Summary
복잡한 수정 고관절 치환술은 맞춤형 임플란트와 혼합 현실 기술을 사용하여 수행되었습니다. 저자의 지식에 따르면, 이것은 문헌에 설명 된 그러한 절차에 대한 첫 번째 보고서입니다.
Abstract
3D 프린팅 및 해부학 적 구조의 시각화 기술은 다양한 의학 분야에서 빠르게 성장하고 있습니다. 맞춤형 임플란트와 혼합 현실은 2019 년 1 월에 복잡한 수정 고관절 치환술을 수행하는 데 사용되었습니다. 혼합 현실을 사용하면 구조를 매우 잘 시각화할 수 있었고 정확한 임플란트 고정이 가능했습니다. 저자의 지식에 따르면, 이것은이 두 가지 혁신의 결합 된 사용에 대한 최초의 사례 보고서입니다. 시술 자격을 갖추기 전의 진단은 왼쪽 엉덩이의 비구 구성 요소가 느슨해지는 것이었습니다. 엔지니어가 준비한 혼합 현실 헤드셋과 홀로그램이 수술 중에 사용되었습니다. 수술은 성공적이었고 조기 수직화와 환자 재활이 이어졌습니다. 팀은 관절 치환술, 외상 및 정형 종양학 분야에서 기술 개발 기회를 보고 있습니다.
Introduction
복잡한 구조의 3 차원 (3D) 인쇄 및 시각화 기술은 다양한 의학 분야에서 빠르게 성장하고 있습니다. 여기에는 심혈관 수술, 이비인후과, 악안면 수술, 그리고 무엇보다도 정형 외과수술 1,2,3,4,5가 포함됩니다. 현재이 기술은 3D 인쇄 요소의 직접 구현뿐만 아니라 수술 훈련, 수술 전 계획 또는 수술 중 탐색 6,7,8에도 정형 외과 수술에 사용됩니다.
고관절 전치환술(THA)과 무릎 전치환술(TKA)은 전 세계적으로 가장 자주 수행되는 정형외과 수술 절차 중 하나입니다. 환자의 삶의 질이 크게 향상되었기 때문에 THA는 이전 간행물에서 "세기의 수술"9로 묘사되었습니다. 폴란드에서는 2019 년에 49.937 THA 및 30.615 TKA가 수행되었습니다10. 기대 수명이 증가함에 따라 예상되는 고관절 및 무릎 관절 치환술 건수가 증가하는 추세입니다. 임플란트 디자인, 수술 기술 및 수술 후 관리를 개선하기 위해 많은 노력을 기울였습니다. 이러한 발전은 환자의 기능을 회복하고 합병증의 위험을 줄일 수있는 더 나은 기회로 이어졌습니다11,12,13,14.
그러나, 현재 전 세계 정형외과 의사들이 직면하고 있는 큰 도전은 고관절의 해부학적 결함으로 인해 기성품 임플란트(15)를 시행하는 것이 매우 어렵거나 심지어 불가능하게 만드는 비표준 환자들과 함께 일하는 것이다. 뼈 손실은 심각한 외상, 비구 돌출이있는 진행성 퇴행성 골관절염, 발달 성 고관절 이형성증, 원발성 골암 또는 전이 16,17,18,19,20으로 인한 것일 수 있습니다. 임플란트 선택의 문제는 특히 여러 번의 재수술의 위험이 있는 환자와 관련이 있으며 때로는 비전통적인 치료가 필요하기도 합니다. 이러한 경우, 매우 유망한 솔루션은 특정 환자 및 뼈 결함을 위해 만들어진 첨가제로 만들어진 3D 프린팅 임플란트로, 매우 정밀한 해부학적 적합성(20)을 가능하게 한다.
관절 성형술 분야에서는 정밀한 임플란트와 지속 가능한 고정이 중요합니다. 수술 전 및 수술 중 3D 시각화의 발전은 증강 현실 및 혼합 현실21,22,23,24와 같은 우수한 솔루션을 가져왔습니다. 수술 중 뼈 및 임플란트 컴퓨터 단층 촬영(CT) 홀로그램을 사용하면 기존 방사선 촬영 이미지보다 더 나은 보철물 배치가 가능할 수 있습니다. 이 새로운 기술은 치료 효과의 가능성을 높이고 신경 혈관 합병증의 위험을 줄일 수 있습니다21,25.
