Fiabilité limitée du plan pelvien antérieur pour l implantation assistée par informatique de la cupule d une prothèse totale de hanche

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1 Revue de chirurgie orthopédique 2007, 93, Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés MÉMOIRE Fiabilité limitée du plan pelvien antérieur pour l implantation assistée par informatique de la cupule d une prothèse totale de hanche Low accuracy of the anterior pelvic plane to guide the position of the cup with imageless computer assistance: variation of position in 106 patients Y. Pinoit, O. May, J. Girard, P. Laffargue, T. Ala Eddine, H. Migaud Service d Orthopédie C, hôpital Salengro, CHRU de Lille, place de Verdun, Lille Cedex. ABSTRACT Purpose of the study The anterior pelvic plane, also called the Lewinnek plane, is commonly used as the reference plane to guide imageless computer assisted surgery for total hip arthroplasty (THA) because this plane is considered to be globally vertical in the standing position. To our knowledge, no study has evaluated this hypothesis or the potential variations in orientation as a function of gender, position of the subject, or THA insertion. The purpose of this work was to examine these different hypotheses in a radio-clinical study. Material and methods The orientation of the anterior pelvic plane was measured in relation to the vertical plane on plain lateral x-rays of the pelvis in the standing position. X-rays were studied for 106 patients: 1) 82 patients with a THA (40 with at least one dislocation, 42 with a stable hip selected randomly, 19 with a standing lateral x-ray before and after arthroplasty) and 24 control subjects for whom lateral images were obtained in the supine and standing positions to assess potential position-related changes in orientation. Results The orientation of the anterior pelvic plane was not affected by gender or age. The anterior pelvic plane formed an angle greater than 5 with the vertical plane in 38% of patients and more than 10 in 13%. The orientation of the anterior pelvic plane was not significantly different between the study groups (control versus THA) nor between the THA groups (stable versus dislocated). The supine position modified significantly the orientation of the anterior pelvic plane which changed on average from 1.20 to ; the change was greater than 7 in twelve subjects. Implantation of a THA did not modify significantly the orientation of the anterior pelvic plane in the standing position for the 19 subjects [the variations were small (-1 to 7 on average, range -21 to 8 ) but greater than 5 for 7 of 19 subjects]. Discussion Most teams use the anterior pelvic plane to guide computer-assisted navigation, considering that this plane is vertical in the standing position. Our findings show however that this is not true for 38% of subjects with a margin of error of 10, i.e. about half of the anatomic anteversion of the acetabulum. Moving to the standing position would produce a significant variation in the orientation of the anterior plane of the pelvis. This is a source of error which has not been integrated into most imageless navigation systems. Similarly variations in the position of the pelvis from the standing to sitting and supine positions which can produce impingement or dislocation have not been taken into consideration. Conclusion Variations in the orientation of the anterior pelvic plane in relation to the vertical would suggest that this plane is not a reliable reference. To our knowledge, there is no reliable reference which can be easily identified during the operation which would take into account variations in the position of the pelvis. We thus believe it would be preferable to attempt to operate without a reference plane, relying on a more kinematic approach to guide computer-assisted implantation of the THA cup. Key words: Computer assistance, hip prosthesis, anatomy, pelvis. Correspondance : H. MIGAUD, à l adresse ci-dessus. h-migaud@chru-lille.fr Acceptation définitive le : 13 novembre 2006

2 456 Y. PINOIT, O. MAY, J. GIRARD, P. LAFFARGUE, T. ALA EDDINE, H. MIGAUD RÉSUMÉ Le plan pelvien antérieur ou plan de Lewinnek est couramment utilisé comme plan de référence pour guider la navigation informatique en vue de l implantation d une cupule de prothèse totale de hanche (PTH). Des clichés radiographiques de bassin de profil strict en qualité argentique de 106 sujets ont servi de matériel d étude. Ces 106 sujets se répartissaient en : 82 porteurs d une PTH (40 ayant eu une luxation et 42 ayant une PTH stable choisis par tirage au sort) et 24 sujets témoins indemnes de pathologie. Dix-neuf des 42 patients porteurs d une PTH stable ont eu un cliché avant et après la pose de l arthroplastie, les 24 témoins ont eu un cliché de profil en position couchée et debout. Trente-huit pour cent des sujets avaient en orthostatisme une orientation du plan pelvien antérieur en dehors d une fourchette de ± 5 par rapport à la verticale et 13 % au-delà d une fourchette de ± 10. Le passage de la position debout à la position couchée influençait de manière significative (p = 0,002) l orientation du plan pelvien antérieur avec des variations extrêmes comprises dans une fourchette de plus de 20, la moitié de la population variant de plus de 7. Les variations de l orientation du plan pelvien antérieur par rapport à la verticale nous conduisent à penser qu il ne s agit pas d une référence fiable pour l orientation de la cupule d une PTH puisque l on risque de se tromper 1 fois sur 3 de plus de 10, soit la moitié de la valeur de l antéversion anatomique de l acétabulum. Une assistance informatique à la pose d une PTH sans imagerie préopératoire doit, soit bénéficier d un repère plus fiable, soit s affranchir d un plan de référence en utilisant une approche cinématique de la hanche opérée. Mots clés : Navigation, prothèse de hanche, anatomie, bassin. INTRODUCTION Le plan pelvien antérieur ou plan de Lewinnek et al. (1) est couramment utilisé comme plan de référence pour guider la navigation informatique en vue de l implantation d une cupule de prothèse totale de hanche (PTH) [Kiefer (2), Nogler et al. (3)]. Pour améliorer la précision de la navigation, certaines équipes recommandent une tomodensitométrie (TDM) préalable [Hube et al. (4), Jaramaz et al. (5), Leenders et al. (6), Olivecrona et al. (7), Picard et al. (8), Widmer et al. (9)]. À l inverse, d autres équipes proposent une navigation sans TDM se référant au plan pelvien antérieur, en considérant que ce plan est globalement vertical en orthostatisme, et ainsi applicable dans la plupart des situations sans se préoccuper de variations individuelles [Kiefer (2), Nogler et al. (3), Grützner et al. (10), Saxler et al. (11), Zheng et al. (12)]. Cependant, à notre connaissance, aucune étude n a évalué ces différentes hypothèses, en particulier les variations d orientation auxquelles est soumis ce plan en fonction du sexe, de la position du sujet ou à la suite de l implantation d une PTH. Le but de ce travail était de tester ces différentes hypothèses à partir d une étude radio-clinique en répondant aux questions suivantes : 1) Le plan de Lewinnek est-il vertical en orthostatisme? 2) Quelle est la variation de l orientation du plan pelvien antérieur entre l orthostatisme et le clinostatisme? 3) L orientation du plan pelvien antérieur est-elle modifiée après la pose d une PTH? 4) Existet-il une relation entre l orientation du plan pelvien antérieur et la version pelvienne? MATÉRIEL ET MÉTHODES Matériel Des clichés radiographiques de bassin de profil strict en qualité argentique ont servi de matériel à cette étude. Cent six sujets ont bénéficié d un cliché de profil strict en position debout permettant d étudier l orientation du plan pelvien antérieur. Cette population comportait : 1) 82 patients porteurs d une PTH sans flessum de hanche ni de genou, ni équinisme, dont 40 avaient été victime d une luxation de PTH (38 patients Charnley A et 2 Charnley B) et 42 patients indemnes de toute instabilité (38 Charnley A et 4 Charnley B) choisis par tirage au sort. 2) 24 sujets témoins, non porteurs d une PTH, et sans pathologie articulaire. Les caractéristiques des différents groupes sont détaillées dans le tableau I. Méthode d évaluation Les clichés ont été obtenus selon le même protocole radiographique par la même équipe radiologique. Un amplificateur de brillance a été utilisé pour obtenir la super- TABLEAU I. Caractéristiques démographiques des 4 groupes analysés (n = 106). Groupes Nb de PTH ou de Bassins Sex ratio (H/F)* PTH luxées 40 PTH 19 H/21 F (0,9) PTH sans luxation Sujets Témoins PTH avant et après pose 23 PTH 10 H/13 F (0,76) 24 Bassins 15 H/9 F (1,6) 19 Bassins puis 19 PTH 12 H/7 F (1,7) Age moyen (années)** 61 ± 10 [34-75] 54 ± 13 [26-75] 31 ± 5 [24-41]** 59,4 ± 8,5 [42-78] *Il n y avait pas de différence significative de répartition du sex-ratio entre les 4 groupes. **Les sujets témoins étaient significativement plus jeunes (mais NS entre les autres groupes). Cependant, l orientation du plan pelvien antérieur n était pas significativement influencée par l âge.

3 FIABILITÉ LIMITÉE DU PLAN PELVIEN POUR L IMPLANTATION ASSISTÉE PAR INFORMATIQUE DE LA CUPULE ACÉTABULAIRE 457 position des structures du pelvis en vue d obtenir un profil strict. Des clichés de profil debout ont été obtenus pour les 82 patients porteurs d une PTH et les 24 sujets témoins. En outre, 19 des 42 patients porteurs d une PTH sans instabilité ont bénéficié de clichés de profil strict du bassin avant et à distance de l arthroplastie pour préciser si l implantation prothétique modifiait l orientation du plan pelvien antérieur. Pour les 24 témoins, des clichés de profil du bassin couché et debout ont été pratiqués au cours d une même séance pour apprécier la variation de l orientation du plan pelvien antérieur entre ces deux positions. Un seul opérateur a effectué l ensemble des mesures radiographiques selon la méthode détaillée dans la figure 1. Deux angles étaient respectivement mesurés par rapport à la verticale (ou à l horizontale pour les clichés effectués en position couchée sur les 24 sujets témoins) : 1) l angle entre la verticale et le plan pelvien antérieur (valeur positive si le plan formait un angle ouvert en direction craniale), 2) l angle entre l axe pelvien (tracé entre le centre du plateau de S1 et le centre des têtes fémorales superposées) [Boulay et al. (13)] et la verticale constituant la version pelvienne. Les mesures ont été effectuées manuellement à une seule reprise et en une seule séance. L égalité de longueur des membres inférieurs était respectée à la lecture des dossiers des patients mais non analysée sur les clichés étudiés. Nous n avons pas analysé l état rachidien sus-jacent ni le lien entre la bascule du bassin et des courbures sus-jacentes à partir du conduit auditif externe, considérant que ces notions avaient déjà été démontrées [Vaz et al. (14), Watanabe et al. (15)]. RÉSULTATS L orientation du plan pelvien antérieur et de la version pelvienne n était pas influencée par le sexe : l angle entre la verticale et le plan pelvien antérieur était de 1,7 ±6 (-12 à +18) chez les femmes et 1,5 ±5,9 (-10 à +15) chez les hommes (NS). De même l âge n avait pas d influence sur l orientation du plan pelvien antérieur par rapport à la verticale. L hypothèse selon laquelle le plan pelvien antérieur est vertical en orthostatisme n était pas valide pour 38 % des sujets qui avaient une orientation de ce plan en dehors d une fourchette de ± 5 par rapport à la verticale. Avec une fourchette plus large de ± 10, cette hypothèse n était pas confirmée pour 13 % des sujets. Il n existait pas de différence significative de la valeur moyenne de l orientation du plan pelvien antérieur chez les sujets debout entre les différents groupes : groupe des 82 PTH 2,9 ±5,7 (-11 à +18), groupe des 24 témoins debout 1,2 ±5,2 (-10 à +8) (NS). De même, au sein des 82 PTH, il n y avait pas de différence significative d orientation du plan pelvien antérieur dans le groupe des PTH luxées ou non : l angle moyen d orientation du plan pelvien antérieur était 3,5 ±5,8 dans le groupe luxé versus 2,3 ±5,5 dans le groupe non luxé (NS). La version pelvienne présentait une plus grande variabilité que l orientation du plan pelvien antérieur sur la population des sujets étudiés en position debout : la version pelvienne moyenne était 14,4 ±9,2 (-9 à +31), et l orientation moyenne du plan pelvien antérieur par rapport à la verticale était 2,3 ±5,8 (-18 à +18) (fig. 2). Les valeurs de la version pelvienne étaient faiblement corrélées aux valeurs de l orientation du plan pelvien antérieur (R = 0,4 et p = 0,0001) (fig. 3). Le passage de la position debout à la position couchée, étudiée sur les 24 sujets témoins, influençait de manière significative (p = 0,0002) l orientation du plan pelvien antérieur puisque l angle avec la verticale passait de 1,20 à -2,25 avec des variations extrêmes comprises dans une fourchette de plus de 20 (en moyenne 3,4 ±5,6 (-10 à +12)), 12 sujets variant de plus de 7. Sur les 19 sujets étudiés avant et après l arthroplastie, la mise en place de la PTH ne faisait pas faire varier de manière significative l orientation du plan pelvien antérieur. En revanche, si la variation moyenne était faible (de -1 ± 7 (-21 à +8)), elle était de plus de 5 pour 7 des 19 sujets étudiés. DISCUSSION FIG.1. Orientation du plan pelvien antérieur (PPA) et de la version pelvienne (AP) par rapport à la verticale (V). La valeur de l angle entre PPA et V est positive si l angle est ouvert en direction craniale. Le PPA joint les épines iliaques antérosupérieures et le pubis. La plupart des auteurs utilisent comme repère de navigation le plan pelvien antérieur pour l orientation d une cupule, considérant que ce plan est vertical en orthostatisme [Kiefer (2), Nogler et al. (3), Saxler et al. (11)], et que les valeurs standards de l orientation de la pièce acétabulaire,

4 458 Y. PINOIT, O. MAY, J. GIRARD, P. LAFFARGUE, T. ALA EDDINE, H. MIGAUD a) 60 Histogramme de X 1 : Plan Pelvien Antérieur b) Histogramme de X 2 : Version Pelvienne Nombre 30 Nombre a b Plan Pelvien Antérieur Version Pelvienne FIG. 2. Répartition des valeurs de l angle d orientation du plan pelvien antérieur par rapport à la verticale (2a) et de la version pelvienne (2b) sur les 106 sujets en orthostatisme. La distribution des deux variables est de type Gaussienne, mais les valeurs de la version pelvienne sont plus étalées permettant de mieux rendre compte des variations de la morphologie du pelvis. définies à partir de ce plan, sont 40 de couverture et 20 d antéversion [Grützner et al. (10), Zheng et al. (12)]. Nous avons délibérément occulté l étude d un éventuel plan de référence horizontal, pour nous concentrer sur le plan pelvien antérieur [Lecoq et al. (16)]. Notre étude démontre que, pour 38 % des cas, ce plan n est pas vertical en orthostatisme (avec une marge supérieure à 10 ). Ainsi, en utilisant les recommandations habituelles pour l orientation de la cupule en fonction du plan pelvien antérieur, on risque de se tromper une fois sur trois d une erreur de position de plus de 10, soit environ la moitié de la valeur de l antéversion anatomique de l acétabulum. Certains résultats de notre étude plaident en faveur de la fiabilité de ce repère pour la navigation comme l absence d influence significative du sexe et de l âge sur l orientation du plan pelvien antérieur, cependant ces données ont Version et Plan Pelvien Antérieur Graph. en ligne pour colonnes: X 1 X 2 Version Pelvienne Plan Pelvien Antérieur Observations (n = 106) FIG. 3. Courbes comparant les valeurs de l angle d orientation du plan pelvien antérieur et de la version pelvienne (les valeurs de la version ont été classées en ordre croissant) sur les 106 sujets en orthostatisme. La répartition des valeurs de l angle d orientation du plan pelvien antérieur apparaît indépendante de celle de la version pelvienne (la corrélation entre les deux variables était faible (R = 0,4)). un intérêt limité si l on considère les variations interindividuelles de ce plan : 13 % des sujets avaient un plan pelvien antérieur divergent de la verticale de plus de ± 10 (soit une marge supérieure à 20 ). L orientation du plan pelvien antérieur disposait d une distribution moins large que la version pelvienne ce qui peut constituer un argument pour sa fiabilité, mais aussi un manque de sensibilité aux modifications imposées par la morphologie pelvienne, ce dont la version rend plus fidèlement compte [Boulay et al. (13)]. Dans ce travail, le plan pelvien antérieur était déterminé par une droite joignant la partie la plus antérieure de la superposition de profil strict des épines iliaques antérieures et supérieures et de la symphyse pubienne, ce qui peut se faire de manière assez précise, en tout cas plus fiable que la palpation percutanée de ces points. La relative imprécision lors de ces mesures ne peut pas expliquer à elle seule les importantes variations de l orientation du plan pelvien antérieur. Notre étude montre que le passage en clinostatisme entraînait une variation nette de l orientation du plan pelvien antérieur, comme cela avait déjà été confirmé pour la version pelvienne [Aubry et al. (17), De Thomasson et al. (18), Digioia et al. (19, 20), Eddine et al. (21), Lazennec et al. (22), Nishihara et al. (23)]. Pourtant la plupart des systèmes de navigation sans TDM préopératoire utilisent ce plan comme référence pour la mise en place de la pièce acétabulaire, et sans intégrer les variations de position du pelvis. De fait, en acceptant la constance de l orientation de l acétabulum par rapport au plan pelvien antérieur (en moyenne 20 d antéversion et 40 de couverture) et en supposant que l on puisse palper sans difficulté et avec précision, en décubitus latéral, les repères nécessaires à la détermination du plan pelvien antérieur, le passage en position debout fera varier l orientation de la pièce acétabulaire (le plus souvent en hyperantéversion) chez la majorité des patients et de plus de 7 une fois sur deux.

5 FIABILITÉ LIMITÉE DU PLAN PELVIEN POUR L IMPLANTATION ASSISTÉE PAR INFORMATIQUE DE LA CUPULE ACÉTABULAIRE 459 La navigation pour l implantation de la cupule avec référence au plan pelvien antérieur permet d obtenir une meilleure reproductibilité d orientation (atteinte d une cible de 40 +/- 5 d inclinaison et de 20 +/- 5 d antéversion) que celle obtenue avec des guides mécaniques. Cette meilleure reproductibilité est observée uniquement pour l inclinaison dans l étude randomisée de Leenders et al. (6), et pour l inclinaison et l antéversion dans l étude castémoin de Wixson et Mac Donald (24). Mais aucune de ces études n utilise la TDM pour évaluer la position postopératoire de la cupule, alors que la mesure de l antéversion est sujette à caution à partir de radiographies standard [Aubry et al. (17)]. L absence de modification significative de l orientation du plan pelvien antérieur à la suite de l implantation d une PTH, comme observé dans notre étude, est en faveur de son utilisation comme repère de navigation. Cependant, sa détermination durant l intervention reste un problème non résolu en raison de l imprécision de la palpation des épines iliaques et du pubis, notamment en cas d adiposité importante ou de déformation du bassin (prélèvement de crête iliaque). Cette imprécision dans la détermination des points retentit sur la valeur du plan pelvien antérieur comme repère de navigation. Ainsi, [Wolf et al. (25)] estiment qu une erreur de 4 mm dans l identification d une épine iliaque lors de la détermination du plan pelvien antérieur est suivie d une erreur de seulement 2 en inclinaison mais de 7 en antéversion de la cupule (si l erreur porte sur la détermination de deux épines avec une angulation de 11 dans la détermination du plan pelvien antérieur, l erreur pour l inclinaison peut atteindre 5 et 20 pour l antéversion). Même si une détermination précise d un plan de référence peut-être réalisée, les difficultés de reconnaissance opératoire annihilent sa réalisation en pratique courante [Blendea et al. (26)]. Enfin, aucun système d assistance n intègre aujourd hui les variations de position du bassin entre les positions debout assis et couché [Eddine et al. (21), Lazennec et al. (22)] qui retentissent sur l orientation de la cupule pouvant conduire à des phénomènes d effet came et de luxation [Lazennec et al. (22)]. Lembeck et al. (27)] ayant constaté ces phénomènes d antéversion et de rétroversion chez 30 sujets sains (avec 30 d amplitude maximale) estiment que ces mouvements parasites remettent en cause l utilité du plan pelvien antérieur pour guider l assistance opératoire pour le positionnement d une cupule de PTH (une augmentation de 1 de rétroversion du bassin entraîne une hyper antéversion de cupule de 0,7 ). Des systèmes de navigation sans TDM préalable existent en se fondant sur une approche cinématique de la hanche déterminant le cône de mobilité de la hanche (après ablation des ostéophytes, de la rétraction capsulaire, section du col et implants d essais en place), le centre de rotation étant celui de la nouvelle articulation (prothétique), donc concentrique, annulant de fait les erreurs d imprécision d un centre de rotation sur une tête fémorale ovoïde [Laffargue et al. (28)]. CONCLUSION Les variations de l orientation du plan pelvien antérieur par rapport à la verticale (38 % des sujets avaient une orientation de ce plan en dehors d une fourchette de ± 5 par rapport à la verticale et 13 % avec une fourchette plus large de ± 10 ), nous conduisent à penser qu il ne s agit pas d une référence fiable pour l orientation de la cupule d une arthroplastie totale de hanche. L utilisation d un système de navigation pour la mise en place d une arthroplastie totale de hanche sans imagerie préopératoire est réalisable. Mais il nous semble, à la lumière de nos résultats, qu il est nécessaire de s affranchir d un quelconque plan de référence, obligatoirement déterminé en clinostatisme (avec difficulté de palpation en décubitus latéral ou dorsal, sous les champs opératoires). Un tel repère devrait avoir une constance interindividuelle de son orientation par rapport à la verticale, et ne pas varier lors du passage en orthostatisme. À notre connaissance, un tel repère n a pas encore été décrit, il nous semble donc que deux solutions sont possibles : 1) Déterminer un plan de référence en position debout, en supposant qu un plan fiable existe. Le passage en décubitus latéral et la mise en place des champs opératoires entraînant immanquablement une imprécision rédhibitoire pour retrouver ce plan de référence. Un repérage échographique pouvant être utile. 2) S affranchir de toute référence obligatoirement aléatoire en fonction des variations interindividuelles, en utilisant une approche plus fonctionnelle de la hanche opérée. Références 1. LEWINNEK GE, LEWIS JL, TARR R, COMPERE CL, ZIMMERMAN JR : Dislocations after total hip replacement arthroplasties. J Bone Joint Surg (Am), 1978, 60, KIEFER H : Orthopilot cup navigation how to optimise cup positioning? 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