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Rev Bras Ortop (Sao Paulo)
Rev Bras Ortop (Sao Paulo)
10.1055/s-00042410
Revista Brasileira de Ortopedia
0102-3616
1982-4378
Thieme Revinter Publicações Ltda. Rua do Matoso 170, Rio de Janeiro, RJ, CEP 20270-135, Brazil

10.1055/s-0044-1786821
RBO-D-23-00271
Artigo Original
Ombro e Cotovelo
Comparison of Manual Two-dimensional and Automated Three-dimensional Methods of Assessing Shoulder Joint Morphology through Computed Tomography Images
http://orcid.org/0000-0002-5187-2787
Rocha Motta Filho Geraldo da 12
Amaral Marcus Vinícius 12
Cohen Márcio 1
Carvalho Marcio Schiefer de Sá 1
Fonseca Raphael Soares da 1
Oliveira Ana Carolina Leal de 3
1 Centro de Cirurgia de Ombro e Cotovelo, Instituto Nacional de Traumatologia e Ortopedia, Rio de Janeiro, RJ, Brasil
2 Divisão de Traumatologia e Ortopedia (DITRO), Instituto Nacional de Traumatologia e Ortopedia, Rio de Janeiro, RJ, Brasil
3 Divisão de Ensino e Pesquisa, Instituto Nacional de Traumatologia e Ortopedia, Rio de Janeiro, RJ, Brasil
Endereço para correspondência Geraldo da Rocha Motta Filho, MD, MSc Rua Raimundo de Magalhães 92, 22451-150, Rio de Janeiro, RJBrasilgeraldomotta@terra.com.br
08 7 2024
8 2024
1 7 2024
59 4 e590e598
22 9 2023
05 4 2024
The Author(s). This is an open access article published by Thieme under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License, permitting copying and reproduction so long as the original work is given appropriate credit ( https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ )
2024
The Author(s).
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
Objective  To evaluate the interobserver agreement in the measurement of anatomical parameters of the shoulder using manual methods of two-dimensional (2D) computed tomography (CT) unformatted in the plane of the scapula and to compare them with the automated measurement obtained through the Blueprint (Wright Medical, Memphis, TN, United States) software, which uses reconstructed three-dimensional (3D) images.

Methods  The present is a cross-sectional study in which 2D CT images of 38 patients with different diagnoses were used. The anatomical parameters were measured by the manual methods described by Friedman et al., the glenoid vault method, the Maurer et al. method, and shoulder subluxation according to Walch et al., by five independent qualified surgeons and compared with the parameters obtained through the Blueprint automated software.

Results  Significant differences were found between the manual measurement version obtained through the Friedman et al. method and the automated version. The mean values found for inclination did not show statistically significant differences among the methods. The mean value found for subluxation showed significant differences between the average observed in the analyses performed by the automated method and those performed by the surgeons.

Conclusion  The manual measurements of glenoid version and inclination performed by experienced surgeons are effective, and the vault method is superior to the Friedman et al. method in the analysis of severe glenoid deformities.

Suporte Financeiro Os autores declaram não ter recebido qualquer suporte financeiro de fontes públicas, comerciais ou sem fins lucrativos para a realização deste estudo. Financial Support The authors declare that they have received no financial support from agencies in the public, private, or non-profit sectors to conduct the present study.
==== Body
pmcIntroduction

Correction of joint deformities in the glenoid is essential to perform shoulder arthroplasty, and it can directly impact the functional result and survival of the implant. 1 Therefore, preoperative planning is essential for the successful performance of total shoulder arthroplasty. 1 2 3 4

Traditionally, the assessment of glenoid morphology is performed using angular measurements on two-dimensional (2D) computed tomography (CT) images, which have demonstrated low accuracy and inter- and intraobserver agreements. 5 The use of three-dimensional (3D) CT images has shown limited improvements as the reconstruction of the scapula plane requires reformatting and processing of 2D images. 6 7

Thus, the emergence of three-dimensional (3D) CT images associated with the development of automated computer software is intended to control the limitations and inaccuracies of manual methods and the reformatting of CT slices in the scapular plane. 8 9 10 11

Therefore, the aim of the present study was to evaluate the interobserver agreement in the measurement of anatomical parameters of the shoulder using manual methods from 2D CT unformatted in the plane of the scapula and to compare them with automated measurement that uses reconstructed 3D images.

Materials and Methods

Selection of Cases

After approval by the institutional Ethics in Research Committee (under no. 35243920.4.0000.5273), a study was carried out to evaluate the CT images of the shoulder joint in patients of both sexes, older than 18 years of age, diagnosed with osteoarthritis.

In total, 38 CT scans were randomly selected from exams performed for patients at the institution from January 2015 to December 2019. All CT exams were performed using the same device (model Brilliance, Philips, Amsterdam, Netherlands), with 64 channels, with the patient in the supine position.

The inclusion criteria were CT scans that had triplanar, coronal, sagittal, and axial sections, with a minimum section thickness of 1 mm, in which the entire scapula was visualized and were processed by the automated surgical planning software selected for the experiment. Images of patients who had undergone previous surgery in the shoulder and who had artifacts on CT images were excluded, such as the presence of a metallic implant or other anatomical changes that could affect the segmental processing by the automated software.

Manual Measurement

The 2D CT images that were not formatted in the scapula plane were used for the manual measurement of the version, according to the Friedman et al. 12 ( Fig. 1 ) and glenoid vault methods, described by Matsumara et al. 13 ( Fig. 2 ), and of the glenoid inclination using the Maurer et al. 14 ( Fig. 3 ) method in addition to the measurement of the percentage of humeral head subluxation according to Walch et al. 4 ( Fig. 4 ).

These measurements were performed independently by five orthopedists specialized in shoulder surgery using the RadiAnt DICOM Viewer software (Medixant, Poznan, Poland). 15 The observers were uniformly instructed, as described below, to standardize the measurements. All observers were blinded to each other's results.

Fig. 1 Friedman et al. 12 method to evaluate the glenoid version. We used the fourth cut distal to the last cut in which the tip of the coracoid process was visualized in the axial plane. The glenoid version was determined by the angle, as shown: ( A ) Friedman et al. 12 line, ( B ) glenoid line, and ( C ) line perpendicular to the scapular axis. A positive value of the glenoid version angle was interpreted as anteversion, while a negative value was interpreted as retroversion.

Fig. 2 The vault method for the measurement of the version, which was defined in the axial section as a triangle composed of the anterior and posterior walls of the scapula neck and the glenoid articular surface. The angle is determined by the lines: ( A ) vault axis, ( B ) glenoid line, and ( C ) line perpendicular to the vault axis.

Fig. 3 Maurer et al. 14 method for the measurement of the glenoid inclination, which was performed in the oblique coronal plane of the computed tomography scan, and the slice that best captured the floor of the supraspinatus fossa was selected. ( A ) Line tangent to the anterior and posterior edges of the glenoid, ( B ) supraspinatus fossa line, and ( C ) line perpendicular to line B determining the glenoid inclination.

Fig. 4 Walch et al. 4 method to determine humeral head subluxation. ( A ) Line tangent to the anterior and posterior edges of the glenoid, ( B ) line perpendicular to the face of the glenoid at its midpoint, ( C ) line parallel to line A, dividing the middle third of the humeral head, and ( D ) part of the humeral head posterior to the center of the glenoid. Subluxation index = D/C.

Automated Measurement

The automated measurement used the CT images in the Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) format that were processed by the Blueprint 9 (Wright Medical, Memphis, TN, United States) software. The software performs an automatic segmentation process, determines the scapula and glenoid planes, and then performs measurements, providing the version and inclination values, in addition to the percentage of subluxation of the humeral head ( Fig. 5 ).

Fig. 5 Initial screen of the Blueprint software showing the values of the glenoid version and inclination, and humeral head subluxation.

Statistical Analysis

The interclass correlation coefficient (ICC) was calculated to determine the variability in the manual measurements among surgeons.

For the descriptive statistics, data were presented as mean, standard deviation, maximum, and minimum values. The comparison of the measurements obtained by the different methods of evaluating the version was performed using the Friedman et al. 12 test, followed by the Dunn posttest. The comparison between the measurements of inclination and subluxation by manual and automated methods was performed using the Wilcoxon test. The cases were categorized according to the severity of the version and inclination, using intervals of 0 to 10°, and > 10° when indicated. Those intervals were chosen based on studies that have shown that the normal glenoid version is close to 0°, sometimes with slight anteversion but more often slight retroversion with values typically lower than 10° in either direction, 16 and that the normal intrinsic glenoid inclination angle is generally between 0 and 10°. 17 All analyses were performed using the IBM SPSS Statistics for Windows (IBM Corp., Armonk, NY, United States) software, version 21.0.

Results

The present study included 38 cases, 17 of which were diagnosed with cuff tear arthropathy, and 21, with osteoarthritis.

The ICC for the manual measurements is described in Table 1 . The mean version values obtained by the Friedman et al., 12 vault, and automated methods are presented in Table 2 . The vault method was similar to the automated method ( p  > 0.99), while the Friedman et al. 12 method tended to underestimate this measure, both in relation to the automated and vault methods ( p  = 0.003) ( Table 2 ).

Table 1 Interclass correlation coefficients for version, by the Friedman et al. 12 and vault methods, inclination, and subluxation

Variables	ICC	Inferior confidence interval	Superior confidence interval	
Version according to the Friedman et al. 12 method	0.847	0.751	0.913	
Version according to the vault method	0.845	0.744	0.931	
Inclination	0.890	0.821	0.938	
Subluxation	0.840	0.712	0.917	

Table 2 Version measurement

	Blueprint	Friedman et al. 12	Vault	
Version (mean ± standard deviation)	10.45° ± 7.1° a	8.07° ± 6.1° a, b	10.42° ± 6.2° b	
Average difference
(95% confidence interval)	–	2.37° (0.79–3.9°)	0.023° (−1.8–1.9°)	
Maximum difference		11°	13.64°	
Notes: a p  = 0.0059, Friedman et al. 12 test, Dunn posttest; b p  = 0.0005, Friedman et al. 12 test, Dunn posttest.

The differences between the version measurements made by Blueprint and the Friedman et al. 12 method were lower than 5° in 23 cases (60.5%), between 5 and 10° in 14 cases (36.8%), and greater than 10° in 1 case (2.6%). Such proportions were similar to those found in the comparison between Blueprint and the vault method: 22 cases (57.8%), 13 cases (34.2%), and 3 cases (7.8%), respectively ( p  = 0.57) ( Table 3 ).

Table 3 Number of cases in which the mean obtained by measurements using manual methods differed from automated measurements, stratified by degrees of difference

	Friedman et al. 12	Vault	
Difference < 5° in relation to the Blueprint software: n (%)	23 (60.5%)	21 (57.8%)	
Difference of 5–10° in relation
to the Blueprint software: n (%)	14 (36.8%)	13 (34.2%)	
Difference > 10° in relation to
the Blueprint software: n (%)	1 (2.6%)	3 (7.8%)	
Notes: Chi-squared test; p  = 0.57.

Inclination showed no statistical difference between the automated and manual methods (11.85° ± 9.8° versus 11.24° ± 5.44°; p  = 0.377) ( Table 4 ). Subluxation measurements resulted in higher values in the automated method in comparison to the manual one (60.08° ± 14.72° versus 48.47° ± 7.67°; p  < 0.0001) ( Table 4 ).

Table 4 Measurement of inclination and subluxation

	Blueprint	Manual	p	
Inclination (mean ± standard deviation)	11.85° ± 9.8°	11.24° ± 5.44°	0.377	
Subluxation (mean ± standard deviation)	60.08° ± 14.72°	48.47° ± 7.67°	< 0.0001	
Note: Wilcoxon Test.

Cases were categorized considering those presenting a glenoid inclination within the normal range (−10 to +10°) and those with anatomical variation of this parameter. For cases within the normal range, the vault method resulted in significantly higher values than the automated ( p  = 0.04) and the Friedman et al. 12 methods ( p  = 0.0004). Interestingly, for cases with a version higher than 10°, the mean version obtained with the automated method was significantly higher than that obtained with Friedman et al. 12 method ( p  = 0,001), but similar to that obtained with vault method ( p  = 0.13). The mean values for subluxation obtained with the automated method were significantly higher than those obtained with the manual method in both subgroups evaluated ( Table 5 ).

Table 5 Comparison regarding the mean version, inclination, and subluxation using the automated and manual methods, categorized by version measured by the automated method

Version (°)		Parameter		p -value	
Version (°): mean ± standard deviation	
	Blueprint	Friedman et al. 12	Vault		
0–10 (n = 21)	5.6 ± 2.8 a	5.4 ± 4.0 b	7.7 ± 3.9 a, b	0.01*	
> 10 (n = 17)	16.3 ± 6.5 c	11.3 ± 6.9 c	13.7 ± 7.0	0.0061*	
Inclination (°): mean ± standard deviation	
	Blueprint	Manual		
0–10 (n = 21)	11.5 ± 11.5	10.9 ± 6.0	0.7 #	
> 10 (n = 17)	10.8 ± 5.0	11.4 ± 4.8	0.5 #	
Subluxation (°): mean ± standard deviation	
	Blueprint	Manual		
0–10 (n = 21)	51.3 ± 10.4	45.7 ± 7.2	0.005 #	
> 10 (n = 17)	69.8 ± 12.5	52.0 ± 7.1	< 0.0001 #	
Notes: *One-way analysis of variance (ANOVA); a p  = 0.04; b p  = 0.0004; c p  = 0.001; Tukey multiple comparisons test; # t -test.

The cases were then categorized considering inclination, measured by the automated method. For cases with inclination within the normal range, the mean version obtained with the vault method was significantly higher than that obtained with the Friedman et al. 12 method ( p  = 0.1), with no differences between the automated and the manual methods. For cases with inclination higher than 10°, the mean version was significantly underestimated by the Friedman et al. 12 in comparison to the automated ( p  = 0.002) and the vault methods ( p  = 0.007).

In cases within the normal range of inclination, this parameter was overestimated by the manual method in comparison to the automated one ( p  = 0.001). Regarding subluxation, the mean values obtained with automated method were significantly higher than those obtained with the manual method in both subgroups evaluated ( Table 6 ).

Table 6 Comparison regarding the mean of the inclination using the automated and manual methods, categorized by the severity of the inclination measured by the automated method

Inclination (°)		Parameter		p -value	
Version (°): mean ± standard deviation	
	Blueprint	Friedman et al. 12	Vault		
0–10 (n = 21)	8.9 ± 6.4	8.3 ± 6.2 a	10.9 ± 7.3 a	0.03*	
> 10 (n = 17)	12.3 ± 7.8 b	7.7 ± 6.3 b,c	9.7 ± 4.8 c	0.003*	
Inclination (°): mean ± standard deviation	
	Blueprint	Manual		
0–10 (n = 21)	5.9 ± 2.9	8.7 ± 3.8	0.001 #	
> 10 (n = 17)	17.6 ± 9.9	14.0 ± 5.8	0.1 #	
Subluxation (°): mean ± standard deviation	
	Blueprint	Manual		
0–10 (n = 21)	60.33 ± 15.0	49.9 ± 6.8	0.0001 #	
>10 (n = 17)	58.7 ± 14.5	46.8 ± 8.6	0.000 #	
Notes: *One-way analysis of variance (ANOVA); a p  = 0.01; b p  = 0.002; c p  = 0.007; Tukey multiple comparisons test; # t -test.

Discussion

The success of shoulder arthroplasty depends on the proper positioning of the implant. 1 The surgeon's ability to identify morphological changes in the glenoid, especially regarding the version and inclination, is extremely important, as it avoids misplacements that compromise the survival of the procedure. 2 4 7

However, manual 2D methods to define glenoid morphology present limitations and inaccuracies because of the difficulty in segmenting CT images in the anatomical plane of the scapula. The discrepancies motivated the development of automated programs for preoperative planning, whose use has become increasingly frequent in an effort to improve the understanding of the anatomy and the subsequent positioning and fixation of the prosthetic components. 8 9 However, its routine use still does not occur in the practice of most surgeons who perform shoulder arthroplasties. 8 18 19 20 Moreover, there are controversies regarding the accuracy of these methods and the ideal placement of the implants. 21 22 23 24 25

In the clinical practice at low- and middle-income countries, 2D CT images unformatted in the plane of the scapula are broadly used, which, despite representing a limitation, is a reality. In the present study, manual measurements of the version, by both the Friedman et al. 12 and vault methods, as well as inclination and subluxation, showed a good ICC. Interestingly, other studies 5 6 9 10 have shown that the version of the glenoid measured on 2D CT images presents significant interobserver variability due to the variation in the coronal and sagittal rotation of the scapula in relation to the patient's position on the examination table. However, in the present study, we obtained a good ICC, which we attribute to the fact that all evaluators are shoulder surgeons with more than five years of training and with experience in performing shoulder arthroplasties.

In the present study, the mean glenoid version measured through the automated method was similar to that obtained through the vault method. However, the version measured by the Friedman et al. 12 method was lower than that obtained by the automated and vault methods. Still, based on the comparisons of the versions, only 1 case showed a difference greater than 10° when comparing the Friedman et al. 12 method with the automated method. Therefore, it was shown that the Friedman et al. 12 method is less accurate than the vault method when the automated method was used as a standard. In 2014, Matsumara et al. 13 compared the measurement of the version by the Friedman et al. 12 and vault methods and, similarly, stated that both methods present good interobserver agreement, but that the vault method enables an easier measurement, since it does not depend on the anatomical variations of the body of the scapula or its inclusion in the exam. 11 13 15 23

Remarkably, using the automated method as a standard, in cases in which the version was within the normal range, we did not observe significative differences between the automated and Friedman et al. 12 methods; however, in cases in which the version was out of the normal range (> 10°), the mean version obtained by the Friedman et al. 12 method was significantly lower than that obtained by the automated method. Altogether, these results enable us to conclude that the use of version measurement by the automated method is more important in cases in which deformities on the glenoid surface are more severe, possibly influencing the clinical practice, both in the correction of the version and in the correct positioning of the implant. This finding is compatible with that found in the literature, in which Chalmers et al. 26 demonstrated that, in deformities classified as B2 using the morphological classification proposed by Walch et al., 4 the measurement of the version by CT images is superior. 26 27

In a recent study, Reid et al. 28 found results similar to ours, showing that the measurement of the version in 2D CT scans, using the Friedman et al. 12 method, presents both high intra- and interclass correlation rates. On the other hand, this study 28 also found significant differences between measurements using manual and automated methods. However, when the cases were categorized according to version severity, the authors 28 did not find differences between the methods in the different subgroups evaluated, suggesting that the version magnitude does not influence the differences between the methods. This result contrasts with the findings of the present study, as we found that the manual method underestimated glenoid inclination, in comparison to automated method, in cases with a version greater than 10°. The different version ranges used to stratify the cases and the different diagnosis included in our series may explain these differences.

Glenoid inclination presented similar values when assessed by the manual or automated methods. Iannotti et al., 21 regarding inclination measurements on formatted CT scans, observed that there were no differences from those obtained with the automated method. In relation to unformatted images, an expressive difference was found. In 94% of the cases, the difference in inclination between the unformatted and the formatted images was greater than 5°, again a value with significance in the clinical practice. 21 In our series, when the cases were categorized according to severity of the inclination, differences were found in the measurement of mild cases (0–10° of inclination), in which the manual method resulted in a mean that was significantly higher than that obtained by the automated method ( p  = 0.001). In a study published in 2020, Choi et al. 29 compared inclination measured by automated and 2D methods and found that the 3D method resulted in measurements that were significatively lower than those obtained with the 2D method. Although the authors 29 did not perform a subgroup analysis, the data evaluated presented mean values for version and inclination compatible with the cases included in the subgroup of mild cases of the present study.

In relation to subluxation, significant differences were found between the manual and automated methods. Other studies 30 have already reported an error intrinsic to the measurement of subluxation using the Walch et al. 4 method. The subluxation index, described by Walch et al., 4 is measured on a CT transverse cut. The scapular body has an inclination compared to the body of the patient in whom the CT cross-sections are aligned, which leads to errors in the 2D CT measurements. 5 10 11 26 27 30 Jacxsens et al. 30 concluded that measurements based on shoulders reconstructed in 3D seem to be more appropriate, as they reconstruct the bone anatomy regardless of the patient's orientation at the time of the exam, and could be, therefore, another more reliable measurement than the 2D one, which is underestimated.

An interesting finding of the present study was that the differences between the subluxation measurements obtained by the automated and manual methods tended to increase with the severity of the version, suggesting that the greater the version angle, the more the manual method underestimates the measurement of the subluxation, when the automated method is used as the default. Further studies are needed to assess the clinical impact of such a finding, once it can directly impact on surgical planning.

Chalmers et al. 26 evaluated the glenoid version and inclination and humeral head subluxation values using corrected and uncorrected CT scans, and compared these measurements with the values provided by the Blueprint software. They 26 concluded that the orientation of the slices of CT scans formatted in the plane of the scapula presented a decrease in retroversion measurements compared to unformatted CT scans. On the other hand, the authors 26 verified that there are no differences between unformatted CT scans and the values of automated programs. In 48% of the cases, the difference between the uncorrected and corrected versions was greater than 5°, which is considered significant in the clinical practice. 21 These findings are similar to the results obtained in our series.

Shukla et al. 23 used the same automated program used in the present study and found similar results between the manual and automated methods for the measurements of version and inclination, but with an important difference in the percentage measurements of subluxation of the humeral head. Thus, like these authors, 23 we believe that measuring the percentage of subluxation is essential in the preoperative planning of shoulder arthroplasty, and that such variability in the values of this parameter between the manual and automated methods should be taken into consideration, since the percentage of posterior head subluxation is a radiographic criterion that influences the surgical technique to be used and the selection of implants and manual measurements of this parameter are underestimated by the manual method.

As a limitation of the present study, we used a single automated preoperative planning program. We understand that these programs present a variability of measurements among them, since they use different anatomical parameters to format the images.

Conclusion

The manual method is effective in measuring the glenoid version and inclination when performed by experienced surgeons, and the vault method is more accurate than the Friedman et al. 12 method in patients with glenoids with greater deformities. However, the measurement of the percentage of posterior subluxation of the humeral head presents a great discrepancy between the manual and automated methods. Such differences underscore the need for further studies that aim to assess the impact of such differences on the outcome of procedures, since several uncertainties exist regarding the accuracy of manual and automated methods and the selection and correct positioning of the implants.

Comparação de métodos bidimensionais manuais e tridimensionais automatizados de avaliação da morfologia da articulação do ombro por imagens de tomografia computadorizada
Resumo

Objetivo  Avaliar a concordância interobservador na medida dos parâmetros anatômicos do ombro utilizando métodos manuais de tomografia computadorizada (TC) bidimensional (2D) não formatada no plano da escápula e compará-los à medida automatizada obtida com o programa Blueprint (Wright Medical, Memphis, TN, Estados Unidos), que utiliza imagens tridimensionais (3D) reconstruídas.

Métodos  Este é um estudo transversal com a utilização de imagens de TC 2D de 38 pacientes com diferentes diagnósticos. Os parâmetros anatômicos foram medidos por métodos manuais - versão, método de Friedman et al., e método do vault; inclinação, por método de Maurer et al., e subluxação do ombro segundo Walch et al. As mensurações foram realizadas por cinco cirurgiões qualificados e independentes, e comparados aos parâmetros obtidos pelo programa automatizado Blueprint.

Resultados  Foram observadas diferenças significativas entre a versão de medida manual obtida pelo método de Friedman et al. e a versão automatizada. Os valores médios de inclinação não apresentaram diferenças estatisticamente significativas entre os métodos. A média observada de subluxação teve diferenças significativas entre as análises realizadas pelo método automatizado e pelos cirurgiões.

Conclusão  As medidas manuais de versão e inclinação da glenoide realizadas por cirurgiões experientes são eficazes, e o método da abóbada é superior ao de Friedman et al. na análise de deformidades glenoidais graves.

Palavras-chave

artroplastia
substituição do ombro
tomografia computadorizada por raios X
Introdução

A correção das deformidades articulares da glenoide é essencial para a realização da artroplastia do ombro, e pode influenciar diretamente o resultado funcional e a sobrevida do implante. 1 Portanto, o planejamento pré-operatório é essencial para o sucesso da artroplastia total do ombro. 1 2 3 4

Tradicionalmente, a avaliação da morfologia da glenoide é realizada por meio de medidas angulares em imagens bidimensionais (2D) de tomografia computadorizada (TC), que demonstraram baixa precisão e concordância inter e intraobservador. 5 O uso de imagens tridimensionais de TC (3D) para atenuar as imprecisões atribuídas ao 2D 6 7 não se mostrou eficaz, pois a correta reconstrução do plano da escápula requer reformatação e processamento manual ou semiautomático das imagens 2D. 6 7

Assim, o surgimento de imagens tomográficas 3D associadas ao desenvolvimento de programas de computador automatizados tem como objetivo controlar as limitações e imprecisões dos métodos manuais e a reformatação dos cortes tomográficos no plano escapular. 8 9 10 11

Portanto, o objetivo deste estudo foi avaliar a concordância interobservador da mensuração dos parâmetros anatômicos do ombro utilizando métodos manuais de TC 2D sem formatação no plano da escápula e compará-los à medida automatizada que utiliza imagens 3D reconstruídas.

Materiais e Métodos

Seleção de Casos

Após a aprovação pelo Comitê de Ética em Pesquisa institucional (n° 35243920.4.0000.5273), o estudo avaliou as imagens tomográficas da articulação do ombro de pacientes de ambos os sexos, maiores de 18 anos, com diagnóstico de osteoartrite.

Ao todo, 38 TCs foram selecionadas aleatoriamente dentre exames realizados em pacientes da instituição de janeiro de 2015 a dezembro de 2019. Todos os exames de TC foram realizados no mesmo equipamento (modelo Brilliance, Philips, Amsterdã, Holanda), com 64 canais e o paciente em decúbito dorsal.

Os critérios de inclusão foram TCs com cortes triplanar, coronal, sagital e axial, espessura mínima de corte de 1 mm, visualização de toda a escápula e processamento pelo programa automatizado de planejamento cirúrgico escolhido para o experimento. Foram excluídas imagens de pacientes submetidos a cirurgia prévia no ombro e que apresentavam artefatos nas imagens tomográficas, como presença de implante metálico ou outras alterações anatômicas que pudessem afetar o processamento segmentar pelo programa automatizado.

Medida Manual

As imagens tomográficas 2D não formatadas no plano da escápula foram utilizadas para a medida manual da versão segundo os métodos de Friedman et al. 12 ( Fig. 1 ) e de vault, descrito por Matsumara et al. 13 ( Fig. 2 ), e de inclinaç ão da glenoide pelo método de Maurer et al. 14 ( Fig. 3 ). Além disso, também medimos o percentual de subluxaç ão da cabeça do úmero de acordo com Walch et al. 4 ( Fig. 4 ).

Essas medidas foram realizadas de forma independente por cinco ortopedistas especializados em cirurgia do ombro, utilizando o programa RadiAnt DICOM Viewer (Medixant, Poznan, Polônia). 15 Os observadores foram instruídos uniformemente, conforme descrito a seguir, para a padronização das medidas. Todos os observadores desconheciam os resultados uns dos outros.

Fig. 1 Método de Friedman et al. 12 para a avaliação da versão glenoidal. Foi utilizado o quarto corte distal ao último corte, em que foi visualizada a ponta do processo coracoide no plano axial. A versão glenoidal foi determinada pelo ângulo da seguinte forma: ( A ) linha de Friedman et al., 12 ( B ) linha glenoidal e ( C ) linha perpendicular ao eixo escapular. O valor positivo do ângulo de versão da glenoide foi interpretado como anteversão, ao passo que o valor negativo foi interpretado como retroversão.

Fig. 2 Método de vault para a medida de versão, que foi definida no corte axial como um triângulo composto pelas paredes anterior e posterior do colo da escápula e pela superfície articular da glenoide. O ângulo é determinado pelas seguintes linhas: ( A ) eixo de vault , ( B ) linha glenoidal e ( C ) linha perpendicular ao eixo de vault .

Fig. 3 Método de Maurer et al. 14 para a medida da inclinação da glenoide, que foi feita no plano coronal oblíquo da tomografia computadorizada, e o corte que capturou de forma melhor o assoalho da fossa supraespinhal foi selecionado. ( A ) Linha tangente às bordas anterior e posterior da glenoide, ( B ) linha da fossa supraespinhal e ( C ) linha perpendicular à linha B determinando a inclinação da glenoide.

Fig. 4 Método de Walch et al. 4 para a determinação da subluxação da cabeça do úmero. ( A ) Linha tangente às bordas anterior e posterior da glenoide, ( B ) linha perpendicular à face da glenoide em seu ponto médio, ( C ) linha paralela à linha A, dividindo o terço médio da cabeça do úmero, e ( D ) parte da cabeça do úmero posterior ao centro da glenoide. Índice de subluxação = D/C.

Medida Automatizada

A medida automatizada utilizou imagens de TC no formato Comunicação de Imagens Digitais em Medicina (Digital Imaging and Communications in Medicine, DICOM, em inglês) processadas pelo programa Blueprint 9 (Wright Medical, Memphis, TN, Estados Unidos). O programa realiza um processo automático de segmentação, determina os planos da escápula e da glenoide e, em seguida, determina as medidas, fornecendo os valores de versão e inclinação, além do percentual de subluxação da cabeça do úmero ( Fig. 5 ).

Fig. 5 Tela inicial do programa Blueprint com os valores da versão e da inclinação da glenoide e da subluxação da cabeça do úmero.

Análise Estatística

O coeficiente de correlação interclasse (CCI) foi calculado para determinar a variabilidade das medidas manuais entre os cirurgiões.

Na estatística descritiva, os dados foram apresentados como médias, desvios padrão, valor máximo e valor mínimo. A comparação das medidas obtidas pelos diferentes métodos de avaliação da versão usou o teste de Friedman et al., 12 seguido do pós-teste de Dunn. A comparação entre as medidas de inclinação e subluxação pelos métodos manual e automatizado foi realizada por meio do teste de Wilcoxon. Os casos foram categorizados de acordo com a gravidade da versão e da inclinação, utilizando intervalos de 0 a 10° e > 10° quando indicado. Esses intervalos foram escolhidos com base em estudos que mostraram que a versão normal da glenoide é próxima de 0°, às vezes com leve anteversão, mas, com maior frequência, retroversão com valores tipicamente abaixo de 10°, 16 e que o ângulo de inclinação intrínseco normal da glenoide geralmente é de 0 a 10°. 17 Todas as análises foram realizadas no programa IBM SPSS Statistics for Windows (IBM Corp., Armonk, NY, Estados Unidos), versão 21.0.

Resultados

O estudo incluiu 38 casos, 17 dos quais receberam o diagnóstico de artropatia do manguito e 21, de osteoartrite.

O CCI das medidas manuais está descrito na Tabela 1 . Os valores médios de versão obtidos pelos métodos de Friedman et al., 12 de vault e automatizado são apresentados na Tabela 2 . O método de vault foi similar ao método automatizado ( p  > 0,99), ao passo que o de Friedman et al. 12 tendeu a subestimar essa medida tanto em relação ao método automatizado quanto ao método de vault ( p  = 0,003) ( Tabela 2 ).

Tabela 1 Coeficientes de correlação interclasse (CCIs) de versão segundo os métodos de Friedman et al. 12 e da abóbada, inclinação e subluxação

Variáveis	CCI	Intervalo de confiança inferior	Intervalo de confiança superior	
Versão segundo o método de Friedman et al. 12	0,847	0,751	0,913	
Versão segundo o método da abóbada	0,845	0,744	0,931	
Inclinação	0,890	0,821	0,938	
Subluxação	0,840	0,712	0,917	

Tabela 2 Medidas de versão

	Blueprint	Friedman et al. 12	Vault	
Versão (média ± desvio padrão)	10,45° ± 7,1° a	8,07 ± 6,1° a, b	10,42 ± 6,2° b	
Diferença média
(intervalo de confiança de 95%)	–	2,37° (0,79–3,9°)	0,023 (−1,8–1,9°)	
Diferença máxima		11°	13,64°	
Notas: a p  = 0,0059, teste de Friedman et al., 12 pós-teste de Dunn; b p  = 0,0005, teste de Friedman et al., 12 pós-teste de Dunn.

As diferenças entre as medidas da versão feitas pelo Blueprint e pelo método de Friedman et al. 12 foram menores do que 5° em 23 casos (60,5%), entre 5 e 10° em 14 casos (36,8%) e maiores do que 10° em 1 caso (2,6%). Tais proporções foram semelhantes às encontradas na comparação entre o Blueprint e o método de vault : 22 (57,8%), 13 (34,2%) e 3 casos (7,8%), respectivamente ( p  = 0,57) ( Tabela 3 ).

Tabela 3 Número de casos em que a média obtida pelas medidas por métodos manuais diferiu das medidas automatizadas, estratificadas por graus de diferença

	Friedman et al. 12	Vault	
Diferença < 5° em relação ao programa Blueprint: n (%)	23 (60,5%)	21 (57,8%)	
Diferença entre 5 e 10° em relação ao programa Blueprint: n (%)	14 (36,8%)	13 (34,2%)	
Diferença > 10° em relação ao programa Blueprint: n (%)	1 (2,6%)	3 (7,8%)	
Notas: Teste do qui-quadrado; p  = 0,57.

A inclinação não apresentou diferença estatística entre os métodos automatizado e manual (11,85° ± 9,8° versus 11,24° ± 5,44°; p  = 0,377) ( Tabela 4 ). As medidas de subluxação resultaram em valores maiores no método automatizado em comparação ao manual (60,08° ± 14,72° versus 48,47° ± 7,67°; p  < 0,0001) ( Tabela 4 ).

Tabela 4 Medidas de inclinação e subluxação

	Blueprint	Manual	p	
Inclinação (média ± desvio padrão)	11,85° ± 9,8°	11,24° ± 5,44°	0,377	
Subluxação (média ± desvio padrão)	60,08° ± 14,72°	48,47° ± 7,67°	< 0,0001	
Nota: Teste de Wilcoxon.

Os casos foram categorizados de acordo com a inclinação da glenoide dentro variação anatômica deste parâmetro ( de 10 a þ10° ). Nos casos dentro da normalidade, o método de vault gerou valores significativamente maiores do que os do método automatizado ( p  = 0,04) e do método de Friedman et al. 12 ( p  = 0,0004). Curiosamente, nos casos com versão superior a 10°, a versão média obtida com o método automatizado foi significativamente superior àquela determinada pelo método de Friedman et al. 12 ( p  = 0,001), mas semelhante à obtida com o método de vault ( p  = 0,13). Os valores médios de subluxação determinados pelo método automatizado foram significativamente maiores do que aqueles observados com o método manual em ambos os subgrupos avaliados ( Tabela 5 ).

Tabela 5 Comparação entre a versão média, a inclinação e a subluxação pelos métodos automatizado e manual e categorizada pela versão medida pelo método automatizado

Versão (°)		Parâmetro		Valor de p	
Versão (°): média ± desvio padrão	
	Blueprint	Friedman et al. 12	Vault		
0–10 (n = 21)	5,6 ± 2,8 a	5,4 ± 4,0 b	7,7 ± 3,9 a, b	0,01*	
> 10 (n = 17)	16,3 ± 6,5 c	11,3 ± 6,9 c	13,7 ± 7,0	0,0061*	
Inclinação (°): média ± desvio padrão	
	Blueprint	Manual		
0–10 (n = 21)	11,5 ± 11,5	10,9 ± 6,0	0,7 #	
> 10 (n = 17)	10,8 ± 5,0	11,4 ± 4,8	0,5 #	
Subluxação (°): média ± desvio padrão	
	Blueprint	Manual		
0–10 (n = 21)	51,3 ± 10,4	45,7 ± 7,2	0,005 #	
>10 (n = 17)	69,8 ± 12,5	52,0 ± 7,1	< 0,0001 #	
Notas: *Análise de variância ( analysis of variance , ANOVA, em inglês) unidirecional; a p  = 0,04; b p  = 0,0004; c p  = 0,001; teste de comparações múltiplas de Tukey; # teste t .

Os casos foram então categorizados considerando-se a inclinação medida pelo método automatizado. Nos casos com inclinação dentro da normalidade, a versão média obtida pelo método de vault foi significativamente superior àquela determinada pelo método de Friedman et al. 12 ( p  = 0,1), sem diferenças entre o método automatizado e o manual. Nos casos com inclinação superior a 10°, a versão média foi significativamente subestimada pelo método de Friedman et al. 12 em comparação ao método automatizado ( p  = 0,002) e ao método da abóbada ( p  = 0,007).

Nos casos com inclinação dentro da normalidade, esse parâmetro foi superestimado pelo método manual em comparação ao automatizado ( p  = 0,001). Em relação à subluxação, os valores médios obtidos pelo método automatizado foram significativamente maiores do que aqueles observados com o método manual em ambos os subgrupos avaliados ( Tabela 6 ).

Tabela 6 Comparação entre a média da inclinação pelos métodos automatizado e manual e categorizada pela gravidade da inclinação medida pelo método automatizado

Inclinação (°)		Parâmetro		Valor de p	
Versão (°): média ± desvio padrão	
	Blueprint	Friedman et al. 12	Vault		
0–10 (n = 21)	8,9 ± 6,4	8,3 ± 6,2 a	10,9 ± 7,3 a	0,03*	
> 10 (n = 17)	12,3 ± 7,8 b	7,7 ± 6,3 b,c	9,7 ± 4,8 c	0,003*	
Inclinação (°): média ± desvio padrão	
	Blueprint	Manual		
0–10 (n = 21)	5,9 ± 2,9	8,7 ± 3,8	0,001 #	
> 10 (n = 17)	17,6 ± 9,9	14,0 ± 5,8	0,1 #	
Subluxação (°): média ± desvio padrão	
	Blueprint	Manual		
0–10 (n = 21)	60,33 ± 15,0	49,9 ± 6,8	0,0001 #	
> 10 (n =17)	58,7 ± 14,5	46,8 ± 8,6	0,0008 #	
Notas: *Análise de variância ( analysis of variance , ANOVA, em inglês) unidirecional; a p  = 0,01; b p  = 0,002; c p  = 0;007; teste de comparações múltiplas de Tukey; # teste t .

Discussão

O sucesso da artroplastia do ombro depende do posicionamento adequado do implante. 1 A habilidade do cirurgião em identificar alterações morfológicas na glenoide, principalmente quanto à versão e à inclinação, é de extrema importância, pois evita deslocamentos que comprometem a sobrevida do procedimento. 2 4 7

Entretanto, os métodos manuais 2D para a definição da morfologia da glenoide apresentam limitações e imprecisões devido à dificuldade de segmentação das imagens tomográficas no plano anatômico da escápula. As discrepâncias motivaram o desenvolvimento de programas automatizados para o planejamento pré-operatório, cuja utilização tem se tornado cada vez mais frequente para melhorar o entendimento da anatomia, o posicionamento e a fixação dos componentes protéticos. 8 9 Porém, seu uso rotineiro ainda não ocorre na prática da maioria dos cirurgiões que realizam artroplastias de ombro. 8 18 19 20 Além disso, existem controvérsias quanto à precisão desses métodos e ao posicionamento ideal dos implantes. 21 22 23 24 25

Na prática clínica de países de rendas baixa e média, imagens de TC 2D não formatadas no plano da escápula são amplamente utilizadas, o que, apesar de ser uma limitação, é uma realidade. No presente estudo, as medidas manuais da versão, tanto pelos métodos de Friedman et al. 12 quanto de vault , da inclinação e da subluxação apresentaram bom CCI. Curiosamente, outros estudos 5 6 9 10 demonstraram que a versão da glenoide medida em imagens de TC 2D apresenta significativa variabilidade interobservador devido à variação na rotação coronal e sagital da escápula em relação à posição do paciente na mesa de exame. No entanto, o presente estudo obteve um bom CCI, o que atribuímos ao fato de todos os avaliadores serem cirurgiões de ombro com mais de cinco anos de formação e experiência em artroplastias desta articulação.

No presente estudo, a versão média da glenoide medida pelo método automatizado foi semelhante à obtida pelo método de vault . Porém, a versão medida pelo método de Friedman foi inferior à obtida pelos métodos automatizado e de vault . Ainda assim, com base nas comparações das versões, apenas 1 caso apresentou diferença superior a 10° entre o método de Friedman et al. 12 e o automatizado. Portanto, demonstramos que o método de Friedman et al. 12 é menos preciso do que o de vault ao considerarmos o método automatizado como padrão. Em 2014, Matsumara et al. 13 compararam a medida da versão pelos métodos de Friedman et al. 12 e de vault e, da mesma forma, afirmaram que ambos os métodos apresentam boa concordância interobservador, mas que o método de vault facilita a medida, pois não depende das variações anatômicas do corpo da escápula ou de sua inclusão no exame. 11 13 15 23

Notavelmente, ao usar o método automatizado como padrão nos casos em que a versão estava dentro da normalidade, não observamos diferenças significativas entre o método automatizado e o de Friedman et al.; 12 no entanto, nos casos com versão fora da normalidade (> 10°), a versão média obtida pelo método de Friedman et al. 12 foi significativamente inferior à observada com o método automatizado. Em conjunto, esses resultados permitem concluir que a utilização da medida de versão pelo método automatizado é mais importante nos casos em que as deformidades na superfície da glenoide são mais graves, podendo influenciar a prática clínica tanto na correção da versão quanto no correto posicionamento do implante. Esse achado é compatível com o encontrado na literatura, em que Chalmers et al. 26 demonstraram que a medida da versão baseada em imagens tomográficas é superior 26 27 nas deformidades B2 segundo a classificação morfológica proposta por Walch et al. 4

Em um estudo recente, Reid et al. 28 observaram resultados semelhantes aos nossos, e mostraram que a medida da versão em TCs 2D pelo método de Friedman et al. 12 apresenta altas taxas de correlação intra e interclasse. Por outro lado, este estudo 28 também encontrou diferenças significativas entre medidas utilizando métodos manuais e automatizados. Porém, quando os casos foram categorizados de acordo com a gravidade da versão, os autores 28 não encontraram diferenças entre os métodos nos diversos subgrupos avaliados, e sugeriram que a magnitude da versão não influencia as diferenças entre os métodos. Este resultado contrasta com os achados do presente estudo, em que constatamos que o método manual subestimou a inclinação da glenoide em comparação ao método automatizado nos casos com versão superior a 10°. As diferentes faixas de versões utilizadas para estratificar os casos e os diferentes diagnósticos incluídos em nossa série podem explicar essas discrepâncias.

A inclinação glenoidal apresentou valores semelhantes aos da avaliação por métodos manuais ou automatizados. Em medidas de inclinação baseadas em TCs formatadas, Iannotti et al. 21 observaram que não houve diferenças em relação às medidas obtidas pelo método automatizado. Em relação às imagens não formatadas, a diferença foi expressiva. Em 94% dos casos, a diferença entre a inclinação das imagens não formatadas e as formatadas foi superior a 5°, novamente um valor com significância na prática clínica. 21 Com os casos categorizados de acordo com a gravidade da inclinação, o presente estudo detectou diferenças na medida dos casos brandos (inclinação entre 0–10°), em que o método manual gerou uma média significativamente superior à obtida pelo método automatizado ( p  = 0,001). Em um estudo de 2020, Choi et al. 29 compararam a inclinação medida por métodos automatizados e 2D e descobriram que o método 3D gerou medidas significativamente inferiores às obtidas com o método 2D. Embora os autores 29 não tenham realizado análise de subgrupo, os dados avaliados apresentaram valores médios de versão e inclinação compatíveis com os casos incluídos no subgrupo de casos brandos do presente estudo.

Em relação à subluxação, houve diferenças significativas entre os métodos manual e automatizado. Outros estudos 30 já relataram erro intrínseco à medida da subluxação pelo método de Walch et al. 4 O índice de subluxação, descrito por Walch et al., 4 é medido em corte transversal da TC. O corpo escapular apresenta inclinação em relação ao corpo do paciente, em que os cortes transversais da TC estão alinhados, o que leva a erros nas medidas da TC 2D. 5 10 11 26 27 30 Jacxsens et al. 30 concluíram que medidas baseadas em ombros reconstruídos em 3D parecem ser mais adequadas, pois reconstroem a anatomia óssea independentemente da orientação do paciente no momento do exame; assim, essas medidas podem ser mais confiáveis do que as obtidas em 2D, que são subestimadas.

Um achado interessante do presente estudo foi o de que as diferenças entre as medidas de subluxação obtidas pelos métodos automatizado e manual tenderam a aumentar com a gravidade da versão, o que sugere que, quanto maior o ângulo de versão, mais o método manual subestima a medida da subluxação quando o padrão é o método automatizado. Mais estudos são necessários para avaliar o impacto clínico de tal achado, uma vez que pode influenciar diretamente o planejamento cirúrgico.

Chalmers et al. 26 avaliaram os valores de versão e inclinação da glenoide e de subluxação da cabeça do úmero por meio de TC corrigida e não corrigida, e compararam essas medidas aos valores fornecidos pelo Blueprint. Eles 26 concluíram que a orientação dos cortes das TCs formatadas no plano da escápula levou à diminuição das medidas de retroversão em comparação às TCs não formatadas. Por outro lado, os autores 26 verificaram que não há diferenças entre as TCs não formatadas e os valores dos programas automatizados. Em 48% dos casos, a diferença entre as versões não corrigida e corrigida foi superior a 5°, o que é considerado significativo na prática clínica. 21 Esses achados são semelhantes aos resultados obtidos em nossa série.

Shukla et al. 23 utilizaram o mesmo programa automatizado do presente estudo e encontraram resultados semelhantes entre os métodos manual e automatizado nas medidas de versão e inclinação, mas com diferença importante nos percentuais de subluxação da cabeça do úmero. Logo, assim como esses autores, 23 acreditamos que a mensuração do percentual de subluxação é essencial no planejamento pré-operatório da artroplastia do ombro, e que tal variabilidade nos valores desse parâmetro entre os métodos manual e automatizado deve ser levada em consideração, pois o percentual de subluxação posterior da cabeça é um critério radiográfico que influencia a técnica cirúrgica a ser utilizada, e a seleção dos implantes e as medidas deste parâmetro são subestimadas pelo método manual.

Como limitação do presente estudo, utilizamos somente um programa automatizado de planejamento pré-operatório. Entendemos que esses programas apresentam variabilidade de medidas entre si, pois empregam diferentes parâmetros anatômicos para a formatação das imagens.

Conclusão

O método manual é eficaz nas medidas da versão e da inclinação da glenoide quando realizado por cirurgiões experientes, e o método de vault é mais preciso do que o de Friedman et al. 12 em pacientes com glenoides com deformidades maiores. Porém, a medida do percentual de subluxação posterior da cabeça do úmero apresenta grande discrepância entre os métodos manual e automatizado. Tais diferenças reforçam a necessidade de mais estudos que visem avaliar o impacto de tais diferenças no resultado dos procedimentos, uma vez que existem diversas incertezas quanto à precisão dos métodos manuais e automatizados e à seleção e ao posicionamento correto dos implantes.

Conflito de Interesses Os autores não têm conflito de interesses a declarar.

Trabalho desenvolvido no Centro de Cirurgia de Ombro e Cotovelo, Instituto Nacional de Traumatologia e Ortopedia, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.

Work carried out at the Shoulder and Elbow Surgery Center, Instituto Nacional de Traumatologia e Ortopedia, Rio de Janeiro, RJ, Brazil.
==== Refs
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