Summary
Özel yapım implant ve karma gerçeklik teknolojisi kullanılarak karmaşık bir revizyon kalça artroplastisi yapıldı. Yazarların bilgisine göre, bu literatürde açıklanan bu tür bir prosedürün ilk raporudur.
Abstract
3D baskı ve anatomik yapıların görselleştirilmesi teknolojisi, tıbbın çeşitli alanlarında hızla büyümektedir. Ocak 2019'da karmaşık revizyon kalça artroplastisi gerçekleştirmek için özel yapım bir implant ve karma gerçeklik kullanılmıştır. Karma gerçekliğin kullanılması, yapıların çok iyi bir şekilde görselleştirilmesine izin verdi ve hassas implant fiksasyonu ile sonuçlandı. Yazarların bilgisine göre, bu, bu iki yeniliğin birleşik kullanımının ilk açıklanan vaka raporudur. İşlemin kalifikasyonundan önceki tanı, sol kalçanın asetabuler bileşeninin gevşemesiydi. Ameliyat sırasında mühendisler tarafından hazırlanan karma gerçeklik başlığı ve hologramlar kullanıldı. Operasyon başarılı geçti ve bunu erken dikeyleştirme ve hasta rehabilitasyonu izledi. Ekip, eklem artroplastisi, travma ve ortopedik onkolojide teknoloji geliştirme fırsatları görüyor.
Introduction
Üç boyutlu (3D) baskı ve karmaşık yapıların görselleştirilmesi teknolojisi, tıbbın çeşitli alanlarında hızla artmaktadır. Bunlar arasında kardiyovasküler cerrahi, kulak burun boğaz, maksillofasiyal cerrahi ve hepsinden önemlisi ortopedik cerrahi 1,2,3,4,5 sayılabilir. Şu anda, bu teknoloji ortopedik cerrahide sadece 3D baskılı elemanların doğrudan uygulanmasında değil, aynı zamanda cerrahi eğitimde, ameliyat öncesi planlamada veya intraoperatif navigasyonda da kullanılmaktadır 6,7,8.
Total kalça artroplastisi (THA) ve total diz artroplastisi (TKA) tüm dünyada en sık uygulanan ortopedik cerrahi girişimlerden biridir. Hastanın yaşam kalitesindeki önemli iyileşme nedeniyle, THA önceki bir yayında "yüzyılın ameliyatı" olarak tanımlanmıştı9. Polonya'da 2019 yılında 49.937 THA ve 30.615 TKAgerçekleştirilmiştir 10. Yaşam beklentisi arttıkça, öngörülen kalça ve diz artroplastisi ameliyatlarının sayısında artış eğilimi vardır. İmplant tasarımını, cerrahi tekniği ve postoperatif bakımı geliştirmek için büyük çaba sarf edilmiştir. Bu ilerlemeler, hasta fonksiyonlarını geri kazanma ve komplikasyon riskini azaltma şansının artmasına yol açmıştır11,12,13,14.
Bununla birlikte, şu anda dünya çapında ortopedik cerrahların karşılaştığı en büyük zorluk, kalça eklemindeki anatomik kusurları hazır bir implant15'i uygulamayı çok zorlaştıran veya hatta imkansız kılan standart dışı hastalarla çalışmaktır. Kemik kaybı önemli travma, asetabuler çıkıntı ile ilerleyici dejeneratif osteoartrit, gelişimsel kalça displazisi, primer kemik kanseri veya metastaz16,17,18,19,20 nedeniyle olabilir. İmplant seçimi sorunu özellikle çoklu revizyon riski altında olan ve bazen de konvansiyonel olmayan tedavi gerektiren hastalarla ilgilidir. Bu gibi durumlarda, çok umut verici bir çözüm, belirli bir hasta ve kemik defekti için yaratılan ve çok hassas bir anatomik uyum sağlayan katkı maddesi yapılmış bir 3D baskılı implanttır20.
Artroplasti alanında, hassas implant ve sürdürülebilir fiksasyonu çok önemlidir. Preoperatif ve intraoperatif 3D görselleştirmedeki ilerleme, artırılmış ve karma gerçeklik21,22,23,24 gibi mükemmel çözümlerle sonuçlanmıştır. Kemik ve implant bilgisayarlı tomografi (BT) hologramlarının intraoperatif kullanımı, konvansiyonel radyografi görüntülerinden daha iyi protez yerleştirilmesine izin verebilir. Gelişen bu teknoloji, tedavi etkinliği şansını artırabilir ve nörovasküler komplikasyon riskini azaltabilir21,25.
Bu olgu sunumu, aseptik gevşeme nedeniyle kalça revizyon ameliyatına tabi tutulan bir hasta ile ilgilidir. Birden fazla implant başarısızlığının neden olduğu önemli kemik kaybını gidermek için, özel yapım 3D baskılı asetabuler implant kullanıldı. İşlem sırasında, risk altındaki nörovasküler yapılara zarar vermemek için implant pozisyonunu görselleştirmek için karma gerçeklik kullandık. Karma gerçeklik başlığına uygulanan uygulama, sesli ve jest komutlarının verilmesine olanak tanıyarak cerrahi işlem sırasında steril koşullarda kullanılmasını mümkün kılar.
57 yaşında bir kadın hasta ön tanı ile bölüme kabul edildi: sol kalçanın asetabuler bileşeninin gevşemesi. Hastanın hastalık öyküsü genişti. Hayatı boyunca, kalça ekleminin çok sayıda cerrahi prosedürüne tabi tutuldu. İlk tedavi kalça displazisinin neden olduğu osteoartrit nedeniyle kalça yenileme (1977-15 yaş), ikincisi implant gevşemesine bağlı total kalça artroplastisi (1983-21 yaş) ve diğer iki revizyon ameliyatı (1998, 2000-37 ve 39 yaş) idi. Ayrıca çocukluk çağı serebral palsisinin neden olduğu spastik sol taraflı hemipleji hastasıydı ve sol ayaklı deformitesi nedeniyle defalarca ameliyat edildi. Ayrıca torakolomber omurganın osteoartriti, karpal tünel sendromu ve iyi kontrol edilen arteriyel hipertansiyon ile yüklüydü. Bir sonraki prosedür için yeterlilikten önceki son tanı, sol kalçanın asetabuler bileşeninin gevşemesinden kaynaklanan ağrı ve artan fonksiyon sınırlamasıydı. Hasta yüksek motivasyonlu, fiziksel olarak aktif ve engellilikle başa çıkabiliyordu.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Protokol, Varşova Tıp Üniversitesi İnsan Araştırmaları Etik Komitesi'nin yönergelerini takip etmektedir. Hasta prosedüre bilgilendirilmiş onam verdi ve kaydedileceğini kabul etti. Hasta işlemden önce bunu kabul etti.
NOT: Hastanın cerrahi projeye dahil edilmesinin temel kriteri, standart bir implantın kullanılmasını imkansız kılan anatomik işlev bozukluğu nedeniyle müdahale zorunluluğuydu. Karma gerçeklik, protezin daha iyi yerleştirilmesini ve başarılı ameliyat şansının artırılmasını amaçlıyordu.
1. Hazırlık
- Özel yapım bir asetabuler implant hazırlayın ve hastanın hastaneye yatmasından önce cerrahi prosedürü planlayın.
NOT: Bu vaka çalışmasında, tıbbi görüntü teşhisi sanatında yetenekli kişiler, özel yapım asetabuler implantı hazırlamıştır.- Hastaneye planlanan kabulden önce, tanısal görüntüleme ünitesinde bir röntgen yapın.
- Anterior-posterior projeksiyonda pelvik röntgen yapın.
- X-ışınına dayanarak hastanın pelvisinin mevcut durumunu değerlendirin.
- Elde edilen görüntüyü önceki X-ışını görüntüleriyle karşılaştırın.
- Bir pelvik BT taraması yapın ve protokole göre DICOM (Tıpta Dijital Görüntüleme ve İletişim) dosyalarını edinin.
- Hastayı hareketli BT tarama platformuna yerleştirin.
- Kalınlık düğmesine tıklayın ve taramalar için 512 x 512 piksel kalınlığı seçin.
- 1 mm'lik katmanın kalınlığını belirleyen parametreye tıklayın.
- Prosedürü tıklatarak başlatın, test sonucunu bekleyin.
- Bir mühendisten teknik şema olarak dijital olarak gönderilebilecek bir implant önerisi veya 3D baskılı bir model prototipi tasarlamasını isteyin (Şekil 1).
- Bilgisayarlı tomografi sonucunu DICOM görüntüleyicide görselleştirin.
- Hastanın mevcut anatomik koşullarını, biyomekaniği ve eklemin işlevini dikkate alarak implantın uygulanması için ihtiyaçları belirleyin.
- Fiksasyon da dahil olmak üzere implantlarla ilgili öneriler için mühendise danışın.
- Projeyi onaylayın ve sevkiyatı bekleyin.
NOT: İmplantın son şekli, hastanın BT taramasından elde edilen 3D verilerin bir tasarım mühendisi ve bir cerrahın girdisiyle birleştirilmesini içerir.
- Titanyum alaşımlı tozdan (TiAl6V4) özel yapım 3D implantı, elektron ışını teknolojisi26,27 kullanarak yazdırın. Az miktarda TiAl6V4 tozu içeren bir odanın içinde, elektron ışını her ateşlendiğinde, seçici erime ve malzeme birikimi (plazma kaplama) vardır.
- İmplantın sterilize edilip edilmediğini kontrol edin. İmplant denemelerinin sterilizasyonu ve son implant üretici tarafından garanti edildi.
2. Ameliyat öncesi kontroller
- Standart bir bakım laboratuarı testleri ve uzman konsültasyonları gerçekleştirin.
- Potansiyel periprotez eklem enfeksiyonu olan hastaları (radyolojik özellik yok, normal c-reaktif protein (<10 mg / L) ve eritrosit sedimantasyon hızı kadınlar için 1-10 mm / s, erkekler için 3-15 mm / s) hariç tutun.
- Ateş (sistemik), ağrı, şişlik, kızarıklık (lokal) ve eklem fonksiyonlarında azalma gibi enfeksiyonun klinik belirtilerini kontrol edin28.
- Klinik muayeneler sırasında lokal inflamasyon belirtileri olan hastaları hariç tutun (kızarıklık, sıcaklık artışı, ağrı, şişlik ve fonksiyon kaybı lokal inflamasyonu gösterir). Hasta operasyona tam bilgilendirilmiş onam verdi.
3. Karma gerçeklik modeli
NOT: İşlem, intraoperatif olarak kullanılacak uygun implant ve pelvis görselleştirmesini elde etmek için gerçekleştirilir.
- Özel uygulama kullanarak pelvik BT DICOM dosyasını holografik bir gösterime işleyin.
- Alınan CT DICOM dosyalarından CT görüntüsünü karma gerçeklik başlığına yükleyin.
- Holografik DICOM Görüntüleyici'yi açın.
- CT DICOM dosyalarını içeren klasörü seçin.
- Kulaklık açıldığında görüntülenen IP'yi kontrol edin ve holografik DICOM Görüntüleyici'de belirlenen bir yere girin.
- Görselleştirmeyi karma gerçeklik başlığında görebilmek için Bağlan düğmesine tıklayın.
- Pelvis kemik dokusu yapılarını segmentlere ayırın. Bu, Makas seçeneği kullanılarak manuel olarak gerçekleştirilir. Bu seçenek etkinleştirildiğinde, kullanıcı farenin sol düğmesini tıklatır ve bu araçla seçilen yapıları kaldırmak için fareyi hareket ettirir.
- Seçimi, farenin sol düğmesine başka bir tıklama ile sonlandırın, bu da kullanıcının seçilen yapıları kesmek istediğini onaylaması için bir açılır pencere oluşturur.
NOT: Kullanıcı görselleştirmeden kesilecek alanları hem 3B hem de 2B görünümlerde seçebilir. Yapıları seçimin içinden veya dışından çıkarmak mümkündür. Bu, BT görüntüsünün sadece gerekli kısımları görünene kadar tekrarlanır.
- Seçimi, farenin sol düğmesine başka bir tıklama ile sonlandırın, bu da kullanıcının seçilen yapıları kesmek istediğini onaylaması için bir açılır pencere oluşturur.
- Mevcut fonksiyonlar listesinden ortopedik prosedürlere adanmış önceden tanımlanmış bir transfer fonksiyonu (renk görselleştirme parametreleri) seçin: CT Kemik Endoprotezi. Gerekirse, 3B görselleştirme penceresinde fare hareketiyle bağlı sağ fare düğmesini kullanarak pencereyi ve düzeyi değiştirerek görselleştirmeyi ayarlayın.
- 3B holografik alanda hazırlanan görselleştirmeyi görmek için kulaklığa bağlanın. Sesli komutları kullanarak görüntüyü ayarlama: Döndür, Yakınlaştır, Akıllı Kes ve El Hareketleri.
- Kullanıcının görüş hattına dik bir kesme düzlemi kullanmak ve ayarlamak için Cut Smart komutunu kullanın. Kullanıcı kafayı holograma ne kadar yaklaştırırsa, uçak o kadar derine iner.
- Görselleştirmenin iç kısımlarını görmek için bu hareketleri gerçekleştirin, çünkü düzlemin önünde bulunan yapılar görselleştirilmez.
NOT: Bu görüş, yapılar (pelvis, femur ve implant) arasındaki geometrik ilişkileri değerlendirmek için önemlidir (Şekil 2 ve Şekil 3).
- Alınan CT DICOM dosyalarından CT görüntüsünü karma gerçeklik başlığına yükleyin.
4. Ameliyat
- Özel yapım asetabuler implant ve karma gerçeklik cihazı 14,16,29 kullanılarak asetabuler bileşenin aseptik gevşemesine bağlı revizyon kalça artroplastisinin cerrahi prosedürünü uygulayın. Operasyon için bir neşter, pıhtılaştırıcılı bir elektrocerrahi bıçak, bir Luer aleti ve kesiciler kullanın.
- Cilt insizyonundan 30 dakika önce intravenöz olarak 1.5 g seftriakson verin ve enfeksiyonu önlemek için ameliyat gününde iki sonraki doz verilmelidir. Ameliyattan bir gün önce düşük molekül ağırlıklı heparin (LMWH) ile tromboprofilaksiye başlanır. İşlemden sonra 30 gün boyunca günlük 40 mg enoksaparin dozuna devam edin.
- Hastayı genel anestezi altında, ameliyat masasına uzanarak yerleştirin ve sabitleyin.
- Hardinge'in kalça eklemine erişimini kullanarak bağ dokusu yapışıklıklarını serbest bırakın ve gevşek asetabuler implantı çıkarın.
- Operasyonu kalça ekleminin diğer revizyon prosedürleriyle aynı şekilde gerçekleştirin, ancak daha geniş bir erişim kullanın.
- Tüm yumuşak dokuları asetabulumun yüzeyinden çıkarın, böylece şekil sağlanan modeldeki ile tamamen aynı olur. İmplant modeli, asetabuler kemiğin yüzeyine mükemmel bir şekilde yapışmalıdır.
- İmplantı stabilize eden özel olarak tasarlanmış vidalar kullanarak yeni çimentosuz implantı sabitleyin.
- Ameliyattan sonra femoral sinir bloğu uygulayın.
- İşlenmiş görüntülerin intraoperatif holografik görselleştirilmesi
- Prosedür öncesi planlamada hazırlanan DICOM BT taramasının görselleştirmesini karma gerçeklik uygulamasına yükleyin.
- 3B holografik alanda hazırlanan görselleştirmeyi görmek için karma gerçeklik başlığını karma gerçeklik uygulamasına bağlayın.
- Yeterli ve hassas pelvik kemik yüzey hazırlığı elde etmek ve asetabuler bileşenin gevşemesine yanıt olarak gelişen bağ dokusunun fazlalığının giderilmesi için işlenmiş görüntülerin intraoperatif holografik görselleştirmesini kullanın.
- Operatörün holografik görselleştirmeye referans görüntü olarak baktığından emin olun.
- Operasyon için bir neşter, pıhtılaştırıcılı bir elektrocerrahi bıçak, bir luer aleti ve kesiciler kullanın. 3D pelvis modelinin görselleştirilmesi, nörovasküler yapılara zarar verme ve implant yerleştirmedeki hataları en aza indirmelidir.
- Başa takılan ekranın bir WiFi ağı üzerinden iş istasyonuna bağlı olduğundan emin olun. Görüntülerin işlenmesi ve oluşturulması iş istasyonunda gerçekleştirilir ve sonuçlar kulaklıkta hologram olarak görüntülenir. Hareketleri ve sesli komutları kullanın. Gerekirse, POV önizlemesi olan bir mühendisten yardım alın.
5. Postoperatif bakım
- Hastaya ameliyattan sonraki ilk gün rehabilitasyon ve mobilizasyon dahil olmak üzere standart bir rehabilitasyon ve iyileşme protokolü yaptırın30,31,32.
NOT: Rehabilitasyon, kalça ve diz artroplastisi konusunda deneyimli özel bir ekip tarafından uygulanmıştır. - Farmakolojik tromboprofilaksi uygulayın. Tromboprofilaksi, ameliyattan bir gün önce düşük molekül ağırlıklı heparin (LMWH) ile başlandı. Günlük 40 mg enoksaparin dozu, işlemden sonra 30 gün boyunca devam ettirildi.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Görüntü ön işleme
Pelvik kemik, femur ve endoprotezin ikili maskeleri, mevcut yazılım33 ile eşik ve bölge büyütme algoritmaları kullanılarak deneyimli radyolojik teknoloji uzmanları tarafından BT DICOM görüntülerinden yarı otomatik olarak segmentlere ayrıldı. Hazırlanan etiket haritaları da bir radyolog tarafından manuel olarak düzeltildi. Bir sonraki adımda BT taramasına eklenerek görselleştirmeyi geliştirmek için etiket haritaları kullanılmıştır. Bu yaklaşım, BT taramalarında kemik yapısını ve çevresindeki dokuları görmeyi sağlayan hacimsel işlemenin, önemli dokuları gösteren parçalanmış parçalarla birleştirilmesini mümkün kılmıştır. Segmentasyon sonuçları, yapıların yalnızca 3B grafik modelini oluşturmaktan kaçınan, ancak tüm Hounsfield Birimleri (HU) değerleri hakkında bilgi tutmayı mümkün kılan orijinal yığında sonuçlandırıldı. Sabit implantın cerrahi durumuna (Şekil 1 ve Şekil 4) bağlı olarak dokuları görüntülemesine, implante etmesine ve kemik segmentasyonlarını aynı anda veya birer birer yapmasına izin veren etkileşimli bir görselleştirme ile sonuçlandı. İşlenen BT veri seti, özel bir yazılım kullanılarak hologramlar olarak görselleştirildi.
Prosedür öncesi planlama ve hastaneye yatış
Bilgisayarlı tomografi verileri ve görselleştirmeler temelinde bir operasyon planı hazırlandı. Plan önemli değerleri içeriyordu: kalça dönme merkezi, asetabuler eğim, anteversiyon ve implant montajının yönü, yöntemi ve bölgeleri. İmplantın pozisyonu kemik ve anatomik noktalar tarafından belirlenirken, protezin deneme kafası ayarlandıktan ve işlem sırasında implantın stabilitesinin klinik kontrolü yapıldıktan sonra uygun konfigürasyon da doğrulandı. İmplantın doğru pozisyonunu doğrulamak için postoperatif BT yapıldı. Vidaların konumu, mühendis ve cerrah tarafından BT temelinde planlandı ve bu da vidaların vasküler sinir yapılarıyla temasını ve hasarlarını önledi (Şekil 5). Asetabuler defekt 3B Paprosky sınıflaması34 olarak sınıflandırıldı. Tip 3B, duvarlar ve sütunlar34 dahil olmak üzere tüm asetabuler yapıların en şiddetli yıkımıdır. Ameliyat öncesi klinik HHS skoru 44 idi (Tablo 1).
Hastayı prosedüre hazırlamaya yönelik faaliyetler dahiliye konsültasyonu ve standart laboratuvar testlerini içeriyordu. Temel muayeneler de gerekliydi: EKG ve X-ışını: göğüs röntgeni, pelvik röntgen. Kontrol görüntüsü de ameliyat sonrası çekildi. Hastaya yatış sırasında standart tromboprofilaksi (Klaksan 40 mg, 1 x 1 s.c.) ve antibiyotik profilaksisi (Tarsime 3 x 1.5 g i.v.) verildi. Bireyselleştirilmiş ağrı tedavisi dahil edildi. Diğer tüm ilaçlar hastanın standart önerilerine göre alındı.
Ocak 2019'da, gevşek bir asetabuler bileşenin ısmarlama implantla değiştirilmesini içeren sol kalçanın artroplasti revizyonu gerçekleştirildi: Triflanşlı asetabuler bileşen, Polietilen ek, kısıtlı, Sabitleme vidaları-10 adet, Co-Cr-Mo kısıtlı modüler kafa (36 mm) ve 9 mm'lik bir boyun.
Ameliyat 4 saat sürdü ve komplikasyonsuz olarak uygulandı. Bir yürüteç yardımıyla dikeyleştirme, işlemden sonraki ikinci günde gerçekleşti. Hasta 14. günde iyi bir genel durumda (serebral palsi sonrası ayak felci nedeniyle uzun rehabilitasyon süresi) taburcu edildi. Kontrol ziyaretleri belirlenen tarihlerin ardından gerçekleşti. Radyolojik kontrol-BT ve röntgenler ameliyat öncesi (Şekil 3, Şekil 6 ve Şekil 7), ameliyat sonrası (Şekil 2 ve Şekil 8) ve 2 yıl sonra (Şekil 9) yapıldı. İmplant yerleştirme işlemi projenin varsayımlarına uygun olarak gerçekleştirilmiştir. Ofset, hareket aralığı ve uzuvların uzunluğu restore edildi. Fonksiyon ve hastanın yaşam kalitesi sonraki ziyarette nispeten iyiydi ve ilk tanıdan bu yana önemli ölçüde iyileşti. Ameliyattan önce, hasta ağrı nedeniyle tekerlekli sandalyeye geçti - hastanın 10 noktalı görsel analog ağrı yoğunluğu ölçeğindeki subjektif değerlendirmesi 8 (VAS 8) idi. Ameliyattan sonra, rehabilitasyon sırasında, iki ortopedik koltuk değneği kullanmayı bıraktı. Hasta şu anda başka bir hastanede daha önce geçirdiği ameliyattan sonra ayak damla peroneal sinir felci nedeniyle bir koltuk değneği ile yürüyor. Yazarların bilgisine göre, Polonya'daki ilk prosedür ve dünyadaki ilklerden biriydi. Kas-İskelet Sistemi Ortopedi ve Travmatoloji Bölümü'nde modern teknolojiyi kullanma fikrini öneren bir tıp öğrencisi araştırma ekibiydi.
Planlandığı gibi yeterli implant fiksasyonu için cerrahi müdahale gerektiren anatomik yapılar görünür olmalıdır. Önemli kemik defektleri ve deformasyonu olan standart dışı hastalarda, ısmarlama bir protezin uygun şekilde görselleştirilmesi ve ayarlanması tedavi süreci için temel öneme sahiptir. Uygun implant fiksasyonu, gevşeme veya instabilite gibi postoperatif komplikasyon riskini azaltır. Karma gerçeklik teknolojisi, risksiz ve invaziv olmayan bir şekilde pelvis, kemikler ve yumuşak dokuları doğru bir şekilde görselleştirmeye, iyi implant yerleştirme şansını artırmaya ve hatta gelecekte ameliyat süresini kısaltmaya izin verir. Görüntüyü manipüle etme yeteneği, örneğin karmaşık anatomik yapıların seçilen parçalarına yakınlaştırma, cerrahın gözünün kusurlarını dışlamaya izin verir (Şekil 10 ve Şekil 11). Özetle, hassas, tamamen kişiselleştirilmiş kompleks revizyon artroplastisi yapıldı. Yazarlar, sadece artroplasti ve travmatolojide değil, aynı zamanda yüksek hassasiyetle çok kapsamlı rezeksiyonların gerçekleştirilmesinin sıklıkla gerekli olduğu ortopedik onkolojide de karma gerçekliğin daha da geliştirilmesi için fırsatlar görüyorlar. Çevredeki nörovasküler yapılara sahip ulaşılması zor anatomik alanların uygun şekilde görselleştirilmesi, cerrah için cerrahiyi kolaylaştırabilir ve hasta için daha güvenli hale getirebilir.
Şekil 1: Sabit implantın görselleştirilmesi. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Resim 2: Ameliyattan bir gün sonra röntgen. 'L' harfi, X-ışınında vücudun sol tarafını temsil eder. Bu durumda, sol kalçanın bir fotoğrafı. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: Ameliyattan önce röntgen. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: Sabit implantın görselleştirilmesi. Görselleştirme preoperatif planlama sürecinde hazırlanır. İmplantın potansiyel fiksasyonunu gösterir. Görselleştirmedeki mavi renk implantın sınırıdır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 5: İmplant sabitleme vidalarının yerleştirilmesi için 3D proje. Renkler mühendisler tarafından daha iyi ve daha doğru görselleştirme için kullanılır. Bu, farklı parametre uzunluğuna, kesitlere sahip cıvataları ayırt etmeyi kolaylaştırır. Montaj sırası da dikkate alınabilir. Renkler açıklayıcıdır ve ameliyat öncesi planlama sürecinde kullanılır. İmplant montajının planlanması sürecinde, kan damarlarına ve sinirlere intraoperatif hasarı dışlamak önemlidir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 6: Ameliyattan önce BT-3D rekonstrüksiyonu kalça eklemlerini ve femur kısmını gösterir. Gözle görülür dejenerasyon ve kemik yapılarının tahrip olması, pelvik asimetri. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 7: Ameliyattan önce CT-3D rekonstrüksiyonu. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 8: Ameliyattan 6 hafta sonra röntgen. İmplant doğru takıldı, gevşemedi. Sabitleme elemanları ile görünür sol kalça endoprotezi. Hastanın klinik muayenesi ile birlikte röntgen, operasyonun başarısını doğrular. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 9: Ameliyattan 2 yıl sonra röntgen. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 10: Karma gerçeklik kullanıcısının bakış açısı - önden pelvis. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 11: Karma gerçeklik kullanıcısının bakış açısı - yandan pelvis. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 12: Karma gerçeklik kullanıcısının bakış açısı - ameliyat sırasında çekilen fotoğraf - hologram pelvisin bir bölümünü göstermektedir.
Şekil 13: Ameliyat sırasında çekilen fotoğraf - ana operatör Prof. Łęgosz karma gerçeklik teknolojisini kullanıyor.
| HSS PUANI | |||
| AMELİYAT ÖNCESİ | AMELİYATTAN 6 HAFTA SONRA | AMELİYATTAN 6 AY SONRA | AMELİYATTAN 12 AY SONRA |
| 44 | 74,5 | 80 | 82 |
Tablo 1: HHS Skor tablosu - hastanın sonuçlarını işlemden önce, işlemden 6 hafta sonra, işlemden 6 ay sonra, işlemden 12 ay sonra Harris Kalça skoruna göre sunmak.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Primer ve revizyon kalça artroplastisi, tedavinin etkinliğini sağlamak için kişiselleştirme gerektirebilir. Bununla birlikte, özel implantların kullanımı, standart prosedürlere kıyasla ameliyat için daha uzun hazırlık gerektirir. Özel yapım 3D baskılı implantlar, hastalığı önemli kemik yıkımına neden olan tipik olmayan hastalarda işlevi geri kazanma şansı veren çözümdür29. Hızla gelişen ilerlemiş dejeneratif hastalıklar, primer kemik tümörleri veya metastazlarının neden olduğu kemik defektleri, komplike yaralanmalar veya çoklu revizyon prosedürleri nedeniyle standart protezler yetersizkalmaktadır 16. Özel yapım implantlar, anatomik anomaliler ve mevcut klinik durum göz önünde bulundurularak tam bireyselleştirme ile spesifik bir hasta için hazırlanır. İmplant oluşturma süreci, ortopedik cerrahların mühendislerle işbirliğini gerektirir ve BT veya manyetik rezonans görüntülemeye (MRG) dayanır. Sanal implant modelinin hazırlanması karmaşıktır. Kemik ve implant arasında etkili olan kuvvetleri kesin olarak belirleyen mühendisler tarafından gerçekleştirilir. Ön sanal 3D modele cerrah danışılır ve onaylandıktan sonra ısmarlama implantın üretimine başlanır. Doğru implant, işletim ekibi için PDF dosyası talimatlarıyla birlikte teslim edilir. Eğitim amaçlı ve intraoperatif montaj için pelvik kemiklerin ve implantın hassas bir plastik modeli eşlik eder.
Preoperatif planlama, özellikle revizyon artroplasti bağlamında büyük önem taşımaktadır. Bir hastayı prosedür için nitelendirirken, genel klinik durumlarını, komorbiditelerin yükünü ve hastalığın mevcut öyküsünü dikkate almak gerekir15. Ekip lideri karar verdikten sonra, bilgisayarlı tomografinin sonuçları implantın üreticisine gönderilir ve daha sonra bir 3D model ve implantın son versiyonunu üretmeyi içeren 6 haftalık prosedür başlar.
Karma gerçeklik, fiziksel nesnelerin dijital hologramlarla bir arada var olduğu gerçek ve sanal gerçekliğin bir melezidir ve aralarındaki etkileşim gerçek zamanlı21'de mümkündür. Günümüzde tıp 35,36,37 dahil olmak üzere çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır ve çoğunlukla üç boyutlu BT taramaları veya MRI 38,39,40 gibi tıbbi verileri görselleştirmek için kullanılmaktadır. Bu teknoloji, tedavileri daha hassas bir şekilde planlamayı, tanılamada hastanın verilerine hızlı bir şekilde erişmeyi veya cerrahi alanın intraoperatif olarak daha iyi görselleştirilmesini mümkün kılar41. Karma gerçeklik, öğrenciler, tıp asistanları ve danışmanlar da dahil olmak üzere eğitimin her aşamasında temel ve klinik bilimlerdeki eğitimde de uygulamasını bulmuştur.
Ismarlama implantların hazırlanmasında olduğu gibi, doktorlar ve mühendisler arasındaki işbirliğinin ilk aşaması, DICOM standardında saklanan tıbbi görüntüleme verileridir. Radyolojide kullanılan daha gelişmiş teknikler ve aynı zamanda gelişen teknolojik çözümler, gerçek zamanlı ultrason gibi dinamik görüntüleme verilerinin entegrasyonuna ve kullanılabilirliğine de izin verir. Bir sonraki aşama, bir cihaza gönderilen üç boyutlu hologramlar yapmak için elde edilen verilerin işlenmesi-işlenmesidir. Kullanıcı görselleştirmeyi çevresinin bir parçası olarak görebilir ve onunla kolayca etkileşime girebilir. Operatörün veya operasyon ekibinin üyelerinin kafasına yerleştirilen kulaklık, holografik verilerin çevrenin bir parçası olarak görülmesini sağlayan sensörlerle (kameralar, ivmeölçer, manyetometre, jiroskop) donatılmıştır (Şekil 12). Operatör, görselleştirmeyi kendi özel ihtiyaçlarına göre ayarlayan el hareketleri ve sesli komutlarla hologramları kontrol edebilir. Steril koşullar korunarak boyut, yapı, pozisyon değiştirmek mümkündür. HoloLens, çalışma konforunu olumsuz yönde etkilemez ve hologramların görüntülenmediği prosedür sırasında görüş alanını sınırlamaz. Tıbbi ekip daha önce implantla birlikte verilen hassas ve detaylı 3D baskı eklem ve protez modellerini tanıma imkanının yanı sıra bir mühendis ekibiyle eğitim alarak operasyon için hazırlanmıştı. Karma gerçeklik gözlüklerinin kullanımı çok sezgiseldir ve yüklenen hologramların verimli kullanımını öğrenmek kolaydır. Karma gerçeklik, hem operasyona hazırlık hem de prosedürün yürütülmesi açısından etkili bir çözümdü.
Yazarların bilgisine göre bu, 3D baskılı asetabuler implantın kullanımı ile kalça revizyon cerrahisinde karma gerçeklik teknolojisinin kullanımı hakkındaki ilk rapordur. Cihazın yazarların klinik merkezinde ilk intraoperatif kullanımıdır (Şekil 13). Önceki yayınlar, karma gerçeklik teknolojisinin kullanıldığı primer kalça artroplastisini içermektedir. Lei Peng-fei ve ark. tarafından intertrokanterik kırık42 olan 59 yaşında bir hastada sunuldu. Özel yapım implantlar ve karma gerçeklik, ameliyatın farklı alanlarında kullanılan giderek daha popüler bir çözümdür. Her ikisinin birleşimi, umut verici sonuçlara sahip bir yeniliktir. Günümüzde, bu tür tedaviler yüksek maliyetler ve uygun hazırlık ihtiyacı nedeniyle deneyseldir, objektif orijinal çalışmalar oluşturmak için yeterli miktar yoktur; ancak, yakın gelecekte, araştırma hibeleri ve klinisyenlerin artan ilgisi nedeniyle mümkün olacaktır. Cerrahi prosedürler sırasında mevcut ve yaygın olarak kullanılan çözümler bağlamında, standart bir 2D monitörde görüntülenen X-ışını veya BT projeksiyonları, anatomik yapıların farklı bir perspektiften görüntülenmesine izin vermedikleri için sınırlamalara sahiptir. Yapının uzaydaki konumunu büyütmek ve değiştirmek mümkün değildir. Yazarların görüşüne göre, ısmarlama implantlar ve karma gerçeklik teknolojisi, zor revizyon artroplastisinin yanı sıra travmatoloji ve ortopedik onkoloji için umut vericidir. Yazarlara göre, karma gerçeklik, ısmarlama implantlar gerektirmeyen birincil endoprotezler de dahil olmak üzere standart endoprotezler için nitelikli hastalar için de geçerlidir. Karma gerçeklik ile güçlendirilmiş intraoperatif navigasyon, implantların daha iyi ve daha hassas bir şekilde yerleştirilmesini sağlar. Şu anda umut verici sonuçlarla pilot çalışmalar yürütülmektedir43.
İşlemin planlanmasının ve hastanın hazırlanmasının her aşaması çok önemlidir ve hiçbiri küçümsenemez. Tıbbi görüntülemenin kalitesi ve hem implantın tasarımında hem de hologramın hazırlanmasında mühendislerle uygun işbirliği, ameliyatın başarısı için önemlidir. İşlem sırasında kritik an, eski implant bileşenlerinin çıkarılması ve yeni, kişiselleştirilmiş olanın önceden hazırlanmış bir yere sabitlenmesidir. Bu aşamada hologramlar işlemin çok hassas bir şekilde gerçekleştirilmesi için önemlidir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Maciej Stanuch, Adriana Złahoda-Huzior ve Andrzej Skalski, MedApp S.A. çalışanlarıdır. MedApp S.A., CarnaLifeHolo çözümünü üreten şirkettir.
Acknowledgments
Uygulanamaz.
Çalışma, ticari olmayan bir işbirliğinin parçası olarak gerçekleştirilmiştir.
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).
