Driedimensionale preoperatieve virtuele planning bij derotatie proximale femorale osteotomie
Summary
Dit werk presenteert een gedetailleerd chirurgisch planningsprotocol met behulp van 3D-technologie met gratis open-source software. Dit protocol kan worden gebruikt om femorale anteversie correct te kwantificeren en derotationele proximale femorale osteotomie te simuleren voor de behandeling van anterieure kniepijn.
Abstract
Anterieure kniepijn (AKP) is een veel voorkomende pathologie bij adolescenten en volwassenen. Verhoogde femorale anteversie (FAV) heeft veel klinische manifestaties, waaronder AKP. Er zijn steeds meer aanwijzingen dat verhoogde FAV een belangrijke rol speelt in het ontstaan van AKP. Bovendien suggereert ditzelfde bewijs dat derotationele femorale osteotomie gunstig is voor deze patiënten, omdat er goede klinische resultaten zijn gemeld. Dit type operatie wordt echter niet veel gebruikt bij orthopedisch chirurgen.
De eerste stap in het aantrekken van orthopedische chirurgen op het gebied van rotatie-osteotomie is om hen een methodologie te geven die preoperatieve chirurgische planning vereenvoudigt en de previsualisatie van de resultaten van chirurgische ingrepen op computers mogelijk maakt. Daarvoor maakt onze werkgroep gebruik van 3D-technologie. De beeldvormende dataset die wordt gebruikt voor chirurgische planning is gebaseerd op een CT-scan van de patiënt. Deze 3D-methode is open access (OA), wat betekent dat het toegankelijk is voor elke orthopedisch chirurg zonder economische kosten. Bovendien maakt het niet alleen de kwantificering van femorale torsie mogelijk, maar ook voor het uitvoeren van virtuele chirurgische planning. Interessant is dat deze 3D-technologie aantoont dat de grootte van de intertrochantere rotatie femorale osteotomie geen 1:1 relatie vertoont met de correctie van de misvorming. Bovendien maakt deze technologie het mogelijk om de osteotomie aan te passen, zodat de relatie tussen de grootte van de osteotomie en de correctie van de misvorming 1:1 is. Dit artikel schetst dit 3D-protocol.
Introduction
Anterieure kniepijn (AKP) is een veel voorkomend klinisch probleem bij adolescenten en jongvolwassenen. Er is een groeiend aantal aanwijzingen dat verhoogde femorale anteversie (FAV) een belangrijke rol speelt bij het ontstaan van AKP 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 . Bovendien suggereert ditzelfde bewijs dat een derotationele femorale osteotomie gunstig is voor deze patiënten, aangezien goede klinische resultaten zijn gemeld 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 . Dit type operatie wordt echter niet veel gebruikt in de dagelijkse klinische praktijk onder orthopedisch chirurgen, vooral in het geval van adolescenten en jonge actieve patiënten met voorste kniepijn27, omdat de vele controversiële aspecten onzekerheid veroorzaken. Er is bijvoorbeeld waargenomen dat de correctie verkregen na de osteotomie soms niet is wat eerder was gepland. Dat wil zeggen, er is niet altijd een verhouding van 1: 1 tussen de hoeveelheid rotatie die is gepland bij het uitvoeren van de osteotomie en de hoeveelheid FAV gecorrigeerd. Deze bevinding is tot op heden niet onderzocht. Daarom is het het onderwerp van dit document. Om de discrepantie tussen de grootte van de rotatie uitgevoerd met de osteotomie en de grootte van de correctie van FAV te verklaren, werd verondersteld dat de rotatieas van de osteotomie en de rotatieas van het dijbeen mogelijk niet samenvallen.
Een van de belangrijkste problemen die moeten worden aangepakt, is het nauwkeurig lokaliseren van de femorale rotatieas en de rotatieas van de osteotomie. De eerste femorale as is de femorale as gemeten op de CT-scan op het moment van de diagnose van de patiënt, terwijl de tweede femorale as de femorale as is die wordt gemeten na het uitvoeren van de osteotomie. In het afgelopen decennium is 3D-technologie steeds belangrijker geworden in preoperatieve planning, vooral in orthopedische chirurgie en traumatologie, voor het vereenvoudigen en optimaliseren van chirurgische technieken15,16. De ontwikkeling van 3D-technologie heeft de creatie van anatomische biomodellen ondersteund op basis van 3D-beeldvormingstests zoals CT, waarbij op maat gemaakte prothetische implantaten kunnen worden aangepast17,18,19 en osteosyntheseplaten kunnen worden gegoten in het geval van fracturen20,21,22. Bovendien is 3D-planning al gebruikt in eerdere studies om de oorsprong van de misvorming in unilaterale torsieveranderingen van het dijbeente analyseren 14. Momenteel zijn er verschillende softwareprogramma’s die volledig gratis en aanpasbaar zijn aan de meeste computers en 3D-printers op de markt, waardoor deze technologie gemakkelijk toegankelijk is voor de meeste chirurgen ter wereld. Deze 3D-planning maakt de nauwkeurige berekening mogelijk van de initiële rotatieas van het dijbeen en de rotatieas van het dijbeen nadat de intertrochantere osteotomie is uitgevoerd. Het belangrijkste doel van deze studie is om aan te tonen dat de rotatieas van de femorale intertrochanterische osteotomie en de rotatieas van het dijbeen niet samenvallen. Deze 3D-technologie maakt het mogelijk om deze discrepantie tussen de assen te visualiseren en te corrigeren door een aanpassing van de osteotomie. Het uiteindelijke doel is om een grotere interesse van orthopedisch chirurgen voor dit soort operaties te stimuleren.
Dit protocol met een 3D-methodologie wordt uitgevoerd in vier fundamentele stappen. Eerst worden CT-beelden gedownload en wordt het 3D-biomodel gemaakt van de DICOM-bestanden (Digital Imaging and Communication in Medicine) van de CT-scan. CT-scans van hogere kwaliteit maken betere biomodellen mogelijk, maar betekenen dat de patiënt meer ioniserende straling ontvangt. Voor chirurgische planning met biomodellen is de kwaliteit van conventionele CT voldoende. Het DICOM-beeld van een CT-scan bestaat uit een map met veel verschillende bestanden, met één bestand voor elke gemaakte CT-snede. Elk van deze bestanden bevat niet alleen de grafische informatie van de CT-cut, maar ook de metadata (gegevens die aan de afbeelding zijn gekoppeld). Om de afbeelding te openen, is het essentieel om een map te hebben met alle bestanden van de serie (de CT). Het biomodel wordt geëxtraheerd uit de totaliteit van de bestanden.
Ten tweede, om het 3D-biomodel te verkrijgen, is het noodzakelijk om het 3D Slicer-computerprogramma te downloaden, een open-source programma met veel hulpprogramma’s. Bovendien is dit de meest gebruikte computersoftware in internationale 3D-laboratoria en heeft het het voordeel dat het volledig gratis is en kan worden gedownload vanaf de hoofdpagina. Omdat deze software een X-ray image viewer is, moet de DICOM-afbeelding in het programma worden geïmporteerd.
Ten derde zal het eerste biomodel verkregen met 3D Slicer niet overeenkomen met het definitieve, omdat er regio’s zoals de CT-tafel of botten en zachte delen in de buurt zullen zijn die niet van belang zijn. Het biomodel wordt bijna automatisch “schoongemaakt” met de 3D-ontwerpsoftware, MeshMixer, die ook rechtstreeks van de officiële website gratis kan worden gedownload. Ten slotte wordt femorale anteversie berekend en wordt de osteotomie gesimuleerd met behulp van een andere gratis software uit de Windows Store, 3D Builder.
Protocol
Representative Results
Discussion
De belangrijkste bevinding van deze studie is dat 3D-technologie de planning van proximale externe derotationele femorale osteotomie mogelijk maakt. Deze technologie kan de operatie simuleren die moet worden uitgevoerd bij een specifieke patiënt op de computer. Het is een eenvoudige, reproduceerbare en gratis techniek die software gebruikt die kan worden aangepast aan de meeste computers. Het enige technische probleem kan zijn dat de 3D-buildersoftware alleen werkt met het Windows-besturingssysteem. De belangrijkste bep…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs hebben geen erkenningen.
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).
