Summary
Una complessa artroplastica dell'anca di revisione è stata eseguita utilizzando un impianto personalizzato e una tecnologia di realtà mista. Secondo le conoscenze degli autori, questo è il primo rapporto di tale procedura descritta in letteratura.
Abstract
La tecnologia della stampa 3D e della visualizzazione di strutture anatomiche è in rapida crescita in vari campi della medicina. Un impianto su misura e una realtà mista sono stati utilizzati per eseguire un'artroplastica dell'anca di revisione complessa nel gennaio 2019. L'uso della realtà mista ha permesso un'ottima visualizzazione delle strutture e ha portato a una precisa fissazione dell'impianto. Secondo le conoscenze degli autori, questo è il primo caso clinico descritto dell'uso combinato di queste due innovazioni. La diagnosi che precedeva la qualifica per la procedura era l'allentamento della componente acetabolare dell'anca sinistra. Durante l'intervento sono stati utilizzati visori per realtà mista e ologrammi preparati dagli ingegneri. L'operazione ha avuto successo ed è stata seguita da una verticalizzazione precoce e dalla riabilitazione del paziente. Il team vede opportunità per lo sviluppo tecnologico nell'artroplastica articolare, nei traumi e nell'oncologia ortopedica.
Introduction
La tecnologia della stampa tridimensionale (3D) e della visualizzazione di strutture complesse è in rapida crescita in vari campi della medicina. Questi includono chirurgia cardiovascolare, otorinolaringoiatria, chirurgia maxillo-facciale e, soprattutto, chirurgia ortopedica 1,2,3,4,5. Attualmente, questa tecnologia viene utilizzata in chirurgia ortopedica non solo nell'implementazione diretta di elementi stampati in 3D, ma anche nella formazione chirurgica, nella pianificazione preoperatoria o nella navigazione intraoperatoria 6,7,8.
L'artroplastica totale dell'anca (THA) e l'artroplastica totale del ginocchio (TKA) sono una delle procedure chirurgiche ortopediche più frequentemente eseguite in tutto il mondo. A causa del significativo miglioramento della qualità della vita del paziente, la THA era stata descritta in una precedente pubblicazione come la "chirurgia del secolo"9. In Polonia, 49.937 THA e 30.615 TKA sono stati eseguiti nel 201910. Con l'aumento dell'aspettativa di vita, c'è una tendenza al rialzo nel numero previsto di interventi di artroplastica dell'anca e del ginocchio. Sono stati fatti grandi sforzi per migliorare la progettazione degli impianti, la tecnica chirurgica e le cure postoperatorie. Questi progressi hanno portato a una migliore possibilità di ripristinare la funzione del paziente e ridurre il rischio di complicanze11,12,13,14.
Tuttavia, la grande sfida attualmente affrontata dai chirurghi ortopedici di tutto il mondo è lavorare con pazienti non standard i cui difetti anatomici nell'articolazione dell'anca rendono molto difficile o addirittura impossibile implementare un impianto standard15. La perdita ossea può essere dovuta a traumi significativi, artrosi degenerativa progressiva con protrusione acetabolare, displasia dello sviluppo dell'anca, cancro osseo primario o metastasi 16,17,18,19,20. Il problema della selezione degli impianti riguarda specificamente i pazienti che sono a rischio di revisioni multiple, a volte che richiedono anche un trattamento non convenzionale. In questi casi, una soluzione molto promettente è un impianto stampato in 3D realizzato in additivo creato per un paziente specifico e un difetto osseo, consentendo una misura anatomica molto precisa20.
Nel campo dell'artroplastica, l'impianto preciso e la sua fissazione sostenibile sono fondamentali. I progressi nella visualizzazione 3D preoperatoria e intraoperatoria hanno portato a soluzioni eccellenti come la realtà aumentata e mista21,22,23,24. L'uso intraoperatorio di ologrammi di tomografia computerizzata (TC) ossea e implantare può consentire un migliore posizionamento della protesi rispetto alle immagini radiografiche convenzionali. Questa tecnologia emergente può aumentare le possibilità di efficacia della terapia e ridurre il rischio di complicanze neurovascolari21,25.
Questo caso clinico riguarda un paziente sottoposto a intervento chirurgico di revisione dell'anca a causa di allentamento asettico. Per affrontare una significativa perdita ossea causata da fallimenti multipli dell'impianto, è stato utilizzato l'impianto acetabolare stampato in 3D su misura. Durante la procedura, abbiamo utilizzato la realtà mista per visualizzare la posizione dell'impianto per evitare di danneggiare le strutture neurovascolari a rischio. L'applicazione implementata per il visore di realtà mista consente di dare comandi vocali e gestuali, rendendo possibile l'utilizzo in condizioni sterili durante la procedura chirurgica.
Una donna di 57 anni è stata ricoverata in reparto con una diagnosi preliminare: allentamento della componente acetabolare dell'anca sinistra. La storia della malattia del paziente era ampia. Nel corso della sua vita, ha subito numerose procedure chirurgiche dell'articolazione dell'anca. Il primo trattamento è stato il resurfacing dell'anca a causa dell'artrosi causata dalla displasia dell'anca (1977-15 anni), il secondo è stato un'artroplastica totale dell'anca dovuta all'allentamento dell'impianto (1983-21 anni) e altri due interventi di revisione (1998, 2000-37 e 39 anni). Inoltre, la paziente soffriva di emiplegia spastica del lato sinistro causata da paralisi cerebrale infantile ed è stata ripetutamente operata a causa di una deformità del piede torto sinistro. Era anche gravata da artrosi della colonna vertebrale toracolombare, sindrome del tunnel carpale e ipertensione arteriosa ben controllata. La diagnosi finale che precedeva la qualifica per la procedura successiva era il dolore e la crescente limitazione della funzione causata dall'allentamento della componente acetabolare dell'anca sinistra. Il paziente era altamente motivato, fisicamente attivo e affrontava la disabilità.
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Protocol
Il protocollo segue le linee guida del Comitato etico per la ricerca umana dell'Università di medicina di Varsavia. Il paziente ha dato il consenso informato alla procedura e ha riconosciuto il fatto che sarà registrata. Il paziente ha accettato prima della procedura.
NOTA: Il criterio base per includere il paziente nel progetto chirurgico era la necessità di intervenire a causa della disfunzione anatomica, che rendeva impossibile l'utilizzo di un impianto standard. La realtà mista mirava a un migliore posizionamento della protesi, aumentando le possibilità di successo dell'intervento chirurgico.
1. Preparazione
- Preparare un impianto acetabolare su misura e pianificare la procedura chirurgica prima del ricovero del paziente.
NOTA: In questo caso di studio, persone esperte nell'arte della diagnostica per immagini mediche hanno preparato l'impianto acetabolare su misura.- Prima del ricovero programmato in ospedale, eseguire una radiografia nell'unità di diagnostica per immagini.
- Eseguire una radiografia pelvica in una proiezione antero-posteriore.
- Valutare le condizioni attuali del bacino del paziente in base alla radiografia.
- Confrontare l'immagine ottenuta con le immagini a raggi X precedenti.
- Fai una TAC pelvica e acquisisci i file DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) secondo il protocollo.
- Posizionare il paziente sulla piattaforma di scansione TC mobile.
- Fare clic sul pulsante spessore e selezionare lo spessore 512 x 512 px per le scansioni.
- Fare clic sul parametro che determina lo spessore dello strato di 1 mm.
- Avviare la procedura facendo clic, attendere il risultato del test.
- Chiedi a un ingegnere di progettare una proposta di impianto che può essere inviata digitalmente come schema tecnico o un prototipo di modello stampato in 3D (Figura 1).
- Visualizzare il risultato della tomografia computerizzata nel visualizzatore DICOM.
- Determinare le esigenze per l'implementazione dell'impianto, tenendo conto delle attuali condizioni anatomiche del paziente, della biomeccanica e della funzione dell'articolazione.
- Consultare l'ingegnere per suggerimenti sugli impianti, compresa la fissazione.
- Approva il progetto e attendi la spedizione.
NOTA: La forma finale dell'impianto prevede la combinazione dei dati 3D della TAC di un paziente con l'input di un ingegnere progettista e di un chirurgo.
- Stampa l'impianto 3D personalizzato dalla polvere in lega di titanio (TiAl6V4) utilizzando la tecnologia a fascio di elettroni26,27. All'interno di una camera contenente piccole quantità di polvere TiAl6V4, ogni volta che viene sparato il fascio di elettroni, c'è fusione selettiva e accumulo di materiale (rivestimento al plasma).
- Controllare se l'impianto è stato sterilizzato. La sterilizzazione delle prove implantari e l'impianto finale sono stati garantiti dal produttore.
2. Controlli pre-chirurgici
- Eseguire test di laboratorio standard di cura e consultazioni specialistiche.
- Escludere i pazienti con potenziale infezione dell'articolazione periprotesica (nessuna caratteristica radiologica, proteina c-reattiva normale (<10 mg/L) e velocità di eritrosedimentazione di 1-10 mm/h per le donne, 3-15 mm/h per gli uomini).
- Verificare la presenza di segni clinici di infezione come febbre (sistemica), dolore, gonfiore, arrossamento (locale) e ridotta funzionalità articolare28.
- Escludere i pazienti che presentano segni di infiammazione locale durante gli esami clinici (arrossamento, aumento della temperatura, dolore, gonfiore e perdita di funzione indicano infiammazione locale). Il paziente ha dato il completo consenso informato all'operazione.
3. Modello di realtà mista
NOTA: Il processo viene eseguito per ottenere una corretta visualizzazione dell'impianto e del bacino, che verrà utilizzata intraoperatoriamente.
- Elabora il file DICOM CT pelvico in una rappresentazione olografica utilizzando un'applicazione dedicata.
- Caricare l'immagine CT in un visore per realtà mista dai file DICOM CT acquisiti.
- Aprire il visualizzatore DICOM olografico.
- Selezionare la cartella contenente i file CT DICOM.
- Controllare l'IP visualizzato all'accensione dell'auricolare e inserirlo in una posizione designata nel visualizzatore DICOM olografico.
- Fare clic sul pulsante Connetti per poter vedere la visualizzazione nel visore di realtà mista.
- Segmentare le strutture del tessuto osseo del bacino. Questa operazione viene eseguita manualmente utilizzando l'opzione Forbici . Quando l'opzione è abilitata, l'utente fa clic con il pulsante sinistro del mouse e sposta il mouse per rimuovere le strutture selezionate con questo strumento.
- Termina la selezione con un altro clic del pulsante sinistro del mouse, che crea un pop-up per l'utente per confermare che vuole tagliare le strutture selezionate.
NOTA: l'utente può scegliere le aree da ritagliare dalla visualizzazione sia nelle viste 3D che 2D. È possibile rimuovere le strutture dall'interno o dall'esterno della selezione. Questo viene ripetuto fino a quando non sono visibili solo le parti necessarie dell'immagine TC.
- Termina la selezione con un altro clic del pulsante sinistro del mouse, che crea un pop-up per l'utente per confermare che vuole tagliare le strutture selezionate.
- Scegli una funzione di trasferimento predefinita (parametri di visualizzazione del colore) dedicata alle procedure ortopediche dall'elenco delle funzioni disponibili cliccando sul suo nome: CT Endoprotesi ossea. Se necessario, regolare la visualizzazione cambiando la finestra e il livello utilizzando il pulsante destro del mouse collegato al movimento del mouse nella finestra di visualizzazione 3D.
- Connettersi all'auricolare per visualizzare la visualizzazione preparata nello spazio olografico 3D. Regola l'immagine usando i comandi vocali: Ruota, Zoom, Taglia in modo intelligente e Gesti delle mani.
- Utilizzate il comando Taglia intelligente per utilizzare e regolare un piano di taglio perpendicolare alla linea di vista dell'utente. Più l'utente si avvicina all'ologramma, più profondo va il piano.
- Eseguite questi movimenti per vedere le parti interne della visualizzazione perché le strutture che si trovano anteriormente al piano non vengono visualizzate.
NOTA: Questa vista è importante per valutare le relazioni geometriche tra le strutture (bacino, femore e impianto) (Figura 2 e Figura 3).
- Caricare l'immagine CT in un visore per realtà mista dai file DICOM CT acquisiti.
4. Chirurgia
- Eseguire la procedura chirurgica di revisione artroplastica dell'anca dovuta all'allentamento asettico della componente acetabolare con l'uso di un impianto acetabolare su misura e dispositivo di realtà mista14,16,29. Utilizzare un bisturi, un coltello elettrochirurgico con un coagulatore, uno strumento Luer e taglierine per l'operazione.
- Somministrare 1,5 g di ceftriaxone per via endovenosa 30 minuti prima dell'incisione cutanea e due dosi successive devono essere somministrate il giorno dell'intervento chirurgico per prevenire l'infezione. Iniziare la tromboprofilassi il giorno prima dell'intervento chirurgico con eparina a basso peso molecolare (LMWH). Continuare la singola dose giornaliera di 40 mg di enoxaparina per 30 giorni dopo la procedura.
- Posizionare e fissare il paziente in anestesia generale, sdraiato sul tavolo operatorio.
- Rilasciare le aderenze del tessuto connettivo utilizzando l'accesso Hardinge all'articolazione dell'anca e rimuovere l'impianto acetabolare allentato.
- Eseguire l'operazione allo stesso modo di altre procedure di revisione dell'articolazione dell'anca, ma utilizzare un accesso più ampio.
- Rimuovere tutti i tessuti molli dalla superficie dell'acetabolo in modo che la forma sia esattamente la stessa del modello fornito. Il modello implantare deve aderire perfettamente alla superficie dell'osso acetabolare.
- Fissare il nuovo impianto non cementato utilizzando viti appositamente progettate che stabilizzano l'impianto.
- Eseguire un blocco del nervo femorale dopo l'intervento chirurgico.
- Visualizzazione olografica intraoperatoria delle immagini elaborate
- Caricare la visualizzazione della scansione TC DICOM preparata nella pianificazione pre-procedurale nell'applicazione di realtà mista.
- Collegare il visore per la realtà mista all'applicazione di realtà mista per visualizzare la visualizzazione preparata nello spazio olografico 3D.
- Utilizzare la visualizzazione olografica intraoperatoria delle immagini elaborate per ottenere una preparazione adeguata e precisa della superficie ossea pelvica e per la rimozione dell'eccesso di tessuto connettivo che si è sviluppato come risposta all'allentamento della componente acetabolare.
- Assicurarsi che l'operatore consideri la visualizzazione olografica come immagine di riferimento.
- Utilizzare un bisturi, un coltello elettrochirurgico con un coagulatore, uno strumento luer e taglierine per l'operazione. La visualizzazione del modello 3D del bacino dovrebbe ridurre al minimo il rischio di danneggiare le strutture neurovascolari e di errori nel posizionamento dell'impianto.
- Assicurarsi che il display montato sulla testa sia collegato alla workstation tramite una rete WiFi. L'elaborazione delle immagini e il rendering vengono eseguiti sulla workstation e i risultati vengono visualizzati sull'auricolare come ologrammi. Usa gesti e comandi vocali. Se necessario, chiedi aiuto a un ingegnere con un'anteprima POV.
5. Cure postoperatorie
- Sottoporre il paziente a un protocollo standard di riabilitazione e recupero, compresa la riabilitazione e la mobilizzazione il primo giorno dopo l'intervento chirurgico30,31,32.
NOTA: La riabilitazione è stata implementata da un team dedicato esperto nell'artroplastica dell'anca e del ginocchio. - Implementare la tromboprofilassi farmacologica. La tromboprofilassi è stata iniziata il giorno prima dell'intervento chirurgico con eparina a basso peso molecolare (LMWH). La dose singola giornaliera di 40 mg di enoxaparina è stata continuata per 30 giorni dopo la procedura.
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Representative Results
Pre-elaborazione delle immagini
Le maschere binarie dell'osso pelvico, del femore e dell'endoprotesi sono state segmentate semi-automaticamente dalle immagini CT DICOM da esperti tecnologi radiologici utilizzando algoritmi di soglia e crescita regionale con software disponibile33. Anche le mappe delle etichette preparate sono state corrette manualmente da un radiologo. Le mappe delle etichette sono state utilizzate per migliorare la visualizzazione aggiungendole alla scansione TC nel passaggio successivo. Questo approccio ha permesso di unire il rendering volumetrico, che consente di vedere la struttura ossea e i tessuti circostanti sulle scansioni TC, con le parti segmentate che indicano tessuti importanti. I risultati della segmentazione sono stati conclusi nello stack originale, che ha evitato di costruire solo un modello grafico 3D delle strutture, ma ha permesso di mantenere le informazioni su tutti i valori delle unità di Hounsfield (HU). Il risultato è una visualizzazione interattiva che ha permesso di visualizzare tessuti, impianti e condurre segmentazioni ossee contemporaneamente o una alla volta, a seconda della situazione chirurgica (Figura 1 e Figura 4) visualizzazioni dell'impianto fisso. Il set di dati CT elaborato è stato visualizzato come ologrammi utilizzando un software dedicato.
Pianificazione pre-procedurale e ricovero ospedaliero
Sulla base dei dati e delle visualizzazioni della tomografia computerizzata, è stato preparato un piano operativo. Il piano includeva valori importanti: centro di rotazione dell'anca, inclinazione acetabolare, anteversione e direzione, metodo e zone di montaggio dell'impianto. La posizione dell'impianto è stata determinata dall'osso e dai punti anatomici, mentre la configurazione appropriata è stata ulteriormente confermata dopo l'impostazione della testa di prova della protesi e il controllo clinico della stabilità dell'impianto durante la procedura. La TC post-operatoria è stata eseguita per confermare la corretta posizione dell'impianto. La posizione delle viti è stata pianificata sulla base della TC dall'ingegnere e dal chirurgo, che ha permesso di evitare il contatto delle viti con le strutture del nervo vascolare e il loro danno (Figura 5). Il difetto acetabolare è stato classificato come classificazione 3B Paprosky34. Il tipo 3B è la distruzione più grave di tutte le strutture acetabolari, comprese le pareti e le colonne34. Il punteggio clinico HHS prima dell'intervento chirurgico era 44 (Tabella 1).
Le attività per preparare il paziente alla procedura includevano la consultazione di medicina interna e test di laboratorio standard. Erano necessari anche esami essenziali: ECG e radiografia: radiografia del torace, radiografia pelvica. L'immagine di controllo è stata presa anche dopo l'intervento chirurgico. Il paziente ha ricevuto tromboprofilassi standard (Clexane 40 mg, 1 x 1 s.c.) e profilassi antibiotica (Tarsime 3 x 1,5 g e.v.) durante il ricovero. È stata inclusa la terapia del dolore individualizzata. Tutti gli altri farmaci sono stati assunti secondo le raccomandazioni standard del paziente.
Nel gennaio 2019 è stata eseguita una revisione artroplastica dell'anca sinistra, che ha incluso la sostituzione di un componente acetabolare sciolto con l'impianto su misura: componente acetabolare triflangiato, inserto in polietilene, vincolato, viti di fissaggio-10 pezzi, testa modulare vincolata Co-Cr-Mo (36 mm) e collo da 9 mm.
L'operazione è durata 4 ore ed è stata eseguita senza complicazioni. La verticalizzazione con l'aiuto di un deambulatore ha avuto luogo il secondo giorno dopo la procedura. Il paziente è stato dimesso il giorno 14 in buone condizioni generali (lungo tempo di riabilitazione a causa di paralisi del piede dopo paralisi cerebrale). Le visite di controllo hanno avuto luogo dopo le date stabilite. Controllo radiologico-TC e raggi X sono stati eseguiti prima dell'intervento chirurgico (Figura 3, Figura 6 e Figura 7), dopo l'intervento chirurgico (Figura 2 e Figura 8) e dopo 2 anni (Figura 9). Il posizionamento dell'impianto è stato eseguito in conformità con le ipotesi del progetto. L'offset, la gamma di movimento e la lunghezza degli arti sono stati ripristinati. La funzione e la qualità della vita del paziente erano relativamente buone alla visita successiva e miglioravano significativamente dalla diagnosi iniziale. Prima dell'operazione, il paziente si è spostato su una sedia a rotelle a causa del dolore: la valutazione soggettiva del paziente sulla scala di intensità del dolore analogico visivo a 10 punti era 8 (VAS 8). Dopo l'intervento chirurgico, durante la riabilitazione, ha smesso di usare due stampelle ortopediche. Il paziente attualmente cammina con una stampella a causa della paralisi del nervo peroneo del piede dopo un precedente intervento chirurgico in un altro ospedale. Secondo le conoscenze degli autori, è stata la prima procedura di questo tipo in Polonia e una delle prime al mondo. È stato un gruppo di ricerca di studenti di medicina che ha proposto l'idea di utilizzare la tecnologia moderna nel Dipartimento di Ortopedia e Traumatologia del Sistema Muscolo-Scheletrico.
Le strutture anatomiche che richiedono un intervento chirurgico devono essere visibili per un'adeguata fissazione dell'impianto come previsto. Nel caso di pazienti non standard con difetti ossei e deformazioni significativi, la visualizzazione e la regolazione appropriate di una protesi su misura sono di fondamentale importanza per il processo di trattamento. Una corretta fissazione dell'impianto riduce il rischio di complicanze postoperatorie come allentamento o instabilità. La tecnologia della realtà mista consente senza rischi e in modo non invasivo di visualizzare con precisione il bacino, le ossa e i tessuti molli, aumentando le possibilità di un buon posizionamento dell'impianto e persino eventualmente accorciando i tempi dell'intervento chirurgico in futuro. La possibilità di manipolare l'immagine, ad esempio, zoomando i frammenti selezionati delle complesse strutture anatomiche, consente di escludere le imperfezioni dell'occhio del chirurgo (Figura 10 e Figura 11). In sintesi, è stata eseguita un'artroplastica di revisione complessa precisa e completamente personalizzata. Gli autori vedono opportunità per l'ulteriore sviluppo della realtà mista in ortopedia, non solo in artroplastica e traumatologia, ma anche in oncologia ortopedica, dove è spesso necessario eseguire resezioni molto estese con un alto livello di precisione. La visualizzazione appropriata di aree anatomiche di difficile accesso con strutture neurovascolari circostanti può rendere l'intervento chirurgico più facile per il chirurgo e più sicuro per il paziente.
Figura 1: Visualizzazione dell'impianto fisso. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 2: Radiografia un giorno dopo l'intervento. La lettera 'L' rappresenta il lato sinistro del corpo sulla radiografia. In questo caso, una foto dell'anca sinistra. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 3: Radiografia prima dell'intervento. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 4: Visualizzazione dell'impianto fisso. La visualizzazione viene preparata nel processo di pianificazione preoperatoria. Mostra la potenziale fissazione dell'impianto. Il colore blu nella visualizzazione è il bordo dell'impianto. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 5: Progetto 3D per l'inserimento di viti di fissaggio implantari. I colori vengono utilizzati dagli ingegneri per una visualizzazione migliore e più accurata. Ciò rende facile distinguere bulloni con parametri diversi: lunghezza, sezione trasversale. Anche la sequenza di montaggio può essere presa in considerazione. I colori sono illustrativi e vengono utilizzati nel processo di pianificazione pre-operatoria. Nel processo di pianificazione del montaggio dell'impianto, è importante escludere danni intraoperatori ai vasi sanguigni e ai nervi. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 6: La ricostruzione CT-3D prima dell'intervento mostra le articolazioni dell'anca e parte del femore. Degenerazione visibile e distruzione delle strutture ossee, asimmetria pelvica. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 7: Ricostruzione CT-3D prima dell'intervento. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 8: Radiografia 6 settimane dopo l'intervento. L'impianto è stato montato correttamente, non si è allentato. Endoprotesi dell'anca sinistra visibile con elementi di fissaggio. La radiografia in combinazione con l'esame clinico del paziente conferma il successo dell'operazione. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 9: Radiografia 2 anni dopo l'intervento. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 10: Punto di vista dell'utente di realtà mista - bacino frontale. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 11: Punto di vista dell'utente di realtà mista - bacino laterale. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 12: Punto di vista dell'utente di realtà mista - la foto scattata durante l'intervento chirurgico - l'ologramma mostra una parte del bacino. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 13: La foto scattata durante l'intervento chirurgico - l'operatore principale, il Prof. Łęgosz utilizza la tecnologia della realtà mista. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
| PUNTEGGIO HSS | |||
| PRIMA DELL'INTERVENTO CHIRURGICO | 6 SETTIMANE DOPO L'INTERVENTO | 6 MESI DOPO L'INTERVENTO | 12 MESI DOPO L'INTERVENTO |
| 44 | 74,5 | 80 | 82 |
Tabella 1: Tabella del punteggio HHS - presentazione dei risultati del paziente in base al punteggio Harris Hip prima della procedura, 6 settimane dopo la procedura, 6 mesi dopo la procedura, 12 mesi dopo la procedura.
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Discussion
L'artroplastica primaria e di revisione dell'anca può richiedere la personalizzazione per garantire l'efficacia del trattamento. Tuttavia, l'uso di impianti personalizzati richiede una preparazione più lunga per la chirurgia rispetto alle procedure standard. Gli impianti stampati in 3D su misura sono la soluzione che dà la possibilità di ripristinare la funzione in pazienti non tipici la cui malattia ha causato una significativa distruzione ossea29. Le protesi standard sono insufficienti a causa di malattie degenerative avanzate che si sviluppano rapidamente, difetti ossei causati da tumori ossei primari o metastasi, nonché lesioni complicate o procedure di revisione multipla16. Gli impianti su misura sono preparati per un paziente specifico con una completa personalizzazione considerando le anomalie anatomiche e le condizioni cliniche attuali. Il processo di creazione di un impianto richiede la collaborazione di chirurghi ortopedici con ingegneri e si basa sulla TC o sulla risonanza magnetica (MRI). La preparazione del modello implantare virtuale è complicata. Viene eseguito da ingegneri che determinano con precisione le forze che agiscono tra l'osso e l'impianto. Il modello 3D virtuale preliminare viene consultato con il chirurgo e, dopo la sua approvazione, inizia la produzione dell'impianto su misura. L'impianto corretto viene consegnato insieme alle istruzioni del file PDF per il team operativo. È accompagnato da un preciso modello plastico delle ossa pelviche e dell'impianto per scopi di allenamento e adattamento intraoperatorio.
La pianificazione preoperatoria è di grande importanza, soprattutto nel contesto dell'artroplastica di revisione. Quando si qualifica un paziente per la procedura, è necessario tenere conto delle loro condizioni cliniche generali, dell'onere delle comorbidità e della storia attuale della malattia15. Dopo che il team leader ha preso la decisione, i risultati della tomografia computerizzata vengono inviati al produttore dell'impianto, quindi inizia la procedura di 6 settimane, che include la produzione di un modello 3D e la versione finale dell'impianto.
La realtà mista è un ibrido di realtà reale e virtuale in cui oggetti fisici coesistono con ologrammi digitali e l'interazione tra loro è possibile in tempo reale21. Ora è ampiamente utilizzato in vari campi, tra cui la medicina 35,36,37, ed è più spesso utilizzato per visualizzare dati medici come scansioni TC tridimensionali o MRI38,39,40. Questa tecnologia consente di pianificare i trattamenti in modo più preciso, accedere rapidamente ai dati del paziente nella diagnostica o visualizzare meglio il campo chirurgico intraoperatorio41. La realtà mista ha anche trovato la sua applicazione nell'istruzione nelle scienze di base e cliniche in ogni fase della formazione, compresi studenti, medici residenti e consulenti.
Come nel caso della preparazione di impianti su misura, la prima fase della cooperazione tra medici e ingegneri è costituita dai dati di imaging medico memorizzati nello standard DICOM. Le tecniche più avanzate utilizzate in radiologia e contemporaneamente lo sviluppo di soluzioni tecnologiche consentono anche l'integrazione e l'usabilità dei dati di imaging dinamico, ad esempio gli ultrasuoni in tempo reale. La fase successiva è il rendering-elaborazione dei dati ottenuti per creare ologrammi tridimensionali inviati a un dispositivo. L'utente può vedere la visualizzazione come parte dell'ambiente circostante e può interagire facilmente con essa. Le cuffie poste sulla testa dell'operatore o dei membri del team operativo sono dotate di sensori (telecamere, accelerometro, magnetometro, giroscopio), che consentono di visualizzare i dati olografici come parte dell'ambiente circostante (Figura 12). L'operatore può controllare gli ologrammi con gesti delle mani e comandi vocali, che adattano la visualizzazione alle sue specifiche esigenze. È possibile modificare dimensioni, struttura, posizione con condizioni sterili mantenute. HoloLens non influisce negativamente sul comfort di lavoro e non limita il campo visivo durante la procedura quando gli ologrammi non vengono visualizzati. Il team medico è stato precedentemente preparato per l'operazione attraverso la possibilità di familiarizzare con i modelli di giunti e protesi di stampa 3D precisi e dettagliati forniti insieme all'impianto, nonché attraverso la formazione con un team di ingegneri. L'uso di occhiali per realtà mista è molto intuitivo e l'uso efficiente degli ologrammi caricati è facile da imparare. La realtà mista è stata una soluzione efficace, sia in termini di preparazione all'operazione che in termini di svolgimento della procedura.
Secondo le conoscenze degli autori, questo è il primo rapporto sull'uso della tecnologia di realtà mista nella chirurgia di revisione dell'anca con l'uso dell'impianto acetabolare stampato in 3D. È stato il primo uso intraoperatorio del dispositivo nel centro clinico degli autori (Figura 13). Le pubblicazioni precedenti includono l'artroplastica primaria dell'anca con l'uso della tecnologia della realtà mista. È stato presentato da Lei Peng-fei et al. in un paziente di 59 anni con frattura intertrocanterica42. Gli impianti su misura e la realtà mista sono una soluzione sempre più popolare utilizzata in diverse aree della chirurgia. La combinazione di entrambi è un'innovazione con risultati promettenti. Attualmente, questi tipi di trattamenti sono sperimentali a causa dei costi elevati e della necessità di una preparazione adeguata, non c'è abbastanza quantità per creare studi originali oggettivi; Tuttavia, nel prossimo futuro, sarà possibile grazie alle borse di ricerca e al crescente interesse dei medici. Nel contesto delle soluzioni esistenti e comunemente utilizzate durante le procedure chirurgiche, le proiezioni a raggi X o TC visualizzate su un monitor 2D standard hanno limitazioni perché non consentono di visualizzare le strutture anatomiche da una prospettiva diversa. Non è possibile ingrandire e modificare la posizione della struttura nello spazio. Secondo gli autori, gli impianti su misura e la tecnologia della realtà mista sono promettenti per l'artroplastica di revisione difficile, così come la traumatologia e l'oncologia ortopedica. Secondo gli autori, la realtà mista è applicabile anche per i pazienti qualificati per le endoprotesi standard, comprese le endoprotesi primarie che non richiedono impianti su misura. La navigazione intraoperatoria aumentata dalla realtà mista consente un posizionamento migliore e più preciso degli impianti. Attualmente sono in corso studi pilota con risultati promettenti43.
Ogni fase della pianificazione della procedura e della preparazione del paziente è molto importante e nessuna di esse può essere sottovalutata. La qualità dell'imaging medico e l'opportuna collaborazione con gli ingegneri, sia nella progettazione dell'impianto che nella preparazione dell'ologramma, sono importanti per il successo dell'intervento. Il momento critico durante la procedura è la rimozione dei vecchi componenti dell'impianto e il fissaggio del nuovo, personalizzato in un luogo precedentemente preparato. In questa fase, gli ologrammi sono importanti per la procedura da eseguire in modo molto preciso.
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Disclosures
Maciej Stanuch, Adriana Złahoda-Huzior e Andrzej Skalski sono dipendenti di MedApp S.A. MedApp S.A. è la società che produce la soluzione CarnaLifeHolo.
Acknowledgments
Non applicabile.
Lo studio è stato condotto nell'ambito di una cooperazione non commerciale.
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
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