Waiting
Login processing...

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

Medicine

Tredimensjonal preoperativ virtuell planlegging ved derotasjonsproksimal femurosteotomi

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

Summary

Dette arbeidet presenterer en detaljert kirurgisk planleggingsprotokoll ved hjelp av 3D-teknologi med gratis programvare med åpen kildekode. Denne protokollen kan brukes til å kvantifisere femorale anteversjon korrekt og simulere derotasjonsproksimal femoral osteotomi for behandling av fremre knesmerter.

Abstract

Anterior knesmerter (AKP) er en vanlig patologi blant ungdom og voksne. Økt femoralanteversjon (FAV) har mange kliniske manifestasjoner, inkludert AKP. Det er økende bevis for at økt FAV spiller en viktig rolle i opprinnelsen til AKP. Videre tyder det samme beviset på at deroterende femoral osteotomi er gunstig for disse pasientene, da gode kliniske resultater er rapportert. Imidlertid er denne typen operasjon ikke mye brukt blant ortopediske kirurger.

Det første trinnet i å tiltrekke ortopediske kirurger til feltet rotasjonsosteotomi er å gi dem en metodikk som forenkler preoperativ kirurgisk planlegging og muliggjør previsualisering av resultatene av kirurgiske inngrep på datamaskiner. Derfor bruker arbeidsgruppen vår 3D-teknologi. Bildedatasettet som brukes til kirurgisk planlegging er basert på CT-skanning av pasienten. Denne 3D-metoden er åpen tilgang (OA), noe som betyr at den er tilgjengelig for enhver ortopedisk kirurg uten økonomisk kostnad. Videre tillater det ikke bare kvantifisering av femoral torsjon, men også for å utføre virtuell kirurgisk planlegging. Interessant nok viser denne 3D-teknologien at størrelsen på den intertrokantære roterende femorale osteotomien ikke presenterer et 1: 1-forhold med korreksjonen av deformiteten. I tillegg tillater denne teknologien justering av osteotomien slik at forholdet mellom størrelsen på osteotomien og korreksjonen av deformiteten er 1: 1. Dette dokumentet beskriver denne 3D-protokollen.

Introduction

Anterior knesmerter (AKP) er et vanlig klinisk problem blant ungdom og unge voksne. Det er et økende bevismateriale for at økt femoral anteversjon (FAV) spiller en viktig rolle i opprinnelsen til AKP 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 . I tillegg tyder det samme beviset på at en deroterende femoral osteotomi er gunstig for disse pasientene, da gode kliniske resultater er rapportert 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 . Denne typen kirurgi er imidlertid lite brukt i daglig klinisk praksis blant ortopediske kirurger, spesielt når det gjelder ungdom og unge aktive pasienter med fremre knesmerter27, fordi de mange kontroversielle aspektene genererer usikkerhet. For eksempel har det blitt observert at noen ganger er korreksjonen oppnådd etter osteotomi ikke det som tidligere var planlagt. Det vil si at det ikke alltid er et 1: 1-forhold mellom mengden rotasjon planlagt når du utfører osteotomi og mengden FAV korrigert. Dette funnet er hittil ikke studert. Derfor er det gjenstand for denne artikkelen. For å forklare uoverensstemmelsen mellom størrelsen på rotasjonen utført med osteotomi og størrelsen på korreksjonen av FAV, ble det hypoteset at rotasjonsaksen til osteotomien og lårbenets rotasjonsakse kanskje ikke sammenfaller.

Et av hovedproblemene som skal tas opp, er nøyaktig lokalisering av lårbensaksen og rotasjonsaksen til osteotomien. Den første femoralaksen er femoralaksen målt på CT-undersøkelsen på tidspunktet for pasientens diagnose, mens den andre femoralaksen er femoralaksen målt etter å ha utført osteotomien. I løpet av det siste tiåret har 3D-teknologi blitt stadig viktigere i preoperativ planlegging, spesielt innen ortopedisk kirurgi og traumatologi, for å forenkle og optimalisere kirurgiske teknikker15,16. Utviklingen av 3D-teknologi har støttet etableringen av anatomiske biomodeller basert på 3D-bildebehandlingstester som CT, der tilpassede proteseimplantater kan tilpasses17,18,19 og osteosynteseplater kan støpes ved brudd20,21,22. I tillegg har 3D-planlegging allerede blitt brukt i tidligere studier for å analysere opprinnelsen til deformiteten i ensidige torsjonsendringer av lårbenet14. For tiden er det flere programmer som er helt gratis og kan tilpasses de fleste datamaskiner og 3D-skrivere på markedet, noe som gjør denne teknologien lett tilgjengelig for de fleste kirurger i verden. Denne 3D-planleggingen muliggjør nøyaktig beregning av lårbenets første rotasjonsakse og lårbenets rotasjonsakse etter at intertrokantær osteotomi er utført. Hovedformålet med denne studien er å demonstrere at rotasjonsaksen til lårbenets intertrokantære osteotomi og lårbenets rotasjonsakse ikke sammenfaller. Denne 3D-teknologien gjør det mulig å visualisere denne uoverensstemmelsen mellom aksene og korrigere den gjennom en justering av osteotomien. Det endelige målet er å stimulere til større interesse fra ortopediske kirurger for denne typen kirurgi.

Denne protokollen med en 3D-metodikk utføres i fire grunnleggende trinn. Først lastes CT-bilder ned, og 3D-biomodellen opprettes fra DICOM-filene (Digital Imaging and Communication in Medicine) i CT-skanningen. CT-skanning av høyere kvalitet gir bedre biomodeller, men betyr at pasienten mottar mer ioniserende stråling. For kirurgisk planlegging med biomodeller er kvaliteten på konvensjonell CT tilstrekkelig. DICOM-bildet av en CT-skanning består av en mappe med mange forskjellige filer, med en fil for hvert CT-kutt som gjøres. Hver av disse filene inneholder ikke bare CT-kuttets grafiske informasjon, men også metadataene (data knyttet til bildet). For å åpne bildet er det viktig å ha en mappe med alle filene i serien (CT). Biomodellen er hentet fra totaliteten av filene.

For det andre, for å få 3D-biomodellen, er det nødvendig å laste ned dataprogrammet 3D Slicer, et open source-program med mange verktøy. Videre er dette den mest brukte dataprogramvaren i internasjonale 3D-laboratorier og har fordelen av å være helt gratis og nedlastbar fra hovedsiden. Siden denne programvaren er en røntgenbildeviser, må DICOM-bildet importeres til programmet.

For det tredje vil den første biomodellen oppnådd med 3D Slicer ikke samsvare med den definitive, fordi det vil være regioner som CT-bordet eller bein og myke deler i nærheten som ikke er av interesse. Biomodellen blir "renset" nesten automatisk med 3D-designprogramvaren, MeshMixer, som også kan lastes ned direkte fra sin offisielle nettside gratis. Til slutt beregnes femoral anteversjon, og osteotomien simuleres ved hjelp av en annen gratis programvare fra Windows Store, 3D Builder.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Studien er godkjent av etisk komité ved vår institusjon (referanse 2020-277-1). Pasienter signerte CT-skanningen informert samtykke.

1. Laste ned CT-bildene

  1. Få tilgang til et bildearkiverings- og kommunikasjonssystem (PACS).
    MERK: Hver programvarepakke har en annen måte å få tilgang til en PACS på, men alle har en måte å laste ned en studie i DICOM-formatet. Hvis det er spørsmål om hvordan dette gjøres, spør systemadministratoren av senteret eller radiologene i senteret.
  2. Last ned hele CT-skanningen i DICOM-formatet mens du opprettholder pasientens anonymitet.

2. Innhenting av 3D-biomodellen (tilleggsfil 1-figur S1)

  1. Last ned programvaren 3D Slicer (se materialfortegnelsen). Installer programmet på datamaskinen.
  2. Importer CT-bildene i DICOM-formatet.
    1. Klikk på DCM-ikonet øverst til venstre på skjermen.
    2. Klikk på Importer DICOM-filer på venstre side av skjermen, og vent til et vindu åpnes som gjør det mulig å velge mappen der CT-studien er lagret i DICOM-formatet.
    3. Klikk på "DummyPatName!" øverst til høyre på skjermen. Hvis mappen har mer enn én CT-studie, klikker du på serien "DummySeriesDesc!" med flest bilder nederst på skjermen.
    4. Klikk på Last inn nederst til høyre.
  3. Opprett 3D-biomodellen.
    1. Klikk på menylinjen øverst på skjermen, og vent til DICOM vises.
    2. I rullegardinmenyen velger du Legacy | Redaktør alternativ. Trykk OK på meldingen som vises (tilleggsfil 1-figur S2).
    3. Vent til en ny meny vises på venstre side av skjermen. Klikk på ikonet for terskeleffekt .
    4. Flytt linjen i den nedre boksen til bare beinet er malt i bildene til høyre. På denne måten velger du verdien til Hounsfield-enhetene som skal inkluderes i modellen.
    5. Når ønsket malingsnivå er oppnådd, klikker du på Bruk. Utvalget er merket med fargen grønn (tilleggsfil 1-figur S3).
    6. Velg alternativet Lag modelleffekt fra sidemenyen (det samme som den forrige). Velg Bruk (tilleggsfil 1-figur S4).
    7. I vinduet øverst til høyre genereres 3D-modellen. Klikk på den gyldne rammen, sentrer 3D-visningen på scenen, for å sentrere bildet i midten av vinduet (tilleggsfil 1-figur S4).
  4. Lagre biomodellen (tilleggsfil 1-figur S5).
    1. Klikk på Lagre øverst til venstre.
    2. I boksen som vises, velger du bare filen "vev" (tilleggsfil 1-figur S5).
    3. I den andre kolonnen, i rullegardinmenyen, velger du STL.
    4. I den tredje kolonnen, i rullegardinmenyen, velger du hvor du vil lagre iSTL-filen. Klikk på Lagre. Dette er filen som vil bli brukt i følgende trinn.

3. Utarbeidelse av biomodellen

  1. Last ned MeshMixer-programvaren (se materialfortegnelsen). Installer programmet på datamaskinen.
    1. Importer STL-bildet ved å velge alternativet Importer midt på skjermen (tilleggsfil 1-figur S6).
  2. Velg biomodellen.
    1. Se etter Velg-alternativet i menyen på venstre side. Bruk en av følgende hovedmetoder for å velge.
    2. Bruk markeringsverktøyet , velg tykkelsen på penselen, og dobbeltklikk på lårbenet (tilleggsfil 1-figur S7). Hvis det ikke er mulig å skille bare lårbenet, betyr det at det har direkte kontakt med andre beinstrukturer eller myke deler; i så fall velger du Rediger | Generer ansiktsgrupper fra menyen (tilleggsfil 1-figur S7). Bruk alternativet Vinkelterskel og flytt linjen til de forskjellige strukturene har en annen farge, noe som indikerer at brikkene er gjenkjent som separate (tilleggsfil 1-figur S8).
      1. Med markeringsverktøyet holder du nede venstre museknapp mens du maler den delen av biomodellen som er av interesse.
      2. Med markeringsverktøyet klikker du på et punkt utenfor modellen, og holder nede venstre museknapp mens du maler en sirkel som inneholder den delen som er av interesse.
    3. Bruk markeringsverktøyet til å velge den delen av interesse. Se etter alternativet Velg | Endre | Inverter i sidemenyen, og trykk på Delete (tilleggsfil 1-figur S9) for å slette de umerkede delene. På dette tidspunktet oppnås biomodellen av det rene lårbenet (tilleggsfil 1-figur S9).
    4. Gjør modellen solid (tilleggsfil 1-figur S10).
    5. Naviger til Rediger | Lag Solid | Heldekkende type| Nøyaktig.
    6. Maksimer verdiene for Heldekkende nøyaktighet og Netttetthet .
  3. Lagre biomodellen. Velg alternativet Eksporter fra sidemenyen. Velg STL-formatet og mappen som biomodellen eksporteres til.

4. Beregning av den proksimale femorale anteversjonen

  1. Last ned 3D Builder-programvaren (se materialfortegnelsen). Installer programmet på datamaskinen.
    MERK: Programmet kan bare lastes ned hvis operativsystemet til datamaskinen er Windows.
  2. Klikk på Sett inn-ikonet øverst på skjermen (tilleggsfil 1-figur S11). Klikk på Legg til for å importere biomodellen til scenen (tilleggsfil 1-figur S12).
    MERK: Venstre museknapp gjør det mulig å rotere objektet for å se det i en 360°-visning. Med høyre knapp er det mulig å bla langs objektet. Det sentrale hjulet på musen gjør det mulig å zoome inn.
  3. Klikk på Objekt | Sett deg for å feste objektet til arbeidsplanet slik at det hviler på lårkondylene og trokanterordføreren.
    MERK: Det anbefales å plassere objektet vertikalt parallelt med y-aksen og vinkelrett på x-aksen merket på arbeidsplanet (tilleggsfil 1-figur S13).
  4. Utfør lårbens osteotomi.
    1. Klikk på Rediger | Del fra toppmenyen . Når et rektangulært kuttplan vises, velger du Behold begge (tilleggsfil 1-figur S14).
      1. Bruk Flyttemodus-knappen på linjen i nedre marg på skjermen for å flytte skjæringsplanet horisontalt og vertikalt.
    2. Bruk Roter modus-knappen på linjen i nedre marg på skjermen til å rotere planet rundt lårbenet (Rull: 90°, Stigning: 0°, Yaw: 0°) (tilleggsfil 1-figur S14).
    3. Sett skjæringsplanet parallelt med x-aksen og vinkelrett på y-aksen. Klikk på Split. I dette tilfellet utfører du osteotomien over trokanter minor (intertrokantær) (tilleggsfil 1-figur S15).
  5. Beregn femoral anteversjon.
    1. Sett inn veiledningene, som bidrar til å etablere referansepunktene for å måle lårbensanteversjonen i bildet i 3D-miljøet i programmet i henhold til Murphys metode (tilleggsfil 1-figur S16A, B). For å sette inn støttelinjene, klikk på Sett inn | Legg til, og velg 3mf tilleggsfil 2.
      MERK: Disse veiledningene ble utformet internt, og 3mf-filen Supplementary File 2 er tilgjengelig som et supplerende materiale i denne artikkelen. Murphy 3D-metoden ble implementert ved å etablere tre målepunkter på samme måte som i konvensjonell metode11 , men i et 3D-miljø. Den vanlige omkretsen på femoralhodets nivå ble erstattet av en kule, og målingen ble etablert av en omkrets på nivået av trochanter minor. Som en distal referanse ble den bakre interkondylære linjen tatt, som definert i den opprinnelige Murphy-metoden.
    2. Velg bare den proksimale delen av lårbenet på høyre side av skjermen og klikk på CTRL + X for å kutte utvalget. Slik fremkommer lårdiafysen (tilleggsfil 1-figur S17).
    3. Velg den røde sirkulære veiledningen og den lilla sirkulære veiledningen (dette betyr at de vil være sammen) på høyre side av skjermen. Bruk kommandoene i panelet med bunnmargen til å flytte hjelpelinjene.
      MERK: Den røde guiden representerer osteotomiens rotasjonsakse, mens den fiolette føringen representerer lårbenets rotasjonsakse.
    4. Sett støttelinjene i midten av lårdiafysen, og bruk kommandoene til det nedre margpanelet for å justere størrelsen. Forsikre deg om at alle kantene berører benbarken (tilleggsfil 1-figur S18).
      MERK: Når de to føringene, den røde omkretsen og den lilla omkretsen, brukes for første gang, velges de sammen slik at de beveger seg som en blokk, som om de var en guide, for å måle FAV, og de plasseres i femoraldiafysen like over den mindre trokanteren ved osteotomilinjen.
    5. Klikk på CTRL + V for å lime inn det proksimale lårbenet igjen (tilleggsfil 1-figur S19).
    6. Velg bare sfæren på høyre side av skjermen. Bruk kommandoene i bunnmargpanelet til å flytte kulen og plassere den på toppen av lårhodet. Juster størrelsen, inkludert alle kantene som berører benbarken (tilleggsfil 1-figur S20).
    7. Velg det proksimale lårbenet på høyre side, og klipp det (CTRL + X).
    8. Velg bare det røde planet på høyre side av skjermen (tilleggsfil 1-figur S21).
    9. Bruk kommandoene i panelet med nedre marg til å flytte det røde planet, og plasser det slik at det passerer gjennom midten av sfæren og gjennom midten av de sirkulære støttelinjene.
      MERK: Karakterene markert av panelet i nedre marg tilsvarer den patologiske femorale anteversjonen beregnet på CT ved hjelp av Murphys metode.
    10. Trykk CTRL + V for å lime inn det proksimale lårbenet igjen (tilleggsfil 1-figur S22 A,B).
  6. Utfør rotasjonsosteotomi av det proksimale lårbenet.
    1. Velg det proksimale lårbenet + den røde omkretsen (bare den røde) + sfæren på høyre side.
    2. Lag en intern derotasjonsproksimal femoral osteotomi på 20° (bruk kommandoene på panelet i nedre marg; legg til 20 på tonehøyde) (tilleggsfil 1-figur S23).
    3. Mål den nye femoralanteversjonen (tilleggsfil 1-figur S24).
      MERK: De to guidene brukes igjen for å utføre osteotomi. I dette tilfellet velges bare den røde føringen sammen med det proksimale lårbenet (slik at når det proksimale lårbenet roterer, roterer også den røde føringen; trinn 4.6.1), mens den fiolette føringen ikke er valgt (tilleggsfil 1-figur S25). På denne måten forblir den fiolette guiden i lårbensdiafysen og deltar ikke i rotasjonen av det proksimale lårbenet.
      1. Velg det proksimale lårbenet + den røde omkretsen, og trykk CTRL + X for å kutte disse to elementene.
      2. Velg bare det røde planet, og plasser det slik at det passerer gjennom sentrum av sfæren og gjennom midten av den lilla sirkulære guiden.
        MERK: Et 1: 1-forhold mellom størrelsen på osteotomien og korreksjonen av deformiteten oppnås ikke fordi derotasjonen av det proksimale lårbenet ikke følger lårbenets anatomiske akse.
  7. Utfør justeringen av rotasjonsosteotomien.
    1. Velg lårdiafysen + det røde planet. Trykk CTRL + X for å kutte (figur 27). (Tilleggsfil 1-figur S25).
    2. Velg det proksimale lårbenet + sfæren + den røde omkretsen.
    3. Flytt de tre elementene en blokk slik at midten av den røde omkretsen samsvarer med midten av den lilla omkretsen (tilleggsfil 1-figur S26).
    4. Beregn den nye femorale anteversjonen på nytt med justeringen som er gjort (tilleggsfil 1-figur S27).
      MERK: Gjennom denne 3D-metoden er det vist at lårbenets rotasjonsakse og osteotomiens rotasjonsakse ikke sammenfaller. Av denne grunn er det nødvendig å foreta en justering som innebærer å justere de to styrene slik at den opprinnelige låraksen og osteotomiaksen sammenfaller.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Femoral anteversjon kan måles ved forskjellige metoder. Noen av dem fokuserer på lårhalsen, ved å bruke linjen som går gjennom midten av nakken og en som går gjennom lårkondylene som referanser. Andre legger til et tredje referansepunkt ved den mindre trokanteren23. Murphys metode, som er den mest pålitelige i klinisk praksis fordi den har det beste klinisk-radiologiske forholdet, er en slik metode som bruker et tredje referansepunkt25,26. I tillegg bidrar vridningskomponenten av lårbenet, som varierer i de forskjellige segmentene av beinet, til beregningen av FAV24.

I en foreløpig studie ble FAV målt i 10 3D biomodeller ved hjelp av Murphys metode 12. Deretter ble en 10°, 20° og 30° intertrokantær roterende femoral osteotomi simulert på hver av 3D-biomodellene (gruppe I). Når osteotomien ble utført, ble FAV målt på nytt, og det ble observert at lårbenets rotasjonsakse ikke sammenfalt med osteotomiens rotasjonsakse i gruppe I.

Gjennom 3D-veiledningene kan man se at de to aksene ikke sammenfaller fordi den røde føringen ikke samsvarer med den fiolette føringen (3D Builder, tilleggsfil 1). Den røde guiden representerer osteotomiens rotasjonsakse, mens den fiolette føringen representerer lårbenets rotasjonsakse. Av denne grunn er det nødvendig å foreta en justering som innebærer å justere de to føringene slik at lårbenets rotasjonsakse og osteotomiens rotasjonsakse sammenfaller (3D Builder, trinn 4.8.1-4.8.3, tilleggsfil 1) (figur 1).

Derfor ble det utført en annen kirurgisk simulering av osteotomien, og en tilbakestilling var nødvendig for å matche lårrotasjonsaksen med osteotomiens rotasjonsakse. Den resulterende FAV ble målt igjen (gruppe II). Tabell 1 viser verdiene av FAV oppnådd i hver gruppe for de tre størrelsene av rotasjonsosteotomi (10 °, 20 ° og 30 °). Variabelen "korreksjon" ble definert som forskjellen mellom initial FAV og FAV målt etter osteotomi. Når justeringen ble gjort slik at lårbenets rotasjonsakse og osteotomiens rotasjonsakse falt sammen, var forholdet mellom planlagt korreksjon og endelig korreksjon 1:1 i de tre korreksjonsstørrelsene (10°, 20° og 30°) (tabell 2). Det samme skjedde ikke i gruppe 1, der forholdet 1:1 ikke ble oppnådd (tabell 2).

Gruppe 1 Gruppe 2 P-verdi
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

Tabell 1: FAV-sammenligning mellom gruppe 1 og gruppe 2. Gjennomsnittet og SD-verdiene presenteres. Forkortelse: FAV = femoral anteversjon.

Derotasjon (korreksjon) Gruppe 1 Gruppe 2 P-verdi
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

Tabell 2: Korreksjonssammenligning mellom gruppe 1 og gruppe 2. Gjennomsnittet og SD-verdiene presenteres.

Figure 1
Figur 1 Endelig resultat: Resultatet av osteotomien etter justeringen. Det er seks paneler, som skal leses fra venstre til høyre og fra topp til bunn. Første panel: femoral anteversjon beregnet i CT ved hjelp av Murphys metode. Andre panel: Rotasjonsosteotomi av proksimale femur (intern rotasjon på 20°). Tredje panel: Ny femoral anteversjon etter rotasjonsosteotomi av proksimale femur (den endelige korreksjonen faller ikke sammen med den planlagte korreksjonen). Fjerde panel: Hjelpelinjene stemmer ikke overens. Femte panel: Samsvarende hjelpelinjer. Sjette panel: Ny femoral anteversjon med justeringen gjort (den endelige korreksjonen sammenfaller med den planlagte korreksjonen). Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Tilleggsfil 1: Instruksjoner for programvaren. 3D Slicer-programvaren (skaffe og lage biomodellen); MeshMixer-programvaren (gjør den solide modellen); 3D Builder-programvaren (importere biomodellen, utføre femurosteotomi og beregne femoralanteversjonen). Klikk her for å laste ned denne filen.

Tilleggsfil 2: Osteotomiveiledninger. En 3mf-fil som inneholder den røde sirkulære guiden, lilla sirkulær guide, sfære 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 viktigste funnet i denne studien er at 3D-teknologi muliggjør planlegging av proksimal ekstern derotasjons femurosteotomi. Denne teknologien kan simulere operasjonen som skal utføres på en bestemt pasient på datamaskinen. Det er en enkel, reproduserbar og gratis teknikk som bruker programvare som kan tilpasses de fleste datamaskiner. Det eneste tekniske problemet kan være at 3D-byggmesterprogramvaren bare fungerer med Windows-operativsystemet. Den største begrensningen er læringskurven. Denne protokollen er fortsatt i den foreløpige studiefasen og kan sikkert forbedres i fremtiden, men det er allerede en tilgjengelig ressurs som kan hjelpe kirurger med beslutningstaking. Teknologien øker også presisjonen i operasjonen. I tillegg kan 3D-teknologi øke kirurgenes tilslutning til denne kirurgiske teknikken. Det er også viktig med tanke på at det for tiden ikke finnes andre preoperative planleggingsmetoder for deroterende femurosteotomi.

De kritiske prosedyrene under 3D-kirurgisk planlegging kan oppsummeres i tre trinn. For det første er det viktig å få en god og ren 3D-biomodell der bare den anatomiske delen som er nyttig for planlegging er valgt. For dette er det nødvendig å være så nøyaktig som mulig under protokolltrinn 3.3-3.3.2. For det andre må den intertrokantære osteotomien utføres riktig, og sørge for at lårbenet er parallelt med x-aksen og vinkelrett på y-aksen. Disse aksene er allerede tegnet i arbeidsplanen til 3D Builder-programvaren (protokolltrinn 4.4.1-4.4.1.3). For det tredje må lårbensanteversjonen beregnes riktig ved første måling og etter osteotomi. For dette formålet bør de medfølgende veiledningene plasseres riktig. Dette gjøres ved å sørge for at omkretsføringene (fiolett og rød) og sfæren er i kontakt med tre punkter i beinbarken, og at det røde planet passerer nøyaktig gjennom sentrum av sfæren og sentrum av omkretsføringene (protokolltrinn 4.5.1-4.5.9).

De observerte forskjellene mellom gruppe I og gruppe II kan forklares som følger. Det var ikke samsvar mellom femurrotasjonsaksen og osteotomiens rotasjonsakse. Når begge aksene falt sammen i 3D-planlegging, som kalles "justering", falt forholdet mellom den planlagte korreksjonen og den endelige korreksjonen som ble oppnådd, sammen. Dermed gir denne 3D-teknologien en pålitelig evaluering av begge akser. I denne studien var det forskjeller på opptil 10° mellom det som var ment å bli korrigert og det som faktisk ble korrigert. Disse gradene av forskjeller kan være katastrofale for kneet fordi patellofemoralt trykk vil forverres betydelig13, og pasientens smerte, som er årsaken til konsultasjonen, vil ikke bli løst. I tillegg gjør 3D-teknologi det mulig å få det trykte lårbenet i operasjonen med osteotomien utført og med riktig "justering" slik at lårbenets rotasjonsakse sammenfaller med osteotomiens rotasjonsakse.

Hovedbegrensningen i denne studien er fraværet av en evaluering av variabilitet mellom observatører og observatører, noe som ville gitt mer konsistens i resultatene. Oppsummert gjør bruken av 3D-teknologi for kirurgisk planlegging av proksimal femoral derotasjonsosteotomi at presisjonen til denne kirurgiske teknikken kan forbedres og gir mer sikkerhet for ortopediske kirurger, noe som gjør denne operasjonen mer attraktiv for dem.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ingen interessekonflikter å opplyse.

Acknowledgments

Forfatterne har ingen erkjennelser.

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 måneden i JoVE utgave 192
Tredimensjonal preoperativ virtuell planlegging ved derotasjonsproksimal femurosteotomi
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