Waiting
Login processing...

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

Medicine

Tredimensionel præoperativ virtuel planlægning i derotational proksimal lårbensosteotomi

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

Summary

Dette arbejde præsenterer en detaljeret kirurgisk planlægningsprotokol ved hjælp af 3D-teknologi med gratis open source-software. Denne protokol kan bruges til korrekt kvantificering af lårbensanteversion og simulering af derotationel proksimal lårbensosteotomi til behandling af forreste knæsmerter.

Abstract

Anterior knæsmerter (AKP) er en almindelig patologi blandt unge og voksne. Øget femoral anteversion (FAV) har mange kliniske manifestationer, herunder AKP. Der er voksende tegn på, at øget FAV spiller en stor rolle i AKP's tilblivelse. Desuden tyder de samme beviser på, at derotational femoral osteotomi er gavnlig for disse patienter, da der er rapporteret gode kliniske resultater. Denne type kirurgi anvendes imidlertid ikke i vid udstrækning blandt ortopædkirurger.

Det første skridt i at tiltrække ortopædkirurger til området for rotationsosteotomi er at give dem en metode, der forenkler præoperativ kirurgisk planlægning og giver mulighed for prævisualisering af resultaterne af kirurgiske indgreb på computere. Til det formål bruger vores arbejdsgruppe 3D-teknologi. Det billeddiagnostiske datasæt, der anvendes til kirurgisk planlægning, er baseret på en CT-scanning af patienten. Denne 3D-metode er åben adgang (OA), hvilket betyder, at den er tilgængelig for enhver ortopædkirurg uden økonomiske omkostninger. Desuden giver det ikke kun mulighed for kvantificering af lårbens torsion, men også til udførelse af virtuel kirurgisk planlægning. Interessant nok viser denne 3D-teknologi, at størrelsen af den intertrochanteriske roterende lårbensosteotomi ikke præsenterer et 1: 1-forhold til korrektionen af deformiteten. Derudover giver denne teknologi mulighed for justering af osteotomien, således at forholdet mellem osteotomiens størrelse og korrektionen af deformiteten er 1: 1. Dette papir skitserer denne 3D-protokol.

Introduction

Anterior knee pain (AKP) er et almindeligt klinisk problem blandt unge og unge voksne. Der er en voksende mængde beviser for, at øget femoral anteversion (FAV) spiller en vigtig rolle i tilblivelsen af AKP 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 . Derudover tyder de samme beviser på, at en derotational femoral osteotomi er gavnlig for disse patienter, da gode kliniske resultater er blevet rapporteret 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 . Denne type operation anvendes imidlertid ikke i vid udstrækning i daglig klinisk praksis blandt ortopædkirurger, især i tilfælde af unge og unge aktive patienter med forreste knæsmerter27, fordi de mange kontroversielle aspekter skaber usikkerhed. For eksempel er det blevet observeret, at korrektionen opnået efter osteotomi undertiden ikke er det, der tidligere var planlagt. Det vil sige, at der ikke altid er et forhold på 1: 1 mellem mængden af rotation, der er planlagt ved udførelse af osteotomi, og mængden af FAV korrigeret. Dette fund er endnu ikke blevet undersøgt. Det er derfor emnet for dette dokument. For at forklare uoverensstemmelsen mellem størrelsen af rotationen udført med osteotomi og størrelsen af korrektionen af FAV, blev det antaget, at rotationsaksen for osteotomi og lårbenets rotationsakse muligvis ikke falder sammen.

Et af de største problemer, der skal løses, er nøjagtigt at lokalisere lårbensaksen for rotation og rotationsaksen for osteotomi. Den første lårbensakse er lårbensaksen målt på CT-scanningen på tidspunktet for patientens diagnose, mens den anden lårbensakse er lårbensaksen målt efter udførelse af osteotomien. I løbet af det sidste årti er 3D-teknologi blevet stadig vigtigere i præoperativ planlægning, især inden for ortopædkirurgi og traumatologi, for at forenkle og optimere kirurgiske teknikker15,16. Udviklingen af 3D-teknologi har understøttet oprettelsen af anatomiske biomodeller baseret på 3D-billeddannelsestest såsom CT, hvor tilpassede proteseimplantater kan tilpasses17,18,19 og osteosynteseplader kan støbes i tilfælde af brud20,21,22. Derudover er 3D-planlægning allerede blevet brugt i tidligere undersøgelser til at analysere deformitetens oprindelse i ensidige torsionsændringer af lårbenet14. I øjeblikket er der flere softwareprogrammer, der er helt gratis og kan tilpasses de fleste computere og 3D-printere på markedet, hvilket gør denne teknologi let tilgængelig for de fleste kirurger i verden. Denne 3D-planlægning muliggør nøjagtig beregning af lårbenets indledende rotationsakse og lårbenets rotationsakse efter den intertrochanteriske osteotomi er udført. Hovedformålet med denne undersøgelse er at demonstrere, at rotationsaksen for lårbenets intertrochanteriske osteotomi og lårbenets rotationsakse ikke falder sammen. Denne 3D-teknologi gør det muligt at visualisere denne uoverensstemmelse mellem akserne og korrigere den gennem en justering af osteotomien. Det ultimative mål er at stimulere større interesse fra ortopædkirurger i denne type kirurgi.

Denne protokol med en 3D-metode udføres i fire grundlæggende trin. Først downloades CT-billeder, og 3D-biomodellen oprettes ud fra DICOM-filerne (Digital Imaging and Communication in Medicine) i CT-scanningen. CT-scanninger af højere kvalitet giver mulighed for bedre biomodeller, men betyder, at patienten modtager mere ioniserende stråling. Til kirurgisk planlægning med biomodeller er kvaliteten af konventionel CT tilstrækkelig. DICOM-billedet af en CT-scanning består af en mappe med mange forskellige filer, med en fil for hvert CT-snit, der foretages. Hver af disse filer indeholder ikke kun CT-snittets grafiske oplysninger, men også metadataene (data knyttet til billedet). For at åbne billedet er det vigtigt at have en mappe med alle filerne i serien (CT). Biomodellen ekstraheres fra samtlige filer.

For det andet er det nødvendigt at downloade 3D Slicer-computerprogrammet, et open source-program med mange hjælpeprogrammer for at opnå 3D-biomodellen. Desuden er dette den mest udbredte computersoftware i internationale 3D-laboratorier og har fordelen ved at være helt gratis og downloades fra hovedsiden. Da denne software er en røntgenbilledfremviser, skal DICOM-billedet importeres til programmet.

For det tredje vil den første biomodel opnået med 3D Slicer ikke matche den endelige, fordi der vil være regioner som CT-bordet eller knogler og bløde dele i nærheden, der ikke har nogen interesse. Biomodellen "renses" næsten automatisk med 3D-designsoftwaren, MeshMixer, som også kan downloades direkte fra sin officielle hjemmeside gratis. Endelig beregnes femoral anteversion, og osteotomien simuleres ved hjælp af en anden gratis software fra Windows Store, 3D Builder.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Undersøgelsen blev godkendt af vores institutions etiske komité (reference 2020-277-1). Patienterne underskrev CT-scanningen informeret samtykke.

1. Download af CT-billeder

  1. Få adgang til et billedarkiverings- og kommunikationssystem (PACS).
    BEMÆRK: Hver softwarepakke har en anden måde at få adgang til en PACS på, men alle har en måde at downloade en undersøgelse i DICOM-formatet. Hvis der er et spørgsmål om, hvordan dette gøres, spørg systemadministratoren for centret eller radiologerne i centret.
  2. Download den fulde CT-scanning i DICOM-formatet, samtidig med at patientens anonymitet bevares.

2. Opnåelse af 3D-biomodellen (supplerende fil 1-figur S1)

  1. Download softwaren 3D Slicer (se materialetabellen). Installer programmet på computeren.
  2. Importer CT-billederne i DICOM-formatet.
    1. Klik på DCM-ikonet i øverste venstre hjørne af skærmen.
    2. Klik på Importer DICOM-filer i venstre side af skærmen, og vent på, at der åbnes et vindue, der gør det muligt at vælge den mappe, hvor CT-undersøgelsen gemmes i DICOM-format .
    3. Klik på "DummyPatName!" øverst til højre på skærmen. Hvis mappen har mere end én CT-undersøgelse, skal du klikke på serien "DummySeriesDesc!", med flest billeder nederst på skærmen.
    4. Klik på Indlæs nederst til højre.
  3. Opret 3D-biomodellen.
    1. Klik på menulinjen øverst på skærmen, og vent på, at DICOM vises.
    2. I rullemenuen skal du vælge Legacy | Editor mulighed. Tryk på ok på den meddelelse, der vises (Supplerende fil 1-figur S2).
    3. Vent på, at en ny menu vises i venstre side af skærmen. Klik på ikonet Tærskeleffekt .
    4. Flyt bjælken i den nederste boks, indtil kun knoglen er malet på billederne til højre. På denne måde skal du vælge værdien af de Hounsfield-enheder, der skal medtages i modellen.
    5. Når det ønskede malingsniveau er opnået, skal du klikke på Anvend. Markeringen er markeret med farven grøn (Supplerende fil 1-figur S3).
    6. Vælg indstillingen Lav modeleffekt fra sidemenuen (den samme som den forrige). Vælg Anvend (supplerende fil 1-figur S4).
    7. I vinduet øverst til højre genereres 3D-modellen. Klik på den gyldne ramme, centrer 3D-visningen på scenen, for at centrere billedet i midten af vinduet (supplerende fil 1-figur S4).
  4. Gem biomodellen (supplerende fil 1-figur S5).
    1. Klik på Gem i øverste venstre margen.
    2. I feltet, der vises, skal du kun vælge filen "væv" (supplerende fil 1-figur S5).
    3. I den anden kolonne i rullemenuen skal du vælge STL.
    4. I den tredje kolonne i rullemenuen skal du vælge, hvor du vil gemme ithe STL-filen. Klik på Gem. Dette er den fil, der vil blive brugt i de følgende trin.

3. Udarbejdelse af biomodellen

  1. Download MeshMixer-softwaren (se materialetabellen). Installer programmet på computeren.
    1. Importer STL-billedet ved at vælge indstillingen Import i midten af skærmen (Supplerende fil 1-figur S6).
  2. Vælg biomodellen.
    1. Se efter indstillingen Vælg i menuen til venstre. Brug en af følgende hovedmetoder til at vælge.
    2. Brug markeringsværktøjet , vælg børstens tykkelse, og dobbeltklik på lårbenet (supplerende fil 1-figur S7). Hvis det ikke kun er muligt at adskille lårbenet, betyder det, at det har direkte kontakt med andre knoglestrukturer eller bløde dele; i så fald skal du vælge Rediger | Generer ansigtsgrupper fra menuen (supplerende fil 1-figur S7). Brug indstillingen Vinkeltærskel , og flyt bjælken, indtil de forskellige strukturer har en anden farve, hvilket angiver, at stykkerne er blevet genkendt som separate (supplerende fil 1-figur S8).
      1. Med markeringsværktøjet skal du holde venstre museknap nede, mens du maler den del af biomodellen, der er af interesse.
      2. Med markeringsværktøjet skal du klikke på et punkt uden for modellen og holde venstre museknap nede, mens du maler en cirkel, der indeholder den del, der er af interesse.
    3. Brug markeringsværktøjet til at vælge den del af interesse. Se efter indstillingen Vælg | Rediger | Inverter i sidemenuen, og tryk på Slet (Supplerende fil 1-figur S9) for at slette de ikke-markerede dele. På dette tidspunkt opnås biomodellen af det rene lårben (supplerende fil 1-figur S9).
    4. Gør modellen solid (supplerende fil 1-figur S10).
    5. Gå til Rediger | Gør fast | Massiv type| Præcis.
    6. Maksimer værdierne for solid nøjagtighed og masketæthed .
  3. Gem biomodellen. Vælg eksportindstillingen i sidemenuen. Vælg STL-formatet og den mappe, som biomodellen eksporteres til.

4. Beregning af den proksimale lårbensanteversion

  1. Download 3D Builder-softwaren (se materialetabellen). Installer programmet på computeren.
    BEMÆRK: Programmet kan kun downloades, hvis computerens operativsystem er Windows.
  2. Klik på ikonet Indsæt øverst på skærmen (Supplerende fil 1-figur S11). Klik på Tilføj for at importere biomodellen til scenen (supplerende fil 1-figur S12).
    BEMÆRK: Den venstre museknap gør det muligt at rotere objektet for at se det i en 360° visning. Med højre knap er det muligt at rulle langs objektet. Musens centrale hjul giver mulighed for at zoome ind.
  3. Klik på Objekt | Sæt dig til rette for at fastgøre objektet til arbejdsplanet, så det hviler på lårbenskondylerne og trochanterborgmesteren.
    BEMÆRK: Det tilrådes at placere objektet lodret parallelt med y-aksen og vinkelret på x-aksen markeret på arbejdsplanet (supplerende fil 1-figur S13).
  4. Udfør lårbenets osteotomi.
    1. Klik på Rediger | Opdel fra topmenuen . Når der vises et rektangulært udskæringsplan, skal du vælge Behold begge (supplerende fil 1-figur S14).
      1. Brug knappen Flyt tilstand på bjælken i skærmens nederste margen til at flytte beskæringsplanet vandret og lodret.
    2. Brug knappen Roter tilstand på bjælken i skærmens nederste margen til at rotere planet rundt om lårbenet (rulle: 90°, stigning: 0°, krøje: 0°) (supplerende fil 1-figur S14).
    3. Placer skæreplanet parallelt med x-aksen og vinkelret på y-aksen. Klik på Opdel. I dette tilfælde skal du udføre osteotomien over trochanter minor (intertrochanteric) (supplerende fil 1-figur S15).
  5. Beregn lårbenets anteversion.
    1. Indsæt guiderne, som hjælper med at etablere referencepunkterne til måling af lårbenets anteversion i billedet i programmets 3D-miljø i henhold til Murphys metode (Supplementary File 1-Figure S16A, B). For at indsætte guiderne skal du klikke på Indsæt | Tilføj, og vælg 3mf supplerende fil 2.
      BEMÆRK: Disse vejledninger er designet internt, og 3mf-filen Supplementary File 2 er tilgængelig som et supplerende materiale, der findes i denne artikel. Murphy 3D-metoden blev implementeret ved at etablere tre målepunkter på samme måde som i den konventionelle metode11 , men i et 3D-miljø. Den sædvanlige omkreds på lårbenshovedets niveau blev erstattet af en kugle, og målingen blev etableret ved en omkreds på niveauet af trochanter minor. Som en distal reference blev den bageste interkondylære linje taget, som defineret i den oprindelige Murphy-metode.
    2. Vælg kun den proksimale del af lårbenet i højre side af skærmen, og klik på CTRL + X for at klippe markeringen. Sådan vises lårbensdiafysen (supplerende fil 1-figur S17).
    3. Vælg den røde cirkulære guide og den lilla cirkulære guide (betyder det, at de vil være sammen) i højre side af skærmen. Brug kommandoerne i panelet med nederste margen til at flytte hjælpelinjerne.
      BEMÆRK: Den røde guide repræsenterer osteotomiens rotationsakse, mens den violette guide repræsenterer lårbenets rotationsakse.
    4. Sæt styrene i midten af lårbensdiafysen, og brug kommandoerne i det ringere margenpanel til at justere størrelsen. Sørg for, at alle kanter berører knoglens cortex (supplerende fil 1-figur S18).
      BEMÆRK: Når de to guider, den røde omkreds og den lilla omkreds, bruges for første gang, vælges de sammen, så de bevæger sig som en blok, som om de var en guide, for at måle FAV, og de placeres i lårbensdiafysen lige over den mindre trochanter ved osteotomilinjen.
    5. Klik på CTRL + V for at indsætte den proksimale lårben igen (supplerende fil 1-figur S19).
    6. Vælg kun kuglen i højre side af skærmen. Brug kommandoerne i det nederste margenpanel til at flytte kuglen og placere den oven på lårbenshovedet. Juster størrelsen, inklusive alle kanter, der berører knoglebarken (supplerende fil 1-figur S20).
    7. Vælg den proksimale lårben på højre side, og skær den (CTRL + X).
    8. Vælg kun det røde plan i højre side af skærmen (Supplementary File 1-Figure S21).
    9. Brug kommandoerne i panelet med nederste margen til at flytte det røde plan, og placer det, så det passerer gennem kuglens centrum og gennem midten af de cirkulære hjælpelinjer.
      BEMÆRK: De karakterer, der er markeret af panelet i den nedre margen, svarer til den patologiske lårbensanteversion beregnet på CT ved hjælp af Murphys metode.
    10. Tryk på CTRL + V for at indsætte den proksimale lårben igen (supplerende fil 1-figur S22 A, B) .
  6. Udfør rotationsosteotomi af den proksimale lårben.
    1. Vælg den proksimale lårben + den røde omkreds (kun den røde) + kuglen på højre side.
    2. Lav en intern derotational proksimal lårbensosteotomi på 20° (brug kommandoerne på panelet i den nederste margen; tilføj 20 på Pitch) (Supplerende fil 1-figur S23).
    3. Mål den nye lårbensforversion (supplerende fil 1-figur S24).
      BEMÆRK: De to guider bruges igen til at udføre osteotomi. I dette tilfælde vælges kun den røde guide sammen med den proksimale lårben (således at når den proksimale lårben roterer, roterer den røde guide også; trin 4.6.1), mens den violette guide ikke vælges (supplerende fil 1-figur S25). På denne måde forbliver den violette guide i lårbenets diafyse og deltager ikke i rotationen af den proksimale lårben.
      1. Vælg den proksimale lårben + den røde omkreds, og tryk på CTRL + X for at skære disse to elementer.
      2. Vælg kun det røde plan, og placer det, så det passerer gennem kuglens centrum og gennem midten af den lilla cirkulære guide.
        BEMÆRK: Et 1: 1 forhold mellem osteotomiens størrelse og korrektionen af deformiteten opnås ikke, fordi derotationen af det proksimale lårben ikke følger lårbenets anatomiske akse.
  7. Udfør justeringen af rotationsosteotomien.
    1. Vælg lårbensdiafysen + det røde plan. Tryk på CTRL + X for at klippe (figur 27). (Supplerende fil 1-figur S25).
    2. Vælg den proksimale lårben + kuglen + den røde omkreds.
    3. Flyt de tre elementer en bloc, så midten af den røde omkreds matcher midten af den lilla omkreds (supplerende fil 1-figur S26).
    4. Genberegne den nye lårbensforversion med den foretagne justering (supplerende fil 1-figur S27).
      BEMÆRK: Gennem denne 3D-metode er det vist, at lårbenets rotationsakse og osteotomiens rotationsakse ikke falder sammen. Af denne grund er det nødvendigt at foretage en justering, der indebærer justering af de to guider, så den oprindelige lårbensakse og osteotomiaksen falder sammen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Femoral anteversion kan måles ved forskellige metoder. Nogle af dem fokuserer på lårbenshalsen ved hjælp af linjen, der passerer gennem midten af nakken og en, der passerer gennem lårbenskondylerne som referencer. Andre tilføjer et tredje referencepunkt ved den mindre trochanter23. Murphys metode, som er den mest pålidelige i klinisk praksis, fordi den har det bedste klinisk-radiologiske forhold, er en sådan metode, der anvender et tredje referencepunkt25,26. Derudover bidrager lårbenets torsionskomponent, som varierer i de forskellige segmenter af knoglen, til beregningen af FAV24.

I en forundersøgelse blev FAV målt i 10 3D-biomodeller ved hjælp af Murphys metode 12. Derefter blev en 10 °, 20 ° og 30 ° intertrochanterisk rotationsfemoral osteotomi simuleret på hver af 3D-biomodellerne (gruppe I). Når osteotomien blev udført, blev FAV genmålt, og det blev observeret, at lårbenets rotationsakse ikke faldt sammen med osteotomiens rotationsakse i gruppe I.

Gennem 3D-guiderne kan man se, at de to akser ikke falder sammen, fordi den røde guide ikke matcher den violette guide (3D Builder, Supplementary File 1). Den røde guide repræsenterer osteotomiens rotationsakse, mens den violette guide repræsenterer lårbenets rotationsakse. Af denne grund er det nødvendigt at foretage en justering, der involverer justering af de to guider, så lårbenets rotationsakse og osteotomiens rotationsakse falder sammen (3D Builder, trin 4.8.1-4.8.3, supplerende fil 1) (figur 1).

Derfor blev der udført en anden kirurgisk simulering af osteotomien, og en nulstilling var nødvendig for at matche lårbenets rotationsakse med osteotomiens rotationsakse. Den resulterende FAV blev målt igen (gruppe II). Tabel 1 beskriver værdierne af FAV opnået i hver gruppe for de tre størrelser af rotationsosteotomi (10°, 20° og 30°). Variablen "korrektion" blev defineret som forskellen mellem den oprindelige FAV og FAV målt efter osteotomien. Når justeringen blev foretaget således, at lårbenets rotationsakse og osteotomiens rotationsakse faldt sammen, var forholdet mellem den planlagte korrektion og den endelige korrektion 1:1 i de tre korrektionsstørrelser (10°, 20° og 30°) (tabel 2). Det samme skete ikke i gruppe 1, hvor forholdet 1:1 ikke blev opnået (tabel 2).

Gruppe 1 Gruppe 2 P-værdi
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

Tabel 1: FAV sammenligning mellem gruppe 1 og gruppe 2. Midlerne og SD-værdierne præsenteres. Forkortelse: FAV = lårbensforversion.

Derotation (korrektion) Gruppe 1 Gruppe 2 P-værdi
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

Tabel 2: Korrektionssammenligning mellem gruppe 1 og gruppe 2. Midlerne og SD-værdierne præsenteres.

Figure 1
Figur 1: Det endelige resultat: Resultatet af osteotomien efter justeringen er blevet anvendt. Der er seks paneler, som skal læses fra venstre mod højre og fra top til bund. Første panel: lårbensanteversion beregnet i CT ved hjælp af Murphys metode. Andet panel: Rotationsosteotomi af den proksimale lårben (intern rotation på 20°). Tredje panel: Ny femoral anteversion efter rotationsosteotomi af den proksimale lårben (den endelige korrektion falder ikke sammen med den planlagte korrektion). Fjerde panel: Guiderne stemmer ikke overens. Femte panel: Matchende hjælpelinjerne. Sjette panel: Ny femoral anteversion med den foretagne justering (den endelige korrektion falder sammen med den planlagte korrektion). Klik her for at se en større version af denne figur.

Supplerende fil 1: Softwareinstruktioner. 3D Slicer-softwaren (opnåelse og oprettelse af biomodellen); MeshMixer-softwaren (gør den solide model); 3D Builder-softwaren (import af biomodellen, udførelse af lårbensosteotomi og beregning af lårbenets anteversion). Klik her for at downloade denne fil.

