Summary
En kompleks revisjon hofteprotese ble utført ved hjelp av et skreddersydd implantat og blandet virkelighetsteknologi. Ifølge forfatternes kunnskap er dette den første rapporten om en slik prosedyre beskrevet i litteraturen.
Abstract
Teknologien for 3D-utskrift og visualisering av anatomiske strukturer vokser raskt innen ulike fagområder. Et skreddersydd implantat og blandet virkelighet ble brukt til å utføre kompleks revisjon av hofteproteser i januar 2019. Bruken av blandet virkelighet tillot en veldig god visualisering av strukturene og resulterte i presis implantatfiksering. Ifølge forfatternes kunnskap er dette den første beskrevne kasuistikken om den kombinerte bruken av disse to innovasjonene. Diagnosen forut for kvalifiseringen for prosedyren var løsningen av venstre hoftes acetabulære komponent. Mixed reality headset og hologrammer utarbeidet av ingeniører ble brukt under operasjonen. Operasjonen var vellykket, og den ble etterfulgt av tidlig vertikalisering og pasientrehabilitering. Teamet ser muligheter for teknologiutvikling innen leddproteseplastikk, traumer og ortopedisk onkologi.
Introduction
Teknologien for tredimensjonal (3D) utskrift og visualisering av komplekse strukturer vokser raskt innen ulike fagområder. Disse inkluderer kardiovaskulær kirurgi, otorhinolaryngology, maxillofacial kirurgi, og fremfor alt ortopedisk kirurgi 1,2,3,4,5. For tiden brukes denne teknologien i ortopedisk kirurgi, ikke bare i direkte implementering av 3D-printede elementer, men også i kirurgisk trening, preoperativ planlegging eller intraoperativ navigasjon 6,7,8.
Total hofteproteseplastikk (THA) og total kneproteseplastikk (TKA) er en av de hyppigst utførte ortopediske kirurgiske prosedyrene over hele verden. På grunn av den betydelige forbedringen i pasientens livskvalitet, hadde THA blitt beskrevet i en tidligere publikasjon som "århundrets kirurgi"9. I Polen ble det utført 49.937 THA og 30.615 TKA i 201910. Etter hvert som forventet levealder øker, er det en oppadgående trend i det forventede antallet hofte- og kneproteseoperasjoner. Det er gjort store anstrengelser for å forbedre implantatdesign, kirurgisk teknikk og postoperativ behandling. Disse fremskrittene førte til en bedre sjanse til å gjenopprette pasientens funksjon og redusere risikoen for komplikasjoner11,12,13,14.
Den store utfordringen som ortopediske kirurger over hele verden står overfor, arbeider imidlertid med ikke-standardiserte pasienter hvis anatomiske defekter i hofteleddet gjør det svært vanskelig eller umulig å implementere et hylleimplantat15. Bentap kan skyldes betydelig traumer, progressiv degenerativ slitasjegikt med et acetabulært fremspring, utviklingsmessig hoftedysplasi, primær beinkreft eller metastase 16,17,18,19,20. Problemet med implantatvalg gjelder spesielt pasienter som er i fare for flere revisjoner, noen ganger også krever ukonvensjonell behandling. I slike tilfeller er en svært lovende løsning et additivt laget 3D-trykt implantat laget for en bestemt pasient og beindefekt, noe som gir en veldig presis anatomisk passform20.
Innen artroplastikk er presis implantat og bærekraftig fiksering avgjørende. Fremgang i preoperativ og intraoperativ 3D-visualisering har resultert i gode løsninger som utvidet og blandet virkelighet21,22,23,24. Intraoperativ bruk av ben- og implantat computertomografi (CT) hologrammer kan tillate bedre proteseplassering enn konvensjonelle radiografibilder. Denne nye teknologien kan øke sjansene for behandlingseffektivitet og redusere risikoen for nevrovaskulære komplikasjoner21,25.
Denne kasuistikken gjelder en pasient som er utsatt for hofterevisjonskirurgi på grunn av aseptisk løsning. For å håndtere betydelig bentap forårsaket av flere implantatfeil, ble det skreddersydde 3D-printede acetabulære implantatet brukt. Under prosedyren brukte vi blandet virkelighet for å visualisere implantatposisjonen for å unngå å skade de risikofylte nevrovaskulære strukturene. Applikasjon implementert til blandet virkelighetshodesett gjør det mulig å gi stemme- og gestkommandoer, noe som gjør det mulig å bruke det under sterile forhold under den kirurgiske prosedyren.
En 57 år gammel kvinne ble innlagt på avdelingen med en foreløpig diagnose: løsning av venstre hoftes acetabulære komponent. Anamnesen var omfattende. Gjennom hele livet gjennomgikk hun mange kirurgiske prosedyrer i hofteleddet. Den første behandlingen var hofteprotese på grunn av slitasjegikt forårsaket av hofteleddsdysplasi (1977-15 år), den andre var en total hofteprotese på grunn av implantatløsning (1983-21 år), og to andre revisjonsoperasjoner (1998, 2000-37 og 39 år). Videre hadde pasienten spastisk venstresidig hemiplegi forårsaket av cerebral parese i barndommen, og hun ble gjentatte ganger operert på grunn av venstre klubbefotdeformitet. Hun var også belastet med slitasjegikt i thoracolumbar ryggrad, karpaltunnelsyndrom og godt kontrollert arteriell hypertensjon. Den endelige diagnosen før kvalifiseringen for neste prosedyre var smerte og økende funksjonsbegrensning forårsaket av løsning av venstre hoftes acetabulære komponent. Pasienten var svært motivert, fysisk aktiv og funksjonsnedsettende.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Protokollen følger retningslinjer fra Human Research Ethics Committee ved Medical University of Warsaw. Pasienten ga informert samtykke til prosedyren og erkjente at den vil bli registrert. Pasienten samtykket til dette før inngrepet.
MERK: Det grunnleggende kriteriet for å inkludere pasienten i kirurgiprosjektet var nødvendigheten av å gripe inn på grunn av den anatomiske dysfunksjonen, noe som gjorde det umulig å bruke et standardimplantat. Blandet virkelighet var rettet mot bedre plassering av protesen, noe som økte sjansene for vellykket kirurgi.
1. Forberedelse
- Forbered et skreddersydd acetabulært implantat og planlegg den kirurgiske prosedyren før pasientens sykehusinnleggelse.
MERK: I denne casestudien utarbeidet personer som er dyktige i medisinsk bildediagnostikk det skreddersydde acetabulære implantatet.- Før den planlagte innleggelsen på sykehuset, utfør en røntgen i bildediagnostiske enheter.
- Utfør en bekkenrøntgen i en fremre-bakre projeksjon.
- Vurder den nåværende tilstanden til pasientens bekken basert på røntgenstrålen.
- Sammenlign bildet som ble oppnådd med de tidligere røntgenbildene.
- Ta en CT-skanning av bekkenet og skaff deg DICOM-filer (Digital Imaging and Communications in Medicine) i henhold til protokollen.
- Plasser pasienten på den bevegelige CT-skanneplattformen.
- Klikk på tykkelsesknappen og velg 512 x 512 px tykkelse for skanningene.
- Klikk på parameteren som bestemmer tykkelsen på 1 mm-laget.
- Start prosedyren ved å klikke, vent på testresultatet.
- Be en ingeniør om å designe et implantatforslag som kan sendes digitalt som et teknisk skjema, eller en 3D-trykt modellprototype (figur 1).
- Visualiser det beregnede tomografiresultatet i DICOM-visningsprogrammet.
- Bestem behovene for implementering av implantatet, med tanke på pasientens nåværende anatomiske forhold, biomekanikk og leddets funksjon.
- Rådfør deg med ingeniøren for forslag til implantater, inkludert fiksering.
- Godkjenn prosjektet og vent på forsendelse.
MERK: Den endelige formen på implantatet innebærer å kombinere 3D-data fra pasientens CT-skanning med innspill fra en designingeniør og en kirurg.
- Skriv ut det skreddersydde 3D-implantatet fra titanlegeringspulveret (TiAl6V4) ved hjelp av elektronstråleteknologi26,27. Inne i et kammer som inneholder små mengder TiAl6V4-pulver, hver gang elektronstrålen avfyres, er det selektiv smelting og akkumulering av materiale (plasmabelegg).
- Sjekk om implantatet ble sterilisert. Sterilisering av implantatforsøk og det endelige implantatet ble garantert av produsenten.
2. Kontroller før operasjonen
- Utfør en standard for laboratorietester og spesialistkonsultasjoner.
- Ekskluder pasienter med potensiell periprostetisk leddinfeksjon (ingen radiologiske trekk, normalt c-reaktivt protein (<10 mg/l) og erytrocytt senkningsreaksjon på 1-10 mm/time for kvinner, 3-15 mm/time for menn).
- Se etter kliniske tegn på infeksjon som feber (systemisk), smerte, hevelse, rødhet (lokalt) og redusert leddfunksjon28.
- Ekskluder pasienter som har tegn på lokal betennelse under de kliniske undersøkelsene (rødhet, temperaturøkning, smerte, hevelse og tap av funksjon indikerer lokal betennelse). Pasienten ga fullt informert samtykke til operasjonen.
3. Blandet virkelighetsmodell
MERK: Prosessen utføres for å oppnå riktig implantat- og bekkenvisualisering, som vil bli brukt intraoperativt.
- Behandle bekken CT DICOM-filen til en holografisk representasjon ved hjelp av dedikert applikasjon.
- Last inn CT-bildet i blandet virkelighetshodesett fra anskaffede CT DICOM-filer.
- Åpne holografisk DICOM Viewer.
- Velg mappen som inneholder CT DICOM-filer.
- Kontroller IP-en som vises når headsettet er slått på, og skriv det inn på et angitt sted i det holografiske DICOM Viewer.
- Klikk på Koble til-knappen for å kunne se visualiseringen i mixed reality-headsettet .
- Segmenter bekkenbensvevstrukturene. Dette utføres manuelt ved hjelp av saksalternativet . Når alternativet er aktivert, klikker brukeren på venstre museknapp og beveger musen rundt for å fjerne strukturene som er valgt med dette verktøyet.
- Avslutt valget med et nytt klikk på venstre museknapp, noe som skaper en popup for brukeren å bekrefte at han / hun vil kutte ut strukturene som er valgt.
MERK: Brukeren kan velge områder som skal kuttes ut fra visualiseringen i både 3D- og 2D-visning. Det er mulig å fjerne strukturene fra innsiden eller utsiden av utvalget. Dette gjentas til bare de nødvendige delene av CT-bildet er synlige.
- Avslutt valget med et nytt klikk på venstre museknapp, noe som skaper en popup for brukeren å bekrefte at han / hun vil kutte ut strukturene som er valgt.
- Velg en forhåndsdefinert overføringsfunksjon (fargevisualiseringsparametere) dedikert til ortopediske prosedyrer fra listen over tilgjengelige funksjoner ved å klikke på navnet: CT Bone Endoprosthesis. Juster om nødvendig visualiseringen ved å endre vinduet og nivået ved hjelp av høyre museknapp koblet til musebevegelse i 3D-visualiseringsvinduet.
- Koble til headsettet for å se den forberedte visualiseringen i det holografiske 3D-rommet. Juster bildet ved hjelp av talekommandoer: Roter, Zoom, Klipp ut smart og håndbevegelser.
- Bruk kommandoen Klipp ut smart til å bruke og justere et skjæringsplan vinkelrett på brukerens synslinje. Jo nærmere brukeren beveger hodet inn i hologrammet, jo dypere går flyet.
- Utfør disse bevegelsene for å se de indre delene av visualiseringen fordi strukturer som ligger fremre til planet ikke visualiseres.
MERK: Denne visningen er viktig for å vurdere de geometriske forholdene mellom strukturer (bekken, lårben og implantat) (figur 2 og figur 3).
- Last inn CT-bildet i blandet virkelighetshodesett fra anskaffede CT DICOM-filer.
4. Kirurgi
- Utfør den kirurgiske prosedyren for revisjon av hofteprotese på grunn av aseptisk løsning av acetabulær komponent ved bruk av et skreddersydd acetabulært implantat og blandet virkelighetsenhet14,16,29. Bruk en skalpell, en elektrokirurgisk kniv med en koagulator, et Luer-verktøy og kuttere for operasjonen.
- Gi 1,5 g ceftriaxon intravenøst 30 minutter før hudsnittet, og to påfølgende doser skal gis på operasjonsdagen for å forhindre infeksjon. Oppstart av tromboseprofylakse dagen før operasjonen med lavmolekylært heparin (LMWH). Fortsett den daglige enkeltdosen på 40 mg enoksaparin i 30 dager etter prosedyren.
- Plasser og fest pasienten under generell anestesi, liggende på operasjonsbordet.
- Slipp bindevevsadhesjonene ved hjelp av Hardinge-tilgangen til hofteleddet og fjern det løse acetabulære implantatet.
- Utfør operasjonen på samme måte som andre revisjonsprosedyrer i hofteleddet, men bruk en bredere tilgang.
- Fjern alle myke vev fra overflaten av acetabulum slik at formen er nøyaktig den samme som i modellen som følger med. Implantatmodellen må perfekt feste seg til overflaten av acetabularbenet.
- Fest det nye usementerte implantatet ved hjelp av spesialdesignede skruer som stabiliserer implantatet.
- Utfør en femoral nerveblokk etter operasjonen.
- Intraoperativ holografisk visualisering av behandlede bilder
- Last visualiseringen av DICOM CT-skanningen som er utarbeidet i den pre-prosessuelle planleggingen til mixed reality-applikasjonen.
- Koble mixed reality-headsettet til mixed reality-programmet for å se den forberedte visualiseringen i det holografiske 3D-rommet.
- Bruk intraoperativ holografisk visualisering av de behandlede bildene for å oppnå tilstrekkelig og presis bekkenbenoverflatebehandling, samt for fjerning av overskudd av bindevev som utviklet seg som et svar på løsning av acetabulær komponent.
- Kontroller at operatøren ser på den holografiske visualiseringen som et referansebilde.
- Bruk en skalpell, en elektrokirurgisk kniv med en koagulator, et luerverktøy og kuttere for operasjonen. Visualisering av 3D-bekkenmodellen skal minimere risikoen for skadelige nevrovaskulære strukturer og feil i implantatplassering.
- Forsikre deg om at den hodemonterte skjermen er koblet til arbeidsstasjonen via et WiFi-nettverk. Behandlingen av bildene og gjengivelsen utføres på arbeidsstasjonen, og resultatene vises på headsettet som hologrammer. Bruk bevegelser og talekommandoer. Hvis det er nødvendig, kan du få hjelp fra en tekniker med forhåndsvisning av POV.
5. Postoperativ omsorg
- Få pasienten til å gjennomgå en standard rehabiliterings- og gjenopprettingsprotokoll, inkludert rehabilitering og mobilisering den første dagen etter operasjonen30,31,32.
MERK: Rehabilitering ble implementert av et dedikert team med erfaring i hofte- og kneproteseplastikk. - Implementere farmakologisk tromboprofylakse. Tromboseprofylakse ble startet dagen før operasjonen med lavmolekylært heparin (LMWH). Den daglige enkeltdosen på 40 mg enoksaparin ble opprettholdt i 30 dager etter prosedyren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Forbehandling av bilder
Binære masker av bekkenbenet, lårbenet og endoprotesen ble halvautomatisk segmentert fra CT DICOM-bilder av erfarne radiologiske teknologer ved hjelp av terskel- og regionvekstalgoritmer med tilgjengelig programvare33. De utarbeidede etikettkartene ble også manuelt korrigert av en radiolog. Etikettkart ble brukt til å forbedre visualiseringen ved å legge dem til CT-skanningen i neste trinn. Denne tilnærmingen gjorde det mulig å slå sammen den volumetriske gjengivelsen, som gjør det mulig å se beinstrukturen og omkringliggende vev på CT-skanningene, med de segmenterte delene som indikerer viktige vev. Segmenteringsresultatene ble avsluttet i den opprinnelige stakken, som unngikk å konstruere bare en 3D grafisk modell av strukturer, men gjorde det mulig å opprettholde informasjon om alle Hounsfield Units (HU) verdier. Det resulterte i en interaktiv visualisering som tillot en å vise vev, implantere og gjennomføre beinsegmenteringer samtidig eller en om gangen, avhengig av den kirurgiske situasjonen (figur 1 og figur 4) visualiseringer av det faste implantatet. Det behandlede CT-datasettet ble visualisert som hologrammer ved hjelp av dedikert programvare.
Forhåndsplanlegging og sykehusinnleggelse
På grunnlag av datatomografidata og visualiseringer ble det utarbeidet en operasjonsplan. Planen inkluderte viktige verdier: hofte rotasjonssenter, acetabulær tilbøyelighet, anteversjon og retning, metode og soner for implantatmontering. Implantatets posisjon ble bestemt av bein og anatomiske punkter, mens riktig konfigurasjon i tillegg ble bekreftet etter innstilling av prøvehodet til protesen og klinisk kontroll av implantatets stabilitet under prosedyren. Postoperativ CT ble utført for å bekrefte implantatets korrekte posisjon. Skruenes posisjon ble planlagt på grunnlag av CT av ingeniør og kirurg, noe som gjorde det mulig å unngå kontakt av skruene med vaskulære nervestrukturer og deres skade (figur 5). Acetabularfeilen ble klassifisert som 3B Paprosky klassifisering34. Type 3B er den mest alvorlige ødeleggelsen av alle acetabulære strukturer, inkludert vegger og kolonner34. Den kliniske HHS-skåren før kirurgi var 44 (tab 1).
Aktiviteter for å forberede pasienten på prosedyren inkluderte indremedisinsk konsultasjon og standard laboratorietester. Nødvendige undersøkelser var også nødvendige: EKG og røntgen: røntgen thorax, bekkenrøntgen. Kontrollbildet ble også tatt etter operasjonen. Pasienten fikk standard tromboseprofylakse (Clexane 40 mg, 1 x 1 s.c.) og antibiotikaprofylakse (Tarsime 3 x 1,5 g i.v.) under sykehusinnleggelse. Individualisert smertebehandling ble inkludert. Alle andre medisiner ble tatt i henhold til pasientens standardanbefalinger.
I januar 2019 ble det utført en artroplastisk revisjon av venstre hofte, som inkluderte erstatning av en løs acetabulær komponent med det skreddersydde implantatet: Triflanged acetabular komponent, polyetyleninnsats, begrenset, festeskruer-10 stykker, Co-Cr-Mo begrenset modulært hode (36 mm) og en 9 mm nakke.
Operasjonen varte i 4 timer og ble utført uten komplikasjoner. Vertikalisering ved hjelp av en rullator fant sted den andre dagen etter prosedyren. Pasienten ble utskrevet dag 14 i god allmenntilstand (lang rehabiliteringstid på grunn av fotlammelser etter cerebral parese). Kontrollbesøk fant sted etter de fastsatte datoene. Radiologisk kontroll-CT og røntgen ble utført før operasjonen (fig 3, fig 6 og figur 7), etter operasjonen (fig 2 og figur 8) og etter 2 år (fig 9). Implantatplassering ble utført i samsvar med forutsetningene for prosjektet. Forskyvningen, bevegelsesområdet og lengden på lemmene ble gjenopprettet. Funksjonen og pasientens livskvalitet var relativt god ved det påfølgende besøket og forbedret seg betydelig siden den første diagnosen. Før operasjonen ble pasienten flyttet til rullestol på grunn av smerte – pasientens subjektive vurdering på 10-punkts visuell analog smerteintensitetsskala var 8 (VAS 8). Etter operasjonen, under rehabilitering, sluttet hun å bruke to ortopediske krykker. Pasienten går for tiden med en krykke på grunn av fotdråpe-peroneal nerveparese etter tidligere operasjon på et annet sykehus. Ifølge forfatternes kunnskap var det den første slike prosedyren i Polen og en av de første i verden. Det var et forskerteam for medisinstudenter som foreslo ideen om å bruke moderne teknologi ved Institutt for ortopedi og traumatologi i muskel-skjelettsystemet.
Anatomiske strukturer som krever kirurgisk inngrep må være synlige for tilstrekkelig implantatfiksering som planlagt. Når det gjelder ikke-standardiserte pasienter med signifikante beindefekter og deformasjoner, er riktig visualisering og justering av en skreddersydd protese av grunnleggende betydning for behandlingsprosessen. Riktig implantatfiksering reduserer risikoen for postoperative komplikasjoner som løsning eller ustabilitet. Teknologien til blandet virkelighet tillater uten risiko og på en ikke-invasiv måte å nøyaktig visualisere bekkenet, beinene og bløtvevet, noe som øker sjansene for god implantatplassering og til og med muligens forkorter operasjonstiden i fremtiden. Evnen til å manipulere bildet, for eksempel å zoome inn de valgte fragmentene av de komplekse anatomiske strukturer, gjør det mulig å utelukke ufullkommenhetene i kirurgens øye (figur 10 og figur 11). Oppsummert ble det utført en presis, fullt personlig kompleks revisjon artroplastikk. Forfatterne ser muligheter for videreutvikling av blandet virkelighet i ortopedi, ikke bare i artroplastikk og traumatologi, men også i ortopedisk onkologi, hvor det ofte er nødvendig å utføre svært omfattende reseksjoner med høy presisjon. Riktig visualisering av vanskelig tilgjengelige anatomiske områder med omkringliggende nevrovaskulære strukturer kan gjøre operasjonen enklere for kirurgen og tryggere for pasienten.
Figur 1: Visualisering av det faste implantatet. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 2: Røntgen én dag etter operasjonen. Bokstaven 'L' representerer venstre side av kroppen på røntgen. I dette tilfellet, et bilde av venstre hofte. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 3: Røntgen før operasjonen. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 4: Visualisering av det faste implantatet. Visualisering er utarbeidet i prosessen med preoperativ planlegging. Det viser potensiell fiksering av implantatet. Den blå fargen i visualiseringen er grensen til implantatet. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 5: 3D-prosjekt for innsetting av implantatfesteskruer. Farger brukes av ingeniører for bedre og mer nøyaktig visualisering. Dette gjør det enkelt å skille bolter med forskjellige parametere-lengde, tverrsnitt. Monteringssekvensen kan også tas i betraktning. Fargene er illustrerende og brukes i den preoperative planleggingsprosessen. I prosessen med å planlegge implantatmonteringen er det viktig å utelukke intraoperativ skade på blodkar og nerver. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 6: CT-3D-rekonstruksjon før operasjonen viser hofteleddene og deler av lårbenet. Synlig degenerasjon og ødeleggelse av beinstrukturer, bekkenasymmetri. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 7: CT-3D-rekonstruksjon før operasjonen. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 8: Røntgen 6 uker etter operasjonen. Implantatet var montert riktig, det løsnet ikke. Synlig venstre hofte endoprotese med festeelementer. Røntgen i kombinasjon med den kliniske undersøkelsen av pasienten bekrefter operasjonens suksess. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 9: Røntgen 2 år etter operasjonen. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 10: Blandet virkelighet brukerens synspunkt - bekken forfra. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 11: Blandet virkelighet brukerens synspunkt - bekken fra siden. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 12: Blandet virkelighet brukerens synspunkt - bildet tatt under operasjonen - hologrammet viser en del av bekkenet. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 13: Bildet tatt under operasjonen - hovedoperatør, Prof. Łęgosz bruker blandet virkelighetsteknologi. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
| HSS-POENGSUM | |||
| FØR OPERASJONEN | 6 UKER ETTER OPERASJONEN | 6 MÅNEDER ETTER OPERASJONEN | 12 MÅNEDER ETTER OPERASJONEN |
| 44 | 74,5 | 80 | 82 |
Tabell 1: HHS Score table - presentere pasientens resultater i henhold til Harris Hip score før prosedyren, 6 uker etter inngrepet, 6 måneder etter inngrepet, 12 måneder etter inngrepet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Primær og revisjon hip artroplastikk kan kreve personalisering for å sikre effektiviteten av behandlingen. Imidlertid krever bruk av tilpassede implantater lengre forberedelse for kirurgi sammenlignet med standardprosedyrer. Skreddersydde 3D-printede implantater er løsningen som gir en sjanse til å gjenopprette funksjonen hos ikke-typiske pasienter hvis sykdom har forårsaket betydelig bein ødeleggelse29. Standardproteser er utilstrekkelige på grunn av avansert degenerativ sykdom som utvikler seg raskt, beindefekter forårsaket av primære beintumorer eller metastaser, samt kompliserte skader eller flere revisjonsprosedyrer16. Skreddersydde implantater er forberedt for en bestemt pasient med fullstendig individualisering med tanke på anatomiske anomalier og nåværende klinisk tilstand. Prosessen med å lage et implantat krever samarbeid med ortopediske kirurger med ingeniører og er basert på CT eller magnetisk resonansavbildning (MR). Utarbeidelsen av den virtuelle implantatmodellen er komplisert. Det utføres av ingeniører som nøyaktig bestemmer kreftene som virker mellom beinet og implantatet. Den foreløpige virtuelle 3D-modellen konsulteres med kirurgen, og etter godkjenningen begynner produksjonen av det skreddersydde implantatet. Det riktige implantatet leveres sammen med PDF-filinstruksjoner for driftsteamet. Den er ledsaget av en presis plastmodell av bekkenbenene og implantatet for treningsformål og intraoperativ montering.
Preoperativ planlegging er av stor betydning, spesielt i forbindelse med revisjon artroplastikk. Når du kvalifiserer en pasient for prosedyren, er det nødvendig å ta hensyn til deres generelle kliniske tilstand, byrden av comorbiditeter og sykdommens nåværende historie15. Etter at teamlederen har tatt avgjørelsen, sendes resultatene av datatomografi til produsenten av implantatet, og deretter begynner den 6 uker lange prosedyren, som inkluderer å produsere en 3D-modell og den endelige versjonen av implantatet.
Blandet virkelighet er en hybrid av ekte og virtuell virkelighet der fysiske objekter sameksisterer med digitale hologrammer, og interaksjon mellom dem er mulig i sanntid21. Det er nå mye brukt på ulike felt, inkludert medisin 35,36,37, og det brukes oftest til å visualisere medisinske data som tredimensjonale CT-skanninger eller MR38,39,40. Denne teknologien gjør det mulig å planlegge behandlinger mer presist, raskt få tilgang til pasientens data i diagnostikk, eller bedre visualisere det kirurgiske feltet intraoperativt41. Blandet virkelighet har også funnet sin anvendelse i utdanning i grunnleggende og kliniske på alle stadier av opplæring, inkludert studenter, medisinske innbyggere og konsulenter.
Som ved utarbeidelse av skreddersydde implantater, er den første fasen av samarbeidet mellom leger og ingeniører medisinske bildedata lagret i DICOM-standarden. Mer avanserte teknikker som brukes i radiologi og samtidig utvikling av teknologiske løsninger, tillater også integrering og brukervennlighet av dynamiske bildedata, for eksempel sanntids ultralyd. Neste trinn er gjengivelsesbehandling av de innhentede dataene for å lage tredimensjonale hologrammer sendt til en enhet. Brukeren kan se visualiseringen som en del av omgivelsene og kan enkelt samhandle med den. Hodesettet som er plassert på hodet til operatøren eller medlemmer av driftsteamet, er utstyrt med sensorer (kameraer, akselerometer, magnetometer, gyroskop), slik at de holografiske dataene kan ses som en del av omgivelsene (figur 12). Operatøren kan styre hologrammene med håndbevegelser og talekommandoer, som justerer visualiseringen til hans/hennes spesifikke behov. Det er mulig å endre størrelse, struktur, posisjon med opprettholdt sterile forhold. HoloLens påvirker ikke arbeidskomforten negativt og begrenser ikke synsfeltet under prosedyren når hologrammene ikke vises. Det medisinske teamet var tidligere forberedt på operasjonen gjennom muligheten for å bli kjent med de presise og detaljerte 3D-utskriftsledd- og protesemodellene som ble levert sammen med implantatet, samt gjennom opplæring med et team av ingeniører. Bruken av briller med blandet virkelighet er veldig intuitiv, og effektiv bruk av opplastede hologrammer er lett å lære. Den blandede virkeligheten var en effektiv løsning, både når det gjelder forberedelse til operasjonen og når det gjelder gjennomføring av prosedyren.
Ifølge forfatternes kunnskap er dette den første rapporten om bruk av blandet virkelighetsteknologi i hofterevisjonskirurgi med bruk av det 3D-printede acetabulære implantatet. Det var den første intraoperative bruken av apparatet i forfatternes kliniske senter (figur 13). Tidligere publikasjoner inkluderer primær hofteprotese med bruk av blandet virkelighetsteknologi. Den ble presentert av Lei Peng-fei og medarbeidere hos en 59 år gammel pasient med intertrokantært brudd42. Skreddersydde implantater og blandet virkelighet er en stadig mer populær løsning som brukes i ulike områder av kirurgi. Kombinasjonen av begge er en innovasjon med lovende resultater. For tiden er disse typer behandlinger eksperimentelle på grunn av høye kostnader og behovet for passende forberedelse, det er ikke nok mengde til å lage objektive originale studier; I nær fremtid vil det imidlertid være mulig på grunn av forskningsstipendene og økende interesse fra klinikere. I sammenheng med de eksisterende og ofte brukte løsningene under kirurgiske prosedyrer, har røntgen- eller CT-fremspring som vises på en standard 2D-skjerm begrensninger fordi de ikke tillater visning av anatomiske strukturer fra et annet perspektiv. Det er ikke mulig å forstørre og endre strukturens posisjon i rommet. Etter forfatternes mening er skreddersydde implantater og blandet virkelighetsteknologi lovende for vanskelig revisjon artroplastikk, samt traumatologi og ortopedisk onkologi. Ifølge forfatterne er den blandede virkeligheten også anvendelig for pasienter som er kvalifisert for standard endoprosteser, inkludert primære endoprosteser som ikke krever skreddersydde implantater. Intraoperativ navigasjon forsterket av blandet virkelighet gir bedre og mer presis plassering av implantater. Pilotstudier gjennomføres for tiden med lovende resultater43.
Hvert trinn i planleggingen av prosedyren og forberedelsen av pasienten er svært viktig, og ingen av dem kan undervurderes. Kvaliteten på medisinsk bildebehandling og riktig samarbeid med ingeniører, både i utformingen av implantatet og i utarbeidelsen av hologrammet, er viktig for operasjonens suksess. Det kritiske øyeblikket under prosedyren er fjerning av de gamle implantatkomponentene og festing av den nye, personlige på et tidligere forberedt sted. På dette stadiet er hologrammer viktige for at prosedyren skal utføres veldig presist.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Maciej Stanuch, Adriana Złahoda-Huzior og Andrzej Skalski er MedApp S.A.-ansatte. MedApp S.A. er selskapet som produserer CarnaLifeHolo-løsningen.
Acknowledgments
Ikke aktuelt.
Studien ble gjennomført som en del av et ikke-kommersielt samarbeid.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| CarnaLifeHolo v. 1.5.2 | MedApp S.A. | ||
| Custom-Made implant type Triflanged Acetabular Component | BIOMET | REF PM0001779 | |
| Head Constrained Modular Head + 9mm Neck for cone 12/14, Co-Cr-Mo, size 36mm | BIOMET | REF 14-107021 | |
| Polyethylene insert Freedom Ringloc-X Costrained Linear Ringloc-X 58mm for head 36mm / 10 * | BIOMET | REF 11-263658 |
References
- Smoczok, M., Starszak, K., Starszak, W. 3D printing as a significant achievement for application in posttraumatic surgeries: A literature review. Current Medical Imaging. 17 (7), 814-819 (2021).
- Farooqi, K. M., et al. 3D printing and heart failure: The present and the future. JACC: Heart Failure. 7 (2), 132-142 (2019).
- Canzi, P., et al. New frontiers and emerging applications of 3D printing in ENT surgery: A systematic review of the literature. Acta Otorhinolaryngologica Italica. 38 (4), 286-303 (2019).
- Lin, A. Y., Yarholar, L. M. Plastic surgery innovation with 3D printing for craniomaxillofacial operations. Missouri State Medical Association Journal. 117 (2), 136-142 (2020).
- Murphy, S. V., De Coppi, P., Atala, A. Opportunities and challenges of translational 3D bioprinting. Nature Biomedical Engineering. 4 (4), 370-380 (2020).
- Pugliese, L., et al. The clinical use of 3D printing in surgery. Updates in Surgery. 70 (3), 381-388 (2018).
- Yan, L., Wang, P., Zhou, H. 3D printing navigation template used in total hip arthroplasty for developmental dysplasia of the hip. Indian Journal of Orthopaedics. 54 (6), 856-862 (2020).
- Kuroda, S., Kobayashi, T., Ohdan, H. 3D printing model of the intrahepatic vessels for navigation during anatomical resection of hepatocellular carcinoma. International Journal of Surgery Case Reports. 41, 219-222 (2017).
- Learmonth, I. D., Young, C., Rorabeck, C. The operation of the century: total hip replacement. Lancet. 370 (9597), 1508-1519 (2007).
- Narodowy Fundusz Zdrowia (NFZ) – finansujemy zdrowie Polaków. , Available from: https://www.nfz.gov.pl/o-nfz/publikacje/ (2022).
- Ackerman, I. N., et al. The projected burden of primary total knee and hip replacement for osteoarthritis in Australia to the year 2030. Musculoskeletal Disorders. 20 (1), 90 (2019).
- Nemes, S., Gordon, M., Rogmark, C., Rolfson, O. Projections of total hip replacement in Sweden from 2013 to 2030. Acta Orthopaedica. 85 (3), 238-243 (2014).
- Sloan, M., Premkumar, A., Sheth, N. P. Projected volume of primary total joint arthroplasty in the U.S., 2014 to 2030. The Journal of Bone and Joint Surgery. 100 (17), 1455-1460 (2018).
- Schwartz, A. M., Farley, K. X., Guild, G. N., Bradbury, T. L. Jr Projections and epidemiology of revision hip and knee arthroplasty in the United States to 2030. Journal of Arthroplasty. 35 (6), 79-85 (2020).
- von Lewinski, G. Individuell angepasster Beckenteilersatz in der Hüftgelenksrevision. Der Orhopäde. 49, 417-423 (2020).
- Angelini, A., et al. Three-dimension-printed custom-made prosthetic reconstructions: from revision surgery to oncologic reconstructions. International Orthopaedics. 43 (1), 123-132 (2019).
- Wang, J., et al. Three-dimensional-printed custom-made hemipelvic endoprosthesis for the revision of the aseptic loosening and fracture of modular hemipelvic endoprosthesis: a pilot study. BMC Surgery. 21 (1), 262 (2021).
- Pal, C. P., et al. Metastatic adenocarcinoma of proximal femur treated by custom made hip prosthesis. Journal of Orthopaedic Case Reports. 2 (1), 3-6 (2012).
- Kostakos, T. A., et al. Acetabular reconstruction in oncological surgery: A systematic review and meta-analysis of implant survivorship and patient outcomes. Surgical Oncology. 38, 101635 (2021).
- Jacquet, C., et al. Long-term results of custom-made femoral stems. Der Orhopäde. 49 (5), 408-416 (2020).
- Verhey, J. T., Haglin, J. M., Verhey, E. M., Hartigan, D. E. Virtual, augmented, and mixed reality ap- plications in orthopedic surgery. The International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery. 16 (2), 2067 (2020).
- Ayoub, A., Pulijala, Y. The application of virtual reality and augmented reality in oral & maxillofacial surgery. BMC Oral Health. 19 (1), 238 (2019).
- Chytas, D., Nikolaou, V. S. Mixed reality for visualization of orthopedic surgical anatomy. World Journal of Orthopedics. 12 (10), 727-731 (2021).
- Gao, Y., et al. Application of mixed reality technology in visualization of medical operations. Chinese Medical Sciences Journal. 34 (2), 103-109 (2019).
- Zhang, J., et al. Trends in the use of augmented reality, virtual reality, and mixed reality in surgical research: A global bibliometric and visualized analysis. Indian Journal of Surgery. , 1-18 (2022).
- Elsayed, H., et al. Direct ink writing of porous titanium (Ti6Al4V) lattice structures. Materials Science and Engineering C: Materials for Biological Applications. 103, 109794 (2019).
- Tamayo, J. A., et al. Additive manufacturing of Ti6Al4V alloy via electron beam melting for the development of implants for the biomedical industry. Heliyon. 7 (5), 06892 (2021).
- Izakovicova, P., Borens, O., Trampuz, A. Periprosthetic joint infection: current concepts and outlook. EFORT Open Reviews. 4 (7), 482-494 (2019).
- Chiarlone, F., et al. Acetabular custom-made implants for severe acetabular bone defect in revision total hip arthroplasty: a systematic review of the literature. Archives of Orthopaedic and Trauma Surgery. 140 (3), 415-424 (2020).
- Šťastný, E., Trč, T., Philippou, T. Rehabilitation after total knee and hip arthroplasty. The Journal of Czech Physicians. 155 (8), 427-432 (2016).
- Chua, M. J., et al. Early mobilisation after total hip or knee arthroplasty: A multicentre prospective observational study. Public Library of Science One. 12 (6), 0179820 (2017).
- Wu, J., Mao, L., Wu, J. Efficacy of exercise for improving functional outcomes for patients undergoing total hip arthroplasty: A meta-analysis. Medicine (Baltimore). 98 (10), 14591 (2019).
- 3D Slicer image computing platform. , Available from: www.slicer.org (2022).
- Telleria, J. J., Gee, A. O. Classifications in brief: Paprosky classification of acetabular bone loss. Orthopaedics and Related Research. 471 (11), 3725-3730 (2013).
- Tepper, O. M., et al. Mixed reality with HoloLens: Where virtual reality meets augmented reality in the operating room. Plastic and Reconstructive Surgery. 140 (5), 1066-1070 (2017).
- Joda, T., Gallucci, G. O., Wismeijer, D., Zitzmann, N. U. Augmented and virtual reality in dental medicine: A systematic review. Computers in Biology and Medicine. 108, 93-100 (2019).
- Goo, H. W., Park, S. J., Yoo, S. J. Advanced medical use of three-dimensional imaging in Congenital heart disease: Augmented reality, mixed reality, virtual reality, and three-dimensional printing. Korean Journal of Radiology. 21 (2), 133-145 (2020).
- Kasprzak, J. D., Pawlowski, J., Peruga, J. Z., Kaminski, J., Lipiec, P. First-in-man experience with real- time holographic mixed reality display of three-dimensional echocardiography during structural intervention: balloon mitral commissurotomy. European Heart Journal. 41 (6), 801 (2020).
- Li, G., et al. The clinical application value of mixed- reality-assisted surgical navigation for laparoscopic nephrectomy. Cancer Medicine. 9 (15), 5480-5489 (2020).
- Kang, S. L., et al. Mixed-reality view of cardiac specimens: a new approach to understanding complex intracardiac congenital lesions. Pediatric Radiology. 50 (11), 1610-1616 (2020).
- Wierzbicki, R., et al. 3D mixed-reality visualization of medical imaging data as a supporting tool for innovative, minimally invasive surgery for gastrointestinal tumors and systemic treatment as a new path in personalized treatment of advanced cancer diseases. Journal of Cancer Research and Clinical Oncology. 148 (1), 237-243 (2022).
- Lei, P. F., et al. Mixed reality combined with three - dimensional printing technology in total hip arthroplasty: An updated review with a preliminary case presentation. Orthopaedic Surgery. 11 (5), 914-920 (2019).
- Iacono, V., et al. The use of augmented reality for limb and component alignment in total knee arthroplasty: systematic review of the literature and clinical pilot study. Journal of Experimental Orthopedics. 8, 52 (2021).
