Υπολογιστικός προεγχειρητικός σχεδιασμός του μυοσκελετικού συστήματος

Abstract

Prediction of radiographic progression of osteonecrosis of the femoral head remains a challenge for the orthopaedic surgeon. Radiographic progression of osteonecrosis is not always predictable. The importance of location and extension of the lesion as expressed by the position of the geometric center is investigated in relation to the position of the center of the femoral head. A method of triangles algorithm is used for the computation of the geometric center of the lesion based on MRI scans for patients treated with a tantalum rod. Twenty nine patients (thirty four hips) with osteonecrosis of the femoral head were treated with implantation of a tantalum rod with implantation. The mean age was 38,4 years (14 - 59). All necrotic lesions were confirmed by magnetic resonance imaging. A customized method of triangles algorithm was developed for the computation of the geometric center of the lesion in 3D reconstructed models. Lesion volume, the distance from the origin R, latitude (φ) and longitude (θ) of the geometric center of the lesion within the femoral head were calculated. The mean follow up was 3,5 (2-7) years. Ten hips (29.4%) showed radiographic progression. Cox regression analysis showed that lesion volume and angle (θ) were important factors to predict radiographic progression. Lesions having an angle (θ) of [15-35] and [50-60] degrees and lesion size greater than 27% of the femoral head were more likely to develop radiographic progression. The results suggest that lesion volume is an important factor strongly correlated with the risk of collapse of the femoral head. The location of the necrotic lesion in relation to the weight bearing area is an important parameter for the prognosis in order to predict with accuracy the progression of the disease. The system can be a useful tool for the orthopaedic surgeon, supporting decision-making on the treatment of femoral head necrosis. To our knowledge no such system is mentioned in the literature

Η παρούσα διδακτορική διατριβή έχει ως αντικείμενο την ανάπτυξη ενός συστήματος που υποστηρίζει τον ορθοπαιδικό στη διάγνωση και πρόγνωση της οστεονέκρωσης της μηριαίας κεφαλής. Η αξιόπιστη και έγκυρη αξιολόγηση της σοβαρότητας της νόσου είναι ιδιαίτερα καθοριστική στη διαδικασία απόφασης για την κατάλληλη θεραπευτική αντιμετώπιση. Ο προσδιορισμός της ακριβούς έκτασης και θέσης της νεκρωτικής βλάβης στη μηριαία κεφαλή είναι ένα σημαντικό ζητούμενο στην αντιμετώπιση της οστεονέκρωσης. Η προηγούμενη βιβλιογραφία δεν προβλέπει την πρόοδο της ακτινολογικής εξέλιξης της οστεονέκρωσης. Πολλές μέθοδοι βασισμένες στην ακτινογραφία και στη μαγνητική τομογραφία έχουν προταθεί αλλά δεν έχουν αποδώσει ικανοποιητικά αποτελέσματα. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται μια μέθοδος βασισμένη στη μαγνητική τομογραφία για τον προσδιορισμό του ποσοστού του όγκου της κεφαλής που έχει νεκρωθεί καθώς επίσης και της θέσης της βλάβης. Το σύστημα απαιτεί προσεκτικό χειρισμό από τον χειριστή και εντοπίζει με ακρίβεια τη βλάβη το μέγεθος και τη θέση της βλάβης. Χρησιμοποιούμε αλγόριθμο που υπολογίζει τον γεωμετρικό κέντρο της βλάβης που βασίζεται σε μαγνητικές τομογραφίες σε είκοσι εννέα ασθενείς (τριάντα τέσσερα ισχία) που είχαν υποβληθεί σε χειρουργική θεραπεία με μόσχευμα ράβδου τανταλίου για την αντιμετώπιση της νόσου. Η μέση ηλικία ήταν 39,21 χρόνια (14 - 59). Όλες οι νεκρωτικές αλλοιώσεις αυτές επιβεβαιώθηκαν με την μαγνητική τομογραφία. Ένας αλγόριθμος τριγωνομετρικής προσέγγισης αναπτύχθηκε προκειμένου να υπολογιστεί το γεωμετρικό κέντρο της βλάβης του ανακατασκευασμένου μοντέλου. Ο όγκος της βλάβης, η απόσταση R από την αρχή των συντεταγμένων, το γεωγραφικό πλάτος (φ) και γεωγραφικό μήκος (θ) του γεωμετρικού κέντρου της βλάβης εντός της μηριαίας κεφαλής υπολογίστηκαν. Ο Μέσος όρος χρόνου παρακολούθησης ήταν 3,5 (2-7) χρόνια. Δέκα Μηριαίες κεφαλές (29.4%) έδειξαν ακτινολογική εξέλιξη της νόσου . Η στατιστική ανάλυση έδειξε ότι ο όγκος της βλάβης και η γωνία θ είναι χρήσιμοι παράγοντες στην πρόβλεψη της καθίζησης της μηριαίας κεφαλής. Βλάβες που έχουν γωνία θ από 15? έως 35? και από 50? έως 60? και με όγκο βλάβης μεγαλύτερο από 27% της μηριαίας κεφαλής είχαν περισσότερες πιθανότητες να αναπτύξουν ακτινολογική εξέλιξη. 95 Οστεονέκρωση Μηριαίας Κεφαλής Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο όγκος της αλλοίωσης είναι ένας σημαντικός παράγοντας που σχετίζεται έντονα με τον κίνδυνο της κατάρρευσης της μηριαίας κεφαλής. Η θέση της βλάβης της νεκρωτικής περιοχής αποτελεί μια σημαντική συμπληρωματική παράμετρο, προκειμένου να προβλεφθεί με ακρίβεια η εξέλιξη της νόσου, δηλαδή αν έχει καλή πρόγνωση (επιτυχή έκβαση της επέμβασης) ή κακή (αποτυχία, καθίζηση της κεφαλής και ανάγκη ολικής αρθροπλαστικής). Το σύστημα πέτυχε την πρόγνωση με σημαντική ακρίβεια. Έτσι, κρίνεται ικανό να υποστηρίξει τον ορθοπαιδικό στη λήψη απόφασης για την αντιμετώπιση της νόσου