Kişiselleştirilebilir ve çok kullanımlık glenoid komponent cerrahi kılavuzu geliştirilmesi; kadavra uygulamalı çalışma
Development of a customizable and reusable glenoid guide for glenoid component implantation accuracy in total shoulder arthroplasty; a cadaveric study
Yazar: BATUHAN BAHADIR
Danışman: PROF. DR. ULUNAY KANATLI
Gazi Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Ortopedi ve Travmatoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2023
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Endüstri Ürünleri Tasarımı = Industrial Design ; Ortopedi ve Travmatoloji = Orthopedics and Traumatology
Dizin: Bilgisayarlı tomografi = Computed tomography ; Cavitas glenoidalis = Cavitas glenoidalis ; Omuz eklemi = Shoulder joint ; Ortopedik cerrahi = Orthopedic surgery ; Ortopedik implantlar = Orthopedic implants ; Osteoartrit = Osteoarthritis ; Protezler ve implantlar = Prostheses and implants

Özet:
Anatomik ve ters total omuz protezleri temelde humeral ve glenoid olmak üzere iki ana komponentten oluşmaktadır. Her iki total omuz protezi çeşidi için de glenoid komponent yerleşiminin uygun konum ve açıda yüksek doğrulukla yapılması ameliyat sonrası omuz fonksiyonları, revizyon gerekliliği ve protezin kullanım ömrü açısından hayati öneme sahiptir. Komponentin yerleşimiyle ilgili plan ameliyat öncesinde çekilen bilgisayarlı tomografi görüntüleri üzerinden yapılsa cerrahi teknik nedeniyle ameliyat sırasında glenoidin sadece eklem yüzü görülebilmekte, yerleşim konumu ve açısı için belirleyici olan dolayısıyla cerrahın implantasyon sırasında referans alacağı yapılar olan skapula boynu ve skapula görülememektedir.
	Bu sorunu çözümüne yönelik çok sayıda yöntem bulunsa da henüz pratik, uygun maliyetli ve yaygın kullanıma girmiş bir yöntem bulunmamaktadır. Mevcut yöntemlerin çoğu hastaya özel tasarım ve sarf malzeme kullanımı da gerektiren üretim hizmeti veya yüksek maliyet gibi dezavantajlara sahiptir.
	Bu çalışmanın amacı total omuz protezi ameliyatlarında glenoid komponentin ameliyat öncesi bilgisayarlı tomografi görüntüleri üzerinden planlandığı konum ve açıda yüksek doğrulukla yerleştirilmesini sağlayacak, kişiselleştirilebilir, sterilizasyona ve tekrar kullanıma uygun, cerrahın bağımsız olarak kullanabileceği bir kılavuz üretmek ve bu cihazın etkinliğini kontrollü kadavra çalışması ile göstermektir.
	Glenoid üzerindeki üç noktadan referans alan kişiselleştirilebilir kılavuz tasarımı parametrik tasarım prensiplerine uygun şekilde çizilmiş, üç boyutlu yazıcılar kullanılarak polimer bazlı eklemeli imalat yöntemi ile ön prototipler üretilmiştir. Kuru kadavra skapula kemikleri ve taze dondurulmuş kadavra üzerinde yapılan denemelerle tasarım geliştirilerek nihai haline ulaştıktan sonra metal biyouyumlu prototipler üretilmiştir.
	30 adet kadavra omzu rastgele biçimde iki eşit gruba ayrıldıktan sonra tüm omuzlara bilgisayarlı tomografi (BT) çekilerek glenoid komponentin yerleşimi için uygun akslar belirlenmiş, bunları uygulamak için kılavuz cihazda ayarlanması gereken parametrelerin ölçümü yapılmıştır. Kontrol grubuna konvansiyonel yöntem kullanılarak, kılavuz grubuna ise kılavuz tasarımının üretilen prototipleri kullanılarak Kischner teli implantasyonu yapılmış ve işlem sonrası tüm omuzlara tekrar BT çekilerek elde edilen ölçümler iki grup arasında ve hedeflenen sapma kriterlerine göre karşılaştırılmıştır.
	Giriş konumu, versiyon ve inklinasyon sapma değerleri açısından kılavuz grubunun değerleri kontrol grubuna kıyasla istatistiksel olarak anlamlı derece düşük bulunmuştur. Hedef sapma limitlerine ulaşma bakımından giriş konumu (1,92 mm ±1,18) ve versiyon (3,43° ±2,23) sapma ortalamalarında başarılı olunmuş, inklinasyon (3,17° ±3,07) sapma değeri ortalaması hedefi yakalanamamıştır.
	Sonuç olarak glenoid üzerinde cerrahi sırasında ulaşılabilen üç anatomik noktadan referans alınarak kişiselleştirilebilen ve tekrar kullanılabilir kılavuz tasarımı kullanılarak, implantasyon doğruluğunu artırıcı diğer yöntemlerle karşılaştırılabilir sonuçlar elde etmek mümkündür. Kullanılacak yöntemi seçerken sadece radyolojik doğruluktaki başarının yanında maliyet, yöntemin kullanıma hazır hale gelme süresi ile birlikte bağımsız kullanılabilme imkanı da hesaba katılmalıdır. Düşük bir kullanım maliyetine sahip olan bu tasarım ve tarif edilen kullanım yöntemi bildiğimiz kadarıyla glenoid komponent yerleşimini sağlamaya yönelik kılavuzlar arasında kişiselleştirilebilir, tekrar kullanılabilir ve cerrahın bağımsız olarak kullanabileceği ilk modeldir.

Abstract:
Total shoulder prostheses, both anatomical and reverse types, consist of two main components: the humeral and glenoid components. Accurate placement and alignment of the glenoid component are critical for postoperative shoulder function, revision requirements, and prosthesis longevity in both types of total shoulder prostheses. While computerized tomography (CT) images can be used for preoperative planning, due to surgical limitations, only the articular surface of the glenoid can be visualized during surgery, and the structures essential for determining implantation position and angle, the scapular neck and scapula, can not be seen.
	Although numerous methods have been proposed to solve this problem, there is currently no method that is practicable, cost-effective, or widely accepted. Most present solutions have drawbacks, such as the need for specialized design and production services with continuous supply, or high costs.
	The aim of this study is to develop a customisable, sterilizable, reusable guide that surgeons may utilize independently to accurately implant the glenoid component in the desired location and angle in total shoulder prosthesis surgery based on preoperative CT images and to demonstrate its efficacy throughout a controlled cadaver study.
	Based on parametric design principles, a customisable guide design was created, taking reference from three anatomical landmarks on the glenoid, and preliminary prototypes were created utilizing polymer-based additive manufacturing processes using 3D printers. Following the design improvements based on trials conducted on dry cadaver scapulae and fresh-frozen cadaver samples, metal biocompatible prototypes were produced.
	Thirty cadaveric shoulders were distributed into two equal groups randomly.  To identify the optimal axis for glenoid component placement, CT scans of all shoulders were obtained, and the parameters to be employed in adjusting the guide device were measured. In the control group, the conventional method was used, whereas in the guide group, a prototype of the adjustable guide design was used for Kirschner wire implantation. Measurements from postoperative CT scans were compared between the two groups, and the amount of deviation for each parameter was analyzed.
	The guide group had significantly lower values for deviation from planned the entry position, version, and inclination than the control group. The average deviations for entrance position (1.92 mm ±1.18) and version (3.43° ±2.23) met the predefined criteria, while the average inclination deviation (3.17° ±3.07) did not.	
	In conclusion, by utilizing a customizable and reusable guide design, based on references from three anatomical points on the glenoid that can be accessed during surgery, outcomes comparable to other methods aiming to improve implantation accuracy can be obtained. Aside from the radiological accuracy, other aspects such as cost, time to preparation for use, and the feasibility for autonomous use by the surgeon should be considered while choosing the method to be used. As far as we know, this design and the described method of application is the first presentation of an adjustable, reusable, and surgeon-independent guide model for establishing accurate glenoid component implantation.