Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

השימוש במציאות משולבת בתיקון מותאם אישית של מפרק הירך: דו"ח מקרה ראשון

Published: August 4, 2022 doi: 10.3791/63654
Automatic Translation
1, 1,2, 3,4, 1, 1, 3,4, 3,4
1Department of Orthopaedics and Traumatology of the Musculoskeletal System, Infant Jesus Teaching Hospital, Medical University of Warsaw, 2Department of Human Anatomy, Medical University of Silesia, 3Department of Measurement and Electronics, AGH University of Science and Technology, 4MedApp S.A.

Summary

ניתוח מפרק ירך מורכב בוצע באמצעות שתל בהתאמה אישית וטכנולוגיית מציאות משולבת. על פי ידיעת המחברים, זהו הדיווח הראשון על הליך כזה המתואר בספרות.

Abstract

הטכנולוגיה של הדפסה תלת מימדית והדמיה של מבנים אנטומיים גדל במהירות בתחומים שונים של הרפואה. שתל בהתאמה אישית ומציאות משולבת שימשו לביצוע ארתרופלסטיקה מורכבת של מפרק הירך בינואר 2019. השימוש במציאות משולבת איפשר הדמיה טובה מאוד של המבנים והביא לקיבוע שתל מדויק. על פי ידיעת המחברים, זהו דו"ח המקרה המתואר הראשון של השימוש המשולב בשני חידושים אלה. האבחנה שקדמה להסמכה להליך הייתה התרופפות המרכיב האצטבולרי של ירך שמאל. במהלך הניתוח נעשה שימוש במשקפי מציאות משולבת ובהולוגרמות שהוכנו על ידי מהנדסים. הניתוח עבר בהצלחה, ובעקבותיו ורטיקליזציה מוקדמת ושיקום חולים. הצוות רואה הזדמנויות לפיתוח טכנולוגי בארתרופלסטיקה משותפת, טראומה ואונקולוגיה אורתופדית.

Introduction

הטכנולוגיה של הדפסה תלת מימדית (3D) ויזואליזציה של מבנים מורכבים גדל במהירות בתחומים שונים של הרפואה. אלה כוללים ניתוחי לב וכלי דם, otorhinolaryngology, ניתוח לסתות, ומעל לכל, כירורגיה אורתופדית 1,2,3,4,5. נכון לעכשיו, טכנולוגיה זו משמשת בניתוחים אורתופדיים לא רק ביישום ישיר של אלמנטים מודפסים בתלת מימד, אלא גם בהכשרה כירורגית, תכנון טרום ניתוחי או ניווט תוך ניתוחי 6,7,8.

סך כל מפרק הירך (THA) וארתרופלסטיקה כוללת של הברך (TKA) הם אחד ההליכים הכירורגיים האורתופדיים המבוצעים בתדירות הגבוהה ביותר בעולם. בשל השיפור המשמעותי באיכות החיים של המטופל, THA תואר בפרסום קודם כ"ניתוח המאה"9. בפולין בוצעו 49.937 THA ו-30.615 TKA בשנת 201910. ככל שתוחלת החיים עולה, ישנה מגמת עלייה במספר הצפוי של ניתוחי מפרק הירך והברך. מאמצים רבים נעשו כדי לשפר את תכנון השתל, הטכניקה הכירורגית והטיפול לאחר הניתוח. התקדמות זו הובילה לסיכוי טוב יותר להחזיר את תפקוד המטופלים ולהפחית את הסיכון לסיבוכים11,12,13,14.

עם זאת, האתגר הגדול העומד כיום בפני מנתחים אורתופדיים ברחבי העולם הוא עבודה עם מטופלים לא סטנדרטיים אשר הפגמים האנטומיים שלהם במפרק הירך מקשים מאוד או אפילו בלתי אפשריים על יישום שתל מדף15. אובדן עצם עשוי לנבוע מטראומה משמעותית, דלקת מפרקים ניוונית מתקדמת עם בליטה אצטבולרית, דיספלסיה התפתחותית של מפרק הירך, סרטן עצמות ראשוני או גרורות 16,17,18,19,20. בעיית בחירת השתלים נוגעת באופן ספציפי למטופלים הנמצאים בסיכון לתיקונים מרובים, ולעתים דורשים גם טיפול לא קונבנציונלי. במקרים כאלה, פתרון מבטיח מאוד הוא שתל מודפס בתלת מימד שנוצר עבור מטופל ספציפי ופגם בעצם, המאפשר התאמה אנטומית מדויקת מאוד20.

בתחום מפרק הפרחים, שתל מדויק וקיבוע בר קיימא שלו הם קריטיים. ההתקדמות בהדמיה תלת-ממדית טרום-ניתוחית ותוך-ניתוחית הביאה לפתרונות מצוינים כמציאות רבודה ומעורבת21,22,23,24. שימוש תוך-ניתוחי בהולוגרמות טומוגרפיה ממוחשבת של עצם ושתלים (CT) עשוי לאפשר מיקום טוב יותר של תותבות מאשר תמונות רדיוגרפיה קונבנציונליות. טכנולוגיה מתפתחת זו עשויה להגדיל את הסיכויים ליעילות הטיפול ולהפחית את הסיכון לסיבוכים נוירו-וסקולריים21,25.