이 사례 보고서는 무균 풀림으로 인해 고관절 재수술을받은 환자에 관한 것입니다. 여러 임플란트 실패로 인한 심각한 뼈 손실을 해결하기 위해 맞춤형 3D 프린팅 비구 임플란트가 사용되었습니다. 절차 중에 혼합 현실을 사용하여 위험에 처한 신경 혈관 구조의 손상을 방지하기 위해 임플란트 위치를 시각화했습니다. 혼합 현실 헤드셋에 구현된 애플리케이션을 사용하면 음성 및 제스처 명령을 제공할 수 있으므로 수술 절차 중에 멸균 상태에서 사용할 수 있습니다.
57 세의 한 여성이 예비 진단으로 부서에 입원했습니다 : 왼쪽 엉덩이의 비구 구성 요소가 느슨해졌습니다. 환자의 질병 병력은 광범위했습니다. 평생 동안 그녀는 고관절의 수많은 수술을 받았습니다. 첫 번째 치료는 고관절 이형성증으로 인한 골관절염(1977-15세)으로 인한 고관절 재포장이었고, 두 번째 치료는 임플란트 풀림으로 인한 고관절 전치환술(1983-21세) 및 기타 두 번의 재수술(1998, 2000-37 및 39세)이었습니다. 또한 환자는 소아 뇌성 마비로 인한 경련성 왼쪽 편마비를 앓고 있었고 왼쪽 만곡족 기형으로 인해 반복적으로 수술을 받았습니다. 그녀는 또한 흉요추의 골관절염, 손목 터널 증후군 및 잘 조절된 동맥 고혈압으로 부담을 받았습니다. 다음 시술 자격을 갖추기 전 최종 진단은 왼쪽 엉덩이의 비구 구성 요소가 느슨해짐에 따라 발생하는 통증과 기능 제한 증가였습니다. 환자는 의욕이 넘치고 신체 활동이 활발하며 장애에 대처했습니다.
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Protocol
이 프로토콜은 바르샤바 의과 대학의 인간 연구 윤리위원회의 지침을 따릅니다. 환자는 절차에 정보에 입각 한 동의를 제공하고 기록 될 것이라는 사실을 인정했습니다. 환자는 시술 전에 동의했습니다.
참고: 수술 프로젝트에 환자를 포함시키는 기본 기준은 해부학적 기능 장애로 인해 개입해야 할 필요성으로 인해 표준 임플란트를 사용할 수 없었습니다. 혼합 현실은 보철물을 더 잘 배치하여 성공적인 수술 가능성을 높이는 것을 목표로했습니다.
1. 준비
- 맞춤형 비구 임플란트를 준비하고 환자가 입원하기 전에 수술 절차를 계획하십시오.
참고: 이 사례 연구에서는 의료 영상 진단 분야의 당업자가 맞춤형 비구 임플란트를 준비했습니다.- 병원에 입원하기 전에 진단 영상 장치에서 엑스레이를 수행하십시오.
- 전후 투영에서 골반 X 선을 수행하십시오.
- X- 레이를 기반으로 환자 골반의 현재 상태를 평가하십시오.
- 얻은 이미지를 이전 X선 이미지와 비교합니다.
- 골반 CT 스캔을 수행하고 프로토콜에 따라 DICOM(디지털 이미징 및 의학 커뮤니케이션) 파일을 획득합니다.
- 환자를 움직일 수 있는 CT 스캔 플랫폼에 놓습니다.
- 두께 버튼을 클릭하고 스캔에 대해 512 x 512 픽셀 두께를 선택합니다.
- 1mm 레이어의 두께를 결정하는 매개 변수를 클릭하십시오.
- 클릭하여 절차를 시작하고 테스트 결과를 기다립니다.
- 엔지니어에게 기술 체계로 디지털 방식으로 보낼 수 있는 임플란트 제안서 또는 3D 프린팅된 모델 프로토타입을 설계하도록 요청합니다(그림 1).
- DICOM 뷰어에서 컴퓨터 단층 촬영 결과를 시각화합니다.
- 환자의 현재 해부학 적 상태, 생체 역학 및 관절의 기능을 고려하여 임플란트 구현의 필요성을 결정하십시오.
- 고정을 포함한 임플란트에 대한 제안은 엔지니어에게 문의하십시오.
- 프로젝트를 승인하고 선적을 기다립니다.
참고: 임플란트의 최종 모양에는 환자의 CT 스캔에서 얻은 3D 데이터를 설계 엔지니어 및 외과의의 입력과 결합하는 작업이 포함됩니다.
- 전자빔 기술26,27을 사용하여 티타늄 합금 분말(TiAl6V4)에서 맞춤형 3D 임플란트를 인쇄합니다. 소량의 TiAl6V4 분말을 함유 한 챔버 내부에는 전자빔이 발사 될 때마다 선택적 용융 및 재료 축적 (플라즈마 코팅)이 있습니다.
- 임플란트가 멸균되었는지 확인하십시오. 임플란트 시험 및 최종 임플란트의 멸균은 제조업체에 의해 보장되었습니다.
2. 수술 전 검진
- 표준 진료 실험실 테스트 및 전문가 상담을 수행하십시오.
- 잠재적인 인공 관절 주위 감염 환자(방사선학적 특징 없음, 정상 c-반응성 단백질(<10mg/L), 적혈구 침강 속도 여성의 경우 1-10mm/h, 남성의 경우 3-15mm/h).
- 발열(전신), 통증, 부기, 발적(국소적) 및 관절 기능 저하와 같은 감염의 임상 징후를 확인합니다28.
- 임상 검사 중 국소 염증의 징후가있는 환자를 제외하십시오 (발적, 온도 상승, 통증, 부기 및 기능 상실은 국소 염증을 나타냄). 환자는 수술에 대한 완전한 정보에 입각 한 동의를했습니다.
3. 혼합 현실 모델
참고: 이 과정은 적절한 임플란트 및 골반 시각화를 달성하기 위해 수행되며 수술 중에 사용됩니다.
- 전용 응용 프로그램을 사용하여 골반 CT DICOM 파일을 홀로그램 표현으로 처리합니다.
- 획득한 CT DICOM 파일에서 CT 이미지를 혼합 현실 헤드셋으로 로드합니다.
- 홀로그램 DICOM 뷰어를 엽니다.
- CT DICOM 파일이 포함된 폴더를 선택합니다.
- 헤드셋을 켤 때 표시되는 IP를 확인하고 홀로그램 DICOM 뷰어의 지정된 위치에 입력합니다.
- 연결 단추를 클릭하면 혼합 현실 헤드셋에서 시각화를 볼 수 있습니다.
- 골반 뼈 조직 구조를 분할하십시오. 이 작업은 가위 옵션을 사용하여 수동으로 수행됩니다. 이 옵션을 사용하도록 설정하면 사용자가 마우스 왼쪽 단추를 클릭하고 마우스를 이동하여 이 도구로 선택한 구조를 제거합니다.
- 마우스 왼쪽 버튼을 한 번 더 클릭하여 선택을 종료하면 사용자가 선택한 구조를 잘라낼 것인지 확인할 수 있는 팝업이 생성됩니다.
참고: 사용자는 3D 및 2D 뷰 모두에서 시각화에서 잘라낼 영역을 선택할 수 있습니다. 선택 영역 내부 또는 외부에서 구조를 제거할 수 있습니다. CT 이미지의 필요한 부분 만 보일 때까지 반복됩니다.
- 마우스 왼쪽 버튼을 한 번 더 클릭하여 선택을 종료하면 사용자가 선택한 구조를 잘라낼 것인지 확인할 수 있는 팝업이 생성됩니다.
- CT Bone Endoprosthesis라는 이름을 클릭하여 사용 가능한 기능 목록에서 정형 외과 절차 전용 사전 정의 된 전달 기능 (색상 시각화 매개 변수)을 선택하십시오. 필요한 경우 3D 시각화 창에서 마우스 움직임과 연결된 마우스 오른쪽 버튼을 사용하여 창과 레벨을 변경하여 시각화를 조정합니다.
- 헤드셋에 연결하여 3D 홀로그램 공간에서 준비된 시각화를 확인합니다. 음성 명령을 사용하여 이미지 조정하기: 회전, 확대/축소, 스마트 자르기 및 손 제스처.
