. Daha yüksek kaliteli BT taramaları daha iyi biyomodellere izin verir, ancak hastanın daha fazla iyonlaştırıcı radyasyon aldığı anlamına gelir. Biyomodellerle cerrahi planlama için konvansiyonel BT’nin kalitesi yeterlidir. BT taramasının DICOM görüntüsü, yapılan her BT kesimi için bir dosya ile birçok farklı dosya içeren bir klasörden oluşur. Bu dosyaların her biri yalnızca CT kesiminin grafik bilgilerini değil, aynı zamanda meta verileri (görüntüyle ilişkili veriler) de içerir. Görüntüyü açmak için, serinin tüm dosyalarını (CT) içeren bir klasöre sahip olmak önemlidir. Biyomodel, dosyaların toplamından çıkarılır.
İkincisi, 3D biyomodeli elde etmek için, birçok yardımcı programa sahip açık kaynaklı bir program olan 3D Slicer bilgisayar programını indirmek gerekir. Ayrıca, uluslararası 3D laboratuvarlarında en çok kullanılan bilgisayar yazılımıdır ve tamamen ücretsiz ve ana sayfasından indirilebilir olma avantajına sahiptir. Bu yazılım bir X-ışını görüntü görüntüleyici olduğundan, DICOM görüntüsünün programa aktarılması gerekir.
Üçüncüsü, 3D Dilimleyici ile elde edilen ilk biyomodel kesin olanla eşleşmeyecektir, çünkü BT tablosu veya kemikler ve yumuşak parçalar gibi ilgi çekici olmayan bölgeler olacaktır. Biyomodel, doğrudan resmi web sitesinden ücretsiz olarak indirilebilen 3D tasarım yazılımı MeshMixer ile neredeyse otomatik olarak “temizlenir”. Son olarak, femoral anteversiyon hesaplanır ve osteotomi, Windows Mağazası’ndan başka bir ücretsiz yazılım olan 3D Builder kullanılarak simüle edilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu çalışmanın en önemli bulgusu, 3D teknolojisinin proksimal eksternal derotasyonel femoral osteotominin planlanmasına olanak sağlamasıdır. Bu teknoloji, bilgisayarda belirli bir hastaya yapılacak ameliyatı simüle edebilir. Çoğu bilgisayara uyarlanabilen yazılımı kullanan basit, tekrarlanabilir ve ücretsiz bir tekniktir. Tek teknik sorun, 3D oluşturucu yazılımının yalnızca Windows işletim sistemiyle çalışması olabilir. En büyük sınırlama öğrenme eğrisidir. Bu protokol hala ön çalış…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarların herhangi bir onayı yoktur.
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 |
Referências
- 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).
