Desenvolvimento de um guia paciente-específico para fixação de coluna cervical alta^*

Resumo

Objetivos

A fixação de coluna cervical alta pode representar um desafio para os cirurgiões de coluna devido à anatomia complexa e aos riscos de lesão vascular e medular. Os recentes avanços com a tecnologia de impressão 3 D abriram um novo leque de opções para os cirurgiões.

Métodos

Desenvolveu-se umguia para a adaptação de parafusos demassa lateral em C1 comauxílio de impressão 3 D. Foram confeccionados oitomodelos em tamanho real de coluna cervical alta e seus respectivos guias com base em tomografias computadorizadas. Os fios-guia foram introduzidos com o auxílio dos guias; os modelos foram analisados com auxílio de tomografia computadorizada.

Resultados

Todos os fios-guia avaliados no estudo apresentaram um trajeto seguro nos modelos, respeitaram as superfícies articulares superiores e inferiores, o canal vertebral e a artéria vertebral.

Conclusão

O estudo demonstrou que o guia tem boa eficácia, é uma ferramenta confiável para auxiliar a adaptação de fios-guia para parafusos em massas laterais de C1.

Palavras-chave:
vértebras cervicais/ patologia; vértebras cervicais/ cirurgia; fraturas da coluna vertebral; fusão vertebral; impressão tridimensional

Abstract

Objective

High cervical spine fixation represents a challenge for spine surgeons due to the complex anatomy and the risks of vascular and medullar injury. The recent advances in 3-D printing have unfolded a whole new range of options for these surgeons.

Methods

In the present study, a guide for the placement of the lateral mass screw in the C1 vertebra was developed using 3-D printing. Eight real-size models of the high cervical spine and their respective screw guides were built using computed tomography (CT) scan images. The guidewires were inserted with the help of the printed guides and then the models were analyzed with the help of CT scan images.

Results

All of the guidewires in the present study obtained a safe placement in the models, avoiding the superior and inferior articular surfaces, the vertebral foramen, and the vertebral artery.

Conclusion

The present study demonstrated the efficiency of the guide, a reliable tool for aiding the insertion of guidewires for screws in lateral masses of the C1.

Keywords:
cervical vertebrae/ pathology; cervical vertebrae/ surgery; spinal fractures; spinal fusion; three-dimensional printing

Introdução

A fixação de coluna cervical alta sempre foi um desafio para os cirurgiões de coluna. A anatomia complexa, a importância dessa região para a mobilidade cervical¹ e a área relativamente pequena para fixação geram diversas dificuldades técnicas.² Inicialmente os métodos de fixação eram insuficientes, como as técnicas de amarria de Brooks-Jenkins ou Gallie,³ e requeriam fixação externa prolongada, ou eram extensas, incluíam a região occipital e limitavam significativamente a mobilidade cervical alta.

O advento da fixação com parafusos nas massas laterais, inicialmente com Goel e Laheri⁴ e depois com Harms e Melcher,⁵ mudou o espectro da cirurgia para coluna cervical alta. Entretanto, os desafios anatômicos persistem, principalmente pela localização da artéria vertebral lateral e superior ao ponto de entrada desses parafusos,⁶ pela artéria carótida anteriormente, pela medula espinhal medialmente⁷ e pelo extenso plexo venoso conjunto à raiz de C2 sobre o ponto de entrada do parafuso em C1.² Ainda, esse procedimento requer o uso de radioscopia contínua, nociva à saúde tanto do paciente quanto da equipe médica.⁸

O uso de navegação computadorizada surgiu como uma opção para aumentar a acurácia desse método.⁹ Entretanto, apresenta custo elevado e não está disponível na maioria dos centros hospitalares.

Neste estudo os autores visam a oferecer uma opção de baixo custo e fácil acesso para reduzir os riscos associados à fixação cervical alta, através de um guia específico para a anatomia do paciente, confeccionado com o auxílio de impressão 3 D.

O objetivo foi avaliar a acurácia da fixação das massas laterais de C1 com o uso de um guia paciente-específico feito com impressora 3 D através de um modelo cervical construído com impressão 3 D e tomografias de controle.

Material e Métodos

População

A população do estudo compreende imagens tomográficas não identificadas de oito pacientes adultos com mais de 18 anos. Nenhum dos oito pacientes tinha alterações morfológicas extremas ou deformidades significativas na coluna cervical alta.

Técnica Radiográfica

Foram selecionadas tomografias computadorizadas de alta resolução com cortes finos (01 mm). Os filmes foram analisados pelos autores, constataram-se a ausência de deformidades importantes e a presença de pontos anatômicos importantes preservados.

Confecção dos Modelos de Coluna Cervical Alta

A partir das imagens bidimensionais sequenciais da tomografia, com o auxílio do programa InVesalius (CTI, Campinas, SP), os exames são convertidos para um modelo tridimensional, que então é exportado para o programa CAD 3 D Meshmixer (Autodesk Inc, San Rafael, CA) e então manipulado de forma a isolar apenas C1, C2 e parcialmente C3.

Os modelos de vértebras cervicais foram então impressos em ABS na impressora 3 D Vantage I (Stratasys, Inc, Eden Prairie, MN) em escala 1:1 (Fig. 1).

Fig. 1
Modelo de coluna cervical alta impresso em resina plástica.

Confecção dos Guias Para Fixação Pedicular

Com os modelos de coluna cervical finalizados, foi criado um guia para parafusos pediculares, idealizado de forma que o guia se adaptasse de maneira estável sobre as vértebras, com limitação para translação lateral ou supero inferior e com vistas a evitar estruturas anatomicamente importantes.

Com auxílio do programa CAD 3 D Meshmixer (Autodesk Inc, San Rafael, CA), o modelo virtual do guia foi então montado sobre cada reconstrução virtual de cervical alta individualmente. Através de operação boleana identificou-se a interseção entre os modelos e ajustes finos foram feitos individualmente para que os guias se encaixassem adequadamente nas superfícies posteriores de todas as colunas cervicais ava liadas.

Os trajetos de cada guia foram definidos individualmente com auxílio do cirurgião, simularam por computador qual o trajeto desejado para cada parafuso.

Os modelos dos guias foram então impressos em resina acrílica Fullcure 720 pela impressora Objet EDEN250 (Stratasys, Eden Prairie, MN) (Fig. 2).

Fig. 2
Guia para inserção de fios guia nas massas laterais de C1 impresso em resina acrílica.

Adaptação dos Fios-guia

Os guias impressos foram adaptados sobre os respectivos modelos impressos de coluna cervical. Verificou-se o encaixe perfeito entre os modelos de cervical e os guias e demonstrou-se a estabilidade do guia ao manuseio.

Com os modelos firmemente seguros com o auxílio de uma morsa e os guias adaptados e firmemente posicionados pelo cirurgião, foram feitas perfurações com broca número 1.5 mm em ambos os pedículos das oito vertebras C1. Após a perfuração a broca era solta do perfurador e permanecia afixada ao modelo.

Após feitas as 16 perfurações, os guias foram removidos e as peças foram então enviadas a um serviço de diagnóstico por imagem para feitura de tomografia computadorizada com cortes finos (01 mm) (Figs. 3 e 4).

Fig. 3
Guia adaptado sobre a vértebra com a perfuração com fio-guia já feita.

Fig. 4
Modelo após a retirada do guia impresso.

Análise dos Resultados

Após obtidas as imagens das peças com os fios guias adapta dos, foi feita a mensuração do posicionamento dos fios guia com o auxílio do programa RadiAnt DICOM Viewer (Medixant, Poznan) com base em quatro parâmetros: distância do fio guia ao forame da artéria vertebral; distância do fio guia ao canal medular; distância do fio guia à superfície articular superior de C1 e distância do fio guia à superfície articular inferior de C1 (Fig. 5).

Fig. 5
Aferição dos parâmetros anatômicos das tomografias computadorizadas.

Resultados

Na avaliação das imagens tomográficas obtidas, constatou-se que nenhum dos 16 fios guia nos oito modelos do estudo invadiu a área do canal medular ou as superfícies articulares, tampouco se encontrava na região do trajeto da artéria vertebral.

A distância do forame da artéria vertebral variou de 2,8 a 6,2 mm, com valor médio de 4,08 mm, mediana de 4 mm e desvio-padrão de 0,937 mm.

A distância do canal vertebral variou de 3,7 a 8 mm, com valor médio de 5,83 mm, mediana de 6 mm e desvio-padrão de 1,266 mm.

A distância do fio guia à superfície articular superior de C1 variou de 5,9 a 10,7 mm, com valor médio de 7,52 mm, mediana de 7,1 mm e desvio-padrão de 1,212 mm.

A distância do fio guia à superfície articular inferior de C1 variou de 2 a 5,9 mm, com valor médio de 3,62 mm, mediana de 3,5 mm e desvio-padrão de 0,988 mm.

Os valores de cada parâmetro estão listados na Tabela 1.

Tabela 1
Parâmetros dos modelos experimentais

	Modelo 01	Modelo 02	Modelo 03	Modelo 04	Modelo 05	Modelo 06	Modelo 07	Modelo 08
DCVD	6,1	6,6	7,4	3,7	8,0	6,1	5,4	5,1
DCVE	5,1	6,3	4,5	3,8	7,7	6,0	6,4	5,2
DAVD	4,4	3,4	3	3,5	2,8	3,6	4,0	4,2
DAVE	5,1	3,3	6,2	5,7	4,2	4,4	3,5	4,0
DSASD	6,7	5,9	8,3	6,6	10,7	4,4	7,0	7,7
DSASE	7,2	6,8	8,6	6,7	9,2	4,0	6,6	7,6
DSAID	4,0	3,2	4,2	2,0	2,8	7,8	2,6	5,1
DSAIE	3,0	3,0	3,9	3,0	3,8	8,0	3,1	5,9

• Abreviações: DAVD, distância da artéria vertebral à direita; DAVE, distância da artéria vertebral à esquerda; DCVD, distância do canal vertebral à direita; DCVE, distância do canal vertebral à esquerda; DSAIE, distância da superfície articular inferior à esquerda; DSASD, distância da superfície articular superior à direita; DSASE, distância da superfície articular superior à esquerda; DSAID, distância da superfície articular inferior à direita.

Discussão

A impressão 3 D tem se mostrado um recurso promissor no auxílio do planejamento e da execução de cirurgias complexas de coluna, permite recriar com grande acurácia modelos anatômicos complexos a partir de exames de imagem.^{10 11 12}

Essa técnica já é usada com sucesso para estudos de anatomia, planejamentos cirúrgicos e até mesmo na criação de implantes biocompatíveis.^{13 14 15}

Trabalhos recentes têm investigado a eficácia do uso da impressão 3 D na confecção de guias cirúrgicos específicos para o paciente que auxiliam na adaptação de parafusos pediculares em vértebras da coluna lombar e torácica. Já existem evidências de bons resultados até mesmo com o uso intraoperatório desses guias in vivo.

Em um experimento feito por Fu et al.,¹⁶ guias de polimetilmetacrilato para parafusos transpediculares foram moldados manualmente sobre modelos de vértebras cervicais impressos com impressora 3 D e testados em vértebras de cadáveres, obtiveram-se bons resultados e demonstrou-se fácil aplicabilidade.

Alguns estudos também foram feitos para desenvolver guias de parafusos pediculares para vértebras cervicais impressos diretamente na impressora 3 D, obtiveram excelentes resultados. Em um experimento executado por Sugawara et al.,¹⁷ 100% dos 80 parafusos adaptados em 20 pacientes obtiveram uma localização precisa de acordo com a trajetória planejada no pré-operatório, com um desvio médio de 0,29 ± 0,31 mm (0,0 mm–1,6 mm).

Ainda são poucos os estudos relativos ao uso da impressão 3 D na cirurgia da coluna vertebral e até o presente momento não se acha na literatura um estudo consistente a respeito do uso desses guias pediculares para C1.

A região atlantoaxial consiste em um desafio cirúrgico, com propriedades anatômicas e biomecânicas únicas. Diversas técnicas foram desenvolvidas, porém na última década ganhou destaque a fixação com parafusos em massa lateral de C1.¹⁸

Existem dificuldades técnicas para identificar e acessar o ponto ideal de entrada do parafuso de massa lateral em C1. Por essa razão um planejamento pré-operatório cuidadoso é necessário para evitar mau posicionamento dos parafusos e demasiada exposição que pode levar a um sangramento expressivo e prejudicar o sucesso da cirurgia.^{18 19}

Entre essas dificuldades durante o acesso à face posterior da massa lateral de C1 estão o sangramento abundante encontrado ao expor-se a face inferior do arco posterior e da parte posterior da massa lateral de C1²⁰ e o risco de lesão da artéria vertebral ao mobilizá-la no sulco do arco de C1.⁶

Devem ser feitas a exposição do nervo C2 e a dissecção cuidadosa dos tecidos adjacentes ao gânglio dorsal da raiz de C2.⁶

Os parafusos de massa lateral em C1 são inseridos diretamente na massa lateral, inferiormente à base do arco posterior. As dimensões da massa lateral de C1 são capazes de acomodar facilmente parafusos de 3,5 mm na maioria dos pacientes.¹⁹

De acordo com a técnica descrita por Harms e Melcher,⁵ os parafusos devem ser inseridos na direção posteroanterior, com 5∘–10∘ de convergência no plano axial. No plano sagital devem permanecer paralelos ao aspecto caudal do arco posterior de C1, apontar para o centro do tubérculo anterior de C1.⁶

Durante os estudos para a preparação dos guias através do computador, esses aspectos anatômicos foram cuidadosamente observados de modo a definir um trajeto ideal individualizado para cada modelo do estudo.

O ineditismo do estudo levou a algumas dificuldades quanto ao formato ideal do guia, diferentes modelos de guia foram confeccionados e testes foram feitos para verificar qual modelo de guia apresentaria maior estabilidade quando adaptado aos modelos de vértebra respectivos.

Ao se avaliarem os valores numéricos obtidos para cada vértebra, foram levadas em consideração as diferenças anatômicas de morfologia e de tamanho presentes entre os oito modelos do experimento.

Em nenhum dos oito modelos os fios-guia invadiram a região articular, o canal medular ou o trajeto da artéria vertebral. Todos os 16 fios guia foram passados uma única vez, sem falsos trajetos.

Todos os fios-guia adaptados mantiveram o trajeto através do centro das massas laterais de C1 de maneira satisfatória, apresentaram massa óssea adjacente suficiente para uma possível adaptação de um parafuso canulado com segurança.

Durante as perfurações o guia se mostrou resistente e não houve caso de quebra do guia impresso ou deformação do material com o calor gerado pela broca. Uma pequena quantidade de debris provenientes dos guias foi observada após as perfurações. Tendo em vista que a literatura atual não dispõe de dados conclusivos quanto ao efeito desses sobre organismos vivos em longo prazo, estudos adicionais devem ser conduzidos.

Tendo em vista os bons resultados obtidos com os guias, novos estudos serão feitos com o âmbito de aperfeiçoar os guias e verificar sua possível aplicabilidade in vivo.

Conclusão

O experimento demonstrou que os guias paciente-específicos confeccionados com auxílio de impressora 3 D permitiram o posicionamento de fios guia na massa lateral de C1 com 100% de precisão. Esses guias têm fácil aplicação, podem trazer benefícios para a adaptação de parafusos em massa lateral de C1 e fornecer um trajeto seguro para os parafusos.

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• *
  Trabalho desenvolvido no Hospital Universitário Cajuru, Curitiba, PR, Brasil. Publicado originalmente por Elsevier Editora Ltda. © 2018 Sociedade Brasileira de Ortopedia e Traumatologia.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  20 Maio 2019
• Data do Fascículo
  Jan-Feb 2019

Histórico

• Recebido
  16 Ago 2017
• Aceito
  05 Set 2017
• Publicado
  08 Jan 2018