דו"ח מקרה זה נוגע למטופל שעבר ניתוח תיקון מפרק הירך עקב התרופפות אספטית. כדי לטפל באובדן עצם משמעותי שנגרם כתוצאה מכשלים מרובים בשתלים, נעשה שימוש בשתל אצטבולרי מודפס בתלת-ממד בהתאמה אישית. במהלך ההליך, השתמשנו במציאות משולבת כדי לדמיין את מיקום השתל כדי למנוע פגיעה במבנים הנוירו-וסקולריים בסיכון. היישום המיושם במשקפי מציאות משולבת מאפשר מתן פקודות קול ומחוות, מה שמאפשר להשתמש בו בתנאים סטריליים במהלך ההליך הכירורגי.

אישה בת 57 אושפזה במחלקה עם אבחנה ראשונית: התרופפות המרכיב האצטבולרי של מפרק הירך השמאלי. היסטוריית המחלה של החולה הייתה נרחבת. במהלך חייה עברה ניתוחים רבים במפרק הירך. הטיפול הראשון היה התחדשות מפרק הירך עקב דלקת מפרקים ניוונית הנגרמת על ידי דיספלסיה של מפרק הירך (1977-15 שנים), השני היה ארתרופלסטיקה מוחלטת של מפרק הירך עקב התרופפות השתל (1983-21 שנים), ושני ניתוחי תיקון אחרים (1998, 2000-37 ו -39 שנים). יתר על כן, החולה סבלה מהמיפלגיה ספסטית בצד שמאל שנגרמה על ידי שיתוק מוחין בילדותה, והיא נותחה שוב ושוב עקב עיוות בכף הרגל השמאלית. היא גם סבלה מדלקת מפרקים ניוונית של עמוד השדרה החזי, תסמונת התעלה הקרפלית ויתר לחץ דם עורקי מבוקר היטב. האבחנה הסופית שקדמה להסמכה להליך הבא הייתה הכאב והגברת מגבלת התפקוד הנגרמת כתוצאה מהתרופפות המרכיב האצטבולרי של מפרק הירך השמאלי. המטופל היה בעל מוטיבציה גבוהה, פעילות גופנית והתמודדות עם מוגבלות.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

הפרוטוקול תואם את הנחיות ועדת האתיקה למחקר אנושי של האוניברסיטה הרפואית של ורשה. המטופל נתן הסכמה מדעת להליך והודה בעובדה שהוא יירשם. המטופל הסכים לכך לפני ההליך.

הערה: הקריטריון הבסיסי להכללת המטופל בפרויקט הניתוח היה הצורך להתערב בגלל חוסר התפקוד האנטומי, מה שלא אפשר להשתמש בשתל סטנדרטי. מציאות משולבת נועדה למיקום טוב יותר של התותבת, מה שהגדיל את הסיכויים לניתוח מוצלח.

1. הכנה

  1. הכינו שתל אצטבולרי בהתאמה אישית ותכננו את ההליך הכירורגי לפני אשפוז המטופל.
    הערה: במקרה בוחן זה, אנשים המיומנים באמנות אבחון התמונה הרפואית הכינו את השתל האצטבולרי המותאם אישית.
    1. לפני הכניסה המתוכננת לבית החולים, בצע צילום רנטגן ביחידת ההדמיה האבחנתית.
    2. בצע צילום רנטגן של האגן בהקרנה קדמית-אחורית.
    3. להעריך את המצב הנוכחי של האגן של המטופל על סמך צילום רנטגן.
    4. השווה את התמונה שהתקבלה עם תמונות הרנטגן הקודמות.
  2. בצע סריקת CT של האגן ורכוש קבצי DICOM (הדמיה דיגיטלית ותקשורת ברפואה) בהתאם לפרוטוקול.
    1. הנח את המטופל על פלטפורמת סריקת ה- CT הניתנת להזזה.
    2. לחץ על כפתור העובי ובחר עובי 512 x 512 פיקסלים עבור הסריקות.
    3. לחץ על הפרמטר הקובע את עובי השכבה 1 מ"מ.
    4. התחל את ההליך על ידי לחיצה, המתן לתוצאת הבדיקה.
  3. בקשו ממהנדס לתכנן הצעת שתל שניתן לשלוח באופן דיגיטלי כסכימה טכנית, או כאב טיפוס של מודל מודפס בתלת-ממד (איור 1).
    1. הצג באופן חזותי את תוצאת הטומוגרפיה הממוחשבת במציג DICOM.
    2. לקבוע את הצרכים ליישום השתל, תוך התחשבות בתנאים האנטומיים הנוכחיים של המטופל, ביומכניקה, ואת תפקוד המפרק.
    3. התייעץ עם המהנדס לקבלת הצעות על שתלים, כולל קיבוע.
    4. אשר את הפרויקט והמתן למשלוח.
      הערה: הצורה הסופית של השתל כוללת שילוב של נתונים תלת-ממדיים מסריקת CT של המטופל עם קלט של מהנדס תכנון ומנתח.
  4. הדפס את השתל התלת-ממדי המותאם אישית מאבקת סגסוגת טיטניום (TiAl6V4) באמצעות טכנולוגיית קרן אלקטרונים26,27. בתוך תא המכיל כמויות קטנות של אבקת TiAl6V4, בכל פעם שקרן האלקטרונים נורה, יש התכה סלקטיבית והצטברות של חומר (ציפוי פלזמה).
  5. בדוק אם השתל עבר עיקור. עיקור ניסויי השתל והשתל הסופי הובטח על ידי היצרן.

2. בדיקות לפני הניתוח

  1. לבצע בדיקות מעבדה סטנדרטיות והתייעצויות עם מומחים.
    1. לא לכלול חולים עם זיהום פוטנציאלי במפרקים פריפרוסטטיים (ללא מאפיינים רדיולוגיים, חלבון c-reactive תקין (<10 מ"ג לליטר), ושיעור שקיעת כדורית הדם של 1-10 מ"מ/שעה לנשים, 3-15 מ"מ/שעה לגברים).
  2. בדוק את הסימנים הקליניים של זיהום כגון חום (סיסטמי), כאבים, נפיחות, אדמומיות (מקומית) ותפקוד מפרקים מופחת28.
    1. לא לכלול מטופלים שיש להם סימנים של דלקת מקומית במהלך הבדיקות הקליניות (אדמומיות, עלייה בטמפרטורה, כאב, נפיחות ואובדן תפקוד מצביעים על דלקת מקומית). המטופל נתן הסכמה מדעת מלאה לניתוח.

3. מודל מציאות משולבת

הערה: התהליך מבוצע כדי להשיג הדמיה נכונה של השתל והאגן, אשר תשמש תוך ניתוחית.

  1. עבד את קובץ ה- DICOM CT של האגן לייצוג הולוגרפי באמצעות יישום ייעודי.
    1. טען את תמונת ה- CT למשקפי מציאות משולבת מקבצי CT DICOM שנרכשו.
      1. פתח את מציג DICOM ההולוגרפי.
      2. בחר את התיקייה המכילה קבצי CT DICOM.
      3. בדוק את כתובת ה-IP המוצגת כאשר האוזנייה מופעלת והזן אותה במקום ייעודי במציג DICOM ההולוגרפי.
      4. לחץ על לחצן התחבר כדי שתוכל לראות את התצוגה החזותית במשקפי המציאות המשולבת.
    2. לפלח את מבני רקמת עצם האגן. פעולה זו מתבצעת באופן ידני באמצעות האפשרות מספריים . כאשר האפשרות מופעלת, המשתמש לוחץ על לחצן העכבר השמאלי ומזיז את העכבר כדי להסיר את המבנים שנבחרו באמצעות כלי זה.
      1. סיים את הבחירה בלחיצה נוספת על לחצן העכבר השמאלי, מה שיוצר חלון קופץ עבור המשתמש כדי לאשר שהוא רוצה לחתוך את המבנים שנבחרו.
        הערה: המשתמש יכול לבחור אזורים שייחתכו מהתצוגה החזותית בתצוגות תלת-ממד ודו-ממדיות. ניתן להסיר את המבנים מתוך או מחוץ לבחירה. זה חוזר על עצמו עד שרק החלקים הדרושים של תמונת ה- CT נראים לעין.
    3. בחר פונקציית העברה מוגדרת מראש (פרמטרים להדמיית צבע) המוקדשת להליכים אורתופדיים מרשימת הפונקציות הזמינות על ידי לחיצה על שמה: CT Bone Endoprosthesis. במידת הצורך, התאם את הפריט החזותי על-ידי שינוי החלון והרמה באמצעות לחצן העכבר הימני המחובר לתנועת העכבר בחלון התצוגה החזותית התלת-ממדית.
    4. התחבר לאוזניות כדי לראות את התצוגה החזותית המוכנה במרחב ההולוגרפי התלת-ממדי. התאם/י את התמונה באמצעות פקודות קוליות: ״סובב״, ״זום״, ״גזור חכם״ ו״מחוות ידיים״.
    5. השתמשו בפקודה 'גזור חכם ' כדי להשתמש ולהתאים מישור חיתוך בניצב לקו הראייה של המשתמש. ככל שהמשתמש מזיז את הראש קרוב יותר לתוך ההולוגרמה, כך המטוס הולך עמוק יותר.
    6. בצע תנועות אלה כדי לראות את החלקים הפנימיים של ההדמיה מכיוון שמבנים הממוקמים קדמית למישור אינם חזותיים.
      הערה: תצוגה זו חשובה כדי להעריך את היחסים הגיאומטריים בין מבנים (אגן, עצם הירך והשתל) (איור 2 ואיור 3).

4. ניתוח

  1. בצע את ההליך הכירורגי של תיקון מפרק הירך עקב התרופפות אספטית של הרכיב acetabular עם שימוש בשתל אצטבולרי בהתאמה אישית ומכשיר מציאות משולבת14,16,29. השתמש באזמל, סכין אלקטרוכירורגית עם קרישה, כלי Luer וחותכים לניתוח.
    1. תן 1.5 גרם של ceftriaxone תוך ורידי 30 דקות לפני החתך בעור, ושתי מנות הבאות יש לתת ביום הניתוח כדי למנוע זיהום. ליזום טרומבופרופילקסיס ביום שלפני הניתוח עם הפרין במשקל מולקולרי נמוך (LMWH). המשך את המינון היומי היחיד של 40 מ"ג enoxaparin במשך 30 ימים לאחר ההליך.
    2. הניחו ואבטחו את המטופל בהרדמה כללית, בשכיבה על שולחן הניתוחים.
    3. שחררו את הידבקויות רקמת החיבור באמצעות הגישה של Hardinge למפרק הירך והסירו את השתל האצטבולרי הרופף.
    4. בצע את הפעולה באותו אופן כמו הליכי תיקון אחרים של מפרק הירך, אך השתמש בגישה רחבה יותר.
    5. הסר את כל הרקמות הרכות מפני השטח של acetabulum, כך הצורה היא בדיוק כמו המודל שסופק. מודל השתל חייב לדבוק באופן מושלם על פני השטח של העצם acetabular.
    6. תקן את השתל החדש ללא שינוי באמצעות ברגים שתוכננו במיוחד המייצבים את השתל.
    7. בצע בלוק עצב הירך לאחר הניתוח.
  2. הדמיה הולוגרפית תוך-ניתוחית של תמונות מעובדות
    1. טען את התצוגה החזותית של סריקת DICOM CT שהוכנה בתכנון הקדם-פרוצדורלי ליישום המציאות המשולבת.
    2. חבר את משקפי המציאות המשולבת ליישום המציאות המשולבת כדי לראות את התצוגה החזותית המוכנה במרחב ההולוגרפי התלת-ממדי.
    3. השתמש בהדמיה הולוגרפית תוך ניתוחית של התמונות המעובדות כדי להשיג הכנה נאותה ומדויקת של פני עצם האגן, כמו גם להסרת עודף רקמת החיבור שהתפתחה כתגובה להתרופפות הרכיב האצטבלרי.
    4. ודא שהאופרטור מסתכל על התצוגה החזותית ההולוגרפית כתמונת ייחוס.
    5. השתמש באזמל, סכין אלקטרוכירורגית עם קרישה, כלי luer, וחותכים עבור הניתוח. הדמיה של מודל האגן התלת-ממדי אמורה למזער את הסיכון לפגיעה במבנים נוירו-וסקולריים ולטעויות במיקום השתלים.
    6. ודא שהצג המותקן על הראש מחובר לתחנת העבודה באמצעות רשת WiFi. עיבוד התמונות והעיבוד מתבצע בתחנת העבודה והתוצאות מוצגות באוזנייה כהולוגרמות. השתמש במחוות ובפקודות קוליות. במידת הצורך, קבל עזרה ממהנדס עם תצוגה מקדימה של POV.

5. טיפול לאחר הניתוח

  1. לגרום למטופל לעבור פרוטוקול שיקום והחלמה סטנדרטי, כולל שיקום וגיוס ביום הראשון לאחר הניתוח30,31,32.
    הערה: השיקום בוצע על ידי צוות מסור המנוסה במפרק הירך והברך.
  2. ליישם תרומבופרופילקסיס פרמקולוגי. Thromboprophylaxis החלה ביום שלפני הניתוח עם הפרין במשקל מולקולרי נמוך (LMWH). המינון היומי היחיד של 40 מ"ג אנוקספרין נמשך במשך 30 יום לאחר ההליך.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

עיבוד מקדים של תמונה
מסכות בינאריות של עצם האגן, עצם הירך והאנדופרוסטזה פולחו באופן אוטומטי למחצה מתמונות CT DICOM על ידי טכנולוגים רדיולוגיים מנוסים באמצעות אלגוריתמים של ספיגה וגידול אזורים עם תוכנהזמינה 33. מפות התוויות שהוכנו תוקנו גם הן באופן ידני על ידי רדיולוג. מפות תוויות שימשו לשיפור התצוגה החזותית על-ידי הוספתן לסריקת ה- CT בשלב הבא. גישה זו אפשרה למזג את העיבוד הנפחי, המאפשר לראות את מבנה העצם והרקמות הסובבות אותו בסריקות ה- CT, כאשר החלקים המפולחים מצביעים על רקמות חשובות. תוצאות הסגמנטציה הסתיימו בערימה המקורית, אשר נמנעה מבניית מודל גרפי תלת-ממדי בלבד של מבנים, אך אפשרה לשמור מידע על כל ערכי יחידות הונספילד (HU). התוצאה הייתה הדמיה אינטראקטיבית שאפשרה להציג רקמות, להשתיל ולבצע סגמנטציות עצם בו זמנית או אחת בכל פעם, בהתאם להדמיות של המצב הניתוחי (איור 1 ואיור 4) של השתל הקבוע. ערכת נתוני ה-CT המעובדת הוצגה כהולוגרמות באמצעות תוכנה ייעודית.

תכנון טרום פרוצדורלי ואשפוז
על בסיס נתוני טומוגרפיה ממוחשבת והדמיות, הוכנה תוכנית פעולה. התוכנית כללה ערכים חשובים: מרכז הסיבוב של הירך, נטייה אצטבולרית, אנטוורסיה והכיוון, השיטה והאזורים של הרכבה של השתל. מיקום השתל נקבע על ידי עצם ונקודות אנטומיות, כאשר התצורה המתאימה אושרה בנוסף לאחר קביעת ראש הניסוי של התותבת ובדיקה קלינית של יציבות השתל במהלך ההליך. CT לאחר הניתוח בוצע על מנת לאשר את המיקום הנכון של השתל. מיקום הברגים תוכנן על בסיס ה-CT על ידי המהנדס והמנתח, מה שאיפשר למנוע מגע של הברגים עם מבני עצב כלי הדם ונזקיהם (איור 5). הפגם האצטבולרי סווג כסיווג 3B Paprosky34. סוג 3B הוא ההרס החמור ביותר של כל המבנים האצטבולריים, כולל קירות ועמודים34. ציון ה-HHS הקליני לפני הניתוח היה 44 (טבלה 1).

הפעילויות להכנת המטופל להליך כללו ייעוץ פנימי ובדיקות מעבדה סטנדרטיות. היו גם בדיקות חיוניות: אק"ג ורנטגן: צילום חזה, צילום אגן רנטגן. גם תמונת הבקרה צולמה לאחר הניתוח. החולה קיבל טרומבופרופילקסיס סטנדרטי (קלקסן 40 מ"ג, 1 x 1 s.c.) ומניעה אנטיביוטית (Tarsime 3 x 1.5 גרם i.v.) במהלך האשפוז. טיפול אישי בכאב נכלל. כל שאר התרופות נלקחו על פי ההמלצות הסטנדרטיות של המטופל.

בינואר 2019 בוצע תיקון arthroplasty של הירך השמאלית, שכלל החלפת רכיב אצטבולרי רופף בשתל בהתאמה אישית: רכיב אצטבולרי Triflanged, תוסף פוליאתילן, מוגבל, ברגים הידוק-10 חתיכות, ראש מודולרי מוגבל Co-Cr-Mo (36 מ"מ), וצוואר 9 מ"מ.

הניתוח נמשך 4 שעות ובוצע ללא סיבוכים. אנכיזציה בעזרת הליכון התרחשה ביום השני לאחר ההליך. החולה שוחרר ביום ה-14 במצב כללי טוב (זמן שיקום ארוך עקב שיתוק כף הרגל לאחר שיתוק מוחין). ביקורי בקרה התקיימו לאחר התאריכים שנקבעו. בקרה רדיולוגית - CTs וצילומי רנטגן בוצעו לפני הניתוח (איור 3, איור 6 ואיור 7), לאחר הניתוח (איור 2 ואיור 8) ולאחר שנתיים (איור 9). מיקום השתל בוצע בהתאם להנחות הפרויקט. ההיסט, טווח התנועה ואורך הגפיים שוחזרו. תפקודו ואיכות חייו של המטופל היו טובים יחסית בביקור שלאחר מכן והשתפרו משמעותית מאז האבחנה הראשונית. לפני הניתוח, המטופל עבר לכיסא גלגלים בגלל כאב - ההערכה הסובייקטיבית של המטופל בסולם עוצמת הכאב האנלוגי האנלוגי בן 10 הנקודות הייתה 8 (VAS 8). לאחר הניתוח, במהלך השיקום, היא הפסיקה להשתמש בשני קביים אורתופדיים. החולה הולך כיום עם קביים אחד עקב שיתוק עצבים פרונאלי בכף הרגל לאחר ניתוח קודם בבית חולים אחר. על פי ידיעת המחברים, היה זה ההליך הראשון מסוגו בפולין ואחד הראשונים בעולם. זה היה צוות מחקר של סטודנטים לרפואה שהציע את הרעיון של שימוש בטכנולוגיה מודרנית במחלקה לאורתופדיה וטראומה של מערכת השלד והשרירים.

מבנים אנטומיים הדורשים התערבות כירורגית חייבים להיות גלויים לקיבוע שתל הולם כמתוכנן. במקרה של חולים לא סטנדרטיים עם פגמים משמעותיים בעצמות ועיוות, ההדמיה המתאימה וההתאמה של תותבת בהתאמה אישית הם בעלי חשיבות בסיסית לתהליך הטיפול. קיבוע נכון של השתל מפחית את הסיכון לסיבוכים לאחר הניתוח כגון התרופפות או חוסר יציבות. הטכנולוגיה של מציאות משולבת מאפשרת ללא סיכון ובאופן לא פולשני לדמיין במדויק את האגן, העצמות והרקמות הרכות, מה שמגדיל את הסיכויים למיקום טוב של השתל ואף אולי מקצר את זמן הניתוח בעתיד. היכולת לתפעל את התמונה, לדוגמה, התקרבות לקטעים הנבחרים של המבנים האנטומיים המורכבים, מאפשרת להוציא את הפגמים של עין המנתח (איור 10 ואיור 11). לסיכום, בוצעה גרסה מורכבת מדויקת ומותאמת אישית לחלוטין. המחברים רואים הזדמנויות להתפתחות נוספת של מציאות משולבת באורתופדיה, לא רק בארתרופלסטיקה וטראומטולוגיה, אלא גם באונקולוגיה אורתופדית, שם לעתים קרובות יש צורך לבצע כריתות נרחבות מאוד ברמת דיוק גבוהה. ההדמיה המתאימה של אזורים אנטומיים קשים לגישה עם מבנים נוירו-וסקולריים מסביב יכולה להפוך את הניתוח לקל יותר עבור המנתח ובטוח יותר עבור המטופל.

Figure 1
איור 1: הדמיה של השתל הקבוע. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 2
איור 2: צילום רנטגן יום אחד לאחר הניתוח. האות 'L' מייצגת את הצד השמאלי של הגוף בצילום הרנטגן. במקרה זה, תמונה של הירך השמאלית. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 3
איור 3: צילום רנטגן לפני הניתוח. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 4
איור 4: הדמיה של השתל הקבוע. הדמיה מוכנה בתהליך של תכנון טרום ניתוחי. זה מראה את הקיבוע הפוטנציאלי של השתל. הצבע הכחול בהדמיה הוא גבול השתל. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 5
איור 5: פרויקט תלת-ממדי להחדרת ברגים לקיבוע שתלים. צבעים משמשים מהנדסים לתצוגה חזותית טובה ומדויקת יותר. זה מקל על הבחנה ברגים בעלי פרמטרים שונים אורך, חתך רוחב. ניתן גם לקחת בחשבון את רצף ההרכבה. הצבעים הם להמחשה ומשמשים בתהליך התכנון הטרום ניתוחי. בתהליך תכנון הרכבת השתל, חשוב לא לכלול נזק תוך ניתוחי לכלי הדם והעצבים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 6
איור 6: שחזור CT-3D לפני הניתוח מראה את מפרקי הירך וחלק מעצם הירך. ניוון גלוי והרס של מבני עצם, אסימטריה באגן. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 7
איור 7: שחזור CT-3D לפני הניתוח. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 8
איור 8: צילום רנטגן 6 שבועות לאחר הניתוח. השתל הותקן כראוי, הוא לא השתחרר. אנדופרוסטזה גלויה של הירך השמאלית עם אלמנטים מתקנים. רנטגן בשילוב עם הבדיקה הקלינית של המטופל מאשר את הצלחת הניתוח. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 9
איור 9: צילום רנטגן שנתיים לאחר הניתוח. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 10
איור 10: נקודת המבט של משתמשי מציאות משולבת - אגן מקדימה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 11
איור 11: נקודת המבט של משתמש במציאות משולבת - אגן מהצד. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 12
איור 12: נקודת המבט של משתמש במציאות משולבת - התמונה שצולמה במהלך הניתוח - ההולוגרמה מראה חלק מהאגן. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 13
איור 13: התמונה שצולמה במהלך הניתוח - המפעיל הראשי, פרופ' לגוש, משתמש בטכנולוגיית מציאות משולבת. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

ציון HSS
לפני הניתוח 6 שבועות לאחר הניתוח 6 חודשים לאחר הניתוח 12 חודש לאחר הניתוח
44 74,5 80 82

טבלה 1: טבלת ציוני HHS - הצגת תוצאות המטופל על פי ציון Harris Hip לפני ההליך, 6 שבועות לאחר ההליך, 6 חודשים לאחר ההליך, 12 חודשים לאחר ההליך.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

מפרק ירך ראשוני ותיקון עשוי לדרוש התאמה אישית כדי להבטיח את יעילות הטיפול. עם זאת, השימוש בשתלים מותאמים אישית דורש הכנה ארוכה יותר לניתוח בהשוואה להליכים סטנדרטיים. שתלים מודפסים בתלת מימד בהתאמה אישית הם הפתרון שנותן הזדמנות להחזיר את התפקוד בחולים לא טיפוסיים שמחלתם גרמה להרס עצם משמעותי29. תותבות סטנדרטיות אינן מספיקות עקב מחלות ניווניות מתקדמות המתפתחות במהירות, פגמים בעצמות הנגרמים על ידי גידולי עצם ראשוניים או גרורות, כמו גם פציעות מסובכות או הליכי תיקון מרובים16. שתלים בהתאמה אישית מוכנים למטופל ספציפי עם התאמה אישית מלאה בהתחשב אנומליות אנטומיות ומצב קליני נוכחי. תהליך יצירת השתל דורש שיתוף פעולה של מנתחים אורתופדיים עם מהנדסים ומבוסס על CT או הדמיית תהודה מגנטית (MRI). הכנת מודל השתל הווירטואלי מסובכת. הוא מבוצע על ידי מהנדסים הקובעים במדויק את הכוחות הפועלים בין העצם לשתל. המודל התלת-ממדי הווירטואלי הראשוני מתייעץ עם המנתח, ולאחר אישורו, מתחיל ייצור השתל בהתאמה אישית. השתל הנכון מועבר יחד עם הוראות קובץ PDF עבור צוות ההפעלה. הוא מלווה בדגם פלסטי מדויק של עצמות האגן והשתל למטרות אימון והתאמה תוך ניתוחית.

לתכנון טרום ניתוחי יש חשיבות רבה, במיוחד בהקשר של ארתרופלסטיקה של תיקון. כאשר מסמיכים חולה להליך, יש צורך לקחת בחשבון את מצבם הקליני הכללי, את נטל תחלואה נלווית, ואת ההיסטוריה הנוכחית של המחלה15. לאחר שראש הצוות מקבל את ההחלטה, תוצאות טומוגרפיה ממוחשבת נשלחות ליצרן השתל, ולאחר מכן מתחיל ההליך בן 6 השבועות, הכולל הפקת מודל תלת-ממדי ואת הגרסה הסופית של השתל.

מציאות משולבת היא הכלאה של מציאות אמיתית ומדומה שבה אובייקטים פיזיים מתקיימים בדו-קיום עם הולוגרמות דיגיטליות, והאינטראקציה ביניהם אפשרית בזמן אמת21. כיום הוא נמצא בשימוש נרחב בתחומים שונים, כולל רפואה 35,36,37, והוא משמש לרוב להמחשת נתונים רפואיים כגון סריקות CT תלת מימדיות או MRI38,39,40. טכנולוגיה זו מאפשרת לתכנן טיפולים בצורה מדויקת יותר, לגשת במהירות לנתוני המטופל באבחון, או לדמיין טוב יותר את שדה הניתוח תוךניתוחי 41. מציאות משולבת מצאה את יישומה גם בחינוך במדעים בסיסיים וקליניים בכל שלבי ההכשרה, כולל סטודנטים, מתמחים ברפואה ויועצים.

כמו במקרה של הכנת שתלים בהתאמה אישית, השלב הראשון של שיתוף הפעולה בין רופאים ומהנדסים הוא נתוני הדמיה רפואית המאוחסנים בתקן DICOM. טכניקות מתקדמות יותר המשמשות ברדיולוגיה ובמקביל בפיתוח פתרונות טכנולוגיים מאפשרות גם שילוב ושימושיות של נתוני הדמיה דינמיים, כגון אולטרסאונד בזמן אמת. השלב הבא הוא עיבוד-עיבוד הנתונים המתקבלים כדי לבצע הולוגרמות תלת-ממדיות הנשלחות למכשיר. המשתמש יכול לראות את ההדמיה כחלק מסביבתו ויכול לתקשר איתה בקלות. האוזנייה המונחת על ראש המפעיל או חברי הצוות המבצעי מצוידות בחיישנים (מצלמות, מד תאוצה, מגנטומטר, ג'ירוסקופ), המאפשרים לראות את הנתונים ההולוגרפיים כחלק מהסביבה (איור 12). המפעיל יכול לשלוט בהולוגרמות באמצעות מחוות ידיים ופקודות קוליות, אשר מתאימות את ההדמיה לצרכים הספציפיים שלו. ניתן לשנות גודל, מבנה, מיקום עם תנאים סטריליים נשמרים. HoloLens אינו משפיע לרעה על נוחות העבודה ואינו מגביל את שדה הראייה במהלך ההליך כאשר ההולוגרמות אינן מוצגות. הצוות הרפואי הוכן קודם לכן לניתוח באמצעות אפשרות להכיר את ההדפסה התלת-ממדית המדויקת והמפורטת של מודלים משותפים ותותבות המועברים יחד עם השתל, וכן באמצעות הכשרה עם צוות מהנדסים. השימוש במשקפי מציאות משולבת הוא אינטואיטיבי מאוד, וקל ללמוד את השימוש היעיל בהולוגרמות שהועלו. המציאות המעורבת היוותה פתרון יעיל, הן מבחינת ההכנה למבצע והן מבחינת התנהלות ההליך.

על פי ידיעת המחברים, זהו הדו"ח הראשון על השימוש בטכנולוגיית מציאות משולבת בניתוחי תיקון מפרק הירך עם השימוש בשתל אצטבולרי מודפס בתלת מימד. זה היה השימוש התוך-ניתוחי הראשון של המכשיר במרכז הקליני של המחברים (איור 13). פרסומים קודמים כוללים ארתרופלסטיקה ראשונית של הירך עם שימוש בטכנולוגיית מציאות משולבת. הוא הוצג על ידי Lei Peng-fei et al. בחולה בן 59 עם שבר אינטרטרוכנטרי42. שתלים בהתאמה אישית ומציאות משולבת הם פתרון פופולרי יותר ויותר המשמש בתחומים שונים של ניתוח. השילוב של שניהם הוא חידוש עם תוצאות מבטיחות. כיום, טיפולים מסוג זה הם ניסיוניים בשל עלויות גבוהות והצורך בהכנה מתאימה, אין כמות מספקת כדי ליצור מחקרים מקוריים אובייקטיביים; עם זאת, בעתיד הקרוב, זה יתאפשר בשל מענקי המחקר והעניין הגובר של קלינאים. בהקשר של הפתרונות הקיימים והנפוצים במהלך הליכים כירורגיים, להקרנות רנטגן או CT המוצגות על צג דו-ממדי סטנדרטי יש מגבלות מכיוון שהן אינן מאפשרות צפייה במבנים אנטומיים מנקודת מבט שונה. לא ניתן להגדיל ולשנות את מיקום המבנה בחלל. לדעת המחברים, שתלים בהתאמה אישית וטכנולוגיית מציאות משולבת מבטיחים עבור ארתרופלסטיקה תיקון קשה, כמו גם טראומה ואונקולוגיה אורתופדית. לדברי המחברים, המציאות המשולבת ישימה גם עבור חולים הכשירים לאנדופרוסטזות סטנדרטיות, כולל אנדופרוסטזות ראשוניות שאינן דורשות שתלים בהתאמה אישית. ניווט תוך-ניתוחי המוגבר על ידי מציאות משולבת מאפשר מיקום טוב ומדויק יותר של שתלים. מחקרי פיילוט מתבצעים כעת עם תוצאות מבטיחות43.

כל שלב בתכנון ההליך והכנת המטופל חשוב מאוד ולא ניתן לזלזל באף אחד מהם. איכות ההדמיה הרפואית ושיתוף הפעולה המתאים עם המהנדסים, הן בתכנון השתל והן בהכנת ההולוגרמה, חשובים להצלחת הניתוח. הרגע הקריטי במהלך ההליך הוא הסרת רכיבי השתל הישנים ותיקון החדש והמותאם אישית במקום שהוכן מראש. בשלב זה, הולוגרמות חשובות לביצוע ההליך בצורה מדויקת מאוד.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

מאצ'יי סטנוץ', אדריאנה זלהודה-הוזיור ואנדז'יי סקלסקי הם עובדי MedApp S.A. MedApp S.A. היא החברה המייצרת את הפתרון CarnaLifeHolo.

Acknowledgments

לא ישים.

המחקר בוצע במסגרת שיתוף פעולה לא מסחרי.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. Farooqi, K. M., et al. 3D printing and heart failure: The present and the future. JACC: Heart Failure. 7 (2), 132-142 (2019).
  3. 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).
  4. 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).
  5. Murphy, S. V., De Coppi, P., Atala, A. Opportunities and challenges of translational 3D bioprinting. Nature Biomedical Engineering. 4 (4), 370-380 (2020).
  6. Pugliese, L., et al. The clinical use of 3D printing in surgery. Updates in Surgery. 70 (3), 381-388 (2018).
  7. 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).
  8. 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).
  9. Learmonth, I. D., Young, C., Rorabeck, C. The operation of the century: total hip replacement. Lancet. 370 (9597), 1508-1519 (2007).
  10. Narodowy Fundusz Zdrowia (NFZ) – finansujemy zdrowie Polaków. , Available from: https://www.nfz.gov.pl/o-nfz/publikacje/ (2022).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. von Lewinski, G. Individuell angepasster Beckenteilersatz in der Hüftgelenksrevision. Der Orhopäde. 49, 417-423 (2020).
  16. Angelini, A., et al. Three-dimension-printed custom-made prosthetic reconstructions: from revision surgery to oncologic reconstructions. International Orthopaedics. 43 (1), 123-132 (2019).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. Jacquet, C., et al. Long-term results of custom-made femoral stems. Der Orhopäde. 49 (5), 408-416 (2020).
  21. 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).
  22. Ayoub, A., Pulijala, Y. The application of virtual reality and augmented reality in oral & maxillofacial surgery. BMC Oral Health. 19 (1), 238 (2019).
  23. Chytas, D., Nikolaou, V. S. Mixed reality for visualization of orthopedic surgical anatomy. World Journal of Orthopedics. 12 (10), 727-731 (2021).
  24. Gao, Y., et al. Application of mixed reality technology in visualization of medical operations. Chinese Medical Sciences Journal. 34 (2), 103-109 (2019).
  25. 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).
  26. 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).
  27. 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).
  28. Izakovicova, P., Borens, O., Trampuz, A. Periprosthetic joint infection: current concepts and outlook. EFORT Open Reviews. 4 (7), 482-494 (2019).
  29. 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).
  30. Šťastný, E., Trč, T., Philippou, T. Rehabilitation after total knee and hip arthroplasty. The Journal of Czech Physicians. 155 (8), 427-432 (2016).
  31. 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).
  32. 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).
  33. 3D Slicer image computing platform. , Available from: www.slicer.org (2022).
  34. Telleria, J. J., Gee, A. O. Classifications in brief: Paprosky classification of acetabular bone loss. Orthopaedics and Related Research. 471 (11), 3725-3730 (2013).
  35. 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).
  36. 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).
  37. 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).
  38. 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).
  39. Li, G., et al. The clinical application value of mixed- reality-assisted surgical navigation for laparoscopic nephrectomy. Cancer Medicine. 9 (15), 5480-5489 (2020).
  40. 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).
  41. 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).
  42. 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).
  43. 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).

Tags

רפואה גיליון 186
השימוש במציאות משולבת בתיקון מותאם אישית של מפרק הירך: דו"ח מקרה ראשון
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Łęgosz, P., Starszak, K.,… More

Łęgosz, P., Starszak, K., Stanuch, M., Otworowski, M., Pulik, Ł., Złahoda-Huzior, A., Skalski, A. The Use of Mixed Reality in Custom-Made Revision Hip Arthroplasty: A First Case Report. J. Vis. Exp. (186), e63654, doi:10.3791/63654 (2022).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter