Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

التخطيط الافتراضي ثلاثي الأبعاد قبل الجراحة في قطع العظم الفخذي القريب

Published: February 17, 2023 doi: 10.3791/64774
Automatic Translation
1, 1, 1
1Department of Orthopaedics, Hospital Arnau de Vilanova

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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

تمت الموافقة على الدراسة من قبل لجنة الأخلاقيات في مؤسستنا (المرجع 2020-277-1). وقع المرضى على الموافقة المستنيرة للفحص بالأشعة المقطعية.

1. تنزيل صور التصوير المقطعي المحوسب

  1. الوصول إلى نظام أرشفة الصور والاتصالات (PACS).
    ملاحظة: تحتوي كل حزمة برامج على طريقة مختلفة للوصول إلى PACS ، ولكن جميعها لديها طريقة لتنزيل دراسة بتنسيق DICOM. إذا كان هناك سؤال يتعلق بكيفية القيام بذلك ، اسأل مسؤول النظام في المركز أو أخصائيي الأشعة في المركز.
  2. قم بتنزيل التصوير المقطعي المحوسب الكامل بتنسيق DICOM مع الحفاظ على عدم الكشف عن هوية المريض.

2. الحصول على النموذج الحيوي ثلاثي الأبعاد (الملف التكميلي 1-الشكل S1)

  1. قم بتنزيل برنامج 3D Slicer (انظر جدول المواد). قم بتثبيت البرنامج على الكمبيوتر.
  2. استيراد صور التصوير المقطعي المحوسب بتنسيق DICOM.
    1. انقر على أيقونة DCM في الزاوية العلوية اليسرى من الشاشة.
    2. انقر فوق استيراد ملفات DICOM على الجانب الأيسر من الشاشة ، وانتظر حتى تفتح نافذة تجعل من الممكن اختيار المجلد حيث يتم حفظ دراسة التصوير المقطعي المحوسب بتنسيق DICOM.
    3. انقر فوق "DummyPatName!" في أعلى يمين الشاشة. إذا كان المجلد يحتوي على أكثر من دراسة CT واحدة ، فانقر فوق السلسلة "DummySeriesDesc!" مع معظم الصور في أسفل الشاشة.
    4. انقر فوق تحميل في الهامش الأيمن السفلي.
  3. إنشاء النموذج الحيوي 3D.
    1. انقر فوق شريط القائمة أعلى الشاشة ، وانتظر ظهور DICOM.
    2. في القائمة المنسدلة، اختر الإرث | خيار المحرر . اضغط على موافق على الرسالة التي تظهر (الملف التكميلي 1-الشكل S2).
    3. انتظر حتى تظهر قائمة جديدة على الجانب الأيسر من الشاشة. انقر على أيقونة تأثير العتبة .
    4. حرك الشريط في المربع السفلي حتى يتم رسم العظم فقط في الصور الموجودة على اليمين. بهذه الطريقة ، حدد قيمة وحدات Hounsfield ليتم تضمينها في النموذج.
    5. بمجرد تحقيق مستوى الطلاء المطلوب ، انقر فوق تطبيق. يتم تمييز التحديد باللون الأخضر (الملف التكميلي 1-الشكل S3).
    6. حدد الخيار Make Model Effect من القائمة الجانبية (مثل القائمة السابقة). حدد تطبيق (الملف التكميلي 1-الشكل S4).
    7. في النافذة العلوية اليمنى ، يتم إنشاء نموذج 3D. انقر على الإطار الذهبي ، وقم بتوسيط العرض ثلاثي الأبعاد على المشهد ، لتوسيط الصورة في وسط النافذة (الملف التكميلي 1-الشكل S4).
  4. احفظ النموذج الحيوي (الملف التكميلي 1-الشكل S5).
    1. انقر فوق حفظ في الهامش العلوي الأيسر.
    2. في المربع الذي يظهر ، حدد فقط الملف "الأنسجة" (الملف التكميلي 1-الشكل S5).
    3. في العمود الثاني، في القائمة المنسدلة، اختر STL.
    4. في العمود الثالث ، في القائمة المنسدلة ، اختر مكان حفظ ملف STL. انقر فوق حفظ. هذا هو الملف الذي سيتم استخدامه في الخطوات التالية.

