Development of an intraoperative angle measurement device for osteotomies

João Rodrigo Carvalho Gerardo Pires da Cruz

Key information

Authors:

João Rodrigo Carvalho Gerardo Pires da Cruz (João Rodrigo Carvalho Gerardo Pires da Cruz)

Supervisors:

Miguel Pedro Tavares da Silva (Miguel Pedro Tavares da Silva); Hugo Humberto Plácido da Silva (Hugo Humberto Plácido da Silva)

Published in

June 25, 2024

Abstract

Deformidades relacionadas com orientação são ocorrências comuns entre crianças, especialmente nas extremidades inferiores. Embora muitas deformidades congénitas se corrijam naturalmente ao longo do tempo, algumas persistem e podem exigir intervenção médica. Além disso, as deformidades podem surgir de outras causas, como traumas. Quando estas impactam a vida dos pacientes, a correção cirúrgica pode tornar-se necessária, sendo a osteotomia o procedimento corretivo primário. Garantir uma medição precisa do ângulo durante a correção cirúrgica das deformidades é crucial para obter resultados pós-operatórios desejados, no entanto, falta uma solução comercial ideal. Este trabalho apresenta o desenvolvimento e validação de um novo dispositivo médico destinado a responder a essa necessidade e melhorar a precisão das medições de ângulo intraoperatórias durante osteotomias. Utilizando uma abordagem de design iterativo dentro de um enquadramento de desenvolvimento de dispositivos médicos, foram desenvolvidos dois protótipos integrando tecnologia de Unidade de Medição Inercial (IMU) para medir ângulos relevantes. A validação em comparação com o método convencional do goniómetro revelou que o último protótipo do novo dispositivo oferece medições precisas comparáveis às técnicas manuais. Embora tenham sido identificadas limitações em áreas como o protocolo IMU-para-Segmento (I2S), design do dispositivo e interface do utilizador, o sistema desenvolvido demonstra precisão e usabilidade promissoras. Futuros trabalhos devem abordar as limitações e otimizar o design e a utilidade clínica do dispositivo. Em suma, este dispositivo representa um avanço significativo na medição de ângulos intraoperatórios durante osteotomias. Orientation-related deformities are a common occurrence among young children, especially on the lower extremities. While many congenital deformities naturally correct over time, some persist and may require medical intervention. Additionally, deformities can arise from other causes, such as trauma. When these deformities significantly impact patients’ lives, surgical correction may become necessary, and the primary corrective method procedure is the osteotomy. Ensuring precise angle measurement during surgical correction of orientation-related deformities is crucial for optimal postoperative outcomes, yet there is a lack of an ideal commercial solution. This work presents the development and validation of a novel medical device aimed at answering this need and enhance the precision of intraoperative angle measurements during osteotomy procedures. Leveraging an iterative design approach within a medical device development framework, two prototypes integrating Inertial Measurement Unit (IMU) technology were developed to measure relevant angles. Validation against the conventional goniometer method revealed that the final prototype of the novel device offers accurate measurements comparable to the manual techniques. While limitations in areas such as the IMU-to-Segment (I2S) protocol, device design, and user interface were identified, the developed system demonstrates promising accuracy, reliability, and usability. Ongoing refinement efforts and future research directions aim to address these limitations and further optimize the device’s design and clinical utility. Ultimately, this device represents a significant advancement in intraoperative angle measurement for osteotomies.