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Article de méthode

L’utilisation de la réalité mixte dans l’arthroplastie de la hanche de révision sur mesure : un premier rapport de cas

3K vues

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DOI :

10.3791/63654

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4 août 2022

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1Department of Orthopaedics and Traumatology of the Musculoskeletal System, Infant Jesus Teaching Hospital, Medical University of Warsaw, 2Department of Human Anatomy, Medical University of Silesia, 3Department of Measurement and Electronics, AGH University of Science and Technology, 4MedApp S.A.

Dans cet article

Résumé

Une arthroplastie complexe de la hanche de révision a été réalisée à l’aide d’un implant sur mesure et d’une technologie de réalité mixte. Selon les connaissances des auteurs, il s’agit du premier rapport d’une telle procédure décrite dans la littérature.

Résumé

La technologie de l’impression 3D et de la visualisation des structures anatomiques se développe rapidement dans divers domaines de la médecine. Un implant sur mesure et une réalité mixte ont été utilisés pour effectuer une arthroplastie complexe de révision de la hanche en janvier 2019. L’utilisation de la réalité mixte a permis une très bonne visualisation des structures et a abouti à une fixation précise de l’implant. Selon les connaissances des auteurs, il s’agit du premier rapport de cas décrit de l’utilisation combinée de ces deux innovations. Le diagnostic précédant la qualification pour la procédure était le relâchement de la composante acétabulaire de la hanche gauche. Un casque de réalité mixte et des hologrammes préparés par des ingénieurs ont été utilisés pendant la chirurgie. L’opération a été couronnée de succès, suivie d’une verticalisation précoce et d’une rééducation des patients. L’équipe voit des opportunités de développement technologique dans l’arthroplastie articulaire, la traumatologie et l’oncologie orthopédique.

Introduction

La technologie d’impression tridimensionnelle (3D) et de visualisation de structures complexes se développe rapidement dans divers domaines de la médecine. Il s’agit notamment de la chirurgie cardiovasculaire, de l’oto-rhino-laryngologie, de la chirurgie maxillo-faciale et, surtout,de la chirurgie orthopédique 1,2,3,4,5. Actuellement, cette technologie est utilisée en chirurgie orthopédique non seulement dans la mise en œuvre directe d’éléments imprimés en 3D, mais aussi dans la formation chirurgicale, la planification préopératoire ou la navigation peropératoire 6,7,8.

L’arthroplastie totale de la hanche (THA) et l’arthroplastie totale du genou (ATG) sont l’une des interventions chirurgicales orthopédiques les plus fréquemment pratiquées dans le monde. En raison de l’amélioration significative de la qualité de vie du patient, la THA avait été décrite dans une publication précédente comme la « chirurgie du siècle »9. En Pologne, 49.937 THA et 30.615 TKA ont été réalisés en 201910. À mesure que l’espérance de vie augmente, on observe une tendance à la hausse du nombre prévu de chirurgies d’arthroplastie de la hanche et du genou. De grands efforts ont été déployés pour améliorer la conception des implants, la technique chirurgicale et les soins postopératoires. Ces progrès ont permis de meilleures chances de restaurer la fonction du patient et de réduire le risque de complications11,12,13,14.

Cependant, le grand défi auquel sont actuellement confrontés les chirurgiens orthopédistes du monde entier est de travailler avec des patients non standard dont les défauts anatomiques de l’articulation de la hanche rendent très difficile, voire impossible, la mise en œuvre d’un implant standard15. La perte osseuse peut être due à un traumatisme important, à une arthrose dégénérative progressive avec saillie acétabulaire, à une dysplasie développementale de la hanche, à un cancer primitif des os ouà des métastases 16,17,18,19,20. Le problème de la sélection des implants concerne spécifiquement les patients qui risquent de subir de multiples révisions, nécessitant parfois également un traitement non conventionnel. Dans de tels cas, une solution très prometteuse est un implant imprimé en 3D fabriqué par additif créé pour un patient spécifique et un défaut osseux, permettant un ajustement anatomique très précis20.

Dans le domaine de l’arthroplastie, un implant précis et sa fixation durable sont cruciaux. Les progrès de la visualisation 3D préopératoire et peropératoire ont abouti à d’excellentes solutions comme la réalité augmentée et mixte21,22,23,24. L’utilisation peropératoire d’hologrammes de tomodensitométrie osseuse et implantaire peut permettre un meilleur placement de la prothèse que les images de radiographie conventionnelles. Cette technologie émergente peut augmenter les chances d’efficacité thérapeutique et réduire le risque de complications neurovasculaires21,25.

Ce rapport de cas concerne un patient soumis à une chirurgie de révision de la hanche en raison d’un relâchement aseptique. Pour remédier à la perte osseuse importante causée par de multiples défaillances d’implants, l’implant acétabulaire imprimé en 3D sur mesure a été utilisé. Au cours de la procédure, nous avons utilisé la réalité mixte pour visualiser la position de l’implant afin d’éviter d’endommager les structures neurovasculaires à risque. L’application implémentée sur le casque de réalité mixte permet de donner des commandes vocales et gestuelles, permettant de l’utiliser dans des conditions stériles pendant l’intervention chirurgicale.

Une femme de 57 ans a été admise au service avec un diagnostic préliminaire : relâchement de la composante acétabulaire de la hanche gauche. Les antécédents de la maladie du patient étaient nombreux. Tout au long de sa vie, elle a subi de nombreuses interventions chirurgicales de l’articulation de la hanche. Le premier traitement était le resurfaçage de la hanche dû à l’arthrose causée par la dysplasie de la hanche (1977-15 ans), le second était une arthroplastie totale de la hanche due au relâchement de l’implant (1983-21 ans) et deux autres chirurgies de révision (1998, 2000-37 et 39 ans). De plus, la patiente souffrait d’une hémiplégie spastique du côté gauche causée par une paralysie cérébrale infantile, et elle a été opérée à plusieurs reprises en raison d’une déformation du pied bot gauche. Elle souffrait également d’arthrose de la colonne thoraco-lombaire, du syndrome du canal carpien et d’hypertension artérielle bien contrôlée. Le diagnostic final précédant la qualification pour la procédure suivante était la douleur et la limitation fonctionnelle croissante causées par le relâchement de la composante acétabulaire de la hanche gauche. Le patient était très motivé, physiquement actif et aux prises avec un handicap.

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Protocole

Le protocole suit les directives du Comité d’éthique de la recherche humaine de l’Université de médecine de Varsovie. Le patient a donné son consentement éclairé à la procédure et a reconnu le fait qu’elle sera enregistrée. Le patient a accepté cela avant l’intervention.

NOTE: Le critère de base pour inclure le patient dans le projet de chirurgie était la nécessité d’intervenir en raison du dysfonctionnement anatomique, ce qui rendait impossible l’utilisation d’un implant standard. La réalité mixte visait à améliorer le placement de la prothèse, augmentant ainsi les chances de réussite de la chirurgie.

1. Préparation

  1. Préparez un implant acétabulaire sur mesure et planifiez l’intervention chirurgicale avant l’hospitalisation du patient.
    NOTE: Dans cette étude de cas, des personnes qualifiées dans l’art du diagnostic d’images médicales ont préparé l’implant acétabulaire sur mesure.
    1. Avant l’admission prévue à l’hôpital, effectuez une radiographie dans l’unité d’imagerie diagnostique.
    2. Effectuer une radiographie pelvienne dans une projection antéro-postérieure.
    3. Évaluer l’état actuel du bassin du patient en fonction de la radiographie.
    4. Comparez l’image obtenue avec les images radiographiques précédentes.
  2. Faites un scanner pelvien et obtenez des fichiers DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) selon le protocole.
    1. Placez le patient sur la plate-forme mobile de tomodensitométrie.
    2. Cliquez sur le bouton d’épaisseur et sélectionnez 512 x 512 px épaisseur pour les numérisations.
    3. Cliquez sur le paramètre qui détermine l’épaisseur de la couche de 1 mm.
    4. Démarrez la procédure en cliquant, attendez le résultat du test.
  3. Demandez à un ingénieur de concevoir une proposition d’implant qui peut être envoyée numériquement en tant que schéma technique, ou un prototype de modèle imprimé en 3D (Figure 1).
    1. Visualisez le résultat de la tomodensitométrie dans la visionneuse DICOM.
    2. Déterminer les besoins pour la mise en œuvre de l’implant, en tenant compte des conditions anatomiques actuelles du patient, de la biomécanique et de la fonction de l’articulation.
    3. Consultez l’ingénieur pour obtenir des suggestions sur les implants, y compris la fixation.
    4. Approuvez le projet et attendez l’expédition.
      REMARQUE: La forme finale de l’implant implique la combinaison des données 3D de la tomodensitométrie d’un patient avec la contribution d’un ingénieur de conception et d’un chirurgien.
  4. Imprimez l’implant 3D sur mesure à partir de la poudre d’alliage de titane (TiAl6V4) à l’aide de la technologie du faisceau d’électrons26,27. À l’intérieur d’une chambre contenant de petites quantités de poudre TiAl6V4, chaque fois que le faisceau d’électrons est tiré, il y a fusion sélective et accumulation de matériau (revêtement plasma).
  5. Vérifiez si l’implant a été stérilisé. La stérilisation des essais d’implants et de l’implant final a été garantie par le fabricant.

2. Examens préopératoires

  1. Effectuer des tests de laboratoire standard et des consultations spécialisées.
    1. Exclure les patients présentant une infection articulaire périprothétique potentielle (aucun élément radiologique, protéine c-réactive normale (<10 mg/L) et vitesse de sédimentation érythrocytaire de 1 à 10 mm/h chez les femmes, de 3 à 15 mm/h chez les hommes).
  2. Vérifier les signes cliniques d’infection tels que fièvre (systémique), douleur, gonflement, rougeur (local) et fonction articulaire réduite28.
    1. Exclure les patients présentant des signes d’inflammation locale lors des examens cliniques (rougeur, augmentation de la température, douleur, gonflement et perte de fonction indiquent une inflammation locale). Le patient a donné son consentement éclairé complet à l’opération.

3. Modèle de réalité mixte

REMARQUE: Le processus est effectué pour obtenir une visualisation correcte de l’implant et du bassin, qui sera utilisée en peropératoire.

  1. Traitez le fichier DICOM CT pelvien en une représentation holographique à l’aide d’une application dédiée.
    1. Chargez l’image CT dans un casque de réalité mixte à partir de fichiers CT DICOM acquis.
      1. Ouvrez la visionneuse DICOM holographique.
      2. Sélectionnez le dossier contenant les fichiers CT DICOM.
      3. Vérifiez l’adresse IP affichée lorsque le casque est allumé et entrez-la à un endroit désigné dans la visionneuse DICOM holographique.
      4. Cliquez sur le bouton Connecter pour pouvoir voir la visualisation dans le casque de réalité mixte.
    2. Segmenter les structures du tissu osseux du bassin. Ceci est effectué manuellement à l’aide de l’option Ciseaux . Lorsque l’option est activée, l’utilisateur clique sur le bouton gauche de la souris et déplace la souris pour supprimer les structures sélectionnées avec cet outil.
      1. Terminez la sélection avec un autre clic sur le bouton gauche de la souris, ce qui crée une fenêtre contextuelle permettant à l’utilisateur de confirmer qu’il souhaite découper les structures sélectionnées.
        REMARQUE : L’utilisateur peut choisir les zones à découper de la visualisation dans les vues 3D et 2D. Il est possible de retirer les structures de l’intérieur ou de l’extérieur de la sélection. Ceci est répété jusqu’à ce que seules les parties nécessaires de l’image CT soient visibles.
    3. Choisissez une fonction de transfert prédéfinie (paramètres de visualisation des couleurs) dédiée aux procédures orthopédiques dans la liste des fonctions disponibles en cliquant sur son nom : CT Bone Endoprothesis. Si nécessaire, ajustez la visualisation en changeant la fenêtre et le niveau à l’aide du bouton droit de la souris connecté au mouvement de la souris dans la fenêtre de visualisation 3D.
    4. Connectez-vous au casque pour voir la visualisation préparée dans l’espace holographique 3D. Ajustez l’image à l’aide des commandes vocales : Rotation, Zoom, Couper intelligemment et Gestes de la main.
    5. Utilisez la commande Couper intelligemment pour utiliser et ajuster un plan de coupe perpendiculaire à la ligne de visée de l’utilisateur. Plus l’utilisateur se rapproche de la tête dans l’hologramme, plus l’avion s’enfonce.
    6. Effectuez ces mouvements pour voir les parties internes de la visualisation, car les structures situées antérieurement au plan ne sont pas visualisées.
      REMARQUE : Cette vue est importante pour évaluer les relations géométriques entre les structures (bassin, fémur et implant) (Figure 2 et Figure 3).

4. Chirurgie

  1. Effectuer l’intervention chirurgicale d’arthroplastie de la hanche de révision due au relâchement aseptique du composant acétabulaire à l’aide d’un implant acétabulaire sur mesure et d’un dispositif de réalité mixte14,16,29. Utilisez un scalpel, un couteau électrochirurgical avec un coagulateur, un outil Luer et des couteaux pour l’opération.
    1. Donnez 1,5 g de ceftriaxone par voie intraveineuse 30 minutes avant l’incision cutanée, et deux doses subséquentes doivent être administrées le jour de la chirurgie pour prévenir l’infection. Initier la thromboprophylaxie la veille de la chirurgie avec de l’héparine de bas poids moléculaire (HBPM). Continuez la dose quotidienne unique de 40 mg d’énoxaparine pendant 30 jours après la procédure.
    2. Placez et fixez le patient sous anesthésie générale, allongé sur la table d’opération.
    3. Relâchez les adhérences du tissu conjonctif à l’aide de l’accès Hardinge à l’articulation de la hanche et retirez l’implant acétabulaire lâche.
    4. Effectuez l’opération de la même manière que les autres procédures de révision de l’articulation de la hanche, mais utilisez un accès plus large.
    5. Retirez tous les tissus mous de la surface de l’acétabulum afin que la forme soit exactement la même que dans le modèle fourni. Le modèle implantaire doit adhérer parfaitement à la surface de l’os acétabulaire.
    6. Fixez le nouvel implant non cimenté à l’aide de vis spécialement conçues pour stabiliser l’implant.
    7. Effectuer un bloc du nerf fémoral après la chirurgie.
  2. Visualisation holographique peropératoire des images traitées
    1. Chargez la visualisation de la tomodensitométrie DICOM préparée dans la planification pré-procédurale dans l’application de réalité mixte.
    2. Connectez le casque de réalité mixte à l’application de réalité mixte pour voir la visualisation préparée dans l’espace holographique 3D.
    3. Utiliser la visualisation holographique peropératoire des images traitées pour obtenir une préparation adéquate et précise de la surface de l’os pelvien ainsi que pour éliminer l’excès de tissu conjonctif qui s’est développé en réponse au relâchement du composant acétabulaire.
    4. Assurez-vous que l’opérateur considère la visualisation holographique comme une image de référence.
    5. Utilisez un scalpel, un couteau électrochirurgical avec un coagulateur, un outil luer et des couteaux pour l’opération. La visualisation du modèle 3D du bassin devrait minimiser le risque d’endommager les structures neurovasculaires et les erreurs dans la pose de l’implant.
    6. Assurez-vous que l’écran monté sur la tête est connecté au poste de travail via un réseau WiFi. Le traitement des images et le rendu sont effectués sur le poste de travail et les résultats sont affichés sur le casque sous forme d’hologrammes. Utilisez des gestes et des commandes vocales. Si nécessaire, demandez l’aide d’un ingénieur avec un aperçu POV.

5. Soins postopératoires

  1. Faire en sorte que le patient suive un protocole standard de réadaptation et de récupération, y compris la rééducation et la mobilisation le premier jour après la chirurgie30,31,32.
    NOTE: La réadaptation a été mise en œuvre par une équipe dédiée expérimentée dans l’arthroplastie de la hanche et du genou.
  2. Mettre en œuvre une thromboprophylaxie pharmacologique. La thromboprophylaxie a été initiée la veille de la chirurgie avec de l’héparine de bas poids moléculaire (HBPM). La dose quotidienne unique de 40 mg d’énoxaparine a été poursuivie pendant 30 jours après la procédure.

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Résultats

Prétraitement d’image
Les masques binaires de l’os pelvien, du fémur et de l’endoprothèse ont été segmentés semi-automatiquement à partir d’images CT DICOM par des technologues radiologiques expérimentés à l’aide d’algorithmes de seuillage et de croissance de régions avec les logiciels disponibles33. Les cartes d’étiquettes préparées ont également été corrigées manuellement par un radiologue. Des cartes d’étiquettes ont été utilisées pour améliorer la visualisation en les ajout...

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Discussion

L’arthroplastie primaire et de révision de la hanche peut nécessiter une personnalisation pour assurer l’efficacité du traitement. Cependant, l’utilisation d’implants personnalisés nécessite une préparation plus longue pour la chirurgie par rapport aux procédures standard. Les implants imprimés en 3D sur mesure sont la solution qui donne une chance de restaurer la fonction chez les patients non typiques dont la maladie a causé une destruction osseuse importante29. Les prothèses standard sont insuf...

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Déclarations de divulgation

Maciej Stanuch, Adriana Złahoda-Huzior et Andrzej Skalski sont des employés de MedApp S.A. MedApp S.A. est la société qui fabrique la solution CarnaLifeHolo.

Remerciements

Sans objet.

L’étude a été réalisée dans le cadre d’une coopération non commerciale.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
CarnaLifeHolo c. 1.5.2MedApp S.A.
Implant sur mesure Type Triflanged Acétabulaire Composant BiometREF PM0001779
Tête Modulaire Contrainte Tête + 9mm Col pour cône 12/14, Co-Cr-Mo, taille 36mmBIOMETREF 14-107021
Insert en polyéthylène Freedom Ringloc-X Costrained Linear Ringloc-X 58mm pour tête 36mm / 10 *BIOMETREF 11-263658

Références

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