3. إعداد النموذج الحيوي

  1. قم بتنزيل برنامج MeshMixer (انظر جدول المواد). قم بتثبيت البرنامج على الكمبيوتر.
    1. قم باستيراد صورة المحكمة الخاصة بلبنان عن طريق تحديد خيار الاستيراد في وسط الشاشة (الملف التكميلي 1-الشكل S6).
  2. حدد النموذج الحيوي.
    1. ابحث عن خيار التحديد في القائمة الموجودة على الجانب الأيسر. استخدم أي من الطرق الرئيسية التالية للتحديد.
    2. استخدم أداة التحديد ، وحدد سمك الفرشاة ، وانقر نقرا مزدوجا فوق عظم الفخذ (الملف التكميلي 1-الشكل S7). إذا لم يكن من الممكن فصل عظم الفخذ فقط ، فهذا يعني أنه على اتصال مباشر بهياكل العظام الأخرى أو الأجزاء اللينة ؛ في هذه الحالة، حدد تحرير | قم بإنشاء مجموعات وجوه من القائمة (الملف التكميلي 1-الشكل S7). استخدم خيار عتبة الزاوية وحرك الشريط حتى يكون للهياكل المختلفة لون مختلف ، مما يشير إلى أنه تم التعرف على القطع على أنها منفصلة (الملف التكميلي 1-الشكل S8).
      1. باستخدام أداة التحديد ، اضغط مع الاستمرار على زر الماوس الأيسر أثناء طلاء جزء النموذج الحيوي محل الاهتمام.
      2. باستخدام أداة التحديد ، انقر فوق نقطة خارج النموذج ، واضغط باستمرار على زر الماوس الأيسر أثناء طلاء دائرة تتضمن الجزء المهم.
    3. استخدم أداة التحديد لتحديد جزء الاهتمام. ابحث عن الخيار تحديد | تعديل | عكس في القائمة الجانبية ، واضغط على حذف (الملف التكميلي 1-الشكل S9) لحذف الأجزاء غير المحددة. في هذا المنعطف ، يتم الحصول على النموذج الحيوي لعظم الفخذ النظيف (الملف التكميلي 1-الشكل S9).
    4. اجعل النموذج صلبا (الملف التكميلي 1-الشكل S10).
    5. انتقل إلى تحرير | جعل الصلبة | نوع صلب | دقيق.
    6. تعظيم الدقة الصلبة وقيم كثافة الشبكة.
  3. احفظ النموذج الحيوي. حدد خيار التصدير من القائمة الجانبية. حدد تنسيق STL والمجلد الذي يتم تصدير النموذج الحيوي إليه.

