Waiting
Login processing...

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

Medicine

Трехмерное предоперационное виртуальное планирование при деротационной проксимальной остеотомии бедренной кости

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

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Исследование было одобрено комитетом по этике нашего учреждения (ссылка 2020-277-1). Пациенты подписывали информированное согласие на компьютерную томографию.

1. Загрузка снимков КТ

  1. Получите доступ к системе архивирования и передачи изображений (PACS).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Каждый программный пакет имеет свой способ доступа к PACS, но все они имеют способ загрузки исследования в формате DICOM. Если есть вопрос относительно того, как это делается, задайте его системному администратору центра или рентгенологам центра.
  2. Загрузите полный снимок КТ в формате DICOM, сохраняя анонимность пациента.

2. Получение 3D-биомодели (дополнительный файл 1-рисунок S1)

  1. Загрузите программу 3D Slicer (см. Таблицу материалов). Установите программу на компьютер.
  2. Импортируйте снимки КТ в формате DICOM.
    1. Нажмите на значок DCM в верхнем левом углу экрана.
    2. Нажмите « Импорт файлов DICOM» в левой части экрана и дождитесь открытия окна, позволяющего выбрать папку, в которой будет сохранено исследование КТ в формате DICOM.
    3. Нажмите «DummyPatName!» в правом верхнем углу экрана. Если в папке есть более одного исследования КТ, нажмите на серию «DummySeriesDesc!» с наибольшим количеством изображений в нижней части экрана.
    4. Нажмите « Загрузить » в правом нижнем углу.
  3. Создайте 3D-биомодель.
    1. Щелкните строку меню в верхней части экрана и дождитесь появления DICOM.
    2. В раскрывающемся меню выберите Наследие | Опция редактора . Нажмите OK в появившемся сообщении (дополнительный файл 1-рисунок S2).
    3. Подождите, пока в левой части экрана не появится новое меню. Нажмите на значок «Пороговый эффект ».
    4. Перемещайте полосу в нижнем поле до тех пор, пока на изображениях справа не будет нарисована только кость. Таким образом, выберите значение единиц Hounsfield, которые будут включены в модель.
    5. Как только желаемый уровень краски будет достигнут, нажмите «Применить». Выделение помечено зеленым цветом (дополнительный файл 1-рисунок S3).
    6. Выберите опцию «Создать эффект модели» в боковом меню (то же, что и в предыдущем). Выберите «Применить» (дополнительный файл 1-рисунок S4).
    7. В правом верхнем окне создается 3D-модель. Нажмите на золотую рамку, центрируйте 3D-вид на сцене, чтобы центрировать изображение в центре окна (дополнительный файл 1-рисунок S4).
  4. Сохраните биомодель (дополнительный файл 1-рисунок S5).
    1. Нажмите « Сохранить » в верхнем левом поле.
    2. В появившемся окне выберите только файл «ткань» (Supplementary File 1-Figure S5).
    3. Во втором столбце в выпадающем меню выберите STL.
    4. В третьем столбце в выпадающем меню выберите, где сохранить файл STL. Нажмите « Сохранить». Это файл, который будет использоваться на следующих шагах.

