ArthroPlanner: En kirurgisk planleggingsløsning for akromioplastikk

Introduksjon Subakromial impingement av rotatorcuff mellom fremre [1] eller laterale akromion [2] og øvre humerushode er en vanlig lidelse. Denne tilstanden oppstår når den subakromiale romhøyden er for smal under aktiv heving eller scaption av armen over skuldernivå på grunn av en unormal kroket form eller stor lateral forlengelse av acromion.

I alvorlige tilfeller av impingement-syndrom, utføres vanligvis en artroskopisk akromioplastikk for å resektere det forskjellige området av akromionet som forårsaker skade på de subakromiale strukturene. Den nøyaktige plasseringen og mengden bein som skal reseksjoneres er vanligvis overlatt til ortopedens unike forståelse under operasjonen. For å forbedre presisjonen av denne reseksjonen, kan kirurger ha stor nytte av en kirurgisk planleggingsløsning som tar sikte på å gi presis informasjon om den kirurgiske prosedyren. Siden subakromiale impingementer er et resultat av en dynamisk mekanisme, bør en effektiv planleggingsløsning analysere både det morfologiske leddets strukturer og dets dynamiske oppførsel under skulderbevegelser for fullt ut å forstå pasientleddets tilstand.

Dataassistert planløsning "ArthroPlanner" for akromioplastikk er tilgjengelig i dag. Løsningen gjør det mulig å utføre standard morfologiske beinmålinger, samt 3D-simuleringer av pasientens ledd under hverdagslige skulderaktiviteter. Programvaren beregner den nøyaktige beinreseksjonen (plassering og mengde) basert på oppdagede subakromiale påvirkninger under bevegelse.

Målet med denne studien var derfor å sammenligne kliniske og radiologiske resultater av overlegen rotatorcuff-reparasjon med eller uten dataassistert planlegging. Hypotesen var at preoperativ planlegging av akromioplastikk ville tillate mer nøyaktig benreseksjon, ville redusere postoperative impingementer og følgelig forbedret postoperativt bevegelsesområde og senetilheling.

Metoder

Vi rekonstruerer knoklene i pasientens skulderledd (scapula og humerus fra humerushodet til midtskaftet) fra et CT-bilde ved hjelp av Mimics programvare (Materialise NV, Leuven, Belgia). Knoklene importeres deretter til ArthroPlanner-programvaren og følgende trinn utføres:

For det første produseres generiske benmodeller ved å bruke en maltilpasningstilnærming som deformerer en benmal med en optimalisert topologi (en for scapula og en for humerus) til det rekonstruerte beinet. Dette lar oss i de neste trinnene utnytte anatomiske samsvar og automatisere landemerker og punktvalg på nettet.

For det andre blir biomekaniske parametere beregnet for å tillate bevegelsesbeskrivelse av glenohumeralleddet. Det glenohumerale leddsenteret beregnes automatisk av en kuletilpasningsteknikk [3] som tilpasser en kule til humerushodet ved å bruke punktene til den proksimale humerusmodellen. Benkoordinatsystemer er etablert for scapula og humerus. basert på definisjonene foreslått av International Society of Biomechanics [4] ved bruk av anatomiske landemerker definert på beinmodellene. Manglende landemerker som de laterale og mediale epikondylene er identifisert på CT-bildet.

For det tredje utføres morfologiske målinger for å analysere individuell skulderanatomi. Den kritiske skuldervinkelen [5] og β-vinkelen [6] beregnes, da de er kriterier knyttet til revner i rotatormansjetten. Vinklene beregnes i 3D basert på benaktige landemerker og kan, om nødvendig, justeres interaktivt av brukeren ved å manipulere 3D-håndtak i visningen.

For det fjerde påføres bevegelse ved hvert tidstrinn på humerusmodellen med sanntidsevaluering av impingement. Minimum humero-akromial avstand som vanligvis brukes for evaluering av subacromial impingement måles [7]. Denne avstanden beregnes i millimeter basert på de simulerte benmodellposisjonene. En fargeskala brukes også for å kartlegge variasjonene av avstand på scapula-overflaten (rød farge = minimumsavstand, andre farger = områder med økt avstand). Gitt tykkelsen på det potensielle påkjørte vevet, vurderes subakromial påvirkning når den beregnede humero-akromiale avstanden er < 6 mm, som foreslått i litteraturen [7]. For å teste en stor variasjon av realistiske bevegelser, brukes en bevegelsesdatabase over daglige aktiviteter (f.eks. korsarm, kamhår) i tillegg til standard kinematiske sekvenser (f.eks. elevasjon, scaption).

Til slutt defineres den akromiale reseksjonsplanen basert på 3D-simuleringsresultatene. Et fargekart brukes til å representere områder der støt skjedde mellom acromion og humerus (fig. 1D). Den røde fargen angir området med den minste humero-akromiale avstanden beregnet over de forskjellige bevegelsessimuleringene.

Resultatene på hvert trinn i planleggingsprosedyren blir nøye validert av brukeren før du fortsetter til de neste. På slutten av planleggingen genereres en PDF-rapport som inneholder pasientinformasjon og målingene som er utført. Knoklene og simuleringsdataene eksporteres også for å brukes i en enkel 3D-visning (fig. 2) dedikert til kirurgen. Med denne fremviseren er kirurgen i stand til å spille av alle simuleringer, observere støt dynamisk og gjennomgå reseksjonsplanen.