4. حساب انقلاب الفخذ القريب

  1. قم بتنزيل برنامج 3D Builder (انظر جدول المواد). قم بتثبيت البرنامج على الكمبيوتر.
    ملاحظة: لا يمكن تنزيل البرنامج إلا إذا كان نظام تشغيل الكمبيوتر هو Windows.
  2. انقر فوق رمز الإدراج في الجزء العلوي من الشاشة (الملف التكميلي 1-الشكل S11). انقر فوق إضافة لاستيراد النموذج الحيوي إلى مكان الحادث (الملف التكميلي 1-الشكل S12).
    ملاحظة: يتيح زر الماوس الأيسر تدوير الكائن لرؤيته في عرض 360 درجة. باستخدام الزر الأيمن ، من الممكن التمرير على طول الكائن. تسمح العجلة المركزية للماوس بالتكبير.
  3. انقر فوق كائن | استقر على إصلاح الكائن على مستوى العمل بحيث يقع على اللقمات الفخذية وعمدة المدور.
    ملاحظة: ينصح بوضع الكائن عموديا موازيا للمحور ص وعموديا على المحور السيني المحدد على مستوى العمل (الملف التكميلي 1-الشكل S13).
  4. أداء قطع العظم الفخذي.
    1. انقر فوق تحرير | انقسام من القائمة العلوية . عند ظهور مستوى قطع مستطيل، حدد الاحتفاظ بكليهما (الملف التكميلي 1-الشكل S14).
      1. استخدم زر Move Mode الموجود على الشريط الموجود في الهامش السفلي للشاشة لتحريك مستوى القطع أفقيا ورأسيا.
    2. استخدم زر وضع التدوير على الشريط الموجود في الهامش السفلي للشاشة لتدوير المستوى حول عظم الفخذ (لفة: 90 درجة ، الملعب: 0 درجة ، الانعراج: 0 درجة) (الملف التكميلي 1-الشكل S14).
    3. ضع مستوى القطع موازيا للمحور السيني ومتعامدا على المحور ص. انقر فوق انقسام. في هذه الحالة ، قم بإجراء قطع العظم فوق المدور الصغير (intertrochanteric) (الملف التكميلي 1-الشكل S15).
  5. احسب انقلاب الفخذ.
    1. أدخل الأدلة التي تساعد على إنشاء النقاط المرجعية لقياس انقلاب الفخذ في الصورة في بيئة 3D للبرنامج وفقا لطريقة مورفي (الملف التكميلي 1-الشكل S16A ، B). لإدراج الأدلة ، انقر فوق إدراج | أضف واختر الملف التكميلي 3mf 2.
      ملاحظة: تم تصميم هذه الأدلة داخليا ، ويمكن الوصول إلى الملف التكميلي 2 لملف 3mf كمواد تكميلية مقدمة في هذه المقالة. تم تنفيذ طريقة Murphy 3D من خلال إنشاء ثلاث نقاط قياس بنفس الطريقة كما في الطريقة التقليدية11 ولكن في بيئة ثلاثية الأبعاد. تم استبدال المحيط المعتاد على مستوى رأس الفخذ بكرة ، وتم تحديد القياس بواسطة محيط على مستوى المدور الصغير. كمرجع بعيد ، تم أخذ الخط الخلفي بين اللقمتين ، كما هو محدد في طريقة مورفي الأصلية.
    2. حدد فقط الجزء القريب من عظم الفخذ على الجانب الأيمن من الشاشة وانقر على CTRL + X لقص التحديد. هذه هي الطريقة التي يظهر بها الحجاب الحاجز الفخذي (الملف التكميلي 1-الشكل S17).
    3. حدد الدليل الدائري الأحمر والدليل الدائري الأرجواني (القيام بذلك يعني أنهما سيكونان معا) على الجانب الأيمن من الشاشة. استخدم الأوامر الموجودة في لوحة الهامش السفلي لنقل الأدلة.
      ملاحظة: يمثل الدليل الأحمر المحور الدوراني لقطع العظم ، بينما يمثل الدليل البنفسجي المحور الدوراني لعظم الفخذ.
    4. ضع الأدلة في وسط الحجاب الحاجز الفخذي ، واستخدم أوامر لوحة الهامش السفلية لضبط الحجم. تأكد من أن جميع الحواف تلمس قشرة العظم (الملف التكميلي 1-الشكل S18).