3. Подготовка биомодели

  1. Загрузите программное обеспечение MeshMixer (см. Таблицу материалов). Установите программу на компьютер.
    1. Импортируйте изображение STL, выбрав опцию «Импорт » в центре экрана (дополнительный файл 1-рисунок S6).
  2. Выберите биомодель.
    1. Найдите опцию « Выбрать » в меню слева. Используйте любой из следующих основных методов для выбора.
    2. Используйте инструмент « Выделение », выберите толщину кисти и дважды щелкните бедренную кость (дополнительный файл 1-рисунок S7). Если нет возможности отделить только бедренную кость, значит, она имеет непосредственный контакт с другими костными структурами или мягкими частями; в этом случае выберите «Правка» | Сгенерируйте группы лиц из меню (дополнительный файл 1-рисунок S7). Используйте параметр « Порог угла» и перемещайте полосу до тех пор, пока различные структуры не приобретут разный цвет, указывая на то, что части были распознаны как отдельные (дополнительный файл 1-рисунок S8).
      1. С помощью инструмента « Выделение » удерживайте левую кнопку мыши, рисуя интересующую часть биомодели.
      2. С помощью инструмента « Выделение » щелкните точку за пределами модели и, удерживая левую кнопку мыши, рисуйте круг, включающий интересующую деталь.
    3. Используйте инструмент « Выделение », чтобы выбрать интересующую часть. Найдите опцию Выбрать | Изменить | Инвертируйте в боковом меню и нажмите Delete (дополнительный файл 1-рисунок S9), чтобы удалить невыбранные части. На этом этапе получена биомодель чистой бедренной кости (дополнительный файл 1-рисунок S9).
    4. Сделайте модель сплошной (дополнительный файл 1-рисунок S10).
    5. Перейдите в раздел «Правка» | Сделать твердым | Сплошной тип | Точно.
    6. Увеличьте значения точности твердого тела и плотности сетки .
  3. Сохраните биомодель. Выберите опцию «Экспорт » в боковом меню. Выберите формат STL и папку, в которую экспортируется биомодель.

4. Расчет проксимальной антеверсии бедренной кости

  1. Загрузите программное обеспечение 3D Builder (см. Таблицу материалов). Установите программу на компьютер.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Программа может быть загружена только в том случае, если операционная система компьютера - Windows.
  2. Нажмите на значок «Вставить » в верхней части экрана (дополнительный файл 1-рисунок S11). Нажмите « Добавить », чтобы импортировать биомодель в сцену (дополнительный файл 1-рисунок S12).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Левая кнопка мыши позволяет повернуть объект, чтобы увидеть его в обзоре на 360°. С помощью правой кнопки можно прокручивать объект. Центральное колесико мыши позволяет увеличивать масштаб.
  3. Нажмите на Объект | Поселитесь , чтобы закрепить предмет на рабочей плоскости так, чтобы он опирался на мыщелки бедренной кости и вертел.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Желательно размещать объект вертикально параллельно оси Y и перпендикулярно оси X, отмеченной на рабочей плоскости (дополнительный файл 1-рисунок S13).
  4. Выполните остеотомию бедренной кости.
    1. Нажмите « Изменить» | Разделите из верхнего меню. Когда появится прямоугольная плоскость разреза, выберите «Сохранить оба » (дополнительный файл 1-рисунок S14).
      1. Используйте кнопку «Режим перемещения» на панели в нижнем поле экрана, чтобы перемещать плоскость резки по горизонтали и вертикали.
    2. Используйте кнопку «Режим поворота» на панели в нижнем поле экрана, чтобы повернуть плоскость вокруг бедренной кости (крен: 90°, тангаж: 0°, рыскание: 0°) (дополнительный файл 1-рисунок S14).
    3. Поставьте плоскость резки параллельно оси X и перпендикулярно оси y. Нажмите « Разделить». В этом случае выполняют остеотомию над малым вертелом (межвертельный) (дополнительный файл 1-рисунок S15).
  5. Рассчитайте бедренную антеверсию.
    1. Вставьте направляющие, которые помогают установить опорные точки для измерения бедренной антеверсии на изображении в 3D-среде программы по методу Мерфи (дополнительный файл 1-рисунок S16A,B). Чтобы вставить направляющие, нажмите «Вставка» | Добавьте и выберите 3mf Дополнительный файл 2.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Эти руководства были разработаны собственными силами, и файл 3mf Supplementary File 2 доступен в качестве дополнительного материала, представленного в этой статье. Метод Мерфи 3D был реализован путем установления трех точек измерения таким же образом, как и в обычном методе11 , но в 3D-среде. Обычная окружность на уровне головки бедренной кости была заменена сферой, а измерение было установлено окружностью на уровне малого вертела. В качестве дистального эталона была взята задняя межмыщелковая линия, как определено в оригинальном методе Мерфи.
    2. Выделите только проксимальную часть бедренной кости в правой части экрана и нажмите CTRL + X , чтобы вырезать выделение. Так появляется бедренный диафиз (дополнительный файл 1-рисунок S17).
    3. Выберите красную круговую направляющую и фиолетовую круговую направляющую (это означает, что они будут вместе) в правой части экрана. Используйте команды на панели нижних полей для перемещения направляющих.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Красный направляющий представляет ось вращения остеотомии, а фиолетовый направляющий представляет ось вращения бедренной кости.
    4. Поместите направляющие в центр бедренного диафиза и используйте команды нижней панели краев, чтобы отрегулировать размер. Убедитесь, что все края касаются коры кости (дополнительный файл 1-рисунок S18).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Когда две направляющие, красная окружность и фиолетовая окружность, используются впервые, они выбираются вместе так, чтобы они двигались как блок, как если бы они были одной направляющей, для измерения FAV, и они помещаются в бедренный диафиз чуть выше малого вертела на линии остеотомии.
    5. Нажмите CTRL + V , чтобы снова вставить проксимальный отдел бедренной кости (дополнительный файл 1-рисунок S19).
    6. Выберите только сферу в правой части экрана. Используйте команды на нижней панели полей, чтобы переместить сферу и поместить ее поверх головки бедренной кости. Отрегулируйте размер, включая все края, соприкасающиеся с корой костей (дополнительный файл 1-рисунок S20).
    7. Выделите проксимальный отдел бедренной кости с правой стороны и разрежьте его (CTRL + X).
    8. Выберите только красную плоскость в правой части экрана (дополнительный файл 1-рисунок S21).
    9. Используйте команды на нижней панели полей, чтобы переместить красную плоскость, и расположите ее так, чтобы она проходила через центр сферы и через центр круговых направляющих.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Оценки, отмеченные панелью в нижнем поле, соответствуют патологической антеверсии бедренной кости, рассчитанной на КТ по методу Мерфи.
    10. Нажмите CTRL + V , чтобы снова вставить проксимальный отдел бедренной кости (дополнительный файл 1-рисунок S22 A,B).
  6. Выполняют ротационную остеотомию проксимального отдела бедренной кости.
    1. Выделите проксимальный отдел бедренной кости + красную окружность (только красную) + сферу с правой стороны.
    2. Сделайте внутреннюю деротационную проксимальную остеотомию бедренной кости под углом 20° (используйте команды на панели нижнего поля; добавьте 20 на шаге) (дополнительный файл 1-рисунок S23).
    3. Измерьте новую антеверсию бедренной кости (дополнительный файл 1-рисунок S24).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Два направляющих снова используются для выполнения остеотомии. В этом случае вместе с проксимальным отделом бедренной кости выбирается только красная направляющая (так что при вращении проксимального отдела бедренной кости красная направляющая также вращается; шаг 4.6.1), в то время как фиолетовая направляющая не выбирается (дополнительный файл 1-рисунок S25). Таким образом, фиолетовый направляющий остается в бедренном диафизе и не участвует во вращении проксимального отдела бедренной кости.
      1. Выделите проксимальный отдел бедренной кости + красную окружность и нажмите клавиши CTRL+X , чтобы разрезать эти два элемента.
      2. Выделите только красную плоскость и расположите ее так, чтобы она проходила через центр сферы и через центр фиолетовой круговой направляющей.
        ПРИМЕЧАНИЕ: Соотношение 1:1 между величиной остеотомии и коррекцией деформации не достигается, потому что дерация проксимального отдела бедренной кости не следует анатомической оси бедренной кости.
  7. Выполните коррекцию ротационной остеотомии.
    1. Выделите бедренный диафиз + красную плоскость. Нажмите CTRL + X , чтобы вырезать (рисунок 27). (Дополнительный файл 1-рисунок S25).
    2. Выделите проксимальный отдел бедренной кости + сфера + красную окружность.
    3. Переместите три элемента в блок так, чтобы центр красной окружности совпадал с центром фиолетовой окружности (дополнительный файл 1-рисунок S26).
    4. Пересчитайте новую антеверсию бедренной кости с внесенной корректировкой (дополнительный файл 1-рисунок S27).
      ПРИМЕЧАНИЕ: С помощью этого 3D-метода показано, что ось вращения бедренной кости и ось вращения остеотомии не совпадают. По этой причине необходимо выполнить корректировку, которая включает в себя выравнивание двух направляющих таким образом, чтобы исходная ось бедренной кости и ось остеотомии совпадали.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Бедренная антеверсия может быть измерена различными методами. Некоторые из них сосредотачиваются на шейке бедренной кости, используя линию, проходящую через центр шеи, и линию, проходящую через мыщелки бедренной кости в качестве ориентиров. Другие добавляют третью точку отсчета на малом вертеле23. Метод Мерфи, который является наиболее надежным в клинической практике, поскольку он имеет наилучшую клинико-рентгенологическую взаимосвязь, является одним из таких методов, использующих третью точку отсчета25,26. Кроме того, крутильный компонент бедренной кости, который варьируется в разных сегментах кости, вносит свой вклад в расчет FAV24.

В предварительном исследовании FAV был измерен в 10 3D-биомоделях с использованием метода Мерфи 12. Затем на каждой из 3D-биомоделей (группа I) моделировали межвертельную вращательную остеотомию бедренной кости под углом 10°, 20° и 30°. После того, как остеотомия была выполнена, FAV был повторно измерен, и было замечено, что ось вращения бедренной кости не совпадает с осью вращения остеотомии в I группе.

Через 3D-направляющие можно увидеть, что две оси не совпадают, потому что красная направляющая не совпадает с фиолетовой направляющей (3D Builder, дополнительный файл 1). Красная направляющая представляет собой ось вращения остеотомии, а фиолетовая направляющая представляет ось вращения бедренной кости. По этой причине необходимо выполнить регулировку, которая включает в себя выравнивание двух направляющих таким образом, чтобы ось вращения бедренной кости и ось вращения остеотомии совпадали (3D Builder, шаги 4.8.1-4.8.3, дополнительный файл 1) (рис. 1).

Поэтому была выполнена еще одна хирургическая симуляция остеотомии, и понадобился сброс для согласования оси вращения бедренной кости с осью вращения остеотомии. Полученный FAV был измерен снова (группа II). В таблице 1 подробно описаны значения FAV, полученные в каждой группе для трех величин ротационной остеотомии (10°, 20° и 30°). Переменная «коррекция» была определена как разница между исходным FAV и FAV, измеренным после остеотомии. Когда регулировка была сделана таким образом, чтобы ось вращения бедренной кости и ось вращения остеотомии совпадали, соотношение между запланированной коррекцией и окончательной коррекцией составило 1:1 в трех величинах коррекции (10°, 20° и 30°) (табл. 2). Этого не произошло в группе 1, в которой соотношение 1:1 не было достигнуто (табл. 2).

Группа 1 Группа 2 Значение P
ФАВ 10° 22° (±9.1º) 17,9° (±8,8º) <0,001
ФАВ 20° 15,8° (±8,7º) 7,7° (±9,6º) <0,001
ФАВ 30° 8,9° (±8,9º) -2,2° (±10,3º) <0,001

Таблица 1: Сравнение FAV между группой 1 и группой 2. Представлены средние значения и значения SD. Аббревиатура: FAV = бедренная антеверсия.

Деротация (коррекция) Группа 1 Группа 2 Значение 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° (±5.1º) 31,3° (±8,3º) <0,001

Таблица 2: Сравнение коррекций между группой 1 и группой 2. Представлены средние значения и значения SD.

