Summary
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.
Abstract
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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Protocol
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
- 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.- Avant l’admission prévue à l’hôpital, effectuez une radiographie dans l’unité d’imagerie diagnostique.
- Effectuer une radiographie pelvienne dans une projection antéro-postérieure.
- Évaluer l’état actuel du bassin du patient en fonction de la radiographie.
- Comparez l’image obtenue avec les images radiographiques précédentes.
- Faites un scanner pelvien et obtenez des fichiers DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) selon le protocole.
- Placez le patient sur la plate-forme mobile de tomodensitométrie.
- Cliquez sur le bouton d’épaisseur et sélectionnez 512 x 512 px épaisseur pour les numérisations.
- Cliquez sur le paramètre qui détermine l’épaisseur de la couche de 1 mm.
- Démarrez la procédure en cliquant, attendez le résultat du test.
- 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).
- Visualisez le résultat de la tomodensitométrie dans la visionneuse DICOM.
- 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.
- Consultez l’ingénieur pour obtenir des suggestions sur les implants, y compris la fixation.
- 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.
- 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).
- 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
- Effectuer des tests de laboratoire standard et des consultations spécialisées.
- 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).
- Vérifier les signes cliniques d’infection tels que fièvre (systémique), douleur, gonflement, rougeur (local) et fonction articulaire réduite28.
- 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.
- Traitez le fichier DICOM CT pelvien en une représentation holographique à l’aide d’une application dédiée.
- Chargez l’image CT dans un casque de réalité mixte à partir de fichiers CT DICOM acquis.
- Ouvrez la visionneuse DICOM holographique.
- Sélectionnez le dossier contenant les fichiers CT DICOM.
- Vérifiez l’adresse IP affichée lorsque le casque est allumé et entrez-la à un endroit désigné dans la visionneuse DICOM holographique.
- Cliquez sur le bouton Connecter pour pouvoir voir la visualisation dans le casque de réalité mixte.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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).
- Chargez l’image CT dans un casque de réalité mixte à partir de fichiers CT DICOM acquis.
4. Chirurgie
- 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.
- 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.
- Placez et fixez le patient sous anesthésie générale, allongé sur la table d’opération.
- 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.
- 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.
- 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.
- Fixez le nouvel implant non cimenté à l’aide de vis spécialement conçues pour stabiliser l’implant.
- Effectuer un bloc du nerf fémoral après la chirurgie.
- Visualisation holographique peropératoire des images traitées
- Chargez la visualisation de la tomodensitométrie DICOM préparée dans la planification pré-procédurale dans l’application de réalité mixte.
- Connectez le casque de réalité mixte à l’application de réalité mixte pour voir la visualisation préparée dans l’espace holographique 3D.
- 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.
- Assurez-vous que l’opérateur considère la visualisation holographique comme une image de référence.
- 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.
- 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
- 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. - 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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Representative Results
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 ajoutant à la tomodensitométrie à l’étape suivante. Cette approche a permis de fusionner le rendu volumétrique, qui permet de voir la structure osseuse et les tissus environnants sur les tomodensitogrammes, les parties segmentées indiquant les tissus importants. Les résultats de la segmentation ont été conclus dans la pile d’origine, ce qui a évité de construire uniquement un modèle graphique 3D des structures, mais a permis de conserver des informations sur toutes les valeurs des unités de Hounsfield (HU). Il en a résulté une visualisation interactive qui a permis d’afficher les tissus, d’implanter et de procéder à des segmentations osseuses simultanément ou une à la fois, selon la situation chirurgicale (Figure 1 et Figure 4) visualisations de l’implant fixe. L’ensemble de données CT traité a été visualisé sous forme d’hologrammes à l’aide d’un logiciel dédié.
Planification préopératoire et hospitalisation
Sur la base des données de tomographie par ordinateur et des visualisations, un plan d’opération a été préparé. Le plan comprenait des valeurs importantes: centre de rotation de la hanche, inclinaison acétabulaire, antéversion, direction, méthode et zones de montage de l’implant. La position de l’implant a été déterminée par les points osseux et anatomiques, tandis que la configuration appropriée a également été confirmée après le réglage de la tête d’essai de la prothèse et la vérification clinique de la stabilité de l’implant pendant la procédure. Un scanner postopératoire a été effectué afin de confirmer la position correcte de l’implant. La position des vis a été planifiée sur la base de la tomodensitométrie par l’ingénieur et le chirurgien, ce qui a permis d’éviter le contact des vis avec les structures nerveuses vasculaires et leurs dommages (Figure 5). Le défaut acétabulaire a été classé dans la classification 3B Paprosky34. Le type 3B est la destruction la plus grave de toutes les structures acétabulaires, y compris les murs et les colonnes34. Le score HHS clinique avant la chirurgie était de 44 (tableau 1).
Les activités visant à préparer le patient à la procédure comprenaient une consultation en médecine interne et des tests de laboratoire standard. Des examens essentiels ont également été nécessaires : ECG et radiographie : radiographie pulmonaire, radiographie pelvienne. L’image témoin a également été prise après la chirurgie. Le patient a reçu une thromboprophylaxie standard (Clexane 40 mg, 1 x 1 s.c.) et une antibioprophylaxie (Tarsime 3 x 1,5 g i.v.) pendant l’hospitalisation. La thérapie individualisée de la douleur a été incluse. Tous les autres médicaments ont été pris conformément aux recommandations standard du patient.
En janvier 2019, une arthroplastie de la hanche gauche a été effectuée, qui comprenait le remplacement d’un composant acétabulaire lâche par l’implant sur mesure: composant acétabulaire à trois brides, insert en polyéthylène, contraint, vis de fixation-10 pièces, tête modulaire contrainte Co-Cr-Mo (36 mm) et col de 9 mm.
L’opération a duré 4 heures et s’est déroulée sans complications. La verticalisation à l’aide d’un déambulateur a eu lieu le deuxième jour après la procédure. Le patient est sorti le jour 14 dans un bon état général (long temps de rééducation dû à une paralysie du pied après paralysie cérébrale). Les visites de contrôle ont eu lieu après les dates fixées. Des tomodensitogrammes et des radiographies de contrôle radiologique ont été effectués avant la chirurgie (figure 3, figure 6 et figure 7), après la chirurgie (figure 2 et figure 8) et après 2 ans (figure 9). La pose de l’implant a été effectuée conformément aux hypothèses du projet. Le décalage, l’amplitude de mouvement et la longueur des membres ont été restaurés. La fonction et la qualité de vie du patient étaient relativement bonnes lors de la visite suivante et se sont considérablement améliorées depuis le diagnostic initial. Avant l’opération, le patient a déménagé dans un fauteuil roulant en raison de la douleur - l’évaluation subjective du patient sur l’échelle visuelle analogique-intensité de la douleur à 10 points était de 8 (VAS 8). Après l’opération, pendant la rééducation, elle a cessé d’utiliser deux béquilles orthopédiques. Le patient marche actuellement avec une béquille en raison d’une paralysie du nerf péronier après une intervention chirurgicale antérieure dans un autre hôpital. Selon les auteurs, il s’agissait de la première procédure de ce type en Pologne et l’une des premières au monde. C’est une équipe de recherche d’étudiants en médecine qui a proposé l’idée d’utiliser la technologie moderne au Département d’orthopédie et de traumatologie du système musculo-squelettique.
Les structures anatomiques qui nécessitent une intervention chirurgicale doivent être visibles pour une fixation adéquate de l’implant comme prévu. Dans le cas de patients non standard présentant des défauts osseux et des déformations importants, la visualisation et le réglage appropriés d’une prothèse sur mesure sont d’une importance fondamentale pour le processus de traitement. Une bonne fixation de l’implant réduit le risque de complications postopératoires telles que le relâchement ou l’instabilité. La technologie de réalité mixte permet sans risque et de manière non invasive de visualiser avec précision le bassin, les os et les tissus mous, augmentant ainsi les chances d’une bonne pose d’implants et même raccourcissant éventuellement le temps de la chirurgie à l’avenir. La possibilité de manipuler l’image, par exemple en zoomant sur les fragments sélectionnés des structures anatomiques complexes, permet d’exclure les imperfections de l’œil du chirurgien (Figure 10 et Figure 11). En résumé, une arthroplastie de révision complexe précise et entièrement personnalisée a été réalisée. Les auteurs voient des opportunités pour le développement ultérieur de la réalité mixte en orthopédie, non seulement en arthroplastie et traumatologie, mais aussi en oncologie orthopédique, où il est souvent nécessaire d’effectuer des résections très étendues avec un haut niveau de précision. La visualisation appropriée des zones anatomiques difficiles d’accès avec les structures neurovasculaires environnantes peut rendre la chirurgie plus facile pour le chirurgien et plus sûre pour le patient.
Figure 1 : Visualisation de l’implant fixe. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : Radiographie un jour après la chirurgie. La lettre « L » représente le côté gauche du corps sur la radiographie. Dans ce cas, une photo de la hanche gauche. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 3 : Radiographie avant la chirurgie. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 4 : Visualisation de l’implant fixe. La visualisation est préparée dans le processus de planification préopératoire. Il montre la fixation potentielle de l’implant. La couleur bleue dans la visualisation est la bordure de l’implant. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 5 : Projet 3D pour l’insertion de vis de fixation implantaires. Les couleurs sont utilisées par les ingénieurs pour une visualisation meilleure et plus précise. Cela permet de distinguer facilement les boulons ayant différents paramètres - longueur, section transversale. La séquence de montage peut également être prise en compte. Les couleurs sont illustratives et sont utilisées dans le processus de planification préopératoire. Dans le processus de planification du montage de l’implant, il est important d’exclure les dommages peropératoires aux vaisseaux sanguins et aux nerfs. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 6 : La reconstruction CT-3D avant la chirurgie montre les articulations de la hanche et une partie du fémur. Dégénérescence visible et destruction des structures osseuses, asymétrie pelvienne. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 7 : Reconstruction CT-3D avant la chirurgie. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 8 : Radiographie 6 semaines après la chirurgie. L’implant a été correctement ajusté, il ne s’est pas détaché. Endoprothèse visible de la hanche gauche avec éléments de fixation. La radiographie en combinaison avec l’examen clinique du patient confirme le succès de l’opération. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 9 : Radiographie 2 ans après la chirurgie. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 10: Point de vue de l’utilisateur de réalité mixte - bassin de face. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 11: Point de vue de l’utilisateur de réalité mixte - bassin de côté. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 12: Point de vue de l’utilisateur de réalité mixte - la photo prise pendant la chirurgie - l’hologramme montre une partie du bassin. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 13: La photo prise pendant l’opération - opérateur principal, le professeur Łęgosz utilise la technologie de réalité mixte. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
| HSS SCORE | |||
| AVANT LA CHIRURGIE | 6 SEMAINES APRÈS LA CHIRURGIE | 6 MOIS APRÈS LA CHIRURGIE | 12 MOIS APRÈS LA CHIRURGIE |
| 44 | 74,5 | 80 | 82 |
Tableau 1: Tableau des scores HHS - présentant les résultats du patient selon le score Harris Hip avant la procédure, 6 semaines après la procédure, 6 mois après la procédure, 12 mois après la procédure.
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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 insuffisantes en raison d’une maladie dégénérative avancée se développant rapidement, de défauts osseux causés par des tumeurs osseuses primitives ou des métastases, ainsi que de blessures compliquées ou de procédures de révisionmultiples 16. Les implants sur mesure sont préparés pour un patient spécifique avec une individualisation complète en tenant compte des anomalies anatomiques et de l’état clinique actuel. Le processus de création d’un implant nécessite la coopération de chirurgiens orthopédistes avec des ingénieurs et est basé sur la tomodensitométrie ou l’imagerie par résonance magnétique (IRM). La préparation du modèle d’implant virtuel est compliquée. Elle est réalisée par des ingénieurs qui déterminent précisément les forces agissant entre l’os et l’implant. Le modèle 3D virtuel préliminaire est consulté par le chirurgien et, après son approbation, la production de l’implant sur mesure commence. L’implant correct est livré avec les instructions du fichier PDF pour l’équipe d’opération. Il est accompagné d’un modèle plastique précis des os du bassin et de l’implant à des fins d’entraînement et d’appareillage peropératoire.
La planification préopératoire est d’une grande importance, en particulier dans le contexte de l’arthroplastie de révision. Lors de la qualification d’un patient pour la procédure, il est nécessaire de prendre en compte son état clinique général, le fardeau des comorbidités et les antécédents actuels de la maladie15. Une fois que le chef d’équipe a pris la décision, les résultats de la tomographie par ordinateur sont envoyés au fabricant de l’implant, puis la procédure de 6 semaines commence, qui comprend la production d’un modèle 3D et la version finale de l’implant.
La réalité mixte est un hybride de réalité réelle et virtuelle dans lequel des objets physiques coexistent avec des hologrammes numériques, et l’interaction entre eux est possible en temps réel21. Il est maintenant largement utilisé dans divers domaines, y compris la médecine 35,36,37, et il est le plus souvent utilisé pour visualiser des données médicales telles que les tomodensitogrammes tridimensionnels ou l’IRM38,39,40. Cette technologie permet de planifier plus précisément les traitements, d’accéder rapidement aux données du patient en diagnostic, ou encore de mieux visualiser le champ chirurgical en peropératoire41. La réalité mixte a également trouvé son application dans l’éducation en sciences fondamentales et cliniques à tous les stades de la formation, y compris les étudiants, les médecins résidents et les consultants.
Comme dans le cas de la préparation d’implants sur mesure, la première étape de la coopération entre médecins et ingénieurs est constituée par les données d’imagerie médicale stockées dans la norme DICOM. Des techniques plus avancées utilisées en radiologie et le développement simultané de solutions technologiques permettent également l’intégration et la convivialité de données d’imagerie dynamique, par exemple l’échographie en temps réel. L’étape suivante consiste à rendre les données obtenues pour créer des hologrammes tridimensionnels envoyés à un appareil. L’utilisateur peut voir la visualisation comme faisant partie de son environnement et peut interagir facilement avec elle. Le casque placé sur la tête de l’opérateur ou des membres de l’équipe opérationnelle sont équipés de capteurs (caméras, accéléromètre, magnétomètre, gyroscope), permettant de visualiser les données holographiques comme faisant partie de l’environnement (Figure 12). L’opérateur peut contrôler les hologrammes avec des gestes de la main et des commandes vocales, qui ajustent la visualisation à ses besoins spécifiques. Il est possible de changer de taille, de structure, de position avec des conditions stériles maintenues. Le HoloLens ne nuit pas au confort de travail et ne limite pas le champ de vision pendant la procédure lorsque les hologrammes ne sont pas affichés. L’équipe médicale a été préalablement préparée à l’opération grâce à la possibilité de se familiariser avec les modèles précis et détaillés d’articulations et de prothèses d’impression 3D livrés avec l’implant, ainsi que par une formation avec une équipe d’ingénieurs. L’utilisation de lunettes de réalité mixte est très intuitive et l’utilisation efficace des hologrammes téléchargés est facile à apprendre. La réalité mixte était une solution efficace, tant en termes de préparation de l’opération qu’en termes de déroulement de la procédure.
Selon les connaissances des auteurs, il s’agit du premier rapport sur l’utilisation de la technologie de réalité mixte dans la chirurgie de révision de la hanche avec l’utilisation de l’implant acétabulaire imprimé en 3D. Il s’agissait de la première utilisation peropératoire du dispositif dans le centre clinique des auteurs (Figure 13). Les publications précédentes incluent l’arthroplastie primaire de la hanche avec l’utilisation de la technologie de réalité mixte. Il a été présenté par Lei Peng-fei et al. chez un patient de 59 ans présentant une fracture intertrochantérienne42. Les implants sur mesure et la réalité mixte sont une solution de plus en plus populaire utilisée dans différents domaines de la chirurgie. La combinaison des deux est une innovation aux résultats prometteurs. Actuellement, ces types de traitements sont expérimentaux en raison des coûts élevés et de la nécessité d’une préparation appropriée, il n’y a pas assez de quantité pour créer des études originales objectives; Cependant, dans un avenir proche, cela sera possible grâce aux subventions de recherche et à l’intérêt croissant des cliniciens. Dans le contexte des solutions existantes et couramment utilisées lors d’interventions chirurgicales, les projections de rayons X ou de tomodensitométrie affichées sur un moniteur 2D standard ont des limites car elles ne permettent pas de visualiser les structures anatomiques sous un angle différent. Il n’est pas possible d’agrandir et de modifier la position de la structure dans l’espace. De l’avis des auteurs, les implants sur mesure et la technologie de réalité mixte sont prometteurs pour l’arthroplastie de révision difficile, ainsi que pour la traumatologie et l’oncologie orthopédique. Selon les auteurs, la réalité mixte est également applicable aux patients qualifiés pour les endoprothèses standard, y compris les endoprothèses primaires qui ne nécessitent pas d’implants sur mesure. La navigation peropératoire augmentée par la réalité mixte permet une mise en place meilleure et plus précise des implants. Des études pilotes sont actuellement menées avec des résultats prometteurs43.
Chaque étape de la planification de la procédure et de la préparation du patient est très importante et aucune d’entre elles ne peut être sous-estimée. La qualité de l’imagerie médicale et la coopération appropriée avec les ingénieurs, tant dans la conception de l’implant que dans la préparation de l’hologramme, sont importantes pour le succès de la chirurgie. Le moment critique de la procédure est le retrait des anciens composants de l’implant et la fixation du nouveau composant personnalisé dans un endroit préalablement préparé. À ce stade, les hologrammes sont importants pour que la procédure soit effectuée très précisément.
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Disclosures
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.
Acknowledgments
Sans objet.
L’étude a été réalisée dans le cadre d’une coopération 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
- 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).
