Radiographic Evaluation of Postoperative Alignment in Total Knee Arthroplasty.

Objective  To demonstrate the greater accuracy of panoramic radiographs of the lower limbs (long) in relation to short radiographs of the knee in the measurement of the mechanical axis of the lower limb after total knee arthroplasty (TKA). Methods  A retrospective study was conducted to evaluate the accuracy of long and short postoperative radiographic images of 70 patients submitted to TKA in our service. The images were analyzed at random, at different times, by three orthopedists. In all images, the mechanical axis of the limb, femur and tibia were traced and femorotibial angles (FTAs) were calculated. The intraclass correlation coefficient (ICC) was calculated to evaluate the agreement of the measurement of the inter- and intra-observer mechanical axis. Results  It was observed that there was high intra and interobserver agreement when panoramic radiographs were used, with minimum intra and interobserver ICC of 0.89, equivalent to a very strong agreement. On short radiographs in the anteroposterior incidence (AP) of the knee, the ICC showed moderate agreement, obtaining a maximum value of 0.75. Conclusion  There is a significant difference in accuracy for the measurement of the mechanical axis of the lower limb, comparing long and short radiographs of the lower limb. Thus, for the proper measurement of the mechanical axis of the lower limb, we suggest the performance of long radiography in the postoperative period of TKA. Sociedade Brasileira de Ortopedia e Traumatologia. This is an open access article published by Thieme under the terms of the Creative Commons Attribution-NonDerivative-NonCommercial License, permitting copying and reproduction so long as the original work is given appropriate credit. Contents may not be used for commecial purposes, or adapted, remixed, transformed or built upon. ( https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ ).

Introduction

Total knee arthroplasty is a type of surgery widely performed worldwide, with high success rates. It is estimated that in the USA there will be an increase of 673% (approximately 3.48 million) in the surgical demand for this procedure in the period from 2005 to 2030. 1 The surgical postoperative evaluation requires a few steps in its care. In addition to the control of the surgical wound, measures of range of motion and evaluation of pain scales, the postoperative evaluation of the radiographic alignment of the mechanical and anatomical axes is also a fundamental part for the success of the procedure. 1 2 3

Panoramic radiography of the lower limbs has been shown to be essential in preoperative planning. In addition to the radiological measurement of the axes, possible femoral and tibial deformities can be identified that may hinder the surgical procedure. 4 Short radiographs in anteroposterior incidence (AP) and profile with monopodalic support, in addition to the incidence of Rosenberg, are great for staging and classification of degenerative pathology.

In postoperative evaluations, it is extremely common to find only short radiographs of the knee, making it impossible to establish a comparison with preoperative alignment and to identify those implants that may be at risk of premature failure. 5 Many authors justify the non-performance of long radiographs because they increase costs to the health system, besides the fact that this type of test is not available in all imaging centers.

Studies in the literature differ in relation to the level of inter and intraobserver agreement on the mechanical and anatomical alignment of the lower limb using long and short radiographs of the knee. 6 7 The aim of the present study is to compare the intra and interobserver accuracy of the evaluation of the mechanical axis between panoramic radiographs of the lower limbs and knee radiographs in the postoperative period of patients submitted to TKAs performed at our service.

Materials and Methods

The present study was submitted and approved by the Research Ethics Committee of our institution under the number CAAE 33420820.5.0000.5535. The postoperative radiographs of 70 patients submitted to TKA were retrospectively analyzed. The inclusion criteria included patients presenting primary gonarthrosis as the cause of surgery and classified, according to the Ahlback classification, 8 between stages 3 and 5. The exclusion criteria were low-quality radiological images and long-ilinear patients, whose panoramic radiographs did not include hip, knee and ankle joints in the same image.

All 70 patients underwent long radiographs in bipodal support when they were still staying in our hospital during the postoperative period of TKA. The radiographs were digitized and observed through the PixvieweR imaging program (PixvieweR Web Solutions, The Bronx, NY, USA). The short radiographs of the knee were made from the long radiographs, using the joint line as reference and cutting the image 10 centimeters above and 10 centimeters below it, according to a previous study by Ishii et al. 9 Thus, we avoided the influence of possible rotations from the performance of a new radiography.

The radiographs were performed at the imaging diagnostic center of our institution. The 140 images were randomly analyzed, at different times, by three generalist orthopedists. All images were reevaluated by the same orthopedists in a period of 15 days. On all radiographs, the mechanical axis of the limb, femur and tibia were traced and the femorotibial angles calculated ( Figure 1 ).

Fig. 1

Panoramic radiographs presenting: (A) mechanical axis of the limb; (B) mechanical axis of the femur; (C) mechanical axis of the tibia; (D) femorotibial angle-FTA.

The mechanical axis of the limb was traced by a line that passes through the center of the femoral head to the center of the ankle ( Figure 1A ). The mechanical axis of the femur was defined as the line that joins the center of the femoral head to the apex of the femoral intercondyle ( Figure 1B ). The mechanical axis of the tibia was defined as a line between the center of the tibial plateau and the center of the talus ( Figure 1C ). The measurement of the femorotibial angle (FTA) was performed from the mechanical axes of the femur and tibia ( Figure 1D ). In the short radiography of the knee, as it is not possible to visualize the image of the hip and ankle, an image was traced inferring the location of these points to trace the mechanical axis ( Figure 2 ).

Fig. 2

Preoperative femorotibial mechanical axis on short radiography.

The statistical analysis was performed using the SPSS Statistics for Windows, Version 13.0 software (SPSS Inc., Chicago, IL, USA). The intraclass correlation coefficient (ICC) was calculated to evaluate the agreement of the measurement of the inter and intraobserver mechanical axis. It is known that the closer the ICC is to 1, the stronger the agreement among the observers. On the contrary, the closer to 0 (zero), the weaker the agreement becomes.

Results

A mean femorotibial angle of 2.5 degrees was observed on short radiographs, while on panoramic radiographs we observed a value of 1.8 degrees. Considering each examiner alone, the measurement of the mechanical axis varied 8 degrees at most between the long and short radiographs ( Figure 3 ). After the statistical analysis, it was observed that there was high intra and interobserver agreement when panoramic radiographs were used, presenting minimum intraobserver ICC of 0.89 and interobserver of 0.92, equivalent to a very strong agreement. On short radiographs of the knee in AP incidence, the minimum intraobserver ICC was 0.70 and maximum of 0.75, evidencing a moderate–good agreement. The interobserver ICC showed a value of 0.80, which is considered good ( Table 1 ).

Fig. 3

Comparison of femorotibial angle on long (A) and short (B) postoperative radiographs.

Table 1

Values obtained for intra and interobserver agreement

		ICC (intraclass correlation coefficient)
Intraobserver		Mechanical
1	LongShort	0.900.73
2	LongShort	0.890.75
3	LongShort	0.920.70
Interobserver	LongShort	0.920.80

Observations: ICC ≤ 0.20 - no agreement; 0.20 < ICC ≤ 0.40 - weak agreement; 0.40 < ICC ≤ 0.60 - moderate agreement; 0.60 < ICC ≤ 0.80 - strong agreement (good); ICC > 0.80 - very strong agreement (optimal). 95% confidence interval for ICC; p  < 0.001.

Discussion

The present study compared the intra and interobserver accuracy of the evaluation of the mechanical axis between panoramic radiographs of the lower limbs and knee radiographs in the postoperative period of patients submitted to TKAs performed in our service. Panoramic radiographs of the lower limbs are classically used when one wants to analyze mechanical and anatomical axes accurately. 10 11 12 However, it is known that such radiographic images increase the actual cost to the institution, add unnecessary radiation to pelvic organs, and require special rooms and equipment for their performance. 2 Due to these limitations, several studies have proposed alternative ways to long radiographs to make a reliable mechanical axis. 9

One of the pioneering studies in the evaluation of the mechanical axis was that of Abu-Rajab et al. 5 The group evaluated 50 consecutive radiographs of patients in the postoperative period of TKA and compared the ICC of panoramic radiographs and standardized radiographs of the knee. The interobserver ICC of lower limbs radiography was 0.95, compared to 0.51 when only knee radiographs were evaluated. Dargel et al. 13 obtained results similar to those of the present study but compared the ICC of panoramic radiographs and radiographs cut in 80%, 60% and 40% of the total length of the lower limb. An ICC of 0.95 was found when analyzing the mechanical axis with panoramic imaging, compared with 0.89 radiography at 80%, 0.76 radiography at 60% and 0.61 radiography cut at 40% of the limb. These data strongly suggest that the axis evaluation becomes more accurate as larger segments of the lower limbs are shown on radiography. The group concluded that knee radiography is insufficient to evaluate the mechanical axis, suggesting routine panoramic examination in the postoperative period of TKA.

The present study found results similar to those described in the international literature. Our results showed a very strong intra and interobserver agreement of the measurements of the axes in panoramic radiographs, which is in accordance with the studies previously described. 5 13 In addition, we demonstrated that short radiographs were lower in the ability to accurately assess the coronal alignment of the lower limb, since they showed only a moderate intra and interobserver level.

One of the criticisms in relation to alignment evaluation studies is that it is performed in only one plane, but arthroplasties are part of a three-dimensional procedure. Chauhan et al. 14 used tomographic evaluation in 12 operated knees of 6 cadavers using the Perth Protocol. Six positional parameters of the components were found, which, individually or summed, may interfere with the clinical results of the patients. They are the positions of the femoral and tibial components in flexion or extension, in varus or valgus, in external or internal rotation and, finally, the poor selection of the components' sizes. Despite the numerous information that computed tomography can provide, it is important to highlight that it is not routinely used in the postoperative period, because, in addition to not being an easily accessible examination in our country due to its high cost, it still significantly increases the radiation to which the patient is submitted.

Among the positive aspects of the present study, it is worth mentioning that it is the first national study evaluating the mechanical alignment in the postoperative period of TKAs. Furthermore, our results are in agreement with those published in the international literature and with a similar sample. Among its limitations, we highlight that the evaluation of postoperative alignment was performed only in the coronal plane, while we know that a good functioning of TKA needs balance and good positioning in the three planes. In addition, other significant indicators of clinical results, such as evaluation of pain scores in the pre and postoperative periods and evaluation of complications were not measured.

Conclusion

Panoramic radiographs of the knee are more accurate to evaluate the mechanical axis of the limb in the postoperative period of patients undergoing TKA. Following the previously conducted international studies, we suggest the inclusion of panoramic radiography in the postoperative routine of this procedure.

Introdução

A artroplastia total de joelho é uma cirurgia amplamente realizada em todo mundo, com altos índices de sucesso. Estima-se que nos EUA ocorra um crescimento da demanda cirúrgica deste procedimento de 673% (aproximadamente 3,48 milhões) entre o período de 2005 a 2030. 1 A avaliação pós-operatória cirúrgica envolve uma série de cuidados. Além do controle da ferida operatória, medidas de amplitude de movimento e avalição de escalas de dor, a avaliação pós-operatória do alinhamento radiográfico dos eixos mecânico e anatômico também é parte fundamental para o sucesso do procedimento. 1 2 3

A radiografia panorâmica de membros inferiores tem se mostrado essencial no planejamento pré-operatório. Além da medida radiológica dos eixos, podem-se identificar possíveis deformidades femorais e tibiais que venham a dificultar o ato cirúrgico. 4 Já as radiografias curtas na incidência anteroposterior (AP) e de perfil com apoio monopodálico, além da incidência de Rosenberg, são ótimas para estadiamento e classificação da patologia degenerativa.

Nas avaliações pós-operatórias, é extremamente comum encontrarmos apenas radiografias curtas do joelho, impossibilitando a comparação com o alinhamento pré-operatório e a identificação daqueles implantes que podem estar em risco de falha prematura. 5 Muitos autores justificam a não realização das radiografias longas por aumentar os custos para o sistema de saúde, além do fato de o exame não estar disponível para realização em todos os centros de imagem.

Os trabalhos na literatura divergem em relação ao nível de concordância inter e intraobservador sobre o alinhamento mecânico e anatômico do membro inferior utilizando radiografias longas e curtas do joelho. 6 7 O objetivo deste estudo é comparar a acurácia intra e interobservador da avaliação do eixo mecânico entre radiografias panorâmicas de membros inferiores e radiografias de joelho no pós-operatório de pacientes submetidos a artroplastias totais do joelho (ATJs) realizadas no nosso serviço.

Materiais e Métodos

O presente estudo foi submetido e aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa de nossa instituição sob o número CAAE 33420820.5.0000.5535. Foram analisadas retrospectivamente radiografias pós-operatórias de 70 pacientes submetidos à ATJ. Os critérios de inclusão contemplaram pacientes apresentando gonartrose primária como causa da cirurgia e classificados, conforme a classificação de Ahlback, 8 entre os estágios de 3 a 5. Os critérios de exclusão foram imagens radiológicas com baixa qualidade e pacientes longilíneos, cuja radiografia panorâmica não incluiu as articulações do quadril, joelho e tornozelo na mesma imagem.

Todos os 70 pacientes realizaram radiografias longas em apoio bipodal quando ainda estavam internados em nosso hospital durante o pós-operatório de ATJ. As radiografias foram digitalizadas e observadas através do programa de imagem PixvieweR (PixvieweR Web Solutions, Bronx, NY, EUA). As radiografias curtas do joelho foram confeccionadas a partir das radiografias longas, usando a linha articular como referência e recortando a imagem 10 centímetros acima e 10 centímetros abaixo dela, conforme o estudo prévio de Ishii et al. 9 Dessa forma, evitamos a influência de possíveis rotações oriundas da realização de uma nova radiografia.

As radiografias foram realizadas no Centro de Diagnóstico por Imagem de nossa instituição. As 140 imagens foram analisadas ao acaso, em momentos diferentes, por três ortopedistas generalistas. Todas as imagens foram reavaliadas pelos mesmos ortopedistas em um período de 15 dias. Em todas as radiografias, o eixo mecânico do membro, do fêmur e da tíbia foram traçados e os ângulos femorotibiais calculados ( Figura 1 ).

Fig. 1

Radiografias panorâmicas apresentando: (A) eixo mecânico do membro; (B) eixo mecânico do fêmur; (C) eixo mecânico da tíbia; (D) ângulo femorotibial- AFT.

O eixo mecânico do membro foi traçado por uma linha que passa através do centro da cabeça do fêmur ao centro do tornozelo ( Figura 1A ). O eixo mecânico do fêmur foi definido como a linha que une o centro da cabeça do fêmur ao ápice do intercôndilo femoral ( Figura 1B ). Já o eixo mecânico da tíbia foi definido como uma linha entre o centro do planalto tibial e o centro do tálus ( Figura 1C ). A mensuração do ângulo-femorotibial (AFT) foi realizada a partir dos eixos mecânicos do fêmur e da tíbia ( Figura 1D ). Na radiografia curta do joelho, como não é possível visualizar as imagens do quadril e do tornozelo, foi traçada uma imagem inferindo a localização desses pontos para traçar o eixo mecânico ( Figura 2 ).

Fig. 2

Eixo mecânico femorotibial pré-operatório na radiografia curta.

A análise estatística foi realizada utilizando o software SPSS versão 13.0 (SPSS Inc., Chicago, IL, EUA). O coeficiente de correlação intraclasse (CCI) foi calculado para avaliar a concordância da medida do eixo mecânico inter e intraobservador. É sabido que quanto mais próximo o CCI for de 1, mais forte é a concordância entre os observadores. Ao contrário, quanto mais próximo de 0 (zero), mais fraca se torna a concordância.

Resultados

Foi observado um ângulo femorotibial médio de 2,5 graus nas radiografias curtas, enquanto nas radiografias panorâmicas observamos um valor de 1,8 graus. Considerando-se cada examinador isoladamente, a medida do eixo mecânico variou no máximo 8 graus entre as radiografias longa e curta ( Figura 3 ). Após a análise estatística, observou-se que existe alta concordância intra e interobservador quando foram utilizadas as radiografias panorâmicas, apresentando CCI mínimo intraobservador de 0,89 e interobservador de 0,92, equivalente a uma concordância fortíssima. Já nas radiografias curtas em incidência AP do joelho, o CCI intraobservador mínimo foi de 0,70 e máximo de 0,75, evidenciando uma concordância moderada-boa. O CCI interobservador evidenciou valor considerado bom, de 0,80 ( Tabela 1 ).

Fig. 3

Comparação do ângulo femorotibial nas radiografias pós-operatórias longa (A) e curta (B).

Tabela 1

Valores obtidos para concordância intra e interobservador

		Coeficiente de correlacão intraclasse (CCI)
Intraobservador		Mecânico
1	LongaCurta	0,900,73
2	LongaCurta	0,890,75
3	LongaCurta	0,920,70
Interobservador	LongaCurta	0,920,80

Observações: CCI ≤ 0,20–sem concordância; 0,20 < CCI ≤ 0,40–concordância fraca; 0,40 < CCI ≤ 0,60–concordância moderada; 0,60 < CCI ≤ 0,80–concordância forte (boa); CCI > 0,80–concordância fortíssima (ótima). Intervalo de confiança de 95% para CCI; p  < 0,001.

Discussão

O presente estudo comparou a acurácia intra e interobservador da avaliação do eixo mecânico entre radiografias panorâmicas de membros inferiores e radiografias de joelho no pós-operatório de pacientes submetidos a ATJs realizadas no nosso serviço. As radiografias panorâmicas de membros inferiores são classicamente utilizadas quando se quer analisar eixos mecânicos e anatômicos com precisão. 10 11 12 Porém, é sabido que tais imagens radiográficas aumentam o custo real para a instituição, adicionam radiação desnecessária a órgãos pélvicos e requerem salas e equipamentos especiais para sua realização. 2 Devido a essas limitações, diversos estudos propuseram alternativas às radiografias longas para confeccionar um eixo mecânico confiável. 9

Um dos estudos pioneiros na avaliação do eixo mecânico foi o de Abu-Rajab et al. 5 O grupo avaliou 50 radiografias consecutivas de pacientes em pós-operatório de ATJ e compararam os CCIs das radiografias panorâmicas e radiografias padronizadas do joelho. O CCI interobservador da radiografia dos membros inferiores foi de 0,95, comparado a 0,51 quando avaliadas apenas radiografias de joelho. Dargel et al. 13 obtiveram resultados similares aos do presente estudo, porém compararam os CCI de radiografias panorâmicas e radiografias cortadas em 80%, 60% e 40% do comprimento total do membro inferior. Os autores encontraram CCI de 0,95 ao analisarem o eixo mecânico com a imagem panorâmica, comparado com 0,89 da radiografia em 80%, 0,76 da radiografia em 60% e 0,61 da radiografia cortada em 40% do membro. Esses dados sugerem fortemente que a avaliação do eixo se torna mais acurada à medida que maiores segmentos dos membros inferiores são demonstrados na radiografia. O grupo concluiu que a radiografia do joelho é insuficiente para avaliar o eixo mecânico, sugerindo a realização de rotina do exame panorâmico no pós-operatório de ATJ.

O presente estudo encontrou resultados semelhantes aos descritos na literatura internacional. Nossos resultados mostraram uma concordância fortíssima intra e interobservador das medidas dos eixos nas radiografias panorâmicas, o que vai de encontro aos trabalhos descritos previamente. 5 13 Além disso, demonstramos que as radiografias curtas foram inferiores na capacidade de avaliar de modo acurado o alinhamento coronal do membro inferior, visto que mostraram um nível intra e interobservador apenas moderado.

Uma das críticas em relação aos estudos de avaliação do alinhamento consiste em ser realizado em apenas um plano, já que as artroplastias fazem parte de um procedimento tridimensional. Chauhan et al. 14 utilizaram avaliação tomográfica em 12 joelhos operados de 6 cadáveres utilizando o protocolo de Perth. Foram encontrados seis parâmetros posicionais dos componentes que, individualmente ou somados, podem interferir nos resultados clínicos dos pacientes. São eles as posições dos componentes femoral e tibial em flexão ou extensão, em varo ou valgo, em rotação externa ou interna e, por fim, a má seleção dos tamanhos dos componentes. Apesar das inúmeras informações que a tomografia computadorizada pode fornecer, é importante destacar que a mesma não é utilizada de rotina no pós-operatório, pois, além de não ser um exame de fácil acesso no nosso país pelo seu elevado custo, ainda aumenta significativamente a radiação à qual o paciente é submetido.

Entre os aspectos positivos do presente estudo, cabe destacar que este é o primeiro trabalho nacional avaliando o alinhamento mecânico no pós-operatório de ATJs. Ainda, os nossos resultados vão de encontro aos publicados na literatura internacional e com amostra semelhante. Entre suas limitações, destacamos que a avaliação do alinhamento pós-operatório foi realizada apenas no plano coronal, enquanto sabemos que um bom funcionamento da ATJ necessita de equilíbrio e bom posicionamento nos três planos. Além disso, outros indicadores significativos de resultados clínicos, tais como avaliação dos scores de dor no pré e pós-operatório e avaliação das complicações, não foram aferidos.

Conclusão

As radiografias panorâmicas do joelho são mais acuradas para avaliar o eixo mecânico do membro no pós-operatório de pacientes submetidos à ATJ. Seguindo os estudos internacionais previamente realizados, sugerimos a inclusão da radiografia panorâmica na rotina do pós-operatório deste procedimento.