Efficacy of a new customized navigation template for placement of transpedicular screws for unilateral access in children with congenital spinal deformity and thoracic malformation

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

BACKGROUND: Surgical treatment of congenital spinal deformities combined with thoracic development anomalies in children is an urgent and a complex problem in surgical practice. The surgical method of correcting congenital deformities caused by segmentation disorder of the lateral surfaces of vertebral bodies and unilateral rib synostosis is aimed at correcting the existing deformity using a transpedicular system. This technique is effective for treating this group of patients. However, it requires precise and accurate installation of the supporting elements of the metal structure owing to the high risk of damage to the neurovascular structures in the area of surgical intervention. A solution to this problem is the use of an individualized guide template with rib support for unilateral access in children with congenital deformities of the thorax and spine.

AIM: To perform a comparative analysis of the results of using an individual rib-supported guide template for transpedicular screw placement and the “free hand” method in children during surgical correction of congenital spinal deformities accompanied by thoracic development anomalies.

MATERIALS AND METHODS: The study included 14 patients who underwent surgical treatment for congenital deformity of the thoracic spine against the background of segmentation disorder of the lateral surfaces of the vertebral bodies in combination with thoracic anomalies. The patients were divided into two groups. Group 1 included six patients operated on using a new navigation template guide, and group 2 consisted of eight patients who underwent installation of support elements using the “free hand” method. The following parameters were compared: time spent at the stage of formation of bone canals for the support elements of the metal structure and accuracy and correctness of support element installation. Clinical data included demographic information and the size of the scoliotic arch, number of support elements, and presence of complications. Statistical analysis using Student’s t-test for unpaired samples or Mann–Whitney test was used to compare results.

RESULTS: Data obtained in the course of the study confirmed the high efficiency and accuracy and showed that the use of the template reduces the time of bone canal formation, increases the accuracy, and provides greater correctness of the position of the supporting elements compared to the “free hand” method, which increases the efficiency and safety of surgical treatment.

CONCLUSIONS: The developed template guide with support on the rib for the installation of the supporting elements of the metal structure in the surgical treatment of children with congenital deformity of the thoracic spine in combination with thoracic development anomaly showed better results compared to the use of the “free hand” method.

About the authors

Vakhtang G. Toriya

H. Turner National Medical Research Center for Сhildren’s Orthopedics and Trauma Surgery

Author for correspondence.
Email: vakdiss@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-2056-9726
SPIN-code: 1797-5031

MD

Russian Federation, Saint Petersburg

Sergey V. Vissarionov

H. Turner National Medical Research Center for Сhildren’s Orthopedics and Trauma Surgery

Email: vissarionovs@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-4235-5048
SPIN-code: 7125-4930

MD, PhD, Dr. Sci. (Medicine), Professor, Corresponding Member of RAS

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Burnei G, Gavriliu S, Vlad C, et al. Congenital scoliosis: an up-to-date. J Med Life. 2015;8(3):388–397.
  2. Rong T, Shen J, Wang Y, et al. The effect of traditional single growing rod technique on the growth of unsegmented levels in mixed-type congenital scoliosis. Global Spine J. 2022;12(5):922–930. doi: 10.1177/2192568220972080
  3. Sebaaly A, Daher M, Salameh B, et al. Congenital scoliosis: a narrative review and proposal of a treatment algorithm. EFORT Open Rev. 2022;7(5):318–327. doi: 10.1530/eor-21-0121
  4. Vissarionov SV, Asadulaev MS, Orlova EA, et al. Assessment of the efficacy of treatment for children with congenital scoliosis with unsegmented bar and rib synostosis. Pediatric Traumatology, Orthopaedics and Reconstructive Surgery. 2022;10(3):211–221. EDN: ZKBSJO doi: 10.17816/PTORS109182
  5. Ruf M. Surgical treatment of congenital scoliosis. Oper Orthop Traumatol. 2024;36(1):4–11. (In German) doi: 10.1007/s00064-023-00827-5
  6. Braun S, Brenneis M, Schönnagel L, et al. Surgical treatment of spinal deformities in pediatric orthopedic patients. Life (Basel). 2023;13(6):1341. doi: 10.3390/life13061341
  7. Weiss HR, Goodall D. Rate of complications in scoliosis surgery – a systematic review of the Pub Med literature. Scoliosis. 2008;3:9. doi: 10.1186/1748-7161-3-9
  8. Xu HF, Li C, Tang G, et al. 3D-printed guides versus computer navigation for pedicle screw placement in the surgical treatment of congenital scoliosis deformities. J Orthop Surg (Hong Kong). 2024;32(1). doi: 10.1177/10225536241233785
  9. Cao J, Zhang X, Liu H, et al. 3D printed templates improve the accuracy and safety of pedicle screw placement in the treatment of pediatric congenital scoliosis. BMC Musculoskelet Disord. 2021;22(1):1014. doi: 10.1186/s12891-021-04892-4
  10. Guo X, Gong J, Zhou X, et al. Comparison and evaluation of the accuracy for thoracic and lumbar pedicle screw fixation in early-onset congenital scoliosis children. Discov Med. 2024;36(181):256–265. doi: 10.24976/Discov.Med.202436181.24
  11. Dayer R, Ceroni D, Lascombes P. Treatment of congenital thoracic scoliosis with associated rib fusions using VEPTR expansion thoracostomy: a surgical technique. Eur Spine J. 2014;23 Suppl 4:S424–S431. doi: 10.1007/s00586-014-3338-3
  12. Azuero Gonzalez RA, Diaz Otero FA, Ramirez-Velandia F, et al. Early experience using 3-D printed locking drill guides for transpedicular screw fixation in scoliosis. Interdiscip Neurosurg. 2024;36. doi: 10.1016/j.inat.2024.101956
  13. Gertzbein SD, Robbins SE. Accuracy of pedicular screw placement in vivo. Spine (Phila Pa 1976). 1990;15(1):11–14. doi: 10.1097/00007632-199001000-00004
  14. Pijpker PAJ, Kraeima J, Witjes MJH, et al. Accuracy of patient-specific 3D-printed drill guides for pedicle and lateral mass screw insertion: an analysis of 76 cervical and thoracic screw trajectories. Spine (Phila Pa 1976). 2021;46(3):160–168. doi: 10.1097/brs.0000000000003747
  15. Toriya VG, Vissarionov SV, Manukovskiy VA, Pershina PA. Advantages of using template guides in children for the correction of congenital spinal deformities and thoracic anomalies. Pediatric Traumatology, Orthopaedics and Reconstructive Surgery. 2024;12(2):217–223. (In Russ.) doi: 10.17816/PTORS632132
  16. Mahmoud A, Shanmuganathan K, Rocos B, et al. Cervical spine pedicle screw accuracy in fluoroscopic, navigated and template guided systems-a systematic review. Tomography. 2021;7(4):614–622. doi: 10.3390/tomography7040052
  17. Deng T, Jiang M, Lei Q, et al. The accuracy and the safety of individualized 3D printing screws insertion templates for cervical screw insertion. Comput Assist Surg (Abingdon). 2016;21(1):143–149. doi: 10.1080/24699322.2016.1236146

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. General view of the template: 1, template body, 2, support platform with support on vertebra, 3, support platform with support on rib, 4, guide tube (a); general view of template position with planned trajectory of channel creation for screw insertion (b).

Download (113KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. The main stages of development and design of the new template: a, ready support platforms, on the half of the vertebral arch (blue) and on the rib (red); b, mathematical evaluation of the congruence and reliability of the planned surfaces to the supporting surfaces, from green to red (green for low congruence, red for complete congruence of the surfaces); c, the final design of the template, evaluation of the supporting area congruence (blue for no fit, green for low congruence, white and red for high congruence); d, view of the template location on the bone structures with the support platforms highlighted.

Download (165KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. The main manufacturing steps for a guiding template. See text for explanations.

Download (185KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Test for positioning stability of the guiding template.

Download (95KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Digital analysis of the transpedicular screw position: a, a 3D model of the vertebrae with the planned trajectory of screw insertion; b, post-operative status with the metal structure installed; c, superposition (combining the 3D model before and after surgery); d, comparison of planned and actual postoperative trajectories; e, calculation of the supporting element deviation.

Download (196KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Эко-Вектор


 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».