ArthroPlanner: En kirurgisk planeringslösning för akromioplastik

Inledning Subakromial impingement av rotatorkuffen mellan främre [1] eller laterala akromion [2] och överarmshuvudet är en vanlig störning. Detta tillstånd uppstår när det subakromiala utrymmets höjd är för smalt under aktiv höjning eller scaption av armen över axelnivå på grund av en onormal krokform eller stor lateral förlängning av akromion.

I allvarliga fall av impingementsyndrom utförs vanligtvis en artroskopisk akromioplastik för att avlägsna det olika området av akromionet, vilket orsakar skador på de subakromiala strukturerna. Den exakta platsen och mängden ben som ska resekeras överlåts vanligtvis till ortopedens unika uppskattning under operationen. För att förbättra precisionen i denna resektion kan kirurger ha stor nytta av en kirurgisk planeringslösning som syftar till att ge exakt information om det kirurgiska ingreppet. Dessutom, eftersom subakromiala impingements är resultatet av en dynamisk mekanism, bör en effektiv planeringslösning analysera både den morfologiska ledens strukturer och dess dynamiska beteende under axelrörelser för att fullt ut kunna uppfatta patientledens tillstånd.

Datorstödd planeringslösning "ArthroPlanner" för akromioplastik finns nu för tiden. Lösningen gör det möjligt att utföra standard morfologiska benmätningar, såväl som 3D-simuleringar av patientens led under vardagliga axelaktiviteter. Programvaran beräknar den exakta benresektionen (plats och mängd) baserat på upptäckta subakromiala stötar under rörelse.

Målet med denna studie var således att jämföra kliniska och radiologiska resultat av överlägsen rotatorcuffreparation med eller utan datorstödd planering. Hypotesen var att preoperativ planering av akromioplastik skulle möjliggöra mer exakt benresektion, skulle minska postoperativa impingements och följaktligen förbättrat postoperativt rörelseomfång och senläkning.

Metoder

Vi rekonstruerar benen i patientens axelled (scapula och humerus från humerushuvudet till mitten av skaftet) från en CT-bild med hjälp av Mimics programvara (Materialise NV, Leuven, Belgien). Benen importeras sedan till ArthroPlanner-programvaran och följande steg utförs:

Först produceras generiska benmodeller med en mallanpassningsmetod som deformerar en benmall med en optimerad topologi (en för skulderbladet och en för humerus) till det rekonstruerade benet. Detta gör att vi i nästa steg kan utnyttja anatomiska överensstämmelser och att automatisera landmärken och punkter på nätet.

För det andra beräknas biomekaniska parametrar för att tillåta rörelsebeskrivning av den glenohumerala leden. Det glenohumerala ledcentrumet beräknas automatiskt med en sfäranpassningsteknik [3] som passar en sfär till humerushuvudet med hjälp av punkterna i den proximala humerusmodellen. Benkoordinatsystem är etablerade för scapula och humerus. baserat på definitionerna som föreslagits av International Society of Biomechanics [4] med anatomiska landmärken definierade på benmodellerna. Saknade landmärken som de laterala och mediala epikondylerna identifieras på CT-bilden.

För det tredje utförs morfologiska mätningar för att analysera individuell axelanatomi. Den kritiska axelvinkeln [5] och β-vinkeln [6] beräknas, eftersom de är kriterier förknippade med rivningar av rotatorkuffen. Vinklarna beräknas i 3D baserat på beniga landmärken och kan vid behov justeras interaktivt av användaren genom att manipulera 3D-handtag i betraktaren.

För det fjärde appliceras rörelse vid varje tidssteg på humerusmodellen med realtidsutvärdering av impingement. Det minsta humero-akromiala avståndet som vanligtvis används för utvärdering av subacromial impingement mäts [7]. Detta avstånd beräknas i millimeter baserat på de simulerade benmodellernas positioner. En färgskala används också för att kartlägga avståndsvariationerna på skulderbladsytan (röd färg = minsta avstånd, andra färger = områden med ökat avstånd). Med tanke på tjockleken på de potentiellt angripna vävnaderna övervägs subakromial impingement när det beräknade humero-akromialavståndet är < 6 mm, som föreslås i litteraturen [7]. För att testa en stor variation av realistiska rörelser, används en rörelsedatabas med dagliga aktiviteter (t.ex. korsarm, hårkam) utöver standard kinematiska sekvenser (t.ex. höjd, bild).

Slutligen definieras akromial resektionsplanen baserat på 3D-simuleringsresultaten. En färgkarta används för att representera områden där stötar inträffade mellan acromion och humerus (Fig. 1D). Den röda färgen anger området med det minsta humero-akromialavståndet beräknat över de olika rörelsesimuleringarna.

Resultaten vid varje steg i planeringsproceduren valideras noggrant av användaren innan man fortsätter till nästa. I slutet av planeringen genereras en PDF-rapport som innehåller patientinformation och utförda mätningar. Benen och simuleringsdata exporteras också för att användas i en enkel 3D-visning (Fig. 2) avsedd för kirurgen. Med den här tittaren kan kirurgen spela alla simuleringar, observera stötar dynamiskt och granska resektionsplanen.