      ملاحظة: عند استخدام الدليلين ، المحيط الأحمر والمحيط الأرجواني ، لأول مرة ، يتم اختيارهما معا بحيث يتحركان ككتلة ، كما لو كانا مرشدا واحدا ، لقياس FAV ، ويتم وضعهما في الحجاب الحاجز الفخذي فوق المدور الأصغر مباشرة عند خط قطع العظم.
    5. انقر فوق CTRL + V للصق عظم الفخذ القريب مرة أخرى (الملف التكميلي 1-الشكل S19).
    6. حدد الكرة الموجودة على الجانب الأيمن من الشاشة فقط. استخدم الأوامر الموجودة في لوحة الهامش السفلي لتحريك الكرة ووضعها أعلى رأس عظم الفخذ. اضبط الحجم ، بما في ذلك جميع الحواف التي تلامس قشرة العظام (الملف التكميلي 1-الشكل S20).
    7. حدد عظم الفخذ القريب على الجانب الأيمن ، وقم بقصه (CTRL + X).
    8. حدد المستوى الأحمر فقط على الجانب الأيمن من الشاشة (الملف التكميلي 1-الشكل S21).
    9. استخدم الأوامر الموجودة في لوحة الهامش السفلي لتحريك المستوى الأحمر ، وضعه بحيث يمر عبر مركز الكرة وعبر مركز الأدلة الدائرية.
      ملاحظة: تتوافق الدرجات التي تم تمييزها بواسطة اللوحة في الهامش السفلي مع الانقلاب الفخذي المرضي المحسوب على التصوير المقطعي المحوسب باستخدام طريقة مورفي.
    10. اضغط على CTRL + V للصق عظم الفخذ القريب مرة أخرى (الملف التكميلي 1-الشكل S22 أ ، ب).
  6. أداء قطع العظم الدوراني لعظم الفخذ القريب.
    1. حدد عظم الفخذ القريب + المحيط الأحمر (الأحمر فقط) + الكرة على الجانب الأيمن.
    2. قم بعمل قطع عظم الفخذ القريب الداخلي بزاوية 20 درجة (استخدم الأوامر الموجودة على لوحة الهامش السفلي ؛ أضف 20 على الملعب) (الملف التكميلي 1-الشكل S23).
    3. قياس الانقلاب الفخذي الجديد (الملف التكميلي 1-الشكل S24).
      ملاحظة: يتم استخدام الدليلين مرة أخرى لإجراء قطع العظم. في هذه الحالة ، يتم تحديد الدليل الأحمر فقط مع عظم الفخذ القريب (بحيث عندما يدور عظم الفخذ القريب ، يدور الدليل الأحمر أيضا ؛ الخطوة 4.6.1) ، بينما لا يتم تحديد الدليل البنفسجي (الملف التكميلي 1-الشكل S25). بهذه الطريقة ، يبقى الدليل البنفسجي في الحجاب الحاجز الفخذي ولا يشارك في دوران عظم الفخذ القريب.
      1. حدد عظم الفخذ القريب + المحيط الأحمر ، واضغط على CTRL + X لقص هذين العنصرين.
      2. حدد المستوى الأحمر فقط ، وضعه بحيث يمر عبر مركز الكرة وعبر مركز الدليل الدائري الأرجواني.
        ملاحظة: لم تتحقق علاقة 1: 1 بين حجم قطع العظم وتصحيح التشوه لأن دوران عظم الفخذ القريب لا يتبع المحور التشريحي لعظم الفخذ.
  7. إجراء تعديل العظم الدوراني.
    1. حدد الحجاب الحاجز الفخذي + الطائرة الحمراء. اضغط على CTRL + X للقطع (الشكل 27). (الملف التكميلي 1 - الشكل S25).
    2. حدد عظم الفخذ القريب + الكرة + المحيط الأحمر.
    3. حرك العناصر الثلاثة en bloc بحيث يتطابق مركز المحيط الأحمر مع مركز المحيط الأرجواني (الملف التكميلي 1-الشكل S26).
    4. أعد حساب الانقلاب الفخذي الجديد مع التعديل الذي تم إجراؤه (الملف التكميلي 1-الشكل S27).
      ملاحظة: من خلال طريقة 3D هذه ، يظهر أن محور دوران عظم الفخذ ومحور دوران العظم لا يتطابقان. لهذا السبب ، من الضروري إجراء تعديل يتضمن إعادة تنظيم الدليلين بحيث يتزامن المحور الفخذي الأصلي ومحور قطع العظم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

يمكن قياس انقلاب الفخذ بطرق مختلفة. يركز بعضها على عنق الفخذ ، باستخدام الخط الذي يمر عبر مركز الرقبة والآخر يمر عبر اللقمات الفخذية كمراجع. يضيف آخرون نقطة مرجعية ثالثة في المدورالأصغر 23. طريقة مورفي ، وهي الأكثر موثوقية في الممارسة السريرية لأنها تتمتع بأفضل علاقة إكلينيكية إشعاعية ، هي إحدى هذه الطرق باستخدام نقطة مرجعية ثالثة25,26. بالإضافة إلى ذلك ، يساهم المكون الالتوائي لعظم الفخذ ، والذي يختلف في الأجزاء المختلفة من العظم ، في حساب FAV24.

في دراسة أولية ، تم قياس FAV في 10 نماذج حيوية ثلاثية الأبعاد باستخدام طريقة مورفي 12. بعد ذلك ، تمت محاكاة قطع العظم الفخذي الدوراني 10 ° و 20 ° و 30 ° على كل من النماذج الحيوية ثلاثية الأبعاد (المجموعة الأولى). بمجرد إجراء قطع العظم ، تم إعادة قياس FAV ، ولوحظ أن محور دوران عظم الفخذ لم يتزامن مع محور دوران العظم في المجموعة الأولى.

من خلال أدلة 3D ، يمكن للمرء أن يرى أن المحورين لا يتطابقان لأن الدليل الأحمر لا يتطابق مع الدليل البنفسجي (3D Builder ، الملف التكميلي 1). يمثل الدليل الأحمر المحور الدوراني لقطع العظم ، بينما يمثل الدليل البنفسجي المحور الدوراني لعظم الفخذ. لهذا السبب ، من الضروري إجراء تعديل يتضمن إعادة تنظيم الدليلين بحيث يتزامن محور دوران عظم الفخذ ومحور دوران العظم (3D Builder ، الخطوات 4.8.1-4.8.3 ، الملف التكميلي 1) (الشكل 1).

لذلك ، تم إجراء محاكاة جراحية أخرى لقطع العظم ، وكانت هناك حاجة إلى إعادة تعيين لمطابقة محور دوران الفخذ مع محور دوران العظم. تم قياس FAV الناتج مرة أخرى (المجموعة الثانية). يفصل الجدول 1 قيم FAV التي تم الحصول عليها في كل مجموعة للمقادير الثلاثة لقطع العظم الدوراني (10 درجات و 20 درجة و 30 درجة). تم تعريف "التصحيح" المتغير على أنه الفرق بين FAV الأولي و FAV المقاس بعد قطع العظم. عندما تم إجراء التعديل بحيث يتزامن محور دوران عظم الفخذ ومحور دوران العظم ، كانت العلاقة بين التصحيح المخطط والتصحيح النهائي 1: 1 في مقادير التصحيح الثلاثة (10 درجة و 20 درجة و 30 درجة) (الجدول 2). ولم يحدث نفس الشيء في المجموعة 1، التي لم تتحقق فيها نسبة 1:1 (الجدول 2).

المجموعة 1 المجموعة 2 قيمة P
فاف 10 درجة 22 درجة مئوية (±9.1º) 17.9° (±8.8º) <0.001
FAV 20 درجة 15.8° (±8.7º) 7.7° (±9.6º) <0.001
FAV 30 درجة 8.9° (±8.9º) -2.2 درجة (±10.3 درجة) <0.001

الجدول 1: مقارنة FAV بين المجموعة 1 والمجموعة 2. يتم عرض الوسائل وقيم SD. اختصار: FAV = انقلاب الفخذ.

التدوير (التصحيح) المجموعة 1 المجموعة 2 قيمة P
10° 6.9° (±1.4º) 11.1° (±2.8º) <0.001
20° 13.1° (±3.2º) 21.3° (±6.0º) <0.001
30° 20 درجة مئوية (±5.1º) 31.3° (±8.3º) <0.001

الجدول 2: مقارنة تصحيحية بين المجموعة 1 والمجموعة 2. يتم عرض الوسائل وقيم SD.

Figure 1
الشكل 1: النتيجة النهائية: نتيجة قطع العظم بعد تطبيق التعديل. هناك ست لوحات ، والتي ينبغي قراءتها من اليسار إلى اليمين ومن أعلى إلى أسفل. اللوحة الأولى: انقلاب الفخذ المحسوب في التصوير المقطعي المحوسب باستخدام طريقة مورفي. اللوحة الثانية: قطع العظم الدوراني لعظم الفخذ القريب (دوران داخلي 20 درجة). اللوحة الثالثة: انقلاب الفخذ الجديد بعد قطع العظم الدوراني لعظم الفخذ القريب (لا يتزامن التصحيح النهائي مع التصحيح المخطط له). اللوحة الرابعة: الأدلة غير متطابقة. اللوحة الخامسة: مطابقة الأدلة. اللوحة السادسة: انقلاب عظم الفخذ الجديد مع التعديل الذي تم إجراؤه (يتزامن التصحيح النهائي مع التصحيح المخطط له). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الملف التكميلي 1: تعليمات البرنامج. برنامج 3D Slicer (الحصول على النموذج الحيوي وإنشائه) ؛ برنامج MeshMixer (صنع النموذج الصلب) ؛ برنامج 3D Builder (استيراد النموذج الحيوي ، وإجراء قطع العظم الفخذي ، وحساب انقلاب الفخذ). الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

الملف التكميلي 2: أدلة قطع العظم. ملف 3mf يحتوي على دليل دائري أحمر ، دليل دائري أرجواني ، كرة ، ومستوى أحمر (https://www.dropbox.com/work/JoVE%20Review/File%20requests/64474?preview=Guides+osteotomy+Caterina+Chiappe.3mf).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

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 أن برنامج منشئ 3D يعمل فقط مع نظام التشغيل Windows. القيد الرئيسي هو منحنى التعلم. لا يزال هذا البروتوكول في مرحلة الدراسة الأولية ويمكن بالتأكيد تحسينه في المستقبل ، ولكنه بالفعل مورد متاح يمكن أن يساعد الجراحين في اتخاذ القرار. تزيد التكنولوجيا أيضا من دقة الجراحة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لتقنية 3D زيادة التزام الجراحين بهذه التقنية الجراحية. من المهم أيضا بالنظر إلى أنه لا توجد حاليا طرق تخطيط أخرى قبل الجراحة لقطع العظم الفخذي غير الدوراني.

يمكن تلخيص الإجراءات الحرجة خلال التخطيط الجراحي 3D في ثلاث خطوات. أولا ، من المهم الحصول على نموذج حيوي 3D جيد ونظيف حيث يتم اختيار الجزء التشريحي المفيد للتخطيط فقط. لهذا ، من الضروري أن تكون دقيقا قدر الإمكان أثناء خطوات البروتوكول 3.3-3.3.2. ثانيا ، يجب إجراء قطع العظم بين المدور بشكل صحيح ، مع التأكد من أن عظم الفخذ مواز للمحور السيني وعمودي على المحور ص. تم رسم هذه المحاور بالفعل في خطة عمل برنامج البناء ثلاثي الأبعاد (خطوات البروتوكول 4.4.1-4.4.1.3). ثالثا ، يجب حساب انقلاب الفخذ بشكل صحيح في القياس الأول وبعد قطع العظم. لهذا الغرض ، يجب وضع الأدلة المقدمة بشكل صحيح. يتم ذلك عن طريق التأكد من أن الأدلة المحيطية (البنفسجي والأحمر) والكرة على اتصال بثلاث نقاط من قشرة العظم وأن المستوى الأحمر يمر بالضبط عبر مركز الكرة ومركز الأدلة المحيطية (خطوات البروتوكول 4.5.1-4.5.9).