Supplerende fil 2: Osteotomi guider. En 3mf fil, der indeholder den røde cirkulære guide, lilla cirkulære guide, kugle og rødt plan (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

Det vigtigste resultat af denne undersøgelse er, at 3D-teknologi tillader planlægning af proksimal ekstern derotational femoral osteotomi. Denne teknologi kan simulere den operation, der skal udføres på en bestemt patient på computeren. Det er en enkel, reproducerbar og gratis teknik, der bruger software, der kan tilpasses de fleste computere. Det eneste tekniske problem kan være, at 3D builder-softwaren kun fungerer med Windows-operativsystemet. Den største begrænsning er indlæringskurven. Denne protokol er stadig i forundersøgelsesfasen og kan helt sikkert forbedres i fremtiden, men det er allerede en tilgængelig ressource, der kan hjælpe kirurger med beslutningstagning. Teknologien øger også præcisionen af operationen. Derudover kan 3D-teknologi øge kirurgernes overholdelse af denne kirurgiske teknik. Det er også vigtigt i betragtning af, at der i øjeblikket ikke er andre præoperative planlægningsmetoder til derotational femoral osteotomi.

De kritiske procedurer under den 3D-kirurgiske planlægning kan opsummeres i tre trin. For det første er det vigtigt at få en god, ren 3D-biomodel, hvor kun den anatomiske del, der er nyttig til planlægning, vælges. Til dette er det nødvendigt at være så nøjagtig som muligt under protokoltrin 3.3-3.3.2. For det andet skal den intertrochanteriske osteotomi udføres korrekt, idet man sørger for, at lårbenet er parallelt med x-aksen og vinkelret på y-aksen. Disse akser er allerede tegnet i arbejdsplanen for 3D builder-softwaren (protokoltrin 4.4.1-4.4.1.3). For det tredje skal lårbensforversionen beregnes korrekt i den første måling og efter osteotomien. Til dette formål skal de medfølgende guider placeres korrekt. Dette gøres ved at sikre, at de perifere guider (violet og rød) og kuglen er i kontakt med tre punkter i knoglens cortex, og at det røde plan passerer nøjagtigt gennem kuglens centrum og midten af omkredsguiderne (protokoltrin 4.5.1-4.5.9).

De forskelle, der er observeret mellem gruppe I og gruppe II, kan forklares som følger. Der var ingen overensstemmelse mellem lårbenets rotationsakse og osteotomiens rotationsakse. Når begge akser faldt sammen i 3D-planlægning, som kaldes "justering", faldt forholdet mellem den planlagte korrektion og den endelige opnåede korrektion sammen. Således giver denne 3D-teknologi en pålidelig evaluering af begge akser. I denne undersøgelse var der forskelle på op til 10° mellem, hvad der var beregnet til at blive korrigeret, og hvad der faktisk blev rettet. Disse grader af forskelle kan være katastrofale for knæet, fordi patellofemorale tryk vil forværres betydeligt13, og patientens smerte, som er årsagen til konsultationen, vil ikke blive løst. Derudover gør 3D-teknologien det muligt at få det printede lårben i operationsstuen med osteotomien udført og med passende "justering", så lårbenets rotationsakse falder sammen med osteotomiens rotationsakse.

Den største begrænsning ved denne undersøgelse er, at der ikke er foretaget en evaluering af variabiliteten inden for observatøren og mellem observatørerne, hvilket ville give resultaterne større konsistens. Sammenfattende tillader brugen af 3D-teknologi til kirurgisk planlægning af proksimal lårbensderotational osteotomi, at præcisionen af denne kirurgiske teknik forbedres og giver ortopædkirurger større sikkerhed, hvilket gør denne operation mere attraktiv for dem.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ingen interessekonflikter at oplyse.

Acknowledgments

Forfatterne har ingen anerkendelser.

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

Denne måned i JoVE nummer 192
Tredimensionel præoperativ virtuel planlægning i derotational proksimal lårbensosteotomi
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