Summary
Een complexe revisie heuparthroplastiek werd uitgevoerd met behulp van een op maat gemaakt implantaat en mixed reality-technologie. Volgens de kennis van de auteurs is dit het eerste verslag van een dergelijke procedure dat in de literatuur wordt beschreven.
Abstract
De technologie van 3D-printen en visualisatie van anatomische structuren groeit snel op verschillende gebieden van de geneeskunde. Een op maat gemaakt implantaat en mixed reality werden gebruikt om complexe revisie heupartroplastiek uit te voeren in januari 2019. Het gebruik van mixed reality zorgde voor een zeer goede visualisatie van de structuren en resulteerde in een nauwkeurige implantaatfixatie. Volgens de kennis van de auteurs is dit het eerste beschreven casusrapport van het gecombineerde gebruik van deze twee innovaties. De diagnose voorafgaand aan de kwalificatie voor de procedure was het losmaken van de acetabulaire component van de linkerheup. Mixed reality headset en hologrammen voorbereid door ingenieurs werden gebruikt tijdens de operatie. De operatie was succesvol en werd gevolgd door vroege verticalisatie en revalidatie van patiënten. Het team ziet kansen voor technologische ontwikkeling in gewrichtsarthroplastiek, trauma en orthopedische oncologie.
Introduction
De technologie van driedimensionaal (3D) printen en visualiseren van complexe structuren groeit snel in verschillende gebieden van de geneeskunde. Deze omvatten cardiovasculaire chirurgie, otorhinolaryngologie, maxillofaciale chirurgie en vooral orthopedische chirurgie 1,2,3,4,5. Momenteel wordt deze technologie gebruikt in orthopedische chirurgie, niet alleen bij de directe implementatie van 3D-geprinte elementen, maar ook bij chirurgische training, preoperatieve planning of intraoperatieve navigatie 6,7,8.
Totale heupartroplastiek (THA) en totale kniearthroplastiek (TKA) zijn wereldwijd een van de meest uitgevoerde orthopedische chirurgische ingrepen. Vanwege de significante verbetering van de kwaliteit van leven van de patiënt, was THA in een eerdere publicatie beschreven als de "operatie van de eeuw"9. In Polen werden in 2019 49.937 THA en 30.615 TKA uitgevoerd10. Naarmate de levensverwachting toeneemt, is er een stijgende trend in het verwachte aantal heup- en knieartroplastiekoperaties. Er zijn grote inspanningen geleverd om het implantaatontwerp, de chirurgische techniek en de postoperatieve zorg te verbeteren. Deze vooruitgang leidde tot een betere kans om de patiëntfunctie te herstellen en het risico op complicaties te verminderen 11,12,13,14.
De grote uitdaging waar orthopedisch chirurgen wereldwijd momenteel voor staan, is echter het werken met niet-standaardpatiënten van wie de anatomische defecten in het heupgewricht het zeer moeilijk of zelfs onmogelijk maken om een kant-en-klaar implantaat te implementeren15. Botverlies kan te wijten zijn aan significant trauma, progressieve degeneratieve artrose met een acetabulair uitsteeksel, ontwikkelingsheupdysplasie, primaire botkanker of metastase 16,17,18,19,20. Het probleem van de selectie van implantaten heeft specifiek betrekking op patiënten die het risico lopen op meerdere revisies, die soms ook een onconventionele behandeling vereisen. In dergelijke gevallen is een veelbelovende oplossing een additief gemaakt 3D-geprint implantaat gemaakt voor een specifieke patiënt en botdefect, waardoor een zeer nauwkeurige anatomische fitmogelijk is 20.
Op het gebied van artroplastiek zijn nauwkeurig implantaat en de duurzame fixatie ervan cruciaal. Vooruitgang in preoperatieve en intraoperatieve 3D-visualisatie heeft geresulteerd in uitstekende oplossingen als augmented en mixed reality 21,22,23,24. Intraoperatief gebruik van bot- en implantaatcomputertomografie (CT) hologrammen kan een betere protheseplaatsing mogelijk maken dan conventionele radiografiebeelden. Deze opkomende technologie kan de kans op therapie-effectiviteit vergroten en het risico op neurovasculaire complicaties verminderen 21,25.
Dit casusrapport betreft een patiënt die een heuprevisieoperatie ondergaat als gevolg van aseptische loslating. Om aanzienlijk botverlies als gevolg van meerdere implantaatfouten aan te pakken, werd het op maat gemaakte 3D-geprinte acetabulaire implantaat gebruikt. Tijdens de procedure gebruikten we mixed reality om de positie van het implantaat te visualiseren om te voorkomen dat de neurovasculaire structuren met een verhoogd risico werden beschadigd. Toepassing geïmplementeerd op mixed reality headset maakt het mogelijk om spraak- en gebarencommando's te geven, waardoor het mogelijk is om het te gebruiken in steriele omstandigheden tijdens de chirurgische procedure.
Een 57-jarige vrouw werd op de afdeling opgenomen met een voorlopige diagnose: loskomen van de acetabulaire component van de linkerheup. De ziektegeschiedenis van de patiënt was uitgebreid. Gedurende haar hele leven onderging ze talloze chirurgische ingrepen van het heupgewricht. De eerste behandeling was heupresurfacing als gevolg van artrose veroorzaakt door heupdysplasie (1977-15 jaar oud), de tweede was een totale heuparthroplastiek als gevolg van het losmaken van het implantaat (1983-21 jaar oud) en andere twee revisieoperaties (1998, 2000-37 en 39 jaar oud). Bovendien leed patiënte aan spastische linkerzijdige hemiplegie veroorzaakt door hersenverlamming bij kinderen en werd zij herhaaldelijk geopereerd vanwege misvorming van de linker klompvoet. Ze werd ook belast met artrose van de thoracolumbale wervelkolom, carpaal tunnelsyndroom en goed gecontroleerde arteriële hypertensie. De uiteindelijke diagnose voorafgaand aan de kwalificatie voor de volgende procedure was de pijn en toenemende functiebeperking veroorzaakt door het losmaken van de acetabulaire component van de linkerheup. De patiënt was zeer gemotiveerd, fysiek actief en had te maken met een handicap.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Het protocol volgt de richtlijnen van de Human Research Ethics Committee van de Medische Universiteit van Warschau. De patiënt gaf geïnformeerde toestemming voor de procedure en erkende het feit dat deze zal worden geregistreerd. De patiënt stemde daarmee voorafgaand aan de procedure in.
OPMERKING: Het basiscriterium voor het opnemen van de patiënt in het operatieproject was de noodzaak om in te grijpen vanwege de anatomische disfunctie, waardoor het onmogelijk was om een standaardimplantaat te gebruiken. Mixed reality was gericht op een betere plaatsing van de prothese, waardoor de kans op een succesvolle operatie toeneemt.
1. Voorbereiding
- Bereid een op maat gemaakt acetabulair implantaat voor en plan de chirurgische procedure vóór de ziekenhuisopname van de patiënt.
OPMERKING: In deze casestudy bereidden personen die bekwaam zijn in de kunst van medische beelddiagnostiek het op maat gemaakte acetabulaire implantaat voor.- Voer vóór de geplande opname in het ziekenhuis een röntgenfoto uit in de diagnostische beeldvormingseenheid.
- Voer een bekkenfoto uit in een anterieur-posterieure projectie.
- Beoordeel de huidige toestand van het bekken van de patiënt op basis van de röntgenfoto.
- Vergelijk het verkregen beeld met de eerdere röntgenfoto's.
- Neem een bekken CT-scan en verkrijg DICOM -bestanden (Digital Imaging and Communications in Medicine) volgens het protocol.
- Plaats de patiënt op het beweegbare CT-scanplatform.
- Klik op de dikteknop en selecteer 512 x 512 px dikte voor de scans.
- Klik op de parameter die de dikte van de 1 mm laag bepaalt.
- Start de procedure door te klikken, wacht op het testresultaat.
- Vraag een ingenieur om een implantaatvoorstel te ontwerpen dat digitaal kan worden verzonden als een technisch schema, of een 3D-geprint modelprototype (figuur 1).
- Visualiseer het computertomografieresultaat in de DICOM-viewer.
- Bepaal de behoeften voor de implementatie van het implantaat, rekening houdend met de huidige anatomische omstandigheden van de patiënt, biomechanica en de functie van het gewricht.
- Raadpleeg de ingenieur voor suggesties over implantaten, inclusief fixatie.
- Keur het project goed en wacht op verzending.
OPMERKING: De uiteindelijke vorm van het implantaat omvat het combineren van 3D-gegevens van de CT-scan van een patiënt met de input van een ontwerpingenieur en een chirurg.
- Print het op maat gemaakte 3D-implantaat uit het titaniumlegeringspoeder (TiAl6V4) met behulp van elektronenbundeltechnologie26,27. In een kamer met kleine hoeveelheden TiAl6V4-poeder is er, elke keer dat de elektronenbundel wordt afgevuurd, selectief smelten en ophopen van materiaal (plasmacoating).
- Controleer of het implantaat is gesteriliseerd. Sterilisatie van implantaatproeven en het uiteindelijke implantaat werd gegarandeerd door de fabrikant.
2. Pre-operatieve controles
- Voer een standaard laboratoriumtests en specialistische raadplegingen uit.
- Sluit patiënten uit met potentiële periprothetische gewrichtsinfectie (geen radiologische kenmerken, normaal c-reactief proteïne (<10 mg / L) en erytrocytenbezinkingssnelheid van 1-10 mm / h voor vrouwen, 3-15 mm / h voor mannen).
- Controleer op de klinische tekenen van infectie zoals koorts (systemisch), pijn, zwelling, roodheid (lokaal) en verminderde gewrichtsfunctie28.
- Sluit patiënten uit met tekenen van lokale ontsteking tijdens de klinische onderzoeken (roodheid, temperatuurstijging, pijn, zwelling en functieverlies duiden op lokale ontsteking). De patiënt gaf volledige geïnformeerde toestemming voor de operatie.
3. Mixed reality model
OPMERKING: Het proces wordt uitgevoerd om de juiste implantaat- en bekkenvisualisatie te bereiken, die intraoperatief zal worden gebruikt.
- Verwerk het BEKKEN CT DICOM-bestand in een holografische weergave met behulp van een speciale applicatie.
- Laad het CT-beeld in de mixed reality-headset vanuit verworven CT DICOM-bestanden.
- Open holografische DICOM Viewer.
- Selecteer de map met CT DICOM-bestanden.
- Controleer het IP-adres dat wordt weergegeven wanneer de headset wordt ingeschakeld en voer het in op een aangewezen plaats in de holografische DICOM Viewer.
- Klik op de knop Verbinden om de visualisatie in de mixed reality-headset te kunnen zien.
- Segmenteer de botweefselstructuren van het bekken. Dit wordt handmatig uitgevoerd met behulp van de optie Schaar . Wanneer de optie is ingeschakeld, klikt de gebruiker op de linkermuisknop en beweegt de muis om de structuren te verwijderen die met dit gereedschap zijn geselecteerd.
- Beëindig de selectie met nog een klik op de linkermuisknop, die een pop-up maakt voor de gebruiker om te bevestigen dat hij / zij de geselecteerde structuren wil uitsnijden.
OPMERKING: De gebruiker kan gebieden kiezen die uit de visualisatie moeten worden geknipt in zowel 3D- als 2D-weergaven. Het is mogelijk om de structuren van binnen of buiten de selectie te verwijderen. Dit wordt herhaald totdat alleen de noodzakelijke delen van het CT-beeld zichtbaar zijn.
- Beëindig de selectie met nog een klik op de linkermuisknop, die een pop-up maakt voor de gebruiker om te bevestigen dat hij / zij de geselecteerde structuren wil uitsnijden.
- Kies een vooraf gedefinieerde overdrachtsfunctie (kleurvisualisatieparameters) gewijd aan orthopedische procedures uit de lijst met beschikbare functies door op de naam te klikken: CT Bone Endoprothese. Pas indien nodig de visualisatie aan door het venster en het niveau te wijzigen met behulp van de rechtermuisknop die is verbonden met muisbewegingen in het 3D-visualisatievenster.
- Maak verbinding met de headset om de voorbereide visualisatie in de holografische 3D-ruimte te bekijken. Pas de afbeelding aan met spraakopdrachten: Roteren, Zoomen, Slim knippen en Handgebaren.
- Gebruik de opdracht Slim knippen om een snijvlak te gebruiken en aan te passen dat loodrecht staat op de gezichtslijn van de gebruiker. Hoe dichter de gebruiker het hoofd in het hologram beweegt, hoe dieper het vlak gaat.
- Voer deze bewegingen uit om de binnenste delen van de visualisatie te zien, omdat structuren die zich voor het vlak bevinden, niet worden gevisualiseerd.
OPMERKING: Deze weergave is belangrijk om de geometrische relaties tussen structuren (bekken, dijbeen en implantaat) te beoordelen (figuur 2 en figuur 3).
- Laad het CT-beeld in de mixed reality-headset vanuit verworven CT DICOM-bestanden.
4. Operatie
- Voer de chirurgische procedure van revisie heuparthroplastiek uit als gevolg van aseptische loslating van de acetabulaire component met behulp van een op maat gemaakt acetabulair implantaat en mixed reality-apparaat 14,16,29. Gebruik een scalpel, een elektrochirurgisch mes met een coagulator, een Luer-gereedschap en snijders voor de operatie.
- Geef 1,5 g ceftriaxon intraveneus 30 minuten voorafgaand aan de huidincisie en twee volgende doses moeten op de dag van de operatie worden gegeven om infectie te voorkomen. Start tromboprofylaxe op de dag voor de operatie met heparine met een laag molecuulgewicht (LMWH). Ga door met de enkelvoudige dagelijkse dosis van 40 mg enoxaparine gedurende 30 dagen na de procedure.
- Plaats en beveilig de patiënt onder algemene anesthesie, liggend op de operatietafel.
- Laat de bindweefselverklevingen los met behulp van de Hardinge-toegang tot het heupgewricht en verwijder het losse acetabulaire implantaat.
- Voer de operatie op dezelfde manier uit als andere revisieprocedures van het heupgewricht, maar gebruik een bredere toegang.
- Verwijder alle zachte weefsels van het oppervlak van het acetabulum, zodat de vorm precies hetzelfde is als in het meegeleverde model. Het implantaatmodel moet perfect hechten aan het oppervlak van het acetabulaire bot.
- Bevestig het nieuwe ongenuanceerde implantaat met speciaal ontworpen schroeven die het implantaat stabiliseren.
- Voer een femorale zenuwblokkade uit na de operatie.
- Intraoperatieve holografische visualisatie van bewerkte beelden
- Laad de visualisatie van de DICOM CT-scan die is voorbereid in de pre-procedurele planning naar de mixed reality-toepassing.
- Sluit de mixed reality-headset aan op de mixed reality-toepassing om de voorbereide visualisatie in de 3D-holografische ruimte te bekijken.
- Gebruik intraoperatieve holografische visualisatie van de verwerkte beelden om een adequate en nauwkeurige voorbereiding van het bekkenbotoppervlak te bereiken, evenals voor het verwijderen van het teveel aan bindweefsel dat zich ontwikkelde als reactie op het losmaken van de acetabulaire component.
- Zorg ervoor dat de operator de holografische visualisatie als referentieafbeelding bekijkt.
- Gebruik een scalpel, een elektrochirurgisch mes met een coagulator, een luergereedschap en snijders voor de operatie. Visualisatie van het 3D-bekkenmodel moet het risico op beschadiging van neurovasculaire structuren en fouten bij het plaatsen van implantaten minimaliseren.
- Zorg ervoor dat het op het hoofd gemonteerde display via een WiFi-netwerk is verbonden met het werkstation. De verwerking van de beelden en de rendering wordt uitgevoerd op het werkstation en de resultaten worden als hologrammen op de headset weergegeven. Gebruik gebaren en spraakopdrachten. Vraag indien nodig hulp aan een ingenieur met POV preview.
5. Postoperatieve zorg
- Laat de patiënt een standaard revalidatie- en herstelprotocol ondergaan, inclusief revalidatie en mobilisatie op de eerste dag na de operatie 30,31,32.
OPMERKING: Revalidatie werd uitgevoerd door een toegewijd team met ervaring in de heup- en knieartroplastiek. - Implementeer farmacologische tromboprofylaxe. Tromboprofylaxe werd gestart op de dag voor de operatie met laagmoleculaire heparine (LMWH). De enkelvoudige dagelijkse dosis van 40 mg enoxaparine werd gedurende 30 dagen na de procedure voortgezet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Voorbewerking van afbeeldingen
Binaire maskers van het bekkenbot, het dijbeen en de endoprothese werden semi-automatisch gesegmenteerd uit CT DICOM-beelden door ervaren radiologische technologen met behulp van drempel- en regiogroeialgoritmen met beschikbare software33. De voorbereide labelkaarten werden ook handmatig gecorrigeerd door een radioloog. Labelkaarten werden gebruikt om de visualisatie te verbeteren door ze in de volgende stap toe te voegen aan de CT-scan. Deze aanpak maakte het mogelijk om de volumetrische weergave, die het mogelijk maakt om de botstructuur en de omliggende weefsels op de CT-scans te zien, samen te voegen met de gesegmenteerde delen die belangrijke weefsels aangeven. De segmentatieresultaten werden afgesloten in de oorspronkelijke stack, die het construeren van alleen een 3D-grafisch model van structuren vermeed, maar het mogelijk maakte om informatie over alle Hounsfield Units (HU) -waarden te behouden. Het resulteerde in een interactieve visualisatie waarmee men weefsels kon weergeven, implanteren en botsegmentaties tegelijkertijd of één voor één kon uitvoeren, afhankelijk van de chirurgische situatie (figuur 1 en figuur 4) visualisaties van het vaste implantaat. De verwerkte CT-dataset werd gevisualiseerd als hologrammen met behulp van speciale software.
Pre-procedurele planning en ziekenhuisopname
Op basis van computertomografiegegevens en visualisaties werd een operatieplan opgesteld. Het plan omvatte belangrijke waarden: heupcentrum van rotatie, acetabulaire helling, anteversie en de richting, methode en zones van implantaatmontage. De positie van het implantaat werd bepaald door bot- en anatomische punten, terwijl de juiste configuratie bovendien werd bevestigd na het instellen van het onderzoekshoofd van de prothese en klinische controle van de stabiliteit van het implantaat tijdens de procedure. Postoperatieve CT werd uitgevoerd om de juiste positie van het implantaat te bevestigen. De positie van de schroeven werd gepland op basis van de CT door de ingenieur en chirurg, waardoor contact van de schroeven met de vasculaire zenuwstructuren en hun schade kon worden vermeden (figuur 5). Het acetabulaire defect werd geclassificeerd als 3B Paprosky classificatie34. Type 3B is de ernstigste vernietiging van alle acetabulaire structuren, inclusief muren en kolommen34. De klinische HHS-score vóór de operatie was 44 (tabel 1).
Activiteiten om de patiënt voor te bereiden op de procedure omvatten interne geneeskundeconsultatie en standaard laboratoriumtests. Essentiële onderzoeken waren ook nodig: ECG en röntgenfoto: röntgenfoto van de borst, röntgenfoto van het bekken. Ook na de operatie is het controlebeeld gemaakt. De patiënt kreeg standaard tromboprofylaxe (Clexane 40 mg, 1 x 1 s.c.) en antibioticaprofylaxe (Tarsime 3 x 1,5 g i.v.) tijdens de ziekenhuisopname. Geïndividualiseerde pijntherapie was inbegrepen. Alle andere medicijnen werden ingenomen volgens de standaardaanbevelingen van de patiënt.
In januari 2019 werd een artroplastiekrevisie van de linkerheup uitgevoerd, waaronder de vervanging van een losse acetabulaire component door het op maat gemaakte implantaat: triflanged acetabulair onderdeel, polyethyleen insert, beperkt, bevestigingsschroeven-10 stuks, Co-Cr-Mo beperkte modulaire kop (36 mm) en een nek van 9 mm.
De operatie duurde 4 uur en werd zonder complicaties uitgevoerd. Verticalisatie met behulp van een rollator vond plaats op de tweede dag na de procedure. Patiënte werd op dag 14 ontslagen in een goede algemene toestand (lange revalidatietijd door voetverlamming na hersenverlamming). Controlebezoeken vonden plaats na de vastgestelde data. Radiologische controle-CT's en röntgenfoto's werden uitgevoerd vóór de operatie (figuur 3, figuur 6 en figuur 7), na de operatie (figuur 2 en figuur 8) en na 2 jaar (figuur 9). De plaatsing van implantaten werd uitgevoerd in overeenstemming met de aannames van het project. De offset, het bewegingsbereik en de lengte van de ledematen werden hersteld. De functie en de kwaliteit van leven van de patiënt waren relatief goed bij het volgende bezoek en verbeterden aanzienlijk sinds de eerste diagnose. Vóór de operatie verhuisde de patiënt naar een rolstoel vanwege pijn - de subjectieve beoordeling van de patiënt op de 10-punts visuele analoge pijnintensiteitsschaal was 8 (VAS 8). Na de operatie, tijdens de revalidatie, stopte ze met het gebruik van twee orthopedische krukken. De patiënt loopt momenteel met één kruk als gevolg van voetdruppel-peroneuszenuwverlamming na een eerdere operatie in een ander ziekenhuis. Volgens de kennis van de auteurs was het de eerste dergelijke procedure in Polen en een van de eerste ter wereld. Het was een onderzoeksteam van een medische student dat het idee opperde om moderne technologie te gebruiken in de afdeling Orthopedie en Traumatologie van het Bewegingsapparaat.
Anatomische structuren die chirurgische ingreep vereisen, moeten zichtbaar zijn voor een adequate implantaatfixatie zoals gepland. In het geval van niet-standaard patiënten met significante botdefecten en vervorming, zijn de juiste visualisatie en aanpassing van een op maat gemaakte prothese van fundamenteel belang voor het behandelingsproces. Een goede implantaatfixatie vermindert het risico op postoperatieve complicaties zoals losraken of instabiliteit. De technologie van mixed reality maakt het mogelijk om zonder risico en op een niet-invasieve manier het bekken, de botten en de zachte weefsels nauwkeurig te visualiseren, waardoor de kans op een goede plaatsing van het implantaat toeneemt en zelfs de tijd van de operatie in de toekomst mogelijk wordt verkort. De mogelijkheid om het beeld te manipuleren, bijvoorbeeld door in te zoomen op de geselecteerde fragmenten van de complexe anatomische structuren, maakt het mogelijk om de onvolkomenheden van het oog van de chirurg uit te sluiten (figuur 10 en figuur 11). Samenvattend werd een nauwkeurige, volledig gepersonaliseerde complexe revisieartroplastiek uitgevoerd. De auteurs zien kansen voor de verdere ontwikkeling van mixed reality in de orthopedie, niet alleen in artroplastiek en traumatologie, maar ook in de orthopedische oncologie, waar het vaak nodig is om zeer uitgebreide resecties met een hoge mate van precisie uit te voeren. De juiste visualisatie van moeilijk toegankelijke anatomische gebieden met omliggende neurovasculaire structuren kan de operatie gemakkelijker maken voor de chirurg en veiliger voor de patiënt.
Figuur 1: Visualisatie van het vaste implantaat. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2: Röntgenfoto een dag na de operatie. De letter 'L' staat voor de linkerkant van het lichaam op de röntgenfoto. In dit geval een foto van de linkerheup. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3: Röntgenfoto voor de operatie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4: Visualisatie van het vaste implantaat. Visualisatie wordt voorbereid in het proces van preoperatieve planning. Het toont de mogelijke fixatie van het implantaat. De blauwe kleur in de visualisatie is de rand van het implantaat. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 5: 3D-project voor het inbrengen van implantaatbevestigingsschroeven. Kleuren worden door ingenieurs gebruikt voor een betere en nauwkeurigere visualisatie. Dit maakt het gemakkelijk om bouten te onderscheiden met verschillende parameters - lengte, doorsnede. Er kan ook rekening worden gehouden met de montagevolgorde. De kleuren zijn illustratief en worden gebruikt in het pre-operatieve planningsproces. Bij het plannen van de implantaatmontage is het belangrijk om intraoperatieve schade aan bloedvaten en zenuwen uit te sluiten. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 6: CT-3D reconstructie voor de operatie toont de heupgewrichten en een deel van het dijbeen. Zichtbare degeneratie en vernietiging van botstructuren, bekkenasymmetrie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 7: CT-3D reconstructie voor de operatie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 8: Röntgenfoto 6 weken na de operatie. Het implantaat was correct gemonteerd, het kwam niet los. Zichtbare linkerheup endoprothese met bevestigingselementen. Röntgenfoto in combinatie met het klinisch onderzoek van de patiënt bevestigt het succes van de operatie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 9: Röntgenfoto 2 jaar na de operatie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 10: Mixed reality-gebruikersstandpunt - bekken van voren. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 11: Mixed reality-gebruikersstandpunt - bekken vanaf de zijkant. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 12: Mixed reality-gebruikersstandpunt - de foto genomen tijdens de operatie - het hologram toont een deel van het bekken. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 13: De foto genomen tijdens de operatie - hoofdoperator, Prof. Łęgosz maakt gebruik van mixed reality-technologie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
| HSS-SCORE | |||
| VOOR DE OPERATIE | 6 WEKEN NA DE OPERATIE | 6 MAANDEN NA DE OPERATIE | 12 MAANDEN NA DE OPERATIE |
| 44 | 74,5 | 80 | 82 |
Tabel 1: HHS-scoretabel - presentatie van de resultaten van de patiënt volgens de Harris Hip-score vóór de procedure, 6 weken na de procedure, 6 maanden na de procedure, 12 maanden na de procedure.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Primaire en revisie heuparthroplastiek kan personalisatie vereisen om de effectiviteit van de behandeling te garanderen. Het gebruik van aangepaste implantaten vereist echter een langere voorbereiding op een operatie in vergelijking met standaardprocedures. Op maat gemaakte 3D-geprinte implantaten zijn de oplossing die een kans geeft om de functie te herstellen bij niet-typische patiënten bij wie de ziekte aanzienlijke botvernietiging heeft veroorzaakt29. Standaardprothesen zijn onvoldoende als gevolg van geavanceerde degeneratieve ziekten die zich snel ontwikkelen, botdefecten veroorzaakt door primaire bottumoren of metastasen, evenals gecompliceerde verwondingen of meerdere revisieprocedures16. Op maat gemaakte implantaten worden voorbereid voor een specifieke patiënt met volledige individualisering, rekening houdend met anatomische anomalieën en de huidige klinische toestand. Het proces van het maken van een implantaat vereist de medewerking van orthopedisch chirurgen met ingenieurs en is gebaseerd op CT of magnetische resonantie beeldvorming (MRI). De voorbereiding van het virtuele implantaatmodel is ingewikkeld. Het wordt uitgevoerd door ingenieurs die nauwkeurig de krachten bepalen die tussen het bot en het implantaat werken. Het voorlopige virtuele 3D-model wordt geraadpleegd met de chirurg en na goedkeuring begint de productie van het op maat gemaakte implantaat. Het juiste implantaat wordt geleverd samen met PDF-bestandsinstructies voor het operatieteam. Het gaat vergezeld van een nauwkeurig plastic model van de bekkenbotten en het implantaat voor trainingsdoeleinden en intraoperatieve aanpassing.
Preoperatieve planning is van groot belang, vooral in het kader van revisieartroplastiek. Bij het kwalificeren van een patiënt voor de procedure, is het noodzakelijk om rekening te houden met hun algemene klinische toestand, de last van comorbiditeiten en de huidige geschiedenis van de ziekte15. Nadat de teamleider de beslissing heeft genomen, worden de resultaten van computertomografie naar de fabrikant van het implantaat gestuurd en begint de 6 weken durende procedure, waaronder het produceren van een 3D-model en de definitieve versie van het implantaat.
Mixed reality is een hybride van echte en virtuele realiteit waarin fysieke objecten naast digitale hologrammen bestaan en interactie tussen hen mogelijk is in realtime21. Het wordt nu veel gebruikt op verschillende gebieden, waaronder geneeskunde 35,36,37, en het wordt meestal gebruikt om medische gegevens zoals driedimensionale CT-scans of MRI 38,39,40 te visualiseren. Deze technologie maakt het mogelijk om behandelingen nauwkeuriger te plannen, snel toegang te krijgen tot patiëntgegevens in diagnostiek, of het chirurgische veld intraoperatief beter te visualiseren41. Mixed reality heeft ook zijn toepassing gevonden in het onderwijs in de basis- en klinische wetenschappen in elke fase van de opleiding, inclusief studenten, medische bewoners en consultants.
Net als bij de voorbereiding van op maat gemaakte implantaten, is de eerste fase van samenwerking tussen artsen en ingenieurs medische beeldvormingsgegevens die zijn opgeslagen in de DICOM-standaard. Meer geavanceerde technieken die worden gebruikt in de radiologie en tegelijkertijd technologische oplossingen ontwikkelen, maken ook de integratie en bruikbaarheid van dynamische beeldvormingsgegevens mogelijk, bijvoorbeeld realtime echografie. De volgende fase is het renderen van de verkregen gegevens om driedimensionale hologrammen naar een apparaat te sturen. De gebruiker kan de visualisatie zien als een onderdeel van zijn omgeving en kan er gemakkelijk mee communiceren. De headset op het hoofd van de operator of leden