يمكن تفسير الاختلافات التي لوحظت بين المجموعة الأولى والمجموعة الثانية على النحو التالي. لم يكن هناك توافق بين محور دوران الفخذ ومحور دوران قطع العظم. عندما تزامن كلا المحورين في تخطيط 3D ، والذي يسمى "التعديل" ، تزامنت العلاقة بين التصحيح المخطط والتصحيح النهائي الذي تم الحصول عليه. وبالتالي ، توفر تقنية 3D هذه تقييما موثوقا لكلا المحورين. في هذه الدراسة ، كانت هناك اختلافات تصل إلى 10 درجات بين ما كان المقصود تصحيحه وما تم تصحيحه بالفعل. قد تكون هذه الدرجات من الاختلافات كارثية على الركبة لأن الضغوط الرضفية الفخذية ستزداد سوءا بشكل كبير13 ، ولن يتم حل ألم المريض ، وهو سبب الاستشارة. بالإضافة إلى ذلك ، تتيح تقنية 3D الحصول على عظم الفخذ المطبوع في غرفة العمليات مع إجراء قطع العظم ومع "التعديل" المناسب بحيث يتزامن محور دوران عظم الفخذ مع محور دوران العظم.

ويتمثل القيد الرئيسي لهذه الدراسة في عدم وجود تقييم للتباين داخل المراقبين وفيما بين المراقبين، مما يوفر مزيدا من الاتساق للنتائج. باختصار ، فإن استخدام تقنية 3D للتخطيط الجراحي لقطع العظم الفخذي القريب يسمح بتحسين دقة هذه التقنية الجراحية ويوفر مزيدا من اليقين لجراحي العظام ، مما يجعل هذه الجراحة أكثر جاذبية لهم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للكشف عنه.

Acknowledgments

ليس لدى المؤلفين أي اعترافات.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Teitge, R. A. Does lower limb torsion matter. Techniques in Knee Surgery. 11 (3), 137-146 (2012).
  2. 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).
  3. 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).
  4. Bruce, W. D., Stevens, P. M. Surgical correction of miserable malalignment syndrome. Journal of Pediatric Orthopedics. 24 (4), 392-396 (2004).
  5. Teitge, R. A. Patellofemoral syndrome a paradigm for current surgical strategies. The Orthopedic Clinics of North America. 39 (3), 287-311 (2008).
  6. 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).
  7. 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).
  8. Dickschas, J., Harrer, J., Reuter, B., Schwitulla, J., Strecker, W. Torsional osteotomies of the femur. Journal of Orthopaedic Research. 33 (3), 318-324 (2015).
  9. Naqvi, G., Stohr, K., Rehm, A. Proximal femoral derotation osteotomy for idiopathic excessive femoral anteversion and intoeing gait. SICOT-J. 3, (2017).
  10. Iobst, C. A., Ansari, A. Femoral derotational osteotomy using a modified intramedullary nail technique. Techniques in Orthopaedics. 33 (4), 267-270 (2018).
  11. 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).
  12. 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).
  13. Gracia-Costa, C. Análisis por elementos finitos de las presiones femoropatelares previas y posteriores a osteotomía desrrotadora. , Escuela de Ingeniería y Arquitectura, University of Zaragoza. Trabajo de Fin de Grado (2019).
  14. 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).
  15. Chen, C., et al. Treatment of die-punch fractures with 3D printing technology. Journal of Investigative Surgery. 31 (5), 385-392 (2017).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. Scorcelletti, M., Reeves, N. D., Rittweger, J., Ireland, A. Femoral anteversion: Significance and measurement. Journal of Anatomy. 237 (5), 811-826 (2020).
  24. 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).
  25. 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).
  26. 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).
  27. 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).

Tags

هذا الشهر في JoVE ، العدد 192 ،
التخطيط الافتراضي ثلاثي الأبعاد قبل الجراحة في قطع العظم الفخذي القريب
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Chiappe, C.,… More

Chiappe, C., Roselló-Añón, A., Sanchis-Alfonso, V. Three-Dimensional Preoperative Virtual Planning in Derotational Proximal Femoral Osteotomy. J. Vis. Exp. (192), e64774, doi:10.3791/64774 (2023).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter