ArthroPlanner: Řešení chirurgického plánování pro akromioplastiku

Úvod Subakromiální impingement rotátorové manžety mezi předním [1] nebo laterálním akromionem [2] a horní hlavicí humeru je běžnou poruchou. Tento stav vzniká, když je výška subakromiálního prostoru příliš úzká během aktivní elevace nebo úklonu paže nad úroveň ramene kvůli abnormálnímu hákovitému tvaru nebo velkému laterálnímu prodloužení akromia.

V těžkých případech impingement syndromu se obvykle provádí artroskopická akromioplastika k resekci jiné oblasti akromia, která způsobuje poškození subakromiálních struktur. Přesné umístění a množství kosti, která má být resekována, je obecně ponecháno na jedinečném posouzení ortopedického chirurga během operace. Pro zlepšení přesnosti této resekce by chirurgové mohli velmi těžit z řešení chirurgického plánování, jehož cílem je poskytnout přesné informace o chirurgickém zákroku. Navíc, protože subakromiální impingementy jsou výsledkem dynamického mechanismu, efektivní plánovací řešení by mělo analyzovat jak morfologické struktury kloubu, tak jeho dynamické chování při pohybech ramene, aby bylo možné plně zachytit stav kloubu pacienta.

Počítačem podporované plánovací řešení "ArthroPlanner" pro akromioplastiku je v současné době k dispozici. Řešení umožňuje provádět standardní morfologická kostní měření a také 3D simulace pacientova kloubu při každodenních ramenních aktivitách. Software vypočítá přesnou resekci kosti (umístění a množství) na základě zjištěných subakromiálních impingementů během pohybu.

Cílem této studie tedy bylo porovnat klinické a radiologické výsledky reparace rotátorové manžety s nebo bez počítačově podporovaného plánování. Hypotézou bylo, že předoperační plánování akromioplastiky umožní přesnější resekci kosti, sníží pooperační impingementy a následně zlepší pooperační rozsah pohybu a hojení šlach.

Metody

Rekonstruujeme kosti ramenního kloubu pacienta (lopatka a pažní kost od hlavice humeru po střední dřík) z CT snímku pomocí softwaru Mimics (Materialise NV, Leuven, Belgie). Kosti jsou poté importovány do softwaru ArthroPlanner a jsou provedeny následující kroky:

Nejprve se vytvoří generické modely kostí pomocí přístupu přizpůsobení šablony, který deformuje kostní šablonu s optimalizovanou topologií (jedna pro lopatku a druhá pro humerus) na rekonstruovanou kost. To nám umožňuje v dalších krocích využívat anatomické korespondence a automatizovat výběr orientačních bodů a bodů na síti.

Za druhé jsou vypočítány biomechanické parametry, které umožní popis pohybu glenohumerálního kloubu. Střed glenohumerálního kloubu je automaticky vypočítán technikou proložení koule [3], která umístí kouli do hlavice humeru pomocí bodů modelu proximálního humeru. Kostní souřadnicové systémy jsou vytvořeny pro lopatku a pažní kost. na základě definic navržených International Society of Biomechanics [4] s použitím anatomických orientačních bodů definovaných na kostních modelech. Na CT snímku jsou identifikovány chybějící orientační body, jako jsou laterální a mediální epikondyly.

Za třetí se provádějí morfologická měření za účelem analýzy individuální anatomie ramene. Vypočítají se kritický úhel ramene [5] a úhel β [6], protože jde o kritéria spojená s natržením rotátorové manžety. Úhly jsou počítány ve 3D na základě kostěných orientačních bodů a v případě potřeby je může uživatel interaktivně upravit manipulací s 3D úchyty v prohlížeči.

Za čtvrté, pohyb je aplikován v každém časovém kroku na model humeru s vyhodnocením dopadu v reálném čase. Měří se minimální humero-akromiální vzdálenost, která se typicky používá pro hodnocení subakromiálního impingementu [7]. Tato vzdálenost se vypočítá v milimetrech na základě pozic simulovaných modelů kostí. Barevná škála se také používá k mapování variací vzdálenosti na povrchu lopatky (červená barva = minimální vzdálenost, ostatní barvy = oblasti zvýšené vzdálenosti). Vzhledem k tloušťce potenciálních impingovaných tkání se o subakromiálním impingementu uvažuje, když je vypočtená humero-akromiální vzdálenost < 6 mm, jak je navrženo v literatuře [7]. K testování široké variability realistických pohybů se kromě standardních kinematických sekvencí (např. elevace, scaption) používá pohybová databáze denních aktivit (např. kříž, hřeben).

Nakonec je na základě výsledků 3D simulace definován plán akromiální resekce. Barevná mapa se používá k znázornění oblastí, kde došlo k nárazům mezi akromionem a pažní kostí (obr. 1D). Červená barva označuje oblast s nejmenší humero-akromiální vzdáleností vypočtenou z různých simulací pohybu.

Výsledky v každém kroku plánovacího postupu jsou pečlivě validovány uživatelem před pokračováním k dalším. Na konci plánování se vygeneruje zpráva ve formátu PDF, která obsahuje informace o pacientovi a provedená měření. Kosti a simulační data jsou také exportována pro použití v jednoduchém 3D prohlížeči (obr. 2) určeném pro chirurga. S tímto prohlížečem je chirurg schopen přehrávat všechny simulace, dynamicky pozorovat impingementy a kontrolovat resekční plán.