Belaste CT-opnames van de voet en enkel

Het Amsterdam UMC is onder andere gespecialiseerd in de diagnose en behandeling van complexe voet- en enkelpathologie, diabetische voet problematiek en patiënten met cerebrale parese (houding- en bewegingsstoornis die veroorzaakt wordt door beschadiging van de hersenen). Daarnaast vindt er binnen de radiologie veel innovatie plaats op het gebied van de musculoskeletale (spieren en skelet) beeldvorming en wordt er sterk ingezet op kwantitatieve beeldanalyses middels het Medical Imaging Quantification Center (MIQC, www.miqc.info). Conebeam CT is een relatief recent ontwikkelde opnametechniek binnen de radiologie.

In de laatste 20 jaar zijn er vooral in de kaak- en aangezichtsdiagnostiek veel toepassingen ontwikkeld, zoals op het gebied van de orthodontie (groei en ontwikkeling), de implantologie en de kaakchirurgie [1]. In de algemene radiologie wordt Conebeam CT nog niet zoveel gebruikt, maar ook daar zijn er toepassingen ontwikkeld, waaronder beeldvorming van de onderste extremiteiten zoals de voet en enkel. Met name de mogelijkheid om tijdens belasten, het staan op de voet, CT-beelden te kunnen verkrijgen is uitermate waardevol en een relatief nieuw gebied van diagnostiek. In dit artikel wordt kort ingegaan op de techniek, toepassingen en diagnostische meerwaarde van belaste, zogeheten weight-bearing, CT opnames van de voet en enkel bij patiënten met verschillende musculoskeletale aandoeningen.

Beperkingen conventionele opnamen

Bij patiënten met enkel- en voetaandoeningen worden standaard CT, MRI en röntgendiagnostiek ingezet in de huidige klinische praktijk. De diagnostische waarde van deze technieken wordt echter beperkt door de enerzijds onbelaste beeldopname in geval van CT en MRI, en anderzijds doordat structuren over elkaar geprojecteerd worden (over-projectie) in het geval van röntgenfoto’s. Aangezien belastingpatronen (door lopen, staan, zitten etc.) en veranderingen in anatomie invloed hebben op de positie en stabiliteit van de enkel heeft een functionele evaluatie onder natuurlijke belasting een diagnostische meerwaarde voor de diagnostiek. 

De weight bearing CT techniek

Meerdere conebeam CT (CBCT) leveranciers maken het mogelijk ‘weight-bearing’ of belaste CT (WBCT) opnames te verkrijgen, waarbij 3D beelden onder lichaamsbelasting worden gemaakt. De effectieve stralingsdosis bij dergelijke opnames is laag (circa 6 microSv) en is vergelijkbaar met enkele röntgenfoto’s [2]. Een volledig weight-bearing CT-onderzoek omvat belaste en onbelaste opnames van de linker- en rechtervoet (Figuur 1). Afhankelijk van het scanvolume van de CBCT-scanner worden beide voeten tegelijk gescand of worden opnames van de voorvoet en achtervoet door middel van twee aparte opnames verkregen. In geval van aparte voor- en achtervoet opnames bestaat de mogelijkheid om de beelden te fuseren of ‘stitchen’ tot één samengevoegd beeld (Figuur 2) met een gemiddelde rotatie- en translatiefout van circa 1.2 mm en 1.3° [16]. Met dit nieuwe type functionele beeldvorming kunnen parameters als de onderlinge posities van botten, status van ligamenten (gewrichtsbanden), ruimte tussen botten in een gewricht en biomechanische eigenschappen van de voet worden gekwantificeerd (Figuur 3). 

Deze (semi)automatische metingen worden uitgevoerd nadat botstructuren uit de CT beelden zijn gehaald en bestaan uit bijvoorbeeld hoogtemetingen, gewrichtsspleet metingen tussen botten, het meten van hoeken tussen botten op basis van zwaarteassen en het meten van rotatie en/of translatie van botten [15]. Het voordeel van deze techniek is dat beelden verkregen kunnen worden onder natuurlijke belasting en dat mede door het 3D karakter geen problemen worden ondervonden door over-projectie in geval van 2D röntgenfoto’s. Daarnaast zijn 2D metingen gevoelig voor wie de meting doet aangezien 2D metingen hoofdzakelijk handmatig uitgevoerd worden en 3D metingen veelal (semi)automatisch verkregen, waardoor de reproduceerbaarheid aanzienlijk beter is.

Toepassingen van WBCT

Weight-bearing CT kan voor nieuwe inzichten zorgen bij patiënten met spier- en skeletaandoeningen in met name de onderste extremiteiten. Verschillende studies laten zien dat WBCT van meerwaarde kan zijn bij het evalueren van de syndesmose (gewricht tussen het scheenbeen en kuitbeen) door gebruik te maken van belaste en onbelaste beelddata [3–5]. Syndesmoseletsel is bijvoorbeeld waarschijnlijk wanneer onder belasting sprake is van een toename van de ruimte tussen het kuitbeen en het sprongbeen [9]. Bij patiënten met achtervoet en platvoet problematiek is de ernst van de aandoening beter te diagnosticeren met behulp van 3D WBCT beeldvorming, vergeleken met 2D metingen [6,7]. In veel studies wordt gebruikt gemaakt van eenvoudige en foutgevoelige 2D metingen op basis van röntgenfoto’s [8–14]. In geval van 3D beeldvorming en geautomatiseerde analyses kan een vollediger en visueel waardevol beeld worden verkregen, worden de intra-rater en inter-rater variabiliteit aanzienlijk verbeterd en kunnen verplaatsingen en rotaties gemeten worden in 6 vrijheidsgraden (alle bewegingsrichtingen en verplaatsingen) [15]. 

Bij patiënten met voet- en enkelproblematiek zijn onder andere slijtagepunten, gewrichtsspleetversmalling (door artrose), stands-afwijkingen, inzakking en enkelinstabiliteit uitsluitend goed te diagnosticeren wanneer het scannen plaatsvindt onder natuurlijke belasting. Bij bijvoorbeeld patiënten met kraakbeenschade, enkelinstabiliteit, partiële voetamputatie en inzakking door verstoorde zenuwfunctie of trauma kan beeldvorming onder natuurlijke belasting van belangrijke klinische waarde zijn. Functionele en kwantitatieve analyses maken het mogelijk om een meer patiënt-specifieke diagnostiek toe te passen resulterend in toegespitstere behandelingen zoals het aanmeten van adequaat schoeisel bij patiënten met diabetes of het beslissen of een operatie nodig is bij ligament letsel, enkelinstabiliteit of bot- of kraakbeenschade. Ook kan weight-bearing CT worden gebruikt om de effectiviteit van een operatie te analyseren, zoals bij het doorhalen van de lange buigpees in de teen (flexor tenotomie) bij patiënten met klauwtenen en diabetes. Zij krijgen door de deformiteit van de tenen vaak diabetische ulcera op de top van de teen. Om een goed beeld te krijgen van de aandoening en het effect van de ingreep moet de analyse onder natuurlijk belasting plaatsvinden aangezien de tenen een andere stand kunnen hebben als ze niet worden belast. Het voordeel van het meten van teenhoeken in 3D is dat de metingen, in tegenstelling tot 2D hoekmetingen, niet worden beïnvloed door over-projectie en semiautomatisch in plaats van handmatig uitgevoerd worden (Figuur 4).  

Uitdagingen en beperkingen

Ondanks de duidelijke meerwaarde van belaste CT opnames bij verschillende patiëntengroepen, zijn er tekortkomingen die de huidige waarde van WBCT opnames inperkt. Zo is er sprake van scanveld beperkingen, waardoor de gehele voet in twee opnames verkregen dient te worden. Echter, aangezien de stitching fout van 1.2 mm en 1.3° klein is, in verhouding tot de ordegrootte van geometrische voet en enkel analyses (calcaneal pitch, 13-23°; hoogte naviculare 2-5 cm; Meary’s angle 2-10°, [15]) is de verwachte klinische impact van deze stitching fout klein. Deze scanveld beperking heeft voornamelijk invloed op de interpretatie van en metingen aan beelden wanneer patiënten moeite hebben met het op de juiste manier positioneren in de scanner. Wanneer een patiënt(e) bij een voorvoet opname de voet anders belast en/of een andere houding aanneemt in de scanner (door bijvoorbeeld naar voren, achteren, links of rechts te leunen) dan bij achtervoet opname, dan kunnen stitching artefacten ontstaan (Figuur 5). Daarnaast zijn de acquisitietijden bij CBCT opnames relatief lang (circa 20 seconden of meer), waardoor bewegingsartefacten een groter effect hebben op de beeldkwaliteit en kunnen resulteren in onscherpe en onbruikbare CT-beelden. Een aantal leveranciers biedt CBCT-systemen aan met een groter scanveld waardoor ook belaste opnames van de gehele voet en beide knieën gemaakt kunnen worden, zonder gebruik van stitching software. Het zou wenselijk zijn om systeemverbeteringen door te voeren waardoor in de toekomst naast onbelaste opnames ook belaste opnames van bijvoorbeeld beide heupen en de rug verkregen kunnen worden. Daarnaast kunnen de bruikbaarheid en reproduceerbaarheid van CBCT opnames vergroot worden door gebruik te maken van een gestandaardiseerd acquisitieprotocol, waarbij de voet, knie en bovenbeen op dezelfde wijze in de scanner gepositioneerd worden.  

Conclusie

Mede doordat pijn gedurende belasting bij de meeste patiënten de belangrijkste klacht is, zorgt deze nieuwe vorm van CT-beeldvorming onder belasting ervoor dat complexe voet- en enkelpathologie beter gediagnosticeerd kan worden. Deze CT-techniek, in combinatie met functionele en kwantitatieve analyses van botten, resulteert in nieuwe inzichten en in meer patiënt-specifieke behandelingen.

Dit artikel is mede tot stand gekomen door Marieke A. Mens, dr. ir. Geert J. Streekstra en prof. dr. Mario Maas. 
Department of Radiology and Nuclear Medicine, Amsterdam UMC, Amsterdam Movement Sciences, Amsterdam, the Netherlands
Department of Biomedical Engineering and Physics, Amsterdam UMC, Amsterdam, the Netherlands

Referenties

[1] P. Van Der Stelt, R.H.H. Wellenberg, Rol van CBCT in de maxillofaciale en de algemene radiologie, (2020) 35–42.
[2] J. Koivisto, T. Kiljunen, N. Kadesjö, X.Q. Shi, J. Wolff, Effective radiation dose of a MSCT, two CBCT and one conventional radiography device in the ankle region, J. Foot Ankle Res. 8 (2015) 58–68. doi:10.1186/s13047-015-0067-8.
[3] S. Patel, K. Malhotra, N.P. Cullen, D. Singh, A.J. Goldberg, M.J. Welck, Defining reference values for the normal tibiofibular syndesmosis in adults using weight-bearing CT, Bone Jt. J. 101 (2019) 348–352. doi:10.1302/0301-620X.101B2.BJJ-2018-0829.R1.
[4] D. Shakoor, G.M. Osgood, M. Brehler, W.B. Zbijewski, C.D.C. Netto, B. Shafiq, et al., Cone-beam CT measurements of distal tibio-fibular syndesmosis in asymptomatic uninjured ankles: does weight-bearing matter ?, Skeletal Radiol. 48 (2019) 583–594. doi:10.1007/s00256-018-3074-6.
[5] M.C. Lawlor, M.A. Kluczynski, J.M. Marzo, Weight-Bearing Cone-Beam CT Scan Assessment of Stability of Supination External Rotation Ankle Fractures in a Cadaver Model, Foot Ankle Int. 39 (2018) 850–857. doi:10.1177/1071100718761035.
[6] A. Burssens, J.P.M. Peiffer, R.M.T. Lenaerts, W. Isg, G.V.J. Victor, Reliability and correlation analysis of computed methods to convert conventional 2D radiological hindfoot measurements to a 3D setting using weightbearing CT, Int. J. Comput. Assist. Radiol. Surg. 13 (2018) 1999–2008. doi:10.1007/s11548-018-1727-5.
[7] C. de Cesar Netto, L.C. Schon, G.K. Thawait, L.F. da Fonseca, A. Chinanuvathana, W.B. Zbijewski, et al., Flexible Adult Acquired Flatfoot Deformity, J. Bone Jt. Surgery-American Vol. 99 (2017) 1–12. doi:10.2106/JBJS.16.01366.
[8] S. Waldt, K. Woertler, Measurements and Classifications in Musculoskeletal Radiology, 1st Editio, Thieme, 2014.
[9] D. V. Flores, C. Mejía Gómez, M. Fernández Hernando, M.A. Davis, M.N. Pathria, Adult Acquired Flatfoot Deformity : Anatomy , Biomechanics , Staging , and Imaging Findings, Radiographics. 39 (2019) 1437–1460. doi:10.1148/rg.2019190046.
[10] A. Barg, T. Bailey, M. Richter, C. de Cesar Netto, F. Lintz, A. Burssens, et al., Weightbearing Computed Tomography of the Foot and Ankle: Emerging Technology Topical Review, Foot Ankle Int. 39 (2018) 376–386. doi:10.1177/1071100717740330.
[11] C. Carrara, P. Caravaggi, C. Belvedere, A. Leardini, Radiographic angular measurements of the foot and ankle in weight-bearing: a literature review, Foot Ankle Surg. 26 (2020) 509–517. doi:10.1016/j.fas.2019.07.008.
[12] B.M. Lamm, P.A. Stasko, M.G. Gesheff, A. Bhave, The Journal of Foot & Ankle Surgery Normal Foot and Ankle Radiographic Angles, Measurements, and Reference Points, J. Foot Ankle Surg. 55 (2016) 991–998. doi:10.1053/j.jfas.2016.05.005.
[13] A. Leardini, D.P.S. Durante, C. Belvedere, P. Caravaggi, C. Carrara, M.L. Berti, et al., Weight-bearing CT Technology in Musculoskeletal Pathologies of the Lower Limbs: Techniques, Initial Applications, and Preliminary Combinations with Gait- Analysis Measurements at the Istituto Ortopedico Rizzoli, Semin Musculoskelet Radiol. 23 (2019) 643-656. doi:10.1055/s-0039-1697939.
[14] T.J. Shelton, E.B. Robinson, L. Nardo, E. Escobedo, L. Jackson, C.D. Kreulen, The Influence of Percentage Weight-Bearing on Foot Radiographs, Foot Ankle Spec. 12 (2019) 363–369. doi:10.1177/1938640018810412.
[15] M. Broos, S. Berardo, J.G.G. Dobbe, M. Maas, G.J. Streekstra, R.H.H. Wellenberg, Geometric 3D analyses of the foot and ankle using weight-bearing and non weight-bearing cone-beam CT images: the new standard?, Eur. J. Radiol. 138 (2021).
[16] R.H.H. Wellenberg, J.G.G. Dobbe, J. Erkkila, M. Maas, G.J. Streekstra, Marker-less assessment of the geometric error of fused cone-beam CT images of the foot constructed using stitching software, Acta Radiol. (2020).