ArthroPlanner: En kirurgisk planlægningsløsning til akromioplastik

Introduktion Subakromial impingement af rotatorcuffen mellem den anteriore [1] eller laterale acromion [2] og det øvre humerushoved er en almindelig lidelse. Denne tilstand opstår, når den subakromiale rumhøjde er for snæver under aktiv elevation eller scaption af armen over skulderniveau på grund af en unormal kroget form eller stor lateral forlængelse af acromion.

I alvorlige tilfælde af impingement-syndrom udføres der normalt en artroskopisk akromioplastikoperation for at fjerne det forskellige område af acromion, hvilket forårsager skade på de subakromiale strukturer. Den nøjagtige placering og mængden af ​​knogle, der skal resektioneres, er generelt overladt til ortopædkirurgens unikke vurdering under operationen. For at forbedre præcisionen af ​​denne resektion kan kirurger have stor gavn af en kirurgisk planlægningsløsning, der sigter mod at give præcis information om den kirurgiske procedure. Da subakromiale impingementer er resultatet af en dynamisk mekanisme, bør en effektiv planlægningsløsning desuden analysere både det morfologiske leds strukturer og dets dynamiske adfærd under skulderbevægelser for fuldt ud at forstå patientleddets tilstand.

Computerstøttet planlægningsløsning "ArthroPlanner" til akromioplastik er i dag tilgængelig. Løsningen giver mulighed for at udføre standard morfologiske knoglemålinger, samt 3D-simuleringer af patientens led under daglige skulderaktiviteter. Softwaren beregner den præcise knogleresektion (placering og mængde) baseret på detekterede subakromiale impingementer under bevægelse.

Målet med denne undersøgelse var således at sammenligne kliniske og radiologiske resultater af overlegen rotator cuff reparation med eller uden computerstøttet planlægning. Hypotesen var, at præoperativ planlægning af akromioplastik ville muliggøre mere nøjagtig knogleresektion, ville mindske postoperative impingementer og som følge heraf forbedret postoperativt bevægelsesområde og seneheling.

Metoder

Vi rekonstruerer knoglerne i patientens skulderled (scapula og humerus fra humerushovedet til midtskaftet) fra et CT-billede ved hjælp af Mimics-software (Materialise NV, Leuven, Belgien). Knoglerne importeres derefter til ArthroPlanner-softwaren, og følgende trin udføres:

For det første fremstilles generiske knoglemodeller ved hjælp af en skabelontilpasningstilgang, der deformerer en knogleskabelon med en optimeret topologi (en for scapula og en for humerus) til den rekonstruerede knogle. Dette giver os mulighed for i de næste trin at udnytte anatomiske overensstemmelser og automatisere vartegn og punkter udvælgelse på nettet.

For det andet beregnes biomekaniske parametre for at tillade bevægelsesbeskrivelse af det glenohumerale led. Det glenohumerale ledcenter beregnes automatisk ved hjælp af en kugletilpasningsteknik [3], der tilpasser en kugle til humerushovedet ved hjælp af punkterne i den proksimale humerus-model. Knoglekoordinatsystemer er etableret for scapula og humerus. baseret på definitionerne foreslået af International Society of Biomechanics [4] ved hjælp af anatomiske pejlemærker defineret på knoglemodellerne. Manglende vartegn, såsom de laterale og mediale epikondyler, identificeres på CT-billedet.

For det tredje udføres morfologiske målinger for at analysere individuel skulders anatomi. Den kritiske skuldervinkel [5] og β-vinklen [6] beregnes, da de er kriterier forbundet med revner i rotatormanchetten. Vinklerne er beregnet i 3D baseret på knoglede vartegn og kan om nødvendigt justeres interaktivt af brugeren ved at manipulere 3D-håndtag i fremviseren.

For det fjerde påføres bevægelse ved hvert tidstrin til humerusmodellen med realtidsevaluering af impingement. Den minimale humero-akromiale afstand, der typisk bruges til evaluering af subacromial impingement, måles [7]. Denne afstand beregnes i millimeter baseret på de simulerede knoglemodellers positioner. En farveskala bruges også til at kortlægge afstandsvariationerne på scapula-overfladen (rød farve = minimumsafstand, andre farver = områder med øget afstand). I betragtning af tykkelsen af ​​det potentielle stødende væv, overvejes subakromial impingement, når den beregnede humero-akromiale afstand er < 6 mm, som foreslået i litteraturen [7]. For at teste en bred variation af realistiske bevægelser bruges en bevægelsesdatabase over daglige aktiviteter (f.eks. korsarm, kamhår) ud over standard kinematiske sekvenser (f.eks. elevation, scaption).

Til sidst defineres den akromiale resektionsplan baseret på 3D-simuleringsresultaterne. Et farvekort bruges til at repræsentere områder, hvor der opstod stød mellem acromion og humerus (fig. 1D). Den røde farve angiver området med den mindste humero-akromiale afstand beregnet over de forskellige bevægelsessimuleringer.

Resultaterne på hvert trin i planlægningsproceduren valideres omhyggeligt af brugeren, før de fortsætter til de næste. Ved afslutningen af ​​planlægningen genereres en PDF-rapport, der indeholder patientoplysninger og de udførte målinger. Knoglerne og simuleringsdataene eksporteres også til brug i en simpel 3D-fremviser (fig. 2) dedikeret til kirurgen. Med denne fremviser er kirurgen i stand til at afspille alle simuleringer, observere impingementer dynamisk og gennemgå resektionsplanen.