- 컷 스마트(Cut Smart) 명령을 사용하여 사용자의 시선에 수직인 절단 평면을 사용하고 조정합니다. 사용자가 머리를 홀로그램에 더 가깝게 이동할수록 평면이 더 깊어집니다.
- 이러한 이동을 수행하면 평면의 앞쪽에 있는 구조가 시각화되지 않으므로 시각화의 내부 부분을 볼 수 있습니다.
참고: 이 보기는 구조(골반, 대퇴골 및 임플란트) 간의 기하학적 관계를 평가하는 데 중요합니다(그림 2 및 그림 3).
- 획득한 CT DICOM 파일에서 CT 이미지를 혼합 현실 헤드셋으로 로드합니다.
4. 수술
- 맞춤형 비구 임플란트 및 혼합 현실 장치14,16,29를 사용하여 비구 구성 요소의 무균 풀림으로 인한 고관절 치환술 재수술을 수행합니다. 메스, 응고제가있는 전기 수술 칼, Luer 도구 및 커터를 사용하십시오.
- 피부 절개 30 분 전에 세프 트리 악손 1.5g을 정맥 주사하고 감염 예방을 위해 수술 당일 2 회 접종해야합니다. 저 분자량 헤파린 (LMWH)으로 수술 전날 혈전 예방을 시작하십시오. 시술 후 30 일 동안 40mg enoxaparin의 단일 일일 복용량을 계속하십시오.
- 환자를 전신 마취하에 놓고 수술대에 눕습니다.
- 고관절에 대한 Hardinge 접근을 사용하여 결합 조직 유착을 해제하고 느슨한 비구 임플란트를 제거합니다.
- 고관절의 다른 재수술 절차와 동일한 방식으로 수술을 수행하되 더 넓은 접근을 사용하십시오.
- 모양이 제공된 모델과 정확히 동일하도록 비구 표면에서 모든 연조직을 제거하십시오. 임플란트 모델은 비구 뼈의 표면에 완벽하게 부착되어야합니다.
- 임플란트를 안정화시키는 특수 설계된 나사를 사용하여 새로운 비시멘트 임플란트를 고정하십시오.
- 수술 후 대퇴 신경 차단을 수행하십시오.
- 처리된 이미지의 수술 중 홀로그램 시각화
- 사전 절차 계획에서 준비된 DICOM CT 스캔의 시각화를 혼합 현실 애플리케이션에 로드합니다.
- 혼합 현실 헤드셋을 혼합 현실 애플리케이션에 연결하여 3D 홀로그램 공간에서 준비된 시각화를 확인합니다.
- 처리된 이미지의 수술 중 홀로그램 시각화를 사용하여 적절하고 정확한 골반 뼈 표면 준비를 달성하고 비구 구성 요소의 풀림에 대한 반응으로 개발된 과도한 결합 조직을 제거합니다.
- 운영자가 홀로그램 시각화를 참조 이미지로 보는지 확인합니다.
- 메스, 응고제가있는 전기 수술 칼, 루어 도구 및 커터를 사용하십시오. 3D 골반 모델의 시각화는 신경 혈관 구조 손상 및 임플란트 식립 실수의 위험을 최소화해야합니다.
- 헤드 마운트 디스플레이가 WiFi 네트워크를 통해 워크스테이션에 연결되어 있는지 확인하십시오. 이미지 처리 및 렌더링은 워크스테이션에서 수행되며 결과는 헤드셋에 홀로그램으로 표시됩니다. 제스처 및 음성 명령을 사용합니다. 필요한 경우 POV 미리보기를 통해 엔지니어의 도움을 받으십시오.
5. 수술 후 관리
- 환자가 수술 후 첫날 재활 및 동원을 포함한 표준 재활 및 회복 프로토콜을 받도록하십시오30,31,32.
참고: 재활은 고관절 및 무릎 관절 성형술에 경험이 있는 전담 팀에 의해 시행되었습니다. - 약리학 적 혈전 예방을 시행하십시오. 혈전 예방은 저 분자량 헤파린 (LMWH)으로 수술 전날에 시작되었습니다. 40mg의 에녹사파린의 단일 일일 투여량은 시술 후 30일 동안 계속되었다.
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Representative Results
이미지 전처리
골반 뼈, 대퇴골 및 관내 인공 삽입물의 이진 마스크는 사용 가능한 소프트웨어33과 함께 임계 값 및 영역 성장 알고리즘을 사용하여 숙련 된 방사선 기술자에 의해 CT DICOM 이미지에서 반자동으로 분할되었습니다. 준비된 라벨 맵도 방사선 전문의가 수동으로 수정했습니다. 레이블 맵은 다음 단계에서 CT 스캔에 추가하여 시각화를 향상시키는 데 사용되었습니다. 이 접근 방식을 통해 CT 스캔에서 뼈 구조와 주변 조직을 볼 수있는 체적 렌더링을 중요한 조직을 나타내는 분할 된 부분과 병합 할 수있었습니다. 분할 결과는 구조의 3D 그래픽 모델만 구성하는 것을 피하고 모든 HU(Hounsfield Units) 값에 대한 정보를 유지할 수 있는 원래 스택에서 결론지었습니다. 그 결과 고정된 임플란트의 수술 상황(그림 1 및 그림 4) 시각화에 따라 조직을 표시하고, 이식하고, 뼈 분할을 동시에 또는 한 번에 하나씩 수행할 수 있는 대화형 시각화가 생성되었습니다. 처리된 CT 데이터 세트는 전용 소프트웨어를 사용하여 홀로그램으로 시각화되었습니다.
사전 절차 계획 및 입원
컴퓨터 단층 촬영 데이터 및 시각화를 기반으로 운영 계획이 준비되었습니다. 이 계획에는 고관절 회전 중심, 비구 기울기, 전향, 임플란트 장착 방향, 방법 및 영역과 같은 중요한 값이 포함되었습니다. 임플란트의 위치는 뼈와 해부학적 포인트에 의해 결정되었으며, 보철물의 시험 헤드를 설정하고 시술 중 임플란트의 안정성을 임상적으로 확인한 후 적절한 구성을 추가로 확인했습니다. 임플란트의 정확한 위치를 확인하기 위해 수술 후 CT를 수행했습니다. 나사의 위치는 엔지니어와 외과 의사가 CT를 기반으로 계획하여 나사와 혈관 신경 구조 및 손상을 피할 수있었습니다 (그림 5). 비구 결손은 3B Paprosky 분류34로 분류되었다. 유형 3B는 벽과 기둥(34)을 포함한 모든 비구 구조의 가장 심각한 파괴입니다. 수술 전 임상 HHS 점수는 44였다(표 1).
시술을 위해 환자를 준비시키는 활동에는 내과 상담 및 표준 실험실 검사가 포함되었습니다. 필수 검사도 필요했습니다 : ECG 및 X- 레이 : 흉부 X 선, 골반 X 선. 대조 이미지도 수술 후 촬영되었습니다. 환자는 입원 기간 동안 표준 혈전 예방 (Clexane 40 mg, 1 x 1 s.c) 및 항생제 예방 (Tarsime 3 x 1.5 g i.v.)을 받았다. 개별화 된 통증 치료가 포함되었습니다. 다른 모든 약물은 환자의 표준 권장 사항에 따라 복용했습니다.
2019년 1월, 느슨한 비구 구성 요소를 맞춤형 임플란트로 교체하는 것을 포함하여 왼쪽 고관절의 관절 성형술 개정이 수행되었습니다: 삼중 비구 구성 요소, 폴리에틸렌 인서트, 제약, 고정 나사-10개, Co-Cr-Mo 제한 모듈식 헤드(36mm) 및 9mm 넥.
수술은 4 시간 동안 지속되었으며 합병증없이 실행되었습니다. 보행기의 도움으로 수직화는 시술 후 2 일째에 이루어졌습니다. 환자는 14 일째에 양호한 일반적인 상태 (뇌성 마비 후 발 마비로 인한 긴 재활 시간)로 퇴원했습니다. 통제 방문은 지정된 날짜 이후에 이루어졌습니다. 방사선 대조-CT 및 X- 레이는 수술 전 (그림 3, 그림 6 및 그림 7), 수술 후 (그림 2 및 그림 8) 및 2 년 후 (그림 9)에 수행되었습니다. 임플란트 식립은 프로젝트의 가정에 따라 수행되었습니다. 팔다리의 오프셋, 운동 범위 및 길이가 복원되었습니다. 기능과 환자의 삶의 질은 후속 방문에서 비교적 좋았으며 초기 진단 이후 크게 향상되었습니다. 수술 전에, 환자는 통증 때문에 휠체어로 이동-10점 시각적 아날로그 통증 강도 척도에 대한 환자의 주관적 평가는 8이었다(VAS 8). 수술 후 재활 중에 두 개의 정형 외과 목발 사용을 중단했습니다. 환자는 현재 다른 병원에서 이전 수술 후 발 드롭 비골 신경 마비로 인해 하나의 목발로 걷고 있습니다. 저자의 지식에 따르면, 그것은 폴란드에서 처음이자 세계 최초의 절차 중 하나였습니다. 근골격계 정형 외과 및 외상학과에서 현대 기술을 사용한다는 아이디어를 제안한 의대생 연구팀이었습니다.
계획대로 적절한 임플란트 고정을 위해 외과 적 개입이 필요한 해부학 적 구조가 보여야합니다. 심각한 뼈 결함과 변형이있는 비표준 환자의 경우, 맞춤형 보철물의 적절한 시각화 및 조정이 치료 과정에서 근본적으로 중요합니다. 적절한 임플란트 고정은 풀림이나 불안정성과 같은 수술 후 합병증의 위험을 줄입니다. 혼합 현실 기술을 사용하면 위험 없이 비침습적 방식으로 골반, 뼈 및 연조직을 정확하게 시각화할 수 있으므로 임플란트 식립이 양호할 가능성이 높아지고 향후 수술 시간을 단축할 수도 있습니다. 예를 들어 복잡한 해부학 적 구조의 선택된 조각을 확대하는 등 이미지를 조작하는 기능은 외과 의사의 눈의 불완전 성을 배제 할 수 있습니다 (그림 10 및 그림 11). 요약하면, 정확하고 완전히 개인화 된 복합 재치환술이 수행되었습니다. 저자는 관절 성형술 및 외상학뿐만 아니라 높은 수준의 정밀도로 매우 광범위한 절제를 수행해야하는 정형 외과 종양학에서도 정형 외과에서 혼합 현실을 더욱 발전시킬 수있는 기회를보고 있습니다. 주변 신경 혈관 구조와 함께 접근하기 어려운 해부학 적 영역을 적절하게 시각화하면 외과의가 수술을 더 쉽게 만들고 환자에게 더 안전하게 만들 수 있습니다.
그림 1: 고정된 임플란트의 시각화. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: 수술 후 하루 만에 촬영한 X선. 문자 'L'은 X- 레이에서 신체의 왼쪽을 나타냅니다. 이 경우 왼쪽 엉덩이 사진. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: 수술 전 X-레이. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4: 고정된 임플란트의 시각화. 시각화는 수술 전 계획 과정에서 준비됩니다. 임플란트의 잠재적 고정을 보여줍니다. 시각화의 파란색은 임플란트의 경계입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 5: 임플란트 고정 나사 삽입을 위한 3D 프로젝트. 색상은 엔지니어가 더 정확하고 더 나은 시각화를 위해 사용합니다. 이렇게하면 매개 변수 길이, 단면적이 다른 볼트를 쉽게 구별 할 수 있습니다. 장착 순서도 고려할 수 있습니다. 색상은 예시이며 수술 전 계획 과정에서 사용됩니다. 임플란트 장착을 계획하는 과정에서 혈관과 신경에 대한 수술 중 손상을 배제하는 것이 중요합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 6: 수술 전 CT-3D 재건은 고관절과 대퇴골의 일부를 보여줍니다. 뼈 구조의 눈에 보이는 퇴행 및 파괴, 골반 비대칭. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 7: 수술 전 CT-3D 재구성. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 8: 수술 6주 후의 X선. 임플란트가 올바르게 장착되었지만 느슨해지지 않았습니다. 고정 요소가있는 보이는 왼쪽 엉덩이 관내 인공 삽입물. 환자의 임상 검사와 함께 X 선은 수술의 성공을 확인합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 9: 수술 2년 후 X-레이. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 10: 혼합 현실 사용자의 관점 - 정면에서 본 골반. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 11: 혼합 현실 사용자의 관점 - 측면에서 본 골반. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 12: 혼합 현실 사용자의 관점 - 수술 중에 찍은 사진 - 홀로그램은 골반의 일부를 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 13: 수술 중 찍은 사진 - 주 수술자인 Łęgosz 교수는 혼합 현실 기술을 사용합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| HSS 점수 | |||
| 수술 전 | 수술 후 6 주 | 수술 후 6개월 | 수술 후 12개월 |
| 44 | 74,5 | 80 | 82 |
표 1: HHS 스코어 표-시술 전, 시술 6주, 시술 6개월, 시술 후 12개월에 따른 환자의 결과를 제시한 해리스 힙 스코어.
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Discussion
일차 및 재조정 고관절 치환술은 치료의 효과를 보장하기 위해 개인화가 필요할 수 있습니다. 그러나 맞춤형 임플란트를 사용하려면 표준 절차에 비해 수술 준비가 더 오래 필요합니다. 맞춤형 3D 프린팅 임플란트는 질병이 심각한 뼈 파괴를 일으킨 비전형적인 환자의 기능을 회복할 수 있는 기회를 제공하는 솔루션입니다29. 표준 보철물은 진행성 퇴행성 질환이 빠르게 진행되고, 원발성 뼈 종양 또는 전이로 인한 뼈 결함, 복잡한 부상 또는 여러 번의 재수술 절차로 인해 불충분합니다16. 맞춤형 임플란트는 해부학적 이상과 현재 임상 상태를 고려하여 완전한 개별화로 특정 환자를 위해 준비됩니다. 임플란트를 만드는 과정은 정형 외과 의사와 엔지니어의 협력이 필요하며 CT 또는 자기 공명 영상 (MRI)을 기반으로합니다. 가상 임플란트 모델의 준비는 복잡합니다. 뼈와 임플란트 사이에 작용하는 힘을 정확하게 결정하는 엔지니어가 수행합니다. 예비 가상 3D 모델은 외과 의사와상의하고 승인 후 맞춤형 임플란트 생산을 시작합니다. 올바른 임플란트는 운영 팀을 위한 PDF 파일 지침과 함께 제공됩니다. 그것은 훈련 목적과 수술 중 피팅을위한 골반 뼈와 임플란트의 정확한 플라스틱 모델을 동반합니다.
수술 전 계획은 특히 재관절 성형술의 맥락에서 매우 중요합니다. 시술을 위해 환자의 자격을 부여 할 때 일반적인 임상 상태, 동반 질환의 부담 및 질병의 현재 병력을 고려해야합니다15. 팀 리더가 결정을 내린 후 컴퓨터 단층 촬영 결과가 임플란트 제조업체로 전송 된 다음 3D 모델 및 임플란트의 최종 버전 제작을 포함하여 6 주간의 절차가 시작됩니다.
혼합 현실은 실제 물체와 가상 현실의 하이브리드로 물리적 물체가 디지털 홀로그램과 공존하며 이들 간의 상호 작용이 실시간으로 가능합니다21. 현재 의학35,36,37을 포함한 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며, 3차원 CT 스캔이나 MRI38,39,40과 같은 의료 데이터를 시각화하는 데 가장 많이 사용됩니다. 이 기술은 치료를 보다 정확하게 계획하거나, 진단에서 환자의 데이터에 신속하게 액세스하거나, 수술 중 수술 분야를 더 잘 시각화하는 것을 가능하게 합니다41. 혼합 현실은 또한 학생, 의료 레지던트 및 컨설턴트를 포함한 교육의 모든 단계에서 기초 및 임상 과학 교육에 적용되었습니다.
맞춤형 임플란트 준비의 경우와 마찬가지로 의사와 엔지니어 간의 협력의 첫 번째 단계는 DICOM 표준에 저장된 의료 영상 데이터입니다. 방사선학에 사용되는 고급 기술과 동시에 기술 솔루션을 개발하면 실시간 초음파와 같은 동적 이미징 데이터의 통합 및 유용성이 가능합니다. 다음 단계는 획득한 데이터를 렌더링 처리하여 3차원 홀로그램을 장치로 보내는 것입니다. 사용자는 시각화를 주변 환경의 일부로 볼 수 있으며 쉽게 상호 작용할 수 있습니다. 운영자 또는 운영 팀 구성원의 머리에 배치된 헤드셋에는 센서(카메라, 가속도계, 자력계, 자이로스코프)가 장착되어 있어 홀로그램 데이터를 주변 환경의 일부로 볼 수 있습니다(그림 12). 운영자는 손 제스처와 음성 명령으로 홀로그램을 제어하여 특정 요구 사항에 맞게 시각화를 조정할 수 있습니다. 멸균 상태를 유지하면서 크기, 구조, 위치를 변경할 수 있습니다. HoloLens는 작업 편의성에 부정적인 영향을 주지 않으며 홀로그램이 표시되지 않는 절차 중에 시야를 제한하지 않습니다. 의료팀은 이전에 임플란트와 함께 제공되는 정확하고 상세한 3D 프린팅 조인트 및 보철물 모델에 익숙해지고 엔지니어 팀과의 교육을 통해 수술을 준비했습니다. 혼합 현실 안경의 사용은 매우 직관적이며 업로드된 홀로그램의 효율적인 사용은 배우기 쉽습니다. 혼합 현실은 수술 준비와 절차 수행 측면에서 효과적인 솔루션이었습니다.
저자의 지식에 따르면, 이것은 3D 인쇄 된 비구 임플란트를 사용하여 고관절 재수술에서 혼합 현실 기술을 사용하는 것에 대한 최초의 보고서입니다. 저자의 임상 센터에서 장치를 수술 중 처음으로 사용한 것입니다 (그림 13). 이전 간행물에는 혼합 현실 기술을 사용한 1 차 고관절 치환술이 포함됩니다. 그것은 Lei Peng-fei et al. intertrochanteric 골절42를 가진 59 세의 환자에서. 맞춤형 임플란트 및 혼합 현실은 다양한 수술 영역에서 점점 더 인기 있는 솔루션입니다. 이 둘의 조합은 유망한 결과를 가진 혁신입니다. 현재 이러한 유형의 치료는 높은 비용과 적절한 준비가 필요하기 때문에 실험적이며 객관적인 독창적 인 연구를 만들기에 충분한 양이 없습니다. 그러나 가까운 장래에 연구 보조금과 임상의의 관심 증가로 인해 가능할 것입니다. 수술 과정에서 일반적으로 사용되는 기존 솔루션의 맥락에서 표준 2D 모니터에 표시되는 X선 또는 CT 프로젝션은 다른 관점에서 해부학적 구조를 볼 수 없기 때문에 한계가 있습니다. 공간에서 구조의 위치를 확대하거나 변경할 수 없습니다. 저자의 의견으로는 맞춤형 임플란트와 혼합 현실 기술은 어려운 재수술 관절 성형술뿐만 아니라 외상학 및 정형 외과 종양학에도 유망합니다. 저자에 따르면 혼합 현실은 맞춤형 임플란트가 필요하지 않은 1 차 관내 인공 삽입물을 포함하여 표준 관내 인공 삽입물 자격이있는 환자에게도 적용됩니다. 혼합 현실에 의해 증강된 수술 중 탐색을 통해 임플란트를 더 정확하고 더 정확하게 배치할 수 있습니다. 파일럿 연구는 현재 유망한 결과로 수행되고 있습니다43.
절차를 계획하고 환자를 준비하는 각 단계는 매우 중요하며 그 중 어느 것도 과소 평가 될 수 없습니다. 의료 영상의 품질과 임플란트 설계 및 홀로그램 준비 모두에서 엔지니어와의 적절한 협력은 수술의 성공에 중요합니다. 절차 중 중요한 순간은 오래된 임플란트 구성 요소를 제거하고 이전에 준비된 장소에 새로운 개인화 된 구성 요소를 고정하는 것입니다. 이 단계에서 홀로그램은 절차를 매우 정확하게 수행하는 데 중요합니다.
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Disclosures
Maciej Stanuch, Adriana Złahoda-Huzior 및 Andrzej Skalski는 MedApp S.A. 직원입니다. MedApp S.A.는 CarnaLifeHolo 솔루션을 제조하는 회사입니다.
Acknowledgments
해당 사항 없음.
이 연구는 비상업적 협력의 일환으로 수행되었습니다.
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 |
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