ArthroPlanner: 肩峰形成術の手術計画ソリューション

はじめに 前肩峰 [1] または外側肩峰 [2] と上腕骨頭の間の回旋腱板の肩峰下インピンジメントは、一般的な障害です。 この状態は、異常な鉤形または肩峰の大きな側方伸展により、肩高さより上の腕を積極的に挙上または切断する際に、肩峰下腔の高さが狭すぎる場合に発生します。

インピンジメント症候群の重症例では、肩峰下構造に損傷を与える肩峰の別の領域を切除するために、通常、鏡視下の肩峰形成手術が行われます。 切除する骨の正確な位置と量は、通常、手術中の整形外科医の独自の評価に委ねられています。 この切除の精度を向上させるために、外科医は、外科手術に関する正確な情報を提供することを目的とした手術計画ソリューションから大きな恩恵を受けることができます。 さらに、肩峰下インピンジメントは動的メカニズムの結果であるため、効果的な計画ソリューションは、患者の関節の状態を完全に把握するために、形態学的関節の構造と肩の動き中の動的挙動の両方を分析する必要があります。

肩峰形成術のためのコンピューター支援計画ソリューション「ArthroPlanner」が現在利用可能です。 このソリューションにより、標準的な形態学的骨測定だけでなく、日常の肩の活動中に患者の関節の 3D シミュレーションを実行できます。 ソフトウェアは、動作中に検出された肩峰下インピンジメントに基づいて、正確な骨切除 (位置と量) を計算します。

したがって、この研究の目的は、コンピューター支援計画の有無にかかわらず、優れた腱板修復の臨床的および放射線学的結果を比較することでした。 仮説は、肩峰形成術の術前計画により、より正確な骨切除が可能になり、術後のインピンジメントが減少し、その結果、術後の可動域と腱の治癒が改善されるというものでした。

メソッド

Mimics ソフトウェア (Materialise NV、ルーベン、ベルギー) を使用して、CT 画像から患者の肩関節 (肩甲骨と上腕骨頭から中間シャフトまでの上腕骨) の骨を再構築します。 その後、骨は ArthroPlanner ソフトウェアにインポートされ、次の手順が実行されます。

まず、一般的な骨モデルは、最適化されたトポロジー (肩甲骨用と上腕骨用) を持つ骨テンプレートを再構築された骨に変形するテンプレート フィッティング アプローチを使用して作成されます。 これにより、次のステップで解剖学的対応を活用し、メッシュ上のランドマークとポイントの選択を自動化できます。

第２に、生体力学的パラメータが計算されて、肩甲上腕関節の運動記述が可能になる。 肩甲上腕関節の中心は、上腕骨近位モデルの点を使用して上腕骨頭に球体を適合させる球フィッティング技術 [3] によって自動的に計算されます。 肩甲骨と上腕骨の骨座標系が確立されます。 骨モデルで定義された解剖学的ランドマークを使用して、International Society of Biomechanics [4] によって提案された定義に基づいています。 外側および内側上顆などの欠落しているランドマークが CT 画像上で識別されます。

第三に、個々 の肩の解剖学を分析する形態学的測定が実行されます。 回旋筋腱板の断裂に関連する基準であるため、Critical Shoulder Angle [5] と β angle [6] が計算されます。 角度は、骨のランドマークに基づいて 3D で計算され、必要に応じて、ビューアーで 3D ハンドルを操作することにより、ユーザーがインタラクティブに調整できます。

第 4 に、インピンジメントのリアルタイム評価を使用して、各タイム ステップで上腕骨モデルにモーションが適用されます。 肩峰下インピンジメントの評価に通常使用される最小上腕肩峰距離が測定されます [7]。 この距離は、シミュレートされたボーン モデルの位置に基づいてミリメートル単位で計算されます。 カラー スケールは、肩甲骨表面の距離の変化をマッピングするためにも使用されます (赤色 = 最小距離、その他の色 = 距離が増加した領域)。 潜在的な衝突組織の厚さを考えると、文献 [7] で示唆されているように、計算された上腕骨 - 肩峰間距離が < 6 mm の場合、肩峰下衝突が考慮されます。 現実的な動きの幅広い変動性をテストするために、標準の運動学的シーケンス (昇降、切断など) に加えて、日常活動 (クロス アーム、櫛の毛など) のモーション データベースが使用されます。

最後に、3D シミュレーション結果に基づいて、肩峰切除計画が定義されます。 カラーマップを使用して、肩峰と上腕骨の間で衝突が発生した領域を表します (図 1D)。 赤い色は、さまざまなモーション シミュレーションで計算された上腕骨と肩峰の距離が最小の領域を示します。

計画手順の各ステップでの結果は、次のステップに進む前に、ユーザーによって慎重に検証されます。 計画の最後に、患者の情報と実行された測定を含む PDF レポートが生成されます。 骨とシミュレーション データもエクスポートされ、外科医専用のシンプルな 3D ビューアー (図 2) で使用されます。 このビューアを使用すると、外科医はすべてのシミュレーションを再生し、インピンジメントを動的に観察し、切除計画を確認できます。