Waiting
Login processing...

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

Medicine

תכנון וירטואלי תלת מימדי טרום ניתוחי באוסטאוטומיה פרוקסימלית של הירך

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

Summary

עבודה זו מציגה פרוטוקול תכנון כירורגי מפורט באמצעות טכנולוגיית תלת מימד עם תוכנת קוד פתוח חופשית. פרוטוקול זה יכול לשמש לכימות נכון של היפוך הירך ולסימולציה של אוסטאוטומיה פרוקסימלית פרוקסימלית של הירך לטיפול בכאבי ברכיים קדמיים.

Abstract

כאבי ברכיים קדמיים (AKP) הם פתולוגיה נפוצה בקרב מתבגרים ומבוגרים. להיפוך עצם הירך המוגבר (FAV) יש ביטויים קליניים רבים, כולל AKP. ישנן ראיות הולכות וגדלות לכך ש-FAV מוגבר ממלא תפקיד מרכזי בראשיתה של AKP. יתר על כן, אותן ראיות מצביעות על כך שאוסטאוטומיה סיבובית של עצם הירך מועילה לחולים אלה, שכן דווחו תוצאות קליניות טובות. עם זאת, סוג זה של ניתוח אינו בשימוש נרחב בקרב מנתחים אורתופדיים.

הצעד הראשון במשיכת מנתחים אורתופדיים לתחום האוסטאוטומיה הסיבובית הוא לתת להם מתודולוגיה המפשטת את התכנון הכירורגי לפני הניתוח ומאפשרת הדמיה מוקדמת של תוצאות התערבויות כירורגיות במחשבים. לשם כך, קבוצת העבודה שלנו משתמשת בטכנולוגיית תלת-ממד. מערך נתוני ההדמיה המשמש לתכנון הניתוח מבוסס על סריקת CT של המטופל. שיטה תלת ממדית זו היא גישה פתוחה (OA), כלומר היא נגישה לכל מנתח אורתופדי ללא עלות כלכלית. יתר על כן, הוא מאפשר לא רק לכמת פיתול עצם הירך אלא גם לבצע תכנון כירורגי וירטואלי. מעניין, טכנולוגיה תלת ממדית זו מראה כי גודל האוסטאוטומיה הפמורלית הסיבובית הבין-טרוכנטרית אינו מציג קשר של 1:1 עם תיקון העיוות. בנוסף, טכנולוגיה זו מאפשרת התאמה של האוסטאוטומיה כך שהיחס בין גודל האוסטאוטומיה לבין תיקון העיוות הוא 1:1. מאמר זה מתאר פרוטוקול תלת-ממדי זה.

Introduction

כאבי ברכיים קדמיים (AKP) הם בעיה קלינית נפוצה בקרב מתבגרים ומבוגרים צעירים. ישנו גוף הולך וגדל של ראיות לכך שהיפוך עצם הירך המוגבר (FAV) ממלא תפקיד חשוב בראשית AKP 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 . בנוסף, אותן ראיות מצביעות על כך שאוסטאוטומיה סיבובית של עצם הירך מועילה לחולים אלה, שכן תוצאות קליניות טובות דווחו 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 . עם זאת, סוג זה של ניתוח אינו בשימוש נרחב בפועל הקליני היומי בקרב מנתחים אורתופדיים, במיוחד במקרים של מתבגרים וחולים פעילים צעירים עם כאבי ברכיים קדמיים27, כי היבטים שנויים במחלוקת רבים ליצור אי ודאות. לדוגמה, נצפתה כי לפעמים התיקון המתקבל לאחר אוסטאוטומיה הוא לא מה שתוכנן בעבר. כלומר, לא תמיד יש יחס של 1:1 בין כמות הסיבוב המתוכננת בעת ביצוע האוסטאוטומיה לבין כמות FAV מתוקנת. ממצא זה לא נחקר עד היום. לכן, זה הנושא של המאמר הנוכחי. כדי להסביר את הפער בין גודל הסיבוב המבוצע עם האוסטאוטומיה לבין גודל התיקון של FAV, הועלתה השערה כי ציר הסיבוב של האוסטאוטומיה וציר הסיבוב של עצם הירך עשויים שלא לחפוף.

אחת הבעיות העיקריות שיש לטפל בהן היא איתור מדויק של ציר הירך של הסיבוב וציר הסיבוב של האוסטאוטומיה. ציר הירך הראשון הוא ציר הירך הנמדד בבדיקת ה-CT בזמן האבחנה של המטופל, ואילו ציר הירך השני הוא ציר הירך הנמדד לאחר ביצוע האוסטאוטומיה. במהלך העשור האחרון, טכנולוגיית תלת מימד הפכה חשובה יותר ויותר בתכנון טרום ניתוחי, במיוחד בכירורגיה אורתופדית וטראומטולוגיה, לפישוט ואופטימיזציה של טכניקות כירורגיות15,16. פיתוח טכנולוגיית התלת-ממד תמך ביצירת מודלים אנטומיים המבוססים על בדיקות הדמיה תלת-ממדיות כגון CT, בהן ניתן להתאים שתלים תותבים מותאמים אישית17,18,19 ולעצב לוחות אוסטאוסינתזה במקרה של שברים20,21,22. בנוסף, תכנון תלת ממדי כבר שימש במחקרים קודמים כדי לנתח את מקור העיוות בשינויים פיתול חד צדדיים של עצם הירך14. נכון לעכשיו, ישנן מספר תוכנות שהן חינמיות לחלוטין וניתנות להתאמה לרוב המחשבים ומדפסות התלת מימד בשוק, מה שהופך את הטכנולוגיה הזו לנגישה בקלות לרוב המנתחים בעולם. תכנון תלת ממדי זה מאפשר חישוב מדויק של ציר הסיבוב הראשוני של עצם הירך וציר הסיבוב של עצם הירך לאחר ביצוע האוסטאוטומיה האינטרטרוכנטרית. מטרתו העיקרית של מחקר זה היא להראות כי ציר הסיבוב של האוסטאוטומיה הבין-טרוכנטרית של הירך וציר הסיבוב של עצם הירך אינם חופפים. טכנולוגיה תלת ממדית זו מאפשרת לדמיין את הפער הזה בין הצירים ולתקן אותו באמצעות התאמה של האוסטאוטומיה. המטרה הסופית היא לעורר עניין רב יותר מצד מנתחים אורתופדיים בסוג זה של ניתוח.

פרוטוקול זה עם מתודולוגיית תלת מימד מתנהל בארבעה שלבים בסיסיים. ראשית, מורידים תמונות CT, והביומודל התלת-ממדי נוצר מקבצי DICOM (Digital Imaging and Communication in Medicine) של סריקת ה-CT. סריקות CT באיכות גבוהה יותר מאפשרות מודלים ביולוגיים טובים יותר, אך משמעותן היא שהמטופל מקבל קרינה מייננת יותר. עבור תכנון כירורגי עם biomodels, איכות CT קונבנציונאלי מספיק. תמונת DICOM של סריקת CT מורכבת מתיקייה עם קבצים רבים ושונים, עם קובץ אחד עבור כל חיתוך CT שבוצע. כל אחד מהקבצים הללו מכיל לא רק את המידע הגרפי של חתך ה-CT אלא גם את המטא-נתונים (נתונים המשויכים לתמונה). כדי לפתוח את התמונה, חיוני שתהיה תיקיה עם כל הקבצים של הסדרה (CT). המודל הביולוגי מופק מתוך מכלול הקבצים.

שנית, כדי להשיג את המודל הביולוגי התלת-ממדי, יש צורך להוריד את תוכנית המחשב 3D Slicer, תוכנית קוד פתוח עם כלי עזר רבים. יתר על כן, זוהי תוכנת המחשב הנפוצה ביותר במעבדות תלת מימד בינלאומיות ויש לה את היתרון של היותה לגמרי ללא עלות ולהורדה מהעמוד הראשי שלה. מכיוון שתוכנה זו היא מציג תמונות רנטגן, יש לייבא את תמונת DICOM לתוכנית.

שלישית, המודל הביולוגי הראשון שיתקבל עם 3D Slicer לא יתאים למודל הסופי, מכיוון שיהיו אזורים כמו שולחן CT או עצמות וחלקים רכים בקרבת מקום שאינם מעניינים. המודל הביולוגי "מנוקה" כמעט אוטומטית עם תוכנת העיצוב התלת-ממדית, MeshMixer, שניתן להוריד גם ישירות מהאתר הרשמי שלה בחינם. לבסוף, מחושבת היפוך הירך, והאוסטאוטומיה מדומה באמצעות תוכנה חופשית אחרת מחנות Windows, 3D Builder.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

המחקר אושר על ידי ועדת האתיקה של מוסדנו (סימוכין 2020-277-1). המטופלים חתמו על הסכמתם מדעת לבדיקת ה-CT.

1. הורדת תמונות ה-CT

  1. קבל גישה למערכת אחסון תמונות בארכיון ותקשורת (PACS).
    הערה: לכל חבילת תוכנה יש דרך שונה לגשת ל-PACS, אך לכולם יש דרך להוריד מחקר בפורמט DICOM. אם יש שאלה לגבי איך זה נעשה, לשאול את מנהל המערכת של המרכז או את הרדיולוגים של המרכז.
  2. הורד את סריקת ה- CT המלאה בפורמט DICOM תוך שמירה על אנונימיות המטופל.

2. קבלת המודל הביולוגי התלת-ממדי (קובץ משלים 1-איור S1)

  1. הורד את התוכנה 3D Slicer (ראה את רשימת החומרים). התקן את התוכנית במחשב.
  2. ייבא את תמונות ה- CT בתבנית DICOM.
    1. לחץ על סמל DCM בפינה השמאלית העליונה של המסך.
    2. לחץ על ייבוא קבצי DICOM בצד שמאל של המסך, והמתן לפתיחת חלון המאפשר לבחור את התיקיה שבה נשמר מחקר ה- CT בפורמט DICOM.
    3. לחץ על "DummyPatName!" בפינה השמאלית העליונה של המסך. אם בתיקייה יש יותר ממחקר CT אחד, לחץ על הסדרה "DummySeriesDesc!" עם הכי הרבה תמונות בתחתית המסך.
    4. לחץ על טען בשוליים הימניים התחתונים.
  3. צור את הביומודל התלת-ממדי.
    1. לחץ על שורת התפריטים בראש המסך והמתן להופעת DICOM.
    2. בתפריט הנפתח, בחר את מורשת | אפשרות עורך . לחץ על אישור בהודעה שמופיעה (קובץ משלים 1-איור S2).
    3. המתן להופעת תפריט חדש בצד שמאל של המסך. לחץ על סמל אפקט הסף .
    4. הזיזו את הסרגל בתיבה התחתונה עד שרק העצם תיצבע בתמונות מימין. בדרך זו, בחר את הערך של יחידות Hounsfield להיכלל במודל.
    5. לאחר השגת רמת הצבע הרצויה, לחצו על החל. הבחירה מסומנת בצבע ירוק (קובץ משלים 1-איור S3).
    6. בחרו באפשרות 'צור אפקט דגם ' מתפריט הצד (זהה לתפריט הקודם). בחר החל (קובץ משלים 1-איור S4).
    7. בחלון הימני העליון, נוצר המודל התלת-ממדי. לחץ על מסגרת הזהב, מרכז את התצוגה התלת-ממדית בזירה, כדי למרכז את התמונה במרכז החלון (קובץ משלים 1-איור S4).
  4. שמור את המודל הביולוגי (קובץ משלים 1-איור S5).
    1. לחץ על שמור בשוליים השמאליים העליונים.
    2. בתיבה שמופיעה, בחר רק את הקובץ "tissue" (קובץ משלים 1-איור S5).
    3. בעמודה השניה, בתפריט הנפתח, בחר STL.
    4. בעמודה השלישית, בתפריט הנפתח, בחר היכן לשמור את קובץ ה- STL. לחץ על שמור. זהו הקובץ שישמש בשלבים הבאים.

3. הכנת המודל הביולוגי

  1. הורד את תוכנת MeshMixer (ראה טבלת חומרים). התקן את התוכנית במחשב.
    1. ייבאו את תמונת STL באמצעות בחירה באפשרות 'ייבוא ' במרכז המסך (קובץ משלים 1-איור S6).
  2. בחר את הביומודל.
    1. חפש את האפשרות בחר בתפריט בצד שמאל. השתמש באחת מהשיטות העיקריות הבאות כדי לבחור.
    2. השתמשו בכלי בחירה , בחרו בעובי המברשת ולחצו פעמיים על עצם הירך (קובץ משלים 1-איור S7). אם לא ניתן להפריד רק את עצם הירך, זה אומר שיש לה מגע ישיר עם מבני עצם אחרים או חלקים רכים; במקרה כזה, בחר ערוך | צור קבוצות פנים מהתפריט (קובץ משלים 1-איור S7). השתמשו באפשרות 'סף זווית ' והזיזו את הסרגל עד שהמבנים השונים יקבלו צבע שונה, המציין שהחלקים זוהו כנפרדים (קובץ משלים 1-איור S8).
      1. בעזרת הכלי בחירה , החזק את לחצן העכבר השמאלי לחוץ תוך כדי צביעת החלק של המודל הביולוגי המעניין.
      2. בעזרת הכלי בחירה , לחצו על נקודה מחוץ לדגם, והחזיקו את לחצן העכבר השמאלי תוך כדי צביעת עיגול הכולל את החלק המעניין.
    3. השתמש בכלי בחירה לבחירת החלק המעניין אותך. חפש את האפשרות בחר | שינוי | הפוך בתפריט הצד והקש Delete (קובץ משלים 1-איור S9) כדי למחוק את החלקים שלא נבחרו. בשלב זה מתקבל המודל הביולוגי של עצם הירך הנקייה (קובץ משלים 1-איור S9).
    4. הפוך את המודל למוצק (קובץ משלים 1-איור S10).
    5. נווט אל עריכה | הפוך למוצק | סוג מוצק | מדויק.
    6. הגדל את ערכי הדיוק המוצק וצפיפות רשת השינוי.
  3. שמור את המודל הביולוגי. בחרו באפשרות ' ייצוא' מהתפריט הצדדי. בחר בתבנית STL ובתיקייה שאליה מיוצא המודל הביולוגי.

4. חישוב הקדמת הירך הפרוקסימלית

  1. הורד את תוכנת 3D Builder (עיין בטבלת החומרים). התקן את התוכנית במחשב.
    הערה: ניתן להוריד את התוכנית רק אם מערכת ההפעלה של המחשב היא Windows.
  2. לחץ על סמל הוספה בחלק העליון של המסך (קובץ משלים 1-איור S11). לחץ על הוסף כדי לייבא את המודל הביולוגי לסצנה (קובץ משלים 1-איור S12).
    הערה: לחצן העכבר השמאלי מאפשר לסובב את האובייקט כדי לראות אותו בתצוגה של 360°. באמצעות הלחצן הימני, ניתן לגלול לאורך האובייקט. הגלגל המרכזי של העכבר מאפשר התקרבות.
  3. לחץ על אובייקט | התיישבו כדי לקבע את החפץ למישור העבודה כך שיישען על קונדיל הירך וראש העיר טרוכנטר.
    הערה: מומלץ למקם את העצם אנכית במקביל לציר ה-y ובניצב לציר ה-x המסומן במישור העבודה (קובץ משלים 1-איור S13).
  4. לבצע את אוסטאוטומיה הירך.
    1. לחץ על עריכה | פצל מהתפריט העליון . כשמופיע מישור חיתוך מלבני, בחרו ' שמור את שניהם' (קובץ משלים 1-איור S14).
      1. השתמש בלחצן מצב הזזה בסרגל בשוליים התחתונים של המסך כדי להזיז את מישור החיתוך אופקית ואנכית.
    2. השתמש בלחצן מצב סיבוב בסרגל בשוליים התחתונים של המסך כדי לסובב את המישור סביב עצם הירך (גליל: 90°, גובה: 0°, פיהוק: 0°) (קובץ משלים 1-איור S14).
    3. שים את מישור החיתוך במקביל לציר ה-x ובניצב לציר ה-y. לחץ על Split. במקרה זה, בצע את האוסטאוטומיה מעל הטרוכנטר מינור (אינטרטרוכנטרי) (קובץ משלים 1-איור S15).
  5. חישוב הקדמת הירך.
    1. הכנס את המדריכים, המסייעים לקבוע את נקודות הייחוס למדידת היפוך הירך בתמונה בסביבה התלת-ממדית של התוכנית על פי שיטת מרפי (קובץ משלים 1-איור S16A,B). כדי להוסיף את המדריכים, לחץ על הוספה | הוסף ובחר את הקובץ המשלים 3mf 2.
      הערה: מדריכים אלה תוכננו בתוך החברה, וקובץ 3mf קובץ משלים 2 נגיש כחומר משלים המסופק במאמר זה. שיטת מרפי תלת מימד יושמה על ידי קביעת שלוש נקודות מדידה באותו אופן כמו בשיטה הקונבנציונלית11 אך בסביבה תלת ממדית. ההיקף הרגיל ברמת ראש הירך הוחלף בכדור, והמדידה נקבעה על ידי היקף ברמת הטרוכנטר מינור. כהפניה דיסטלית, נלקח הקו הבין-קונדילרי האחורי, כפי שהוגדר בשיטת מרפי המקורית.
    2. בחר רק את החלק הפרוקסימלי של עצם הירך בצד ימין של המסך ולחץ על CTRL + X כדי לחתוך את הבחירה. כך נראית דיאפיזה של עצם הירך (קובץ משלים 1-איור S17).
    3. בחר את קו העזר המעגלי האדום ואת קו העזר המעגלי הסגול (פעולה זו פירושה שהם יהיו יחד) בצד ימין של המסך. השתמש בפקודות בחלונית השוליים התחתונה להזזת קווי העזר.
      הערה: המדריך האדום מייצג את ציר הסיבוב של האוסטאוטומיה, ואילו המדריך הסגול מייצג את ציר הסיבוב של עצם הירך.
    4. מקם את קווי העזר במרכז דיאפיזה של עצם הירך, והשתמש בפקודות של לוח השוליים התחתון כדי להתאים את הגודל. ודא שכל הקצוות נוגעים בקליפת המוח של העצם (קובץ משלים 1-איור S18).
      הערה: כאשר שני המדריכים, ההיקף האדום וההיקף הסגול, משמשים בפעם הראשונה, הם נבחרים יחד כך שהם נעים כבלוק, כאילו היו מדריך אחד, כדי למדוד את FAV, והם ממוקמים בדיאפיזה של עצם הירך בדיוק מעל הטרוכנטר הקטן יותר בקו האוסטאוטומיה.
    5. לחץ על CTRL + V כדי להדביק שוב את עצם הירך הפרוקסימלית (קובץ משלים 1-איור S19).
    6. בחר רק את הכדור בצד ימין של המסך. השתמש בפקודות בחלונית השוליים התחתונה כדי להזיז את הכדור ולמקם אותו על גבי ראש עצם הירך. התאימו את הגודל, כולל כל הקצוות הנוגעים בקליפת המוח של העצם (קובץ משלים 1-איור S20).
    7. בחר את עצם הירך הפרוקסימלית בצד ימין, וחתוך אותה (CTRL + X).
    8. בחר רק את המישור האדום בצד ימין של המסך (קובץ משלים 1-איור S21).
    9. השתמשו בפקודות בחלונית השוליים התחתונות להזזת המישור האדום, ומקמו אותו כך שיעבור דרך מרכז הכדור ודרך מרכז קווי העזר המעגליים.
      הערה: הציונים המסומנים על ידי הפאנל בשוליים התחתונים תואמים את היפוך הירך הפתולוגי המחושב על CT בשיטת מרפי.
    10. הקש CTRL + V כדי להדביק שוב את עצם הירך הפרוקסימלית (קובץ משלים 1-איור S22 A,B) .
  6. בצע את אוסטאוטומיה סיבובית של עצם הירך הפרוקסימלית.
    1. בחר את עצם הירך הפרוקסימלית + ההיקף האדום (רק האדום) + הכדור בצד ימין.
    2. בצע אוסטאוטומיה פרוקסימלית פרוקסימלית פנימית של 20° (השתמש בפקודות בלוח השוליים התחתונים; הוסף 20 בגובה) (קובץ משלים 1-איור S23).
    3. מדוד את היפוך הירך החדש (קובץ משלים 1-איור S24).
      הערה: שני המדריכים משמשים שוב לביצוע האוסטאוטומיה. במקרה זה, רק המדריך האדום נבחר יחד עם עצם הירך הפרוקסימלית (כך שכאשר עצם הירך הפרוקסימלית מסתובבת, גם המדריך האדום מסתובב; שלב 4.6.1), ואילו המדריך הסגול לא נבחר (קובץ משלים 1-איור S25). בדרך זו, המדריך הסגול נשאר בדיאפיזה של הירך ואינו משתתף בסיבוב של עצם הירך הפרוקסימלית.
      1. בחר את עצם הירך הפרוקסימלית + ההיקף האדום והקש CTRL + X כדי לחתוך את שני האלמנטים הללו.
      2. בחרו רק במישור האדום ומקמו אותו כך שיעבור דרך מרכז הכדור ודרך מרכז המדריך המעגלי הסגול.
        הערה: יחס של 1:1 בין גודל האוסטאוטומיה לבין תיקון העיוות אינו מושג מכיוון שהסיבוב של עצם הירך הפרוקסימלית אינו עוקב אחר הציר האנטומי של עצם הירך.
  7. בצע את ההתאמה של אוסטאוטומיה סיבובית.
    1. בחר את diaphysis הירך + המישור האדום. הקש CTRL + X כדי לחתוך (איור 27). (קובץ משלים 1-איור S25).
    2. בחר את עצם הירך הפרוקסימלית + הכדור + ההיקף האדום.
    3. הזיזו את שלושת האלמנטים בגוש כך שמרכז ההיקף האדום יתאים למרכז ההיקף הסגול (קובץ משלים 1-איור S26).
    4. חשב מחדש את היפוך הירך החדש עם ההתאמה שנעשתה (קובץ משלים 1-איור S27).
      הערה: באמצעות שיטה תלת ממדית זו, נראה כי ציר הסיבוב של עצם הירך וציר הסיבוב של האוסטאוטומיה אינם חופפים. מסיבה זו, יש צורך לבצע התאמה הכוללת יישור מחדש של שני המדריכים כך שציר הירך המקורי וציר האוסטאוטומיה חופפים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

ניתן למדוד את היפוך הירך בשיטות שונות. חלקם מתמקדים בצוואר הירך, תוך שימוש בקו העובר דרך מרכז הצוואר ואחד העובר דרך קונדיל הירך כסימוכין. אחרים מוסיפים נקודת התייחסות שלישית בטרוכנטר הקטן23. שיטת מרפי, שהיא האמינה ביותר בפרקטיקה הקלינית משום שיש לה את הקשר הקליני-רדיולוגי הטוב ביותר, היא שיטה כזו המשתמשת בנקודת התייחסות שלישית25,26. בנוסף, מרכיב פיתול של עצם הירך, אשר משתנה בקטעים שונים של העצם, תורם לחישוב FAV24.

במחקר ראשוני, FAV נמדד ב -10 מודלים ביולוגיים תלת ממדיים באמצעות שיטת מרפי 12. לאחר מכן, בוצעה הדמיה של אוסטאוטומיה אינטרטרוכנטרית של 10°, 20° ו-30° של עצם הירך על כל אחד מהמודלים הביולוגיים התלת-ממדיים (קבוצה I). לאחר ביצוע האוסטאוטומיה, ה- FAV נמדד מחדש, ונצפה כי ציר הסיבוב של עצם הירך אינו עולה בקנה אחד עם ציר הסיבוב של האוסטאוטומיה בקבוצה I.

דרך המדריכים התלת-ממדיים ניתן לראות ששני הצירים אינם חופפים מכיוון שהמדריך האדום אינו תואם את המדריך הסגול (3D Builder, קובץ משלים 1). המדריך האדום מייצג את ציר הסיבוב של האוסטאוטומיה, ואילו המדריך הסגול מייצג את ציר הסיבוב של עצם הירך. מסיבה זו, יש צורך לבצע התאמה הכוללת יישור מחדש של שני קווי העזר כך שציר הסיבוב של עצם הירך וציר הסיבוב של האוסטאוטומיה יחפפו (3D Builder, שלבים 4.8.1-4.8.3, קובץ משלים 1) (איור 1).

לכן, בוצעה סימולציה כירורגית נוספת של האוסטאוטומיה, והיה צורך באיפוס כדי להתאים את ציר סיבוב הירך לציר הסיבוב של האוסטאוטומיה. ה-FAV שהתקבל נמדד שוב (קבוצה II). טבלה 1 מפרטת את ערכי FAV המתקבלים בכל קבוצה עבור שלושת סדרי הגודל של אוסטאוטומיה סיבובית (10°, 20° ו-30°). המשתנה "תיקון" הוגדר כהפרש בין ה-FAV הראשוני לבין ה-FAV שנמדד לאחר האוסטאוטומיה. כאשר ההתאמה נעשתה כך שציר סיבוב עצם הירך וציר הסיבוב של האוסטאוטומיה חופפים, היחס בין התיקון המתוכנן לבין התיקון הסופי היה 1:1 בשלושת סדרי הגודל של התיקון (10°, 20° ו-30°) (טבלה 2). כך גם בקבוצה 1, שבה לא הושג יחס של 1:1 (טבלה 2).

בית 1 בית 2 ערך P
FAV 10° 22° (±9.1º) 17.9° (±8.8º) <0.001
FAV 20° 15.8° (±8.7º) 7.7° (±9.6º) <0.001
FAV 30° 8.9° (±8.9º) -2.2° (±10.3º) <0.001

טבלה 1: השוואת FAV בין קבוצה 1 לקבוצה 2. האמצעים וערכי SD מוצגים. קיצור: FAV = קדמת הירך.

סיבוב (תיקון) בית 1 בית 2 ערך 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

טבלה 2: השוואת תיקונים בין קבוצה 1 לקבוצה 2. האמצעים וערכי SD מוצגים.

Figure 1
איור 1: התוצאה הסופית: התוצאה של האוסטאוטומיה לאחר יישום ההתאמה. ישנם שישה לוחות, אשר יש לקרוא משמאל לימין ומלמעלה למטה. פאנל ראשון: היפוך עצם הירך המחושב ב-CT בשיטת מרפי. פאנל שני: אוסטאוטומיה סיבובית של עצם הירך הפרוקסימלית (סיבוב פנימי של 20°). פאנל שלישי: היפוך חדש של עצם הירך לאחר אוסטאוטומיה סיבובית של עצם הירך הפרוקסימלית (התיקון הסופי אינו עולה בקנה אחד עם התיקון המתוכנן). לוח רביעי: קווי העזר אינם תואמים. פאנל חמישי: התאמת המדריכים. לוח שישי: היפוך חדש של הירך עם ההתאמה שנעשתה (התיקון הסופי עולה בקנה אחד עם התיקון המתוכנן). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

קובץ משלים 1: הוראות תוכנה. תוכנת 3D Slicer (השגת ויצירת הביומודל); תוכנת MeshMixer (ביצוע המודל המוצק); תוכנת 3D Builder (ייבוא הביומודל, ביצוע אוסטאוטומיה של עצם הירך וחישוב האנטוריה של עצם הירך). אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

קובץ משלים 2: מדריכי אוסטאוטומיה. קובץ 3mf המכיל את המדריך המעגלי האדום, המדריך המעגלי הסגול, הכדור והמישור האדום (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

הממצא החשוב ביותר של מחקר זה הוא כי טכנולוגיית 3D מאפשרת תכנון של אוסטאוטומיה פרוקסימלית חיצונית derotational femoral. טכנולוגיה זו יכולה לדמות את הניתוח שיש לבצע במטופל ספציפי במחשב. זוהי טכניקה פשוטה, ניתנת לשחזור וחופשית המשתמשת בתוכנה הניתנת להתאמה לרוב המחשבים. הבעיה הטכנית היחידה עשויה להיות שתוכנת בונה התלת-ממד פועלת רק עם מערכת ההפעלה Windows. המגבלה העיקרית היא עקומת הלמידה. פרוטוקול זה נמצא עדיין בשלב המחקר הראשוני ובהחלט ניתן לשפר אותו בעתיד, אך הוא כבר משאב זמין שיכול לסייע למנתחים בקבלת החלטות. הטכנולוגיה גם מעצימה את דיוק הניתוח. בנוסף, טכנולוגיית תלת מימד יכולה להגביר את ההיענות של המנתחים לטכניקה כירורגית זו. חשוב גם בהתחשב בכך שאין כיום שיטות תכנון טרום ניתוחיות אחרות לאוסטאוטומיה סיבובית של עצם הירך.

ניתן לסכם את ההליכים הקריטיים במהלך התכנון הכירורגי התלת-ממדי בשלושה שלבים. ראשית, חשוב להשיג מודל ביולוגי תלת ממדי טוב ונקי שבו נבחר רק החלק האנטומי השימושי לתכנון. לשם כך, יש צורך להיות מדויק ככל האפשר במהלך שלבי פרוטוקול 3.3-3.3.2. שנית, יש לבצע את האוסטאוטומיה האינטרטרוכנטרית בצורה נכונה, ולוודא שעצם הירך מקבילה לציר ה-x ומאונכת לציר ה-Y. צירים אלה משורטטים כבר בתוכנית העבודה של תוכנת בונה התלת מימד (שלבי פרוטוקול 4.4.1-4.4.1.3). שלישית, יש לחשב נכון את היפוך הירך במדידה הראשונה ולאחר האוסטאוטומיה. לשם כך, המדריכים שסופקו צריכים להיות ממוקמים כראוי. זה נעשה על ידי וידוא כי המדריכים ההיקפיים (סגול ואדום) ואת הכדור נמצאים במגע עם שלוש נקודות של קליפת המוח של העצם וכי המישור האדום עובר בדיוק דרך מרכז הכדור ואת מרכז המדריכים ההיקפיים (פרוטוקול שלבים 4.5.1-4.5.9).

ניתן להסביר את ההבדלים שנצפו בין קבוצה I לקבוצה II באופן הבא. לא נמצאה התאמה בין ציר סיבוב הירך לציר הסיבוב של האוסטאוטומיה. כאשר שני הצירים חפפו בתכנון תלת-ממדי, הנקרא "התאמה", הקשר בין התיקון המתוכנן לבין התיקון הסופי שהתקבל אכן חפף. לפיכך, טכנולוגיית תלת מימד זו מספקת הערכה אמינה של שני הצירים. במחקר זה נמצאו הבדלים של עד 10° בין מה שנועד לתיקון לבין מה שתוקן בפועל. דרגות אלה של הבדלים עלולות להיות הרות אסון עבור הברך מכיוון שהלחצים הפטלופמורליים יחמירו משמעותית13, והכאב של המטופל, שהוא הגורם לייעוץ, לא ייפתר. בנוסף, טכנולוגיית תלת מימד מאפשרת להכניס את עצם הירך המודפסת לחדר ניתוח עם ביצוע האוסטאוטומיה ועם "התאמה" מתאימה כך שציר הסיבוב של עצם הירך יחפוף את ציר הסיבוב של האוסטאוטומיה.

המגבלה העיקרית של מחקר זה היא היעדר הערכה של שונות תוך צופה ובין-משקיף, אשר תספק עקביות רבה יותר לתוצאות. לסיכום, השימוש בטכנולוגיית תלת מימד לתכנון כירורגי של אוסטאוטומיה סיבובית פרוקסימלית של הירך מאפשר לשפר את הדיוק של טכניקה כירורגית זו ומספק ודאות רבה יותר למנתחים אורתופדיים, מה שהופך ניתוח זה לאטרקטיבי יותר עבורם.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

למחברים אין ניגודי עניינים לחשוף.

Acknowledgments

למחברים אין הכרות.

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

החודש ב-JoVE גיליון 192
תכנון וירטואלי תלת מימדי טרום ניתוחי באוסטאוטומיה פרוקסימלית של הירך
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