Figure 1
Рисунок 1: Окончательный результат: результат остеотомии после применения корректировки. Есть шесть панелей, которые следует читать слева направо и сверху вниз. Первая панель: антеверсия бедренной кости, рассчитанная в КТ по методу Мерфи. Вторая панель: Ротационная остеотомия проксимального отдела бедренной кости (внутренний поворот на 20°). Третья панель: Новая антеверсия бедренной кости после ротационной остеотомии проксимального отдела бедренной кости (окончательная коррекция не совпадает с плановой коррекцией). Четвертая панель: Направляющие не совпадают. Пятая панель: Сопоставление направляющих. Шестая панель: Новая антеверсия бедренной кости с внесенной корректировкой (окончательная коррекция совпадает с плановой коррекцией). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Дополнительный файл 1: Инструкции по программному обеспечению. Программное обеспечение 3D Slicer (получение и создание биомодели); программное обеспечение MeshMixer (создание твердотельной модели); программное обеспечение 3D Builder (импорт биомодели, выполнение остеотомии бедренной кости и расчет антеверсии бедренной кости). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Дополнительный файл 2: Шаблоны для остеотомии. Файл размером 3 MF, содержащий красную круговую направляющую, фиолетовую круговую направляющую, сферу и красную плоскость (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

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 простая, воспроизводимая и бесплатная техника, использующая программное обеспечение, адаптируемое к большинству компьютеров. Единственная техническая проблема может заключаться в том, что программное обеспечение 3D-конструктора работает только с операционной системой Windows. Основным ограничением является кривая обучения. Этот протокол все еще находится на стадии предварительного изучения и, безусловно, может быть улучшен в будущем, но он уже является доступным ресурсом, который может помочь хирургам в принятии решений. Технология также повышает точность операции. Кроме того, 3D-технология может повысить приверженность хирургов к этой хирургической технике. Это также важно, учитывая, что в настоящее время не существует других методов предоперационного планирования деротационной остеотомии бедренной кости.

Критические процедуры во время планирования 3D-хирургии можно свести к трем этапам. Во-первых, важно получить хорошую, чистую 3D-биомодель, в которой выбрана только анатомическая часть, полезная для планирования. Для этого необходимо быть максимально точным во время протокольных шагов 3.3-3.3.2. Во-вторых, межвертельная остеотомия должна быть выполнена правильно, убедившись, что бедренная кость параллельна оси X и перпендикулярна оси y. Эти оси уже нарисованы в рабочем плане программного обеспечения 3D Builder (этапы протокола 4.4.1-4.4.1.3). В-третьих, антеверсия бедренной кости должна быть правильно рассчитана при первом измерении и после остеотомии. Для этого предоставленные направляющие должны быть расположены правильно. Это делается путем проверки того, что окружные направляющие (фиолетовый и красный) и сфера соприкасаются с тремя точками коры кости и что красная плоскость проходит точно через центр сферы и центр окружных направляющих (этапы протокола 4.5.1-4.5.9).

Различия, наблюдаемые между группой I и группой II, можно объяснить следующим образом. Не было выявлено соответствия между осью вращения бедренной кости и осью вращения остеотомии. Когда обе оси совпадали в 3D-планировании, которое называется «корректировкой», связь между запланированной коррекцией и полученной окончательной коррекцией действительно совпадала. Таким образом, эта 3D-технология обеспечивает надежную оценку обеих осей. В этом исследовании были различия до 10° между тем, что предполагалось исправить, и тем, что было фактически исправлено. Эти степени различий могут иметь катастрофические последствия для колена, потому что пателлофеморальное давление значительно ухудшится13, и боль пациента, которая является причиной консультации, не будет устранена. Кроме того, 3D-технология позволяет проводить напечатанную бедренную кость в операционной с выполнением остеотомии и с соответствующей «регулировкой» так, чтобы ось вращения бедренной кости совпадала с осью вращения остеотомии.

Основным ограничением этого исследования является отсутствие оценки внутринаблюдательной и межнаблюдательной изменчивости, которая обеспечила бы большую согласованность результатов. Таким образом, использование 3D-технологии для хирургического планирования проксимальной деротационной остеотомии бедренной кости позволяет повысить точность этой хирургической техники и обеспечивает большую уверенность для хирургов-ортопедов, делая эту операцию более привлекательной для них.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

У авторов нет конфликтов интересов, которые необходимо раскрывать.

Acknowledgments

У авторов нет благодарностей.

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

В этом месяце в JoVE выпуск 192
Трехмерное предоперационное виртуальное планирование при деротационной проксимальной остеотомии бедренной кости
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