A Pécsi Tudományegyetem, Klinikai Központ, Mozgásszervi Sebésze Intézet, Ortopédiai Klinikai Tanszék közleménye A csigolyavektor szerepe a gerincferdülés 3. dimenziójának megjelenítésében DR. SOMOSKEÖY SZABOLCS, DR. ILLÉS TAMÁS Érkeze : 2012. január 3. ÖSSZEFOGLALÁS Az EOS 2D/3D rendszer egy alacsony sugárdózisú, a részecskedetektálás Nobel-díjas technológiáján alapuló ortopédiai radiodiagnosz kai eszköz, a csontvázrendszer térbeli rekonstrukcióját lehetővé tevő speciális szo verrel. A térbeli rekonstrukció kiváló minőségű, valósághű képeket biztosít, lehetővé téve a scolio kus gerinc kvan ta v elemzését. A csigolyavektor bevezetése ajánlo a gerinc megjelenítésének megkönnyítésére, matema kai jellemzésére, különösen a horizontális síkban. 95 scoliosis mia korrekciós műtéten átese beteg pre- és posztopera v térbeli megjelenítése, a csigolyák vektorokkal történő helye esítése és adatainak elemzése történt. A görbületek felülnéze és a csigolyavektorok horizontális síkú megjelenítésekor nemcsak a pre- és posztopera v rotációs változás a szembetűnő, hanem a csigolyavektorok pozicionális áthelyeződése, a lateralis ejekció megváltozása is. A legszorosabb korreláció a pre- és posztopera v Cobb szögértékek, valamint a csigolyavektorok lateralis ejekcióját reprezentáló kezdő- és végpon x koordinátaértékek közö mutatkozo. Hasonlóan szoros korreláció volt megfigyelhető a műtét során elért korrekció mértékével is. Kevésbé erős korreláció volt megfigyelhető a csigolyák axiális rotációja és a görbületek Cobb szögértéke közö és nem volt szignifikáns a korreláció a korrekció mértéke és az apicalis csigolya axiális rotációjának megváltozása közö. A scolio cus gerincről készült, EOS 2D/3D röntgengép által szolgáltato képek jelentős adathalmazából a csigolyavektorok használatával leegyszerűsíte és könnyen értelmezhető, a gerincdeformitásra jellemző információkhoz jutunk. A horizontális síkú adatok elemzése alapján a korrekciós műtétek során elsődleges cél kell legyen a csigolyák lateralis ejekciójának megszüntetése, s kevésbé fontos a csigolyarotáció mindenáron való csökkentésére való törekvés. Kulcsszavak: Gerinc Radiográfia; Scoliosis Radiográfia; Háromdimenziós képalkotás Módszerek; Radiográfia Módszerek; T. Illés, Sz. Somoskeöy: The role of vertebra vectors in the visualiza on of the third dimension of scoliosis The EOS 2D/3D X ray system is a low-dose, orthopaedic radiodiagnos c device based on the Nobel prize-winning X ray detec on technology with a special so ware for 3D surface reconstruc on. The 3D reconstruc on provides high-quality, realis c images allowing an accurate quan ta ve parametric analysis of the scolio c spine. The vertebra vector concept is introduced to simplify visualiza on and to facilitate mathema cal characteriza on of the spine, especially in the horizontal plane. Informa on is presented in this study related to the pre- and postopera ve 3D visualiza on, vertebra vector genera on and analysis of data from surface 3D reconstruc ons and vertebra vector parameters of 95 scolio c cases that underwent correc ve surgery. Visualiza on of top view images of 3D reconstructed scolio c spine and horizontal plane views of the spine with vertebra vectors reveals pre- and postopera ve rota onal changes as well as a significant posi onal rearrangement and a notable change in lateral ejec on of vertebrae. The strongest correla on was found between pre- and postopera ve Cobb angle values and coordinate X values of ini al and terminal points of apical vertebra vectors, represen ng their lateral ejec on. Similarly strong Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet 2013. 56. 1. 41
correla on was shown between the change in Cobb angle values a er correc on and postopera ve changes in the magnitude of lateral ejec on. Correla on between axial rota on of apical vertebrae and the Cobb angle value was less significant either before or a er surgery, while the postopera ve change in axial rota on values showed no correla on with correc onal change in Cobb angle values. The use of vertebra vectors enables interpreta on of the complex informa on in images provided by EOS 2D/3D, furnishing a simplified and comprehensible way of visualiza on and characteriza on of spinal deformi es. Based on the analysis of horizontal plane view data, minimizing vertebral lateral ejec on during correc ve surgery may become a primary goal while efforts on the absolute reduc on of axial rota on seem to be less important. Key words: Imaging, three-dimensional Methods; Radiography Methods; Scoliosis Radiography; Spine Radiography; BEVEZETÉS A scoliosis, a gerinc térbeli deformitása, amely frontális síkú oldalirányú elhajlás, sagi alis síkú anteroposterior, főleg lordosis irányú deviáció, valamint horizontális síkú axiális csigolyarotáció eredőjeként jön létre. A gerinc transzlációjának és angulációjának, valamint a csigolyák rotációjának tanulmányozása rámutato arra, hogy direkt kapcsolat áll fenn a tér három síkjában bekövetkeze deformitás-komponensek közö, amelyek természete azonban nem teljesen ismert. Egyértelműnek tűnik, hogy a csigolyarotáció kiemelkedően fontos szerepet játszik a scoliosis kialakulásának iniciálásában és pathomechanizmusában (32). A csigolyarotáció kvan fikációja fontos lehet a sebészi kezelés tervezésében és az eredményesség megítélésében annak ellenére, hogy a jelenlegi sebészi technikák nem a rotáció pontos mérésén és megítélésén alapulnak (31). A scoliosisokhoz társuló csigolyarotáció pontos megítélésének igénye nem új keletű. Számos metodika került leírásra, úgymint Cobb (5), Nash and Moe (22), Perdriolle (24) vagy Mehta (21) módszere, amelyek a csigolyák különböző hátsó elemeinek rela v pozíciójának megítélésén alapulnak. Annak ellenére, hogy a rotáció mérésére kidolgozo számos módszer közül a klinikai gyakorlatban leginkább elfogado á a Perdriolle-féle torziométer vált, az eredményt nagyon nehéz számszerűsíteni, így a módszer reprodukálhatósága nagyon korlátozo (23, 25). A komputertomográfia használatával kifejeze en nagy sugárdózis melle is csak rövid gerinc-szegmentumokon vált lehetővé a horizontális síkú csigolyarotáció potenciálisan sokkal pontosabb meghatározása (1, 13). Ugyanakkor a CT vizsgálatok hitelességének és megbízhatóságának tekintetében megoszto a gerinc deformitásaival foglalkozó szakmai közvélemény, amelynek oka elsősorban a vizsgála pozícióból, a fekvő testhelyzetből fakad (12, 18). Annak ellenére, hogy a Scoliosis Research Society (SRS) Working Group on 3D Terminology of Spinal Deformity már 1994-ben egyértelműen kifejezte a szükségességét egy valódi háromdimenziós diagnosz kai módszernek, amellyel megfelelően lehet diagnosz zálni és értékelni a scolio kus gerincdeformitást a tér mindhárom síkjában (30), a horizontális síkú csigolyarotáció pontos, a frontális és sagi alis görbületekkel szimultán mérési lehetőségének hiányában az SRS ajánlása csak teore kus ajánlás maradt. 1992-ben Georges Charpak fizikai Nobeldíjat kapo a részecskedetektálás terén végze kutatásaiért, a proporcionális huzalkamra és gázdetektor felfedezéséért (14). A gázdetektorban nagynyomású gázban a röntgensugár fotonjai elektronokká konvertálódnak, majd lavinaszerűen mul plikálódva, elek tromos erőteret hoznak létre. Ezen elektronnyaláb rendszerbe kapcsolt proporcionális huzalkamrák segítségével könnyen és jól detektálható (3, 4). A röntgensugár detektálásának ezen új módszerén alapuló eszköz lehetőséget teremte olyan képalkotó eljárások kifejlesztésére, mely eljárásokkal jelentősen kisebb sugárterheléssel jobb képminőséget lehet elérni, mint a tradicionális röntgenvizsgálat során (17). 42 Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet 2013. 56. 1.
A csigolyavektor szerepe a gerincferdülés 3. dimenziójának megjelenítésében Az új technológia használatával került kifejlesztésre az EOS röntgengép, amelyet 2 db egymásra merőlegesen elhelyeze 45 cm széles lineáris sugárforrás és detektor alkot, s amellyel 10 25 sec ala 170 cm magas 45 cm széles területről lehet egyidejűleg álló helyzetben, fiziológiás terhelés ala kiváló minőségű AP és oldalirányú röntgenképet készíteni (7, 8). A két egymásra merőlegesen elhelyeze sugárforrás és detektor összekapcsolása nemcsak az AP és oldal röntgenfelvételek egyidejű elkészítését teszi lehetővé, hanem mivel a ké rányú felvételek egy kalibrált térben történnek lehetőséget teremt az egyes csigolyák, a gerinc, illetve a csontvázrendszert alkotó csontok precíz térbeli rekonstrukciójára is (19, 20). A térbeli rekonstrukció különféle nézeteinek megjelenítése során lehetőség nyílik az egyes csontok felülnéze képének megjelenítésére, mely forradalmian új lehetőségeket teremt az ortopéd sebésze, különösen a gerincsebésze gyakorlatban. Jelen közlemény célja az új diagnosz- kus eszköz biztosíto a lehetőség alapján a gerincdeformitások valós 3D megjelenítésének bemutatása, a horizontális síkú megjelenésének értelmezése, és fontosságának bizonyítása. A térbeli jellemzést különösen a horizontális síkú megjelenítést csigolyavektorok alapján végezzük, amelyek használatával mód nyílt a gerinc deformitásainak mindhárom síkú kvan fikációjára és ennek alapján egy valódi térbeli klasszifikáció megalapozására. ANYAG ÉS MÓDSZER Intézetünkben 2007 szeptemberétől használjuk a Charpak felfedezésén alapuló röntgengépet (EOS TM EOS Imaging, Paris, France) és a hozzátartozó térbeli rekonstrukciót biztosító számítógépes programot (stereos 3D, EOS Imaging, Paris, France). Jelen közleményünkben 2009. január 1. és 2009. december 31. közö scoliosis mia korrekciós műtéten átese 95 (87 lány és 8 fiú, átlagéletkor a műtét idején: 18.6 év (S.D: ±7.41) betegünk adatait elemezzük. A görbületek korrekcióját Cotrel Dubousset filozófia alapján SCS implantátumot (Scient X France) használva végeztük el. A pre- és posztopera v görbületeket EOS TM vizsgálat alapján jellemeztük. A preopera v EOS TM röntgenfelvétel a műtét elő 2 7 napon, míg a posztopera v EOS TM röntgenfelvétel a műtét utáni 4 5. napon készült. Betegeink görbületeinek kvan ta v jellemzésére mind frontális, mind sagi alis síkban a 2D röntgenfelvételeken a klasszikus Cobb módszert használtuk. Sagi alis síkban a Th4 Th12 csigolyák közö mértük és pozi v előjellel jellemeztük a há kyphosist, míg az L1 L5 csigolyák közö mért lumbalis lordosist nega v előjel jelöli. Horizontális síkban a csigolyarotációt a stereos 3D szo ver számíto értékeivel jellemeztük. Horizontális síkban egyértelmű és reprodukálható mérési módszer hiányában javasoljuk a csigolyavektor fogalmának bevezetését és ezen keresztül jellemezzük a görbületeket horizontális síkban. A csigolyavektor meghatározása az alábbiak alapján történik: Frontális síkban meghatározzuk az EOS által használt referenciapontok segítségével mindkét pediculus vetületének középpontját. A középpontokat összekötő szakasz felezőpontját tekintjük a csigolyavektor kiinduló pontjának (1. a, d ábra). Ez a pont normálisan a canalis spinalis területére esik és pontosan felezi a két pediculus közö távolságot. Sagi alis síkban a pediculusok középpontjait összekötő szakasz felezőpontjából a csigolyatest felső zárólemezével párhuzamosan halad a csigolyavektor. A vektor végpontja az a pont, ahol a felső zárólemezzel párhuzamos szakasz a csigolyatest elülső falát metszi (1. b, e ábra). Felülnéze képen a csigolyavektor AB a pediculusok középpontjait összekötő szakasz felezőpontjából indul, merőleges ezen szakaszra, így a csigolyatest szimmetriatengelyét alkotva a csigolyatest középvonalában halad (1. c, f ábra). A csigolyavektor ilyetén történő meghatározása nem függ a csigolyák alakváltozásától. A vektor iránya mindig a csigolyatest szimmetriatengelyének irányát jellemzi. A definíció alapján a vektor hossza a csigolyatestek nagysága által determinált, azaz jól köve a csigolyák nagyságbeli változásait a cervicalis csigolyáktól a lumbalis csigolyákig. A csigolyavektorok meghatározása után egy térbeli koordinátarendszerben elhelyezhetők a vektorok, megadva a kezdő- és végpontjaik x, y, z koordinátáit. A koordinátarendszert Stokes ajánlását használva (30) az alábbiak alapján határoztuk meg (1. g ábra). Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet 2013. 56. 1. 43
A felülnéze képen meghatározzuk az acetabulumok középpontjait. Az ezeket öszszekötő egyenes meghatározza a koordinátarendszer x tengelyét. Az interacetabularis távolság felezőpontjában, amely a koordinátarendszer origójának felel meg, az x tengelyre, és a frontális síkra állíto merőleges meghatározza az y tengelyt. Az y tengely normálisan a promontórium középpon vetületén halad át. Az interacetabularis távolság felezőpontjában az x tengelyre és a horizontális síkra állíto merőleges meghatározza a térbeli koordinátarendszer z tengelyét. A koordinátarendszer kalibrációját következőképpen végeztük. Az interacetabularis távolság felezőpontja a koordinátarendszer origója. Az origó és az egyik oldali acetabulum középpont köz távolságot 100 egységnek ve ük, s ezt egyenlő részekre felosztva megkaptuk a koordinátarendszer léptékbeosztását. Az origó és az ellenoldali acetabulum középpont is 100 egység, tehát az interacetabularis távolság 200 egységnek adódik. Az egységek meghatározása után ezeket transzponáltuk az y és a z tengelyekre is, így azonos kalibrációt nyertünk mindhárom tengelyen. Az ilyen kalibráció előnye, hogy egyedre jellemző, hisz az interacetabularis távolságot minden esetben 200 egységűre kalibráljuk, legyen az 40 cm széles, vagy 60 cm széles. Jelen közleményünkben a koordinátarendszer horizontális síkú (x, y tengelyek által meghatározo ) vetülete az elsődlegesen érdekes. A csigolyavektor előzőekben leírt meghatározása után a koordinátarendszerben a vektorok vetületei bármely síkban ábrázolhatók. Az AB vektort meghatározó pontok horizontális síkú vetületének koordinátái A(Ax;Ay), B(Bx;By), amelynek alapján az AB vektor koordinátái AB(Bx Ax;By Ay). A koordinátákból meghatározható a vektor vetült hossza, az y tengelytől (a test középvonala) való távolsága (lateralis ejekció), valamint az y tengelyhez viszonyíto szögeltérése (α). A tg szögfüggvényt használva az AB csigolyavektor x tengelyre vonatkoztato koordinátáját elosztjuk a y tengelyre vonatkoztato koordinátájával, azaz tgα=abx/aby. Tekinte el arra, hogy a koordinátarendszer y tengelye egybeesik a test szimmetriatengelyével s arra, hogy csigolyavektor horizontális síkú vetülete az ado csigolya szimmetriatengelye, így a csigolyavektor y tengelyhez viszonyíto szögeltérése egyben a csigolya horizontális síkú rotációját (axiális rotáció) jelzi. Az előzőek illusztrációját az 1. h ábra mutatja be. A csigolyavektor használatával tehát egyértelműen jellemezni tudjuk a csigolyák horizontális síkú rotációját, amelyet ez ideig csak mindenféle kiegészítő eljárással sikerült csak meghatározni (15). A csigolyavektorok generálása az elkészíte stereos 3D felszíni rekonstrukciók után, az általunk szabadalmi véde ség alá helyeze elvek alapján, a szo verfejlesztő cég által elkészíte és rendelkezésre bocsáto speciális segédalkalmazással történt, amely a csigolyavektorok összes számszerű paraméterét is automa kusan kiszámíto a és rögzíte e. EREDMÉNYEK 2009. január 1. és 2009. december 31. közö 95 esetben végeztünk idiopathiás scoliosis mia korrekciós műtétet. Minden betegünkről mind preopera v, mind posztopera v AP illetve oldalirányú álló felvételt készíte ünk (2. a, d ábra, illetve 3. a, d ábra). Elvégeztük a térbeli rekonstrukciókat (2. b, e ábra, illetve 3. b, e ábra), majd a csigolyavektorok generálását (2. c, f ábra, illetve 3. c, f ábra). Ezt követően megjeleníte ük a preopera v (4. a ábra), majd posztopera v (4. b ábra) felülnéze 3D képet. Ezt követően a csigolyákat csigolyavektorokkal helye esíte ük mind a preopera v (4. c ábra), mind posztopera v (4. d ábra) állapotokban. A betegeink átlagos preopera v scoliosisa 50.93, míg a posztopera v görbület 16.61 a klasszikus Cobb szögmérés szerint. Kifejeze en erős korrelációt találtunk mind preopera ve (r=0.950), mind posztopera ve (r=0.935) a klasszikus Cobb szerin és a csigolyavektorok alapján mért szögértékek közö. Hasonlóan erős korrelációt (r=0.983) mutatnak a sagi alis görbületek Cobb szerint mért és a csigolyavektorok alapján számíto értékei (16). Az apicalis csigolyák rotációját (RVA) horizontális síkban a stereos 3D szo ver a 3D modell alapján automa kusan meghatározza. Ez a preopera v esetekben az átlagosan 19.16, míg a posztopera v átlag 12.19. A csigolyavektorok generálása után az általunk fentebb leírt metodika szerint számíto apicalis 44 Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet 2013. 56. 1.
A csigolyavektor szerepe a gerincferdülés 3. dimenziójának megjelenítésében 1. ábra A csigolyavektor illusztrációja egy térben rekonstruált csigolya 3D modellje alapján, Kontúr (a c) és Felüle (d f) 3D mód szerint. A csigolyavektor koncepció koordinátarendszere és a csigolyavektor paraméterek kiszámítása horizontális nézetben (g h) (a) Frontális nézet. Egy jobbra konvex há görbületű scoliosis Th9 apicalis csigolyájának stereos 3D rekonstruált modellje Kontúr 3D mód szerint, a csigolya referenciapontok színes megjelenítésével: jobb és bal oldali pediculus (4 4 sárga pont), jobb és bal pediculus középpont (RPC, LPC), az AB vektor (lila nyíl) A kezdőpontja (fekete) mint a két pediculus középpontot összekötő interpedicularis szakasz (narancssárga) felezőpontja. (b) Sagi alis nézet. Az AB vektor (lila nyíl) párhuzamos a csigolyatest felső zárólemezével (fekete hajszálvonal). A csigolyavektor B végpontja (piros) a vektorvonal és a csigolyatest elülső kontúrvonalának (zöld) metszéspontja. (c) Horizontális nézet. Az AB vektor (lila nyíl) az interpedicularis szakasz (narancssárga) felezőpontjából kiinduló vonal, amely a csigolyatest szimmetriatengelyét alkotja. (d f) stereos 3D rekonstruált csigolya és csigolyavektor (lila nyíl) Felüle 3D mód szerin megjelenítésben, frontális, sagi alis és horizontális nézetben. (g) A csigolyavektor koncepcióhoz tartozó koordinátarendszer horizontális nézetben. A koordinátarendszer x tengelye a két acetabulum (zöld kör) középpontját (zöld) összekötő interacetabularis vonal. Az y tengely merőleges a frontális síkra és az interacetabularis vonalra, origója annak felezőpontjában található. Az origó és mindkét oldali acetabulum középpontja közö távolság 100 egység. A kalibrációs lépték megegyezik az y tengelyen is. Egy balra konvex ágyéki görbület L2 apicalis csigolyájának stereos 3D rekonstruált modellje Kontúr 3D mód szerint, a (c) szerin jelöléssel elláto csigolyavektorával. (h) Csigolyavektor paraméterek kiszámításának módszere a (g) szerin csigolyavektoron. Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet 2013. 56. 1. 45
2. ábra Fiatalkori idiopathiás scoliosis korrekciós műtét elő (a c) és után (d f) frontális nézetben 15 éves leánybeteg, a gerinc jobbra konvex há és balra konvex ágyéki ke ős görbületével járó, reprezenta v esete. Pre- és posztopera v EOS röntgenfelvételek (a, d); az erede röntgenfelvételekre helyeze pre- és posztopera v stereos 3D rekonstruált térbeli gerincmodellek (b, e); valamint pre- és posztopera v teljesgerinc csigolyavektorok (c, f). A frontális görbületek hagyományos Cobb módszer szerin mérési módja is feltüntetésre került (piros vonalak). A Th11 L4 szakaszon lévő thoracolumbalis főgörbület (kék sárga kék csigolyák) műtét elő mértéke (68 ) a korrekciót követően jelentősen csökkent (8 ). 46 Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet 2013. 56. 1.
A csigolyavektor szerepe a gerincferdülés 3. dimenziójának megjelenítésében 3. ábra Fiatalkori idiopathiás scoliosis korrekciós műtét elő (a c) és után (d f) sagi alis nézetben A 2. ábrán bemutato beteg reprezenta v esete. Pre- és posztopera v EOS röntgenfelvételek (a, d); az erede röntgenfelvételekre helyeze pre- és posztopera v stereos 3D rekonstruált térbeli gerincmodellek (b, e); valamint pre- és posztopera v teljesgerinc csigolyavektorok (c, f). A sagi alis görbületek hagyományos Cobb módszer szerin mérési módja is feltüntetésre került (piros vonalak). A műtét elő értékek (Th4 Th12 kyphosis 2, L1 L5 lordosis 49 ) a korrekciónak köszönhetően jelentősen javultak (Th4 Th12 kyphosis 20, L1 L5 lordosis 44 ). Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet 2013. 56. 1. 47
4. ábra Fiatalkori idiopathiás scoliosis korrekciós műtét elő (a, c) és után (b, d) horizontális nézetben SterEOS 3D rekonstruált térbeli modellek felülnéze képe korrekciós műtét elő (a) és után (c). A medence, az acetabulumok (okkersárga gömbök) és az interacetabularis tengely (okkersárga vonal) is ábrázolódik. A Th11 L4 thoracolumbalis főgörbület L2 apicalis csigolyájának (sárga) stereos 3D szo ver által mért preopera v axiális rotációja (32 ) a műtétet követően mérséklődö (16 ). A csigolyavektorok horizontális néze megjelenítése korrekció elő (c) és azt követően (d) a csigolyák axiális rotációs viszonyait és változását, és a csigolyák térbeli áthelyeződését egyszerűen és á ekinthető módon illusztrálja. csigolya axiális rotációja (VA αh) preopera ve 18.51, míg posztopera ve 12.03. Az apicalis csigolyákon a két eltérő metodikával meghatározo axiális rotációk mind preopera ve, mind posztopera ve kifejeze en szoros korrelációt muta ak (r=0.963 és r=0.968). A korrelációanalízis eredményeként mind a preopera v, mind a posztopera v Cobb szögértékkel a legszorosabb korrelációt a csigolyavektorok végpon, illetve kezdőpon x koordinátájának értéke adta (VA Bx r=0.685 ill. VA Ax r=0.667). Kevésbé erős korreláció volt megfigyelhető a csigolyák axiális rotációja és a görbület Cobb szögértéke közö (VA αh r=0.452 ill. RVA r=0.511). A műtét során elért korrekció (ΔCobb=35.53 ) is a legszorosabb korrelációt a csigolyavektorok végpon, illetve kezdőpon x koordinátáinak értékével muta a (ΔVA Bx r=0.480 ill. ΔVA Ax r=0.448). Kevésbé szoros és nem szignifikáns a korreláció a korrekció mértéke (Δ Cobb) és az apicalis csigolya axiális rotáció-változása közö (ΔRVA: r=0.195 ill. ΔVA αh r=0.122). A pre- és posztopera v csigolyavektorok felülnéze összehasonlító ábráján (4. c d ábra) nemcsak a rotációs változás a szembetűnő, hanem a csigolyavektorok pozicionális áthelyeződése és koordinátarendszer y tengelye mentén történő rendeződése, azaz a lateralis ejekció megszűnése is. MEGBESZÉLÉS Az idiopathiás scoliosisnak sem a kezdete, sem a betegség természete, sem a strukturális deformitás progressziójának folyamata nem ismeretes. Az elsődleges deformitás azonban a csigolyarotációhoz kapcsolható (26), amely sagi alis síkú instabilitást és bizonytalan frontális síkú egyensúlyt eredményez. Általánosan elfogado tény, hogy a kezde deformitás megjelenése után az idiopathiás scoliosis önfenntartó biomechanikai folyamat eredményeként progrediál az élet gyors növekedési periódusában. A klinikai diagnózis ké rányú röntgenképek széleskörű használatán alapul. A 2D röntgenképeken számos eljárást dolgoztak ki az axiális 48 Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet 2013. 56. 1.
A csigolyavektor szerepe a gerincferdülés 3. dimenziójának megjelenítésében rotáció meghatározására (5, 21, 22, 24), de a javasolt eljárások mindegyikéről kiderült, hogy megbízhatatlan mivel a röntgenképek nem biztosítanak kellő kvan ta v vagy elegendő kvalita v információt az axiális rotáció meghatározásához szükséges anatómiai struktúrákról (23, 28). Jelentős előrelépést jelente és alapvetően új ismereteket hozo a ké rányú röntgenképek digitalizálását követő 3D rekonstrukció melle végze axiális rotáció-mérés. Bizonyítást nyert, hogy a csigolyarotáció mérése 3D rekonstrukciót követően bármely egyéb metódusnál sokkal pontosabb eredményt ad (11), ezen felül a 3D rekonstrukció szegmentális szögeltérések mérésére is lehetőséget teremt (2, 10). A pontos rekonstruálhatóság elérésére érdekében azonban különleges figyelmet kell fordítani az AP és oldalirányú felvételek egymásra merőlegesen történő kivitelezésének pontos beállítására, a beteg pozícionálására, amelyek elmaradása bizonytalanná tehe a mért értékeket. Az axiális rotáció legpontosabb meghatározását CT keresztmetsze felvételek teszik lehetővé (1, 13). A CT alkalmazását a mindennapi scoliosis diagnosz kában azonban gátolja a kifejeze en nagy sugárdózis, valamint a fekvő testhelyzet is, hiszen a fekvő testhelyzet jelentősen csökken mind a frontális mind a sagi alis görbületeket (33). Gondot okoz, hogy ver kálisan a csigolyatest mely szintjén határozzuk meg a rotáció mértékét, mivel az egyes csigolyákon belül is más-más a rotáció mértéke az alsó és/vagy a felső zárólemezen, amely a csigolya torziójából adódik (9). Ahhoz, hogy a csigolyák horizontális megjelenítése egységes legyen és megközelítőleg helyes képet adjon, olyan ver kális szegmentumban kell a csigolyarotációt mérni, amely vagy standard módon az egyik zárólemeztől mért távolságot jelent, vagy az alsó és a felső zárólemezek eltérő rotációjából adódó torziós különbség átlaga ábrázolható. Geroges Charpak Nobel-díjas felfedezésén alapuló EOS röntgengép (EOS Imaging, Paris, France) valamint a stereos 3D térbeli rekonstrukciót biztosító szo ver a scolio kus gerinc térbeli ábrázolásában átütő eredményt hozo. A röntgengép biztosítja álló helyzetben egyidejű AP és oldalirányú röntgenfelvétel készítését jelentősen csökkente sugárdózis melle. Az előzetesen kalibrált térben egyidejűen készíte röntgenképek kiküszöbölik a pontos 3D rekonstrukciót leginkább veszélyeztető pozícionálási problémákat. A röntgengép biztosíto a kiváló minőségű képek lehetővé teszik mind a frontális, mind a sagi alis képeken a 3D rekonstrukcióhoz szükséges referenciapontok pontos és rekonstruálható megjelenítését, mely a stereos 3D szo ver segítségével a horizontális síkban is megjeleníthe a teljes gerincet. Ez a vizsgálóeljárás az első olyan eszköz, mely biztosítja a gerincdeformitások álló testhelyzetű, mindhárom síkú egyidejű megjelenítését. A 3D felszíni rekonstrukció során jelentős adatmennyiséget hordozó, minden részletre kiterjedő, kifejeze en realisz kus képek jeleníthetők meg a tér mindhárom síkjában. A pontosabb megértést elősegítendő veze ük be a csigolyavektor fogalmát. A csigolyavektor koncepciója egzakt, jól definiált és olyan év zedekkel korábban bevezetésre került, széles körben elfogado en tásokon alapszik, amelyek szerepelnek az SRS Scoliosis 3D Munkacsoport által ajánlo nomenklatúrában (pediculus centroid, csigolyatest felső zárólemez), a geometria és trigonometria alapfogalmaira (szakasz felezőpont, merőleges, párhuzamos egyenes) épül és a vektoralgebra alapvető elemeit (vektor kezdő- és végpont koordináták, vektorszög) alkalmazza. A csigolyavektor frontális síkban a pediculus vetüle középpontokat összekötő egyenes felezőpontjából induló, sagi alis síkban a csigolyatest felső zárólemezével párhuzamosan a csigolyatest elülső faláig futó vektor. Elhelyezkedéséből adódóan kiküszöböli a csigolyák torziójából származó különbséget, mivel minden egyes csigolyán arányaiban ugyanazon távolságra helyezkedik el a felső zárólemeztől. Horizontális síkban a pediculus középpontokat összekötő szakasz felezőpontjából merőlegesen indulva, a csigolyatest középvonalában halad. A vektor iránya mindig a csigolyatest szimmetriatengelyének irányát jellemzi. A vektor definíció alapján a csigolyavektor az ado csigolya nagyságára, térbeli elhelyezkedésére, irányára és irányultságára minden szükséges információt hordoz, ugyanakkor le sztult képi megjelenítése elősegíthe a térbeli folyamatok kialakulásának pontos megértését. Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet 2013. 56. 1. 49
Az acetabulum középpontok által meghatározo x tengely, a test középvonalát alkotó y tengely és a két tengely találkozásából induló z tengely által meghatározo 3D koordinátarendszerben minden csigolyát helye esítő vektor koordinátái kiszámíthatóak, lehetőséget teremtve a csigolyák helyzetének pontos matema kai leírására, a különböző rotációs viszonyok meghatározására. A csigolyavektor használatakor nem szükséges az eddigi klinikai gyakorlatban bevált és megszoko szögmérési módszerek megváltoztatása, azok ugyanúgy alkalmazhatók a csigolyavektorok esetén is. A frontális, a sagi alis síkban mért Cobb szögértékeket egészíthetjük ki az axiális rotáció számszerűsítésével. A csigolyavektorok megjelenítése lehetőséget teremt egy valós 3D klasszifikáció kidolgozásához anélkül, hogy a deformitások jellemzésében egy nehezen értelmezhető, állandóan változó helyzetű, új sík bevezetésére lenne szükség (27). A gerincdeformitások harmadik dimenziójú, horizontális síkú megjelenítésében a csigolyavektorok alapján számolt axiális csigolyarotáció igen erős korrelációt mutat a stereos 3D szo ver által meghatározo axiális rotációval. Tekinte el a csigolyavektorok és a klasszikus mérési módszerek mindhárom síkban igazolt erős korrelációjára (29), kijelenthetjük, hogy a csigolyavektorok használata első alkalommal biztosít lehetőséget a gerincdeformitások álló helyzetű, terhelés ala, egyidejű térbeli vizsgálatára. A csigolyavektorok használata nyújt lehetőséget a scolio cus görbületek frontális síkban mért nagyságának és a görbületek horizontális síkú megjelenésének egyidejű elemzésére is. A csigolyák horizontális síkú axiális rotációja és a görbületek frontális szögértékei közö mért közepesen erős kapcsolat azt jelenthe, hogy annak ellenére, hogy a görbületek kialakulásában elsődleges szerepet a csigolyák axiális IRODALOM rotációjának tulajdonítanak (26), a görbületek nagyságának alakulásában egyéb tényezők is szerepet játszanak. A preopera v felülnéze képeken szembetűnő, hogy a csigolyák rela- ve kicsi rotáció melle inkább az x tengelyhez orientálódnak. Ezen megfigyelés alapján vizsgáltuk a frontális síkú görbület nagyságának és az y tengelytől mért távolságnak a kapcsolatát. Eredményeink alapján a frontális síkú görbületek nagysága sokkal szorosabb korrelációt mutat a csigolyáknak test középvonalától mért távolságával, mint a csigolyarotációval. A test középvonalától mért távolság a lateralis ejekció, amelyet a csigolyavektorok Bx koordinátái fejeznek ki a legjobban. A posztopera v képen a csigolyák inkább az y tengelyhez rendelten helyezkednek el. A gerincműtétek során elért görbüle változás egyértelműen kapcsolatba hozható a csigolyáknak a test középvonalához rendeződésével, ugyanakkor a görbüle változás nem mutat szoros kapcsolatot a csigolyák rotációjának megváltozásával. Ezt látszik bizonyítani az a megfigyelés is, miszerint a gravitáció kiválto a axiális rotáció nélküli lateralis deviáció szerepet játszik a gerincdeformitások progressziójában (6). Összefoglalva, a scolio cus gerincről készült EOS 2D/3D röntgenképek által szolgáltato jelentős adathalmazból a csigolyavektorok használatával leegyszerűsíte és könnyen értelmezhető, a gerincdeformitásra jellemző információkhoz jutunk. A horizontális síkú adatok elemzése alapján a korrekciós műtétek során elsődleges cél kell legyen a csigolyák lateralis ejekciójának megszüntetése, s kevésbé fontos a csigolyarotáció mindenáron való csökkentésére való törekvés. Ez kifejeze en új elem a gerincdeformitások kezelésének szemléletében, ami természetesen még további részletes igazolást is igényel. 1. Aaro S., Dahlborn M.: Es ma on of vertebral rota on and spine rib cage deformity in scoliosis by computer tomography. Spine. 1981. 6: 460-467. 2. Aubin C., Dansereau J., Pe t Y., Parent F., De Guise J., Labelle H.: Three- dimensional measurement of wedged scolio c vertebrae and intervertebral discs. Eur. Spine J. 1998. 7: 59-65. 3. Charpak G.: Electronic imaging of ionizing radia on with limited avalanches in gases. Rev. Mod. Phys. 1993. 65: 591-598. 4. Charpak G.: La detec on des par cules. Recherche. 1981. 128: 1384-1396. 5. Cobb J.: Outline for the study of scoliosis. Am. Acad. Orthop. Surg. Instr. Course Lect. 1948. 5: 261-275. 50 Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet 2013. 56. 1.
A csigolyavektor szerepe a gerincferdülés 3. dimenziójának megjelenítésében 6. Drevelle X., Lafon Y., Ebermeyer E., Courtois I., Dubousset J., Skalli W.: Analysis of idiopathic scoliosis progression by using numerical simula on. Spine. 2010. 35:.E407-E412. 7. Dubousset J., Charpak G., Dorion I., Skalli W., Lavaste F., De Guise JA., Kalifa G., Ferey S.: Le system EOS. Nouvelle Imagerie Osteo-Ar culaire basse dose en posi on debout. e-mémoire de l Académie Na onal de Chirugie. 2005. 4:22-27. 8. Dubousset J., Charpak G., Dorion I., Skalli W., Lavaste F., De Guise J. A., Kalifa G., Ferey S.:A new 2D and 3D imaging approach to musculosceletal physiology and pathology with low-dose radia on and the standing posi on: the EOS sytem. Bull. Acad. Natl. Med. 2005. 189:287-297. 9. Dubousset J.: Three-dimensional analysis of the scolio c deformity. In: Weinstein S. L. (ed.): The pediatric spine: principles and prac ce. New York, Raven Press. 1994. 479-496. p. 10. Dumas R., Steib JP., Mi on D., Lavaste F., Skalli W.: Three-dimensional quan ta ve segmental analysis of scoliosis corrected by the in situ contouring technique. Spine. 2003. 28: 1158-1162. 11. Gille O., Champain N., Benchikh-El-Fegoun A., Vital JM., Skalli W.: Reliability of the spine of milde scolio c patents. Spine. 2007. 32: 568-573. 12. Gocen S., Aksu M. G., Bak roglu L, Ozcan O.: Evalua on of computer tomographic methods to measure vertebral rota on in adolescent idiopathic scoliosis: an intraobserver and interobserver analysis. J. Spinal Disord. 1998. 11: 210-214. 13. Ho E. K., Upadlyay S. S., Chan F. L., Hsu L. C., Leong J. C.: New method of measuring vertebral rota on from computed tomographic scans. Spine. 1993. 18: 1173-1177. 14. h p://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1992/press.html The Nobel Prize in Physics 1992. Nobelprize.org. The Official Web Site of the Nobel Prize. 2011. december 14. szerin állapot. 15.Illés T., Tunyogi-Csapó M., Somoskeőy Sz.: Breakthrough in three-dimensional scoliosis diagnosis: significance of horizontal plane view and vertebra vectors. Eur. Spine J. 2011. 20: 135 143. 16. Illés T.: Comparaison entre la mesure classique bidimensionnelle de la scoliose et sa mesure tridimensionnelle par les vecteurs vertébraux. Avantages dans le pronos c et l apprécia on des résultats. Bull. Acad. Natle Méd. 2011. 195: 629-643. 17. Kalifa G., Charpak G., Maccia C., Fery-Lemonnier E., Bloch J., Boussard J. M., A al M., Dubousset J., Adamsbaum C.: Evalua on of a new low-dose digital x-ray device: first dosimertric and clinical result in children. Pediatr. Radiol. 1998. 28: 557-561. 18. Krismer M., Chen AM., Steinlecher M. és mtsai.: Measurement of vertebral rota on: a comparison of two methods based on CT scans. J. Spinal Disord. 1999. 12: 126-130. 19. Le Bras A., Laporte S., Mi on D., De Guise JA., Skalli W.: 3D detailed reconstruc on of vertebrae with low dose digital stereoradiography. Stud. Health Technol. Inform. 2002. 91: 286-290. 20. Le Bras A., Laporte S., Mi on D., De Guise JA., Skalli W.: A biplanar reconstruc on method based on 2D and 3D contours: applica on to the distal femur. Comput. Methods Biomech. Biomed. Engin. 2003. 6: 1-6. 21. Mehta M. H.: Radiographic es ma on of vertebral rota on in scoliosis. J. Bone Joint Surg. Br. 1973. 55-Br: 513-520. 22. Nash C., Moe J.: A study of vertebral rota on. J. Bone Joint Surg. 1969. 51-A: 223-228. 23. Omeroglu H., Ozekin O., Bicimoglu A.: Measurement of vertebral rota on in idiopathic scoliosis using the Perdriolle torsiometer: a clinical study on intraobserver and interobserver error. Eur. Spine J. 1996. 5: 167-171. 24. Perdriolle R., Vidal J.: Morphology of scoliosis: three-dimensional evolu on. Orthopedics. 1987. 10: 909-915. 25. Richards B. S.: Measurement error in assessment of vertebral rota on using the Perdriolle torsiometer. Spine. 1992. 17: 513-517. 26. Roaf R.: Rota on mouvements of the spine with special reference to scoliosis. J. Bone Joint Surg. Br. 1958. 40-B: 312-332. 27. Sangole A. P., Aubin C. E., Labelle H., Stokes I. A. F., Lenke L. G., Jackson R., Newton P.: Three-dimensional classifica on of thoracic scolio c curves. Spine. 2009. 34: 91-99. 28. Skalli W., Lavaste F., Descrimes J. L.: Quan fica on of three-dimensional vertebral rota ons in scoliosis: what are the thrue values. Spine. 1995. 20: 546-553. 29. Somoskeöy Sz., Tunyogi-Csapó M., Bogyó Cs., Illés T.: Clinical valida on of coronal and sagi al spinal curve measurements based on three-dimensional vertebra vector parameters. Spine J. 2012. 12. (10): 960-968. 30. Stokes I. A. F.: Three-dimensional terminology of spinal deformity. A report presented to Scoliosis Research Society by the Scoliosis Research Society Working Group on 3-D terminology of spinal deformity. Spine. 1994. 19: 236-248. 31. Vrtovec T., Pernus F., Likar B.: A review of methods for quan tave evalua on of axial vertebral rota on. Eur. Spine J. 2009. 18: 1079-1090. 32. White A. A., Panjabi M. M.: Clinical biomechanics of the spine. Philadelphia. Lippinco. 1978. 33. Yazici M., Acaroglu E. R., Alanay A., Deviren V., Cila A., Surat A.: Measurement of vertebral rota on in standing versus supine posi on in adolescent idiopathic scoliosis. J. Pediatr. Orthop. 2001. 21: 252-256. Prof. Dr. Illés Tamás PTE Klinikai Központ, MSI, Ortopédia Klinikai Tanszék 7632 Pécs, Akác u. 1. Tel: 06 (72) 536206 ; Fax: 06 (72) 536210 E-mail: tamas.illes@aok.pte.hu Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet 2013. 56. 1. 51