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Artigo de método

O Uso da Realidade Mista na Artroplastia de Quadril de Revisão Personalizada: Um Primeiro Relato de Caso

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DOI:

10.3791/63654

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4 de agosto de 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.

Neste artigo

Resumo

Uma artroplastia de quadril de revisão complexa foi realizada usando um implante personalizado e tecnologia de realidade mista. De acordo com o conhecimento dos autores, este é o primeiro relato de tal procedimento descrito na literatura.

Resumo

A tecnologia de impressão 3D e visualização de estruturas anatômicas está crescendo rapidamente em vários campos da medicina. Um implante feito sob medida e realidade mista foram usados para realizar artroplastia de quadril de revisão complexa em janeiro de 2019. O uso da realidade mista permitiu uma visualização muito boa das estruturas e resultou na fixação precisa do implante. De acordo com o conhecimento dos autores, este é o primeiro relato de caso descrito do uso combinado dessas duas inovações. O diagnóstico que precedeu a qualificação para o procedimento foi o afrouxamento do componente acetabular do quadril esquerdo. Fone de ouvido de realidade mista e hologramas preparados pelos engenheiros foram utilizados durante a cirurgia. A operação foi bem sucedida, seguida por verticalização precoce e reabilitação do paciente. A equipe vê oportunidades para o desenvolvimento de tecnologia em artroplastia articular, trauma e oncologia ortopédica.

Introdução

A tecnologia de impressão tridimensional (3D) e visualização de estruturas complexas está crescendo rapidamente em vários campos da medicina. Entre elas estão a cirurgia cardiovascular, a otorrinolaringologia, a cirurgia maxilofacial e, sobretudo, a cirurgia ortopédica 1,2,3,4,5. Atualmente, essa tecnologia é utilizada em cirurgia ortopédica não apenas na implementação direta de elementos impressos em 3D, mas também no treinamento cirúrgico, planejamento pré-operatório ou navegação intraoperatória 6,7,8.

A artroplastia total do quadril (ATQ) e a artroplastia total do joelho (ATJ) são um dos procedimentos cirúrgicos ortopédicos mais realizados em todo o mundo. Devido à melhora significativa da qualidade de vida do paciente, a ATQ havia sido descrita em publicação anterior como a "cirurgia do século"9. Na Polônia, 49.937 THA e 30.615 TKA foram realizados em 201910. À medida que a expectativa de vida aumenta, há uma tendência ascendente no número projetado de cirurgias de artroplastia de quadril e joelho. Grandes esforços foram feitos para melhorar o design do implante, a técnica cirúrgica e os cuidados pós-operatórios. Esses avanços levaram a uma melhor chance de restaurar a função do paciente e reduzir o risco de complicações11,12,13,14.

No entanto, o grande desafio enfrentado atualmente pelos cirurgiões ortopédicos em todo o mundo é trabalhar com pacientes não padronizados, cujos defeitos anatômicos na articulação do quadril tornam muito difícil ou mesmo impossível a implementação de um implante pronto para uso15. A perda óssea pode ser decorrente de trauma significativo, osteoartrite degenerativa progressiva com protrusão acetabular, displasia do desenvolvimento da anca, câncer ósseo primário ou metástase 16,17,18,19,20. O problema da seleção de implantes diz respeito especificamente a pacientes que estão em risco de múltiplas revisões, às vezes também exigindo tratamento não convencional. Nesses casos, uma solução muito promissora é um implante impresso em 3D feito com aditivo criado para um paciente específico e defeito ósseo, permitindo um ajuste anatômico muito preciso20.

No campo da artroplastia, o implante preciso e sua fixação sustentável são cruciais. O progresso na visualização 3D pré e intraoperatória resultou em excelentes soluções como realidade aumentada e mista21,22,23,24. O uso intraoperatório de hologramas de tomografia computadorizada (TC) óssea e implante pode permitir melhor colocação de próteses do que as imagens radiográficas convencionais. Essa tecnologia emergente pode aumentar as chances de efetividade da terapia e reduzir o risco de complicações neurovasculares21,25.

Este relato de caso diz respeito a um paciente submetido à cirurgia de revisão do quadril devido à soltura asséptica. Para lidar com a perda óssea significativa causada por múltiplas falhas do implante, o implante acetabular impresso em 3D feito sob medida foi usado. Durante o procedimento, utilizou-se a realidade mista para visualizar a posição do implante para evitar danos às estruturas neurovasculares de risco. Aplicação implementada para headset de realidade mista permite dar comandos de voz e gesto, possibilitando sua utilização em condições estéreis durante o procedimento cirúrgico.

Uma mulher de 57 anos foi admitida no serviço com diagnóstico preliminar: soltura do componente acetabular do quadril esquerdo. A história de doença do paciente era extensa. Ao longo de sua vida, ela passou por inúmeros procedimentos cirúrgicos da articulação do quadril. O primeiro tratamento foi o resurfacing do quadril devido à osteoartrite causada por displasia de quadril (1977-15 anos), o segundo foi uma artroplastia total do quadril devido ao afrouxamento do implante (1983-21 anos) e outras duas cirurgias de revisão (1998, 2000-37 e 39 anos). Além disso, a paciente sofria de hemiplegia espástica do lado esquerdo causada por paralisia cerebral na infância, e foi operada repetidamente devido à deformidade do pé torto congênito esquerdo. Ela também estava sobrecarregada com osteoartrite da coluna toracolombar, síndrome do túnel do carpo e hipertensão arterial bem controlada. O diagnóstico final que precedeu a qualificação para o próximo procedimento foi a dor e o aumento da limitação da função causada pelo afrouxamento do componente acetabular do quadril esquerdo. O paciente era altamente motivado, fisicamente ativo e lidando com a incapacidade.

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Protocolo

O protocolo segue as diretrizes do Comitê de Ética em Pesquisa com Seres Humanos da Universidade Médica de Varsóvia. O paciente deu consentimento informado para o procedimento e reconheceu o fato de que ele será registrado. O paciente concordou com isso antes do procedimento.

NOTA: O critério básico para a inclusão do paciente no projeto cirúrgico foi a necessidade de intervenção devido à disfunção anatômica, o que impossibilitou o uso de um implante padrão. A realidade mista visou um melhor posicionamento da prótese, aumentando as chances de sucesso da cirurgia.

1. Preparação

  1. Prepare um implante acetabular personalizado e planeje o procedimento cirúrgico antes da hospitalização do paciente.
    NOTA: Neste estudo de caso, pessoas especializadas na arte do diagnóstico médico por imagem prepararam o implante acetabular feito sob medida.
    1. Antes da admissão planejada no hospital, realize um raio-x na unidade de diagnóstico por imagem.
    2. Realizar uma radiografia pélvica em projeção anteroposterior.
    3. Avalie a condição atual da pelve do paciente com base no raio-X.
    4. Compare a imagem obtida com as imagens de raios-X anteriores.
  2. Faça uma tomografia computadorizada pélvica e adquira arquivos DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) de acordo com o protocolo.
    1. Coloque o paciente na plataforma móvel de tomografia computadorizada.
    2. Clique no botão de espessura e selecione 512 x 512 px de espessura para as digitalizações.
    3. Clique no parâmetro que determina a espessura da camada de 1 mm.
    4. Inicie o procedimento clicando e aguarde o resultado do teste.
  3. Peça a um engenheiro que projete uma proposta de implante que possa ser enviada digitalmente como um esquema técnico ou um protótipo de modelo impresso em 3D (Figura 1).
    1. Visualize o resultado da tomografia computadorizada no visualizador DICOM.
    2. Determinar as necessidades para a implementação do implante, tendo em conta as condições anatômicas atuais do paciente, a biomecânica e a função da articulação.
    3. Consulte o engenheiro para obter sugestões sobre implantes, incluindo fixação.
    4. Aprove o projeto e aguarde o envio.
      NOTA: A forma final do implante envolve a combinação de dados 3D da tomografia computadorizada de um paciente com a entrada de um engenheiro de projeto e um cirurgião.
  4. Imprima o implante 3D feito sob medida a partir do pó de liga de titânio (TiAl6V4) usando a tecnologia de feixe de elétrons26,27. Dentro de uma câmara contendo pequenas quantidades de pó de TiAl6V4, cada vez que o feixe de elétrons é disparado, há fusão seletiva e acúmulo de material (revestimento a plasma).
  5. Verifique se o implante foi esterilizado. A esterilização dos ensaios de implante e do implante final foi garantida pelo fabricante.

2. Exames pré-cirúrgicos

  1. Realizar um padrão de exames laboratoriais de atendimento e consultas especializadas.
    1. Excluir pacientes com potencial infecção da articulação periprotética (sem características radiológicas, proteína c-reativa normal (<10 mg/L) e velocidade de hemossedimentação de 1-10 mm/h para mulheres, 3-15 mm/h para homens).
  2. Verifique os sinais clínicos da infecção, como febre (sistêmica), dor, inchaço, vermelhidão (local) e função articular reduzida28.
    1. Exclua pacientes com sinais de inflamação local durante os exames clínicos (vermelhidão, aumento de temperatura, dor, inchaço e perda de função indicam inflamação local). O paciente deu consentimento informado completo para a operação.

3. Modelo de realidade mista

NOTA: O processo é realizado para alcançar a visualização adequada do implante e da pelve, que será usada no intraoperatório.

  1. Processe o arquivo DICOM de TC pélvico em uma representação holográfica usando um aplicativo dedicado.
    1. Carregue a imagem CT no fone de ouvido de realidade mista a partir de arquivos CT DICOM adquiridos.
      1. Abra o visualizador DICOM holográfico.
      2. Selecione a pasta que contém os arquivos CT DICOM.
      3. Verifique o IP que é exibido quando o fone de ouvido é ligado e insira-o em um local designado no Visualizador DICOM holográfico.
      4. Clique no botão Conectar para poder ver a visualização no fone de ouvido de realidade mista.
    2. Segmente as estruturas do tecido ósseo da pelve. Isso é realizado manualmente usando a opção Tesoura . Quando a opção está ativada, o usuário clica no botão esquerdo do mouse e move o mouse para remover as estruturas selecionadas com essa ferramenta.
      1. Termine a seleção com outro clique no botão esquerdo do mouse, o que cria um pop-up para o usuário confirmar que deseja cortar as estruturas selecionadas.
        NOTA: O usuário pode escolher áreas a serem recortadas da visualização em visualizações 3D e 2D. É possível remover as estruturas de dentro ou de fora da seleção. Isso é repetido até que apenas as partes necessárias da imagem da TC estejam visíveis.
    3. Escolha uma função de transferência predefinida (parâmetros de visualização de cores) dedicada a procedimentos ortopédicos da lista de funções disponíveis, clicando em seu nome: Endoprótese Óssea CT. Se necessário, ajuste a visualização alterando a janela e o nível usando o botão direito do mouse conectado ao movimento do mouse na janela de visualização 3D.
    4. Conecte-se ao fone de ouvido para ver a visualização preparada no espaço holográfico 3D. Ajuste a imagem usando comandos de voz: Girar, Ampliar, Cortar Inteligente e Gestos com a Mão.
    5. Use o comando Cortar Inteligente para usar e ajustar um plano de corte perpendicular à linha de visão do usuário. Quanto mais perto o usuário move a cabeça para o holograma, mais fundo o plano vai.
    6. Execute esses movimentos para ver as partes internas da visualização porque as estruturas que estão localizadas anteriormente ao plano não são visualizadas.
      NOTA: Essa visão é importante para avaliar as relações geométricas entre estruturas (pelve, fêmur e implante) (Figura 2 e Figura 3).

4. Cirurgia

  1. Realizar o procedimento cirúrgico de revisão da artroplastia do quadril devido ao soltura asséptica do componente acetabular com o uso de implante acetabular sob medida e dispositivo de realidade mista14,16,29. Use um bisturi, uma faca eletrocirúrgica com um coagulador, uma ferramenta Luer e cortadores para a operação.
    1. Dê 1,5 g de ceftriaxona por via intravenosa 30 minutos antes da incisão na pele, e duas doses subsequentes devem ser administradas no dia da cirurgia para prevenir a infecção. Iniciar a tromboprofilaxia no dia anterior à cirurgia com heparina de baixo peso molecular (HBPM). Continue a dose única diária de 40 mg de enoxaparina por 30 dias após o procedimento.
    2. Coloque e prenda o paciente sob anestesia geral, deitado na mesa de operação.
    3. Solte as aderências do tecido conjuntivo usando o acesso Hardinge à articulação do quadril e remova o implante acetabular solto.
    4. Execute a operação da mesma forma que outros procedimentos de revisão da articulação do quadril, mas use um acesso mais amplo.
    5. Remova todos os tecidos moles da superfície do acetábulo para que a forma seja exatamente a mesma do modelo fornecido. O modelo de implante deve aderir perfeitamente à superfície do osso acetabular.
    6. Fixe o novo implante não cimentado usando parafusos especialmente projetados que estabilizam o implante.
    7. Realizar um bloqueio do nervo femoral após a cirurgia.
  2. Visualização holográfica intraoperatória de imagens processadas
    1. Carregue a visualização da tomografia computadorizada DICOM preparada no planejamento pré-procedimento para a aplicação de realidade mista.
    2. Conecte o fone de ouvido de realidade mista ao aplicativo de realidade mista para ver a visualização preparada no espaço holográfico 3D.
    3. Utilizar a visualização holográfica intraoperatória das imagens processadas para obter uma preparação adequada e precisa da superfície óssea pélvica, bem como para a remoção do excesso de tecido conjuntivo que se desenvolveu como resposta ao afrouxamento do componente acetabular.
    4. Certifique-se de que o operador olhe para a visualização holográfica como uma imagem de referência.
    5. Use um bisturi, uma faca eletrocirúrgica com um coagulador, uma ferramenta luer e cortadores para a operação. A visualização do modelo 3D da pelve deve minimizar o risco de danos às estruturas neurovasculares e erros na colocação do implante.
    6. Certifique-se de que o monitor montado na cabeça está ligado à estação de trabalho através de uma rede Wi-Fi. O processamento das imagens e a renderização são realizados na estação de trabalho e os resultados são exibidos no fone de ouvido como hologramas. Use gestos e comandos de voz. Se necessário, obtenha ajuda de um engenheiro com visualização de POV.

5. Cuidados pós-operatórios

  1. Fazer com que o paciente seja submetido a um protocolo padrão de reabilitação e recuperação, incluindo reabilitação e mobilização no primeiro dia após a cirurgia30,31,32.
    NOTA: A reabilitação foi implementada por uma equipe dedicada e experiente na artroplastia de quadril e joelho.
  2. Implementar tromboprofilaxia farmacológica. A tromboprofilaxia foi iniciada no dia anterior à cirurgia com heparina de baixo peso molecular (HBPM). A dose única diária de 40 mg de enoxaparina foi mantida por 30 dias após o procedimento.

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Resultados

Pré-processamento de imagem
Máscaras binárias do osso pélvico, fêmur e endoprótese foram segmentadas semi-automaticamente a partir de imagens de TC DICOM por tecnólogos radiológicos experientes usando algoritmos de limiar e crescimento de região com software disponível33. Os mapas de etiquetas preparados também foram corrigidos manualmente por um radiologista. Mapas de rótulos foram usados para melhorar a visualização, adicionando-os à tomografia computadorizada na etapa seguin...

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Discussão

A artroplastia primária e de revisão do quadril pode exigir personalização para garantir a eficácia do tratamento. No entanto, o uso de implantes personalizados requer uma preparação mais longa para a cirurgia em comparação com os procedimentos padrão. Os implantes impressos em 3D sob medida são a solução que dá a chance de restaurar a função em pacientes atípicos cuja doença causou destruição óssea significativa29. As próteses padrão são insuficientes devido ao rápido desenvolvimento de doenças d...

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Divulgações

Maciej Stanuch, Adriana Złahoda-Huzior e Andrzej Skalski são funcionários da MedApp S.A. MedApp S.A. é a empresa que fabrica a solução CarnaLifeHolo.

Agradecimentos

Não aplicável.

O estudo foi realizado no âmbito de uma cooperação não comercial.

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
CarnaLifeHolo v. 1.5.2MedApp S.A.
Componente acetabular triflangeado tipo implante feito sob medidaBIOMETREF PM0001779
cabeça Cabeça modular restrita + pescoço de 9 mm para cone 12/14, Co-Cr-Mo, tamanho 36 mmBIOMETREF 14-107021
Inserção de polietileno Freedom Ringloc-X Costrained Linear Ringloc-X 58 mm para cabeça 36 mm / 10 *BIOMETREF 11-263658

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