Predictability in orbital reconstruction L. Dubois

Transcriptie

1 Predictability in orbital reconstruction L. Dubois

2 Samenvatting In hoofdstuk 1 wordt een algemene inleiding gegeven van dit proefschrift met als titel Predictability in orbital reconstruction. De basale principes van orbitareconstructies worden beschreven alsmede de mogelijke valkuilen. De huidige literatuur geeft, voor zover bekend, geen duidelijk behandelalgoritme voor de behandeling van de verschillende orbitafracturen. Aanvullende technologie is voor de chirurg beschikbaar om de diagnostiek te optimaliseren. In toenemende mate zijn ook de peroperatieve visualisatie en controle op de reconstructie te verbeteren. De onderzoeken in dit proefschrift zijn bedoeld om een wetenschappelijk fundament te geven voor verbetering van de voorspelbaarheid van orbitareconstructies. In hoofdstuk 2 worden de drie meest controversiële onderwerpen op het gebied van orbitareconstructies aan de hand van drie systematic reviews beschouwd. Het gaat om de indicaties, de timing en de biomaterialen. De meeste chirurgen zijn geneigd om de keuze voor reconstructie te baseren op het klinische en het radiologische beeld. De grootte van de fractuur en de precieze anatomische structuren die betrokken zijn, worden niet altijd meegenomen in de indicatie en besluitvorming rond de reconstructiemogelijkheden. Bij fracturen in andere regio s van het lichaam is er een toenemende bewijslast voor betere resultaten met complexiteit-gestuurde keuzes in behandelingen van traumatische letsels. De eerste review betreft de kritieke fractuurgrootte. Na analyse van alle prospectieve literatuur op het gebied van orbitareconstructies kan worden geconcludeerd dat er geen of onvoldoende wetenschappelijk bewijs is voor rechtvaardiging van een complexiteit-gestuurd behandelprotocol. De timing van de reconstructie is mogelijk een kritieke factor die effect kan hebben op het optreden van postoperatieve complicaties. Bij de behandeling van orbitafracturen kan in het algemeen onderscheid worden gemaakt tussen een acute (binnen uren), een vroege (<2 weken) en een uitgestelde (> 2 weken) reconstructie. Over de indicaties voor een acute behandeling is consensus in

3 de literatuur, maar er is weinig tot geen wetenschappelijk bewijs dat een vroege reconstructie een betere uitkomst geeft dan een verlate reconstructie. De veronderstelling die bestaat over de nadelen van verlate chirurgie, meer vetatrofie en fibrosering, kan niet wetenschappelijk worden bewezen. Het voordeel van een uitgestelde reconstructie is dat spontaan herstel van motiliteitstoornissen kan worden afgewacht en interventie overbodig kan blijken. Daarnaast kan de tijd worden aangewend voor het vervaardigen van een patiëntspecifiek implantaat of verwijzing naar een expertisecentrum. De derde literatuurstudie spitst zich toe op het ideale materiaal voor een orbitareconstructie. De meeste chirurgen hebben een voorkeur voor een materiaal dat eenvoudig te buigen valt in een anatomische vorm, radiopaque is en stabiel blijft in de tijd. Ondanks eenduidigheid over deze voorwaarden bestaat er discussie over het ideale materiaal. Autoloog bot wordt vaak in de literatuur aangemerkt als de gouden standaard, maar de laatste jaren is er een enorme toename in interesse in het gebruik van alloplastische materialen. Bevredigende resultaten worden gerapporteerd met overwegend titanium implantaten. Ook kunnen moderne technologische hulpmiddelen, zoals preoperatieve planning, navigatie en intraoperatieve beeldvorming aanvullend invloed uitoefenen op de keuze voor een specifiek implantaatmateriaal. In dit hoofdstuk wordt een overzicht gegeven van de voor- en nadelen van de diverse materialen om zo tot een evidence-based, op complexiteit gebaseerd, behandelprotocol te komen voor behandeling van orbita fracturen. In hoofdstuk 3 wordt een kadaverstudie beschreven, waarin de nauwkeurigheid van de observaties van de chirurg wordt beschreven bij de diagnostiek van orbitafracturen. Het doel is om de meest effectieve methode uit te vinden voor het beoordelen van de grootte en complexiteit van een orbitafractuur. Hierbij wordt een vergelijking gemaakt tussen directe, endoscopische en radiologische observaties. Voor deze studie zijn 10 kadaverhoofden gebruikt. Gestandaardiseerde defecten werden m.b.v. piëzochirurgie gecreëerd. Computed Tomography (CT) scans zijn voorafgaand aan en na de fracturering vervaardigd om de defectgrootte te kunnen objectiveren. Aan 4 chirurgen (3 MKA-chirurgen en 1 KNO-arts) en 1 anatoom is vervolgens gevraagd om met zes

4 verschillende methodes de fractuurgrootte en complexiteit te beoordelen. De resultaten laten een relatief lage intraclass correlatie coëfficiënt (ICC) zien voor lengte bij alle methodes (range, ). Voor de breedte tonen de CT metingen een hoge consistentie (ICC, 0.910). Het fractuuroppervlak wordt met alle methodes aanzienlijk overschat (range, %). Geen van de proefpersonen blijkt in staat om de lengte of breedte in 95% van de defecten in te schatten binnen een foutmarge van +/-0.75 cm. Concluderend blijken CT metingen de meest accurate en consistente observatiemethode voor de inschatting van grootte en complexiteit van orbitafracturen te zijn. In de dagelijkse praktijk zal daarvoor een DICOM viewer worden gebruikt, al wordt een additioneel softwarepakket dat manuele aanpassingen toelaat geadviseerd. Directe visualisatie en de ervaring van de chirurg blijken van beperkte waarde voor de inschatting van de grootte en complexiteit van de fracturen. Het gebruik van endoscopie blijkt geen voordelen te bieden. Bij orbitareconstructies kan, indien gebruik wordt gemaakt van een voorgevormd orbitaimplantaat (voorgevormd confectieimplantaat of een PSI), het implantaat digitaal worden gepast om de optimale pasvorm te controleren. Het resultaat kan vervolgens intra- of postoperatief worden gecontroleerd. In hoofdstuk 4, paragraaf 1, wordt een nieuwe methode beschreven die de implantaatpositie ten opzichte van de geplande positie kwantificeert. De methode beschrijft de discrepantie tussen geplande en gerealiseerde implantaatpositie door de translatie en rotatie tussen geplande en verkregen implantaatpositie te berekenen. Dit principe werd getest op 3 menselijke kadaverhoofden. CT scans werden gemaakt op t0 met intacte orbita s, op t1 na fracturering en op t2 na reconstructie met een voorgevormd implantaat. Voorafgaand aan de reconstructie werd de ideale implantaatpositie bepaald op basis van informatie uit de t0 en t1 scans. Postoperatief werden de geplande en gerealiseerde implantaatpositie vergeleken. De t0 en t2 scans werden digitaal gefuseerd in de iplan software en de gerealiseerde implantaatpositie werd gesegmenteerd in de t2 scan. Een referentieframe voor het implantaat werd opgezet (Orbital Implant Positioning Frame); de

5 geplande implantaatpositie werd getransformeerd naar de referentiepositie met een Iterative Closest Point (ICP) algoritme. Dezelfde transformatie werd doorgevoerd op de segmentatie van de verkregen implantaatpositie om deze naar het referentieframe te transformeren. Het referentieimplantaat werd vervolgens geregistreerd op de (getransformeerde) verkregen implantaatpositie met hetzelfde ICP algoritme. Uit de transformatiematrix die volgt uit de ICP registratie, werden de rotatiecomponenten (pitch, yaw, roll) en translatiecomponenten (x, y, z) van de verkregen positie ten opzichte van de geplande positie berekend. De berekening van de dislocatie van het implantaat in rotatie- en translatiecomponenten bleek mogelijk op alle drie de kadavers. De kwantificatie van de verkregen implantaatpositie in translatie- en rotatiecomponenten gaf een grondiger en nauwkeuriger inzicht in de verkregen implantaatpositie dan het inzicht dat door analyse van uitsluitend de CT coupes werd verkregen. Aangezien het een grotendeels automatische analysemethode betreft, worden bovendien subjectieve meetfouten uitgesloten. Analyse met het OIDF blijkt een bruikbare, proefpersoon-onafhankelijke methode voor directe feedback over de bereikte implantaatpositie in relatie tot de optimale (geplande) implantaatpositie. Deze toepassing zal de chirurg in staat stellen een beter resultaat te verkrijgen. Bij de behandeling van orbita fracturen kan een kleine chirurgische fout leiden tot een incorrecte positionering van het implantaat, mogelijk met een suboptimale klinische uitkomst tot gevolg. In hoofdstuk 4, paragraaf 2 wordt een studie beschreven die evalueert of additionele transantrale endoscopie de implantaatpositie kan verbeteren ten opzichte van traditionele reconstructie, waardoor het mogelijk als alternatief kan dienen voor genavigeerde reconstructies. De resultaten van deze studie laten zien dat er geen significante (p>0.05) verbetering is in zowel translatie als rotaties t.o.v. de traditionele reconstructies. De endoscopisch geassisteerde reconstructie geeft een goede visualisatie van de processus orbitalis van het os palatinum (apical ledge), wat wellicht geschikt is voor onderwijsdoeleinden, maar van beperkte waarde blijkt in het positioneren van een implantaat bij orbitawanddefecten.

6 In hoofdstuk 4, paragraaf 3 wordt een studie beschreven die de effectiviteit van de implantaatpositionering van navigatie-geassisteerde reconstructies vergelijkt met de traditionele directe transconjuctivale reconstructie. De implantaatpositie van de genavigeerde reconstructie is significant accurater op de parameters translatie (P = 0.002) en rotatie (pitch: P = 0.77; yaw: P < 0.001; roll: P = 0.001). Ook toont de genavigeerde groep een grotere consistentie. Vergeleken met traditionele reconstructie leidt een navigatie-geassisteerde orbita reconstructie tot een voorspelbaarder resultaat in de benige reconstructie, juist bij complexe defecten, met significant meer controle over de implantaatpositionering. Bij het gebruik van intraoperatieve beeldgeleide navigatie wordt niet in alle gevallen de beoogde implantaatpositie gehaald. Door de beperking van de chirurg door de tweedimensionale beeldvorming in de multiplanar view, is het moeilijk een directe visualisatie te krijgen van de implantaatpositie. In hoofdstuk 5, paragraaf 1 wordt een studie beschreven waarin de mogelijke voordelen van toegevoegde navigatiemarkeringen aan het implantaatontwerp worden onderzocht. Deze markeringen zorgen voor een driedimensionale oriëntatie van de werkelijke implantaatpositie t.o.v. de preoperatieve planning. Voor deze studie werden de orbita s opnieuw gereconstrueerd met gebruikmaking van deze markers en vergeleken met de eerdere resultaten uit de conventionele navigatiestudie. De implantaatpositie werd geëvalueerd door gebruik te maken van het OIPF. Het toevoegen van de markers zorgde voor een significant betere implantaatpositie voor zowel translatie (p = 0.001) als rotatie (pitch: p = 0.52; yaw: p = 0.02; roll: p = 0.16). De toevoeging van markers in het implantaatontwerp resulteert in een consistentere implantaatpositionering die minder afhankelijk is van andere parameters in vergelijk tot conventionele navigatie. Fracturen van de orbitabodem en mediale orbitawand kunnen uitdagend zijn door de complexe driedimensionale anatomie en het gebrek aan intraoperatief overzicht. Het suboptimaal positioneren van het implantaat kan leiden tot functionele beperkingen als diplopie, maar ook tot

7 esthetisch storende enophthalmus. In hoofdstuk 5, paragraaf 2 wordt een nieuwe methode beschreven waarbij gebruik wordt gemaakt van individueel vervaardigde 3D geprinte titanium implantaten voor primaire en secundaire orbitareconstructies. De peroperatieve CT scan wordt na positionering van het implantaat vervaardigd en ingeladen in de iplan software om zo virtueel de anatomie van de orbita te reconstrueren. Hierbij wordt de onaangedane contralaterale orbita gesegmenteerd en gespiegeld om als 3D template te dienen en de basis te vormen voor een patiëntspecifiek implantaat (PSI). De navigatiemarkers uit hoofdstuk 5.2 zijn toegevoegd aan het ontwerp voor een betere implantaatpositionering. Beeldfusie maakt het mogelijk de postoperatieve resultaten te vergelijken met de planning. In dit patiëntencohort is de implantaatpositie bevredigend. In de gehele groep is de visus niet verstoord. Patiënt-specifieke implantaten maken nauwkeurige anatomische orbitareconstructies mogelijk door een volledig digitale werkwijze en kunnen worden beschouwd als superieur ten opzichte van voorgevormde implantaten. De resultaten van dit proefschrift worden tot slot in hoofdstuk 6 bediscussieerd. Nieuwe technologische ontwikkelingen hebben hun toegevoegde waarde bewezen voor de voorspelbaarheid van orbitareconstructies. Uit dit proefschrift blijkt dat het mogelijk is om met aanpassingen van de huidige beeldgeleide en patientspecifieke technieken, de voorspelbaarheid van orbitareconstructies te vergroten. Juist voor complexe orbitadefecten is dit een belangrijke innovatie. De nadruk ligt in dit proefschrift op de benige reconstructie van de orbita; de eerste en waarschijnlijk meest controleerbare stap die bijdraagt aan een bevredigend reconstructieresultaat. Naast deze benige reconstructies hoort in een vervolgonderzoek nadrukkelijk aandacht te worden gegeven aan de overige factoren die bijdragen aan het behandelresultaat van orbitareconstructies. De reactie van de weke delen inhoud van de orbita op traumatische en chirurgische letsels kent nog vele geheimen. Het vervolgonderzoek zal hierop gericht dienen te zijn.