ArthroPlanner: una soluzione di pianificazione chirurgica per l'acromioplastica

Introduzione Il conflitto subacromiale della cuffia dei rotatori tra l'acromion anteriore [1] o laterale [2] e la testa omerale superiore è un disturbo comune. Questa condizione si verifica quando l'altezza dello spazio subacromiale è troppo stretta durante l'elevazione attiva o lo scapo del braccio sopra il livello della spalla a causa di una forma a uncino anomala o di una grande estensione laterale dell'acromion.

Nei casi gravi di sindrome da conflitto, di solito viene eseguito un intervento di acromioplastica artroscopica per resecare le diverse aree dell'acromion causando danni alle strutture subacromiali. La posizione esatta e la quantità di osso da asportare sono generalmente lasciate all'apprezzamento unico del chirurgo ortopedico durante l'intervento chirurgico. Per migliorare la precisione di questa resezione, i chirurghi potrebbero trarre grande vantaggio da una soluzione di pianificazione chirurgica che mira a fornire informazioni precise sulla procedura chirurgica. Inoltre, poiché i conflitti subacromiali sono il risultato di un meccanismo dinamico, una soluzione progettuale efficace dovrebbe analizzare sia le strutture morfologiche dell'articolazione sia il suo comportamento dinamico durante i movimenti della spalla per comprendere appieno la condizione dell'articolazione del paziente.

La soluzione di pianificazione assistita da computer "ArthroPlanner" per l'acromioplastica è oggi disponibile. La soluzione consente di eseguire misurazioni ossee morfologiche standard, nonché simulazioni 3D dell'articolazione del paziente durante le attività quotidiane della spalla. Il software calcola l'esatta resezione ossea (posizione e quantità) in base ai conflitti subacromiali rilevati durante il movimento.

L'obiettivo di questo studio era quindi quello di confrontare i risultati clinici e radiologici della riparazione superiore della cuffia dei rotatori con o senza pianificazione assistita da computer. L'ipotesi era che la pianificazione preoperatoria dell'acromioplastica avrebbe consentito una resezione ossea più accurata, avrebbe ridotto i conflitti postoperatori e di conseguenza migliorato il range di movimento postoperatorio e la guarigione del tendine.

Metodi

Ricostruiamo le ossa dell'articolazione della spalla del paziente (scapola e omero dalla testa omerale all'asta media) da un'immagine TC utilizzando il software Mimics (Materialise NV, Leuven, Belgio). Le ossa vengono quindi importate nel software ArthroPlanner e vengono eseguiti i seguenti passaggi:

In primo luogo, i modelli ossei generici vengono prodotti utilizzando un approccio di adattamento del modello che deforma un modello osseo con una topologia ottimizzata (uno per la scapola e uno per l'omero) nell'osso ricostruito. Questo ci permette nelle fasi successive di sfruttare le corrispondenze anatomiche e di automatizzare i punti di repere e la selezione dei punti sulla mesh.

In secondo luogo, vengono calcolati i parametri biomeccanici per consentire la descrizione del movimento dell'articolazione gleno-omerale. Il centro dell'articolazione gleno-omerale viene calcolato automaticamente mediante una tecnica di adattamento a sfera [3] che adatta una sfera alla testa omerale utilizzando i punti del modello prossimale dell'omero. I sistemi di coordinate ossee sono stabiliti per la scapola e l'omero. sulla base delle definizioni suggerite dalla Società Internazionale di Biomeccanica [4] utilizzando punti di repere anatomici definiti sui modelli ossei. I punti di riferimento mancanti come gli epicondili laterali e mediali sono identificati sull'immagine TC.

In terzo luogo, vengono eseguite misurazioni morfologiche per analizzare l'anatomia individuale della spalla. Vengono calcolati l'angolo critico della spalla [5] e l'angolo β [6], in quanto sono criteri associati alle rotture della cuffia dei rotatori. Gli angoli sono calcolati in 3D sulla base di punti di riferimento ossei e possono essere, se necessario, regolati in modo interattivo dall'utente manipolando le maniglie 3D nel visualizzatore.

In quarto luogo, il movimento viene applicato in ogni fase temporale al modello dell'omero con valutazione in tempo reale del conflitto. Viene misurata la minima distanza omero-acromiale tipicamente utilizzata per la valutazione del conflitto subacromiale [7]. Questa distanza è calcolata in millimetri in base alle posizioni dei modelli di ossa simulate. Viene inoltre utilizzata una scala di colori per mappare le variazioni di distanza sulla superficie della scapola (colore rosso = distanza minima, altri colori = aree di maggiore distanza). Dato lo spessore dei potenziali tessuti interessati, il conflitto subacromiale viene considerato quando la distanza omero-acromiale calcolata è < 6 mm, come suggerito in letteratura [7]. Per testare un'ampia variabilità di movimenti realistici, viene utilizzato un database di movimento delle attività quotidiane (ad esempio, braccio incrociato, capelli pettinati) oltre alle sequenze cinematiche standard (ad esempio, elevazione, scaption).

Infine, il piano di resezione acromiale viene definito sulla base dei risultati della simulazione 3D. Viene utilizzata una mappa dei colori per rappresentare le aree in cui si sono verificati conflitti tra l'acromion e l'omero (Fig. 1D). Il colore rosso indica l'area con la più piccola distanza omero-acromiale calcolata nelle diverse simulazioni di movimento.

I risultati di ogni fase della procedura di pianificazione vengono attentamente convalidati dall'utente prima di passare a quelli successivi. Al termine della pianificazione viene generato un referto in PDF che contiene i dati del paziente e le misurazioni effettuate. Le ossa ei dati di simulazione vengono inoltre esportati per essere utilizzati in un semplice visualizzatore 3D (Fig. 2) dedicato al chirurgo. Con questo visualizzatore, il chirurgo è in grado di riprodurre tutte le simulazioni, osservare dinamicamente i conflitti e rivedere il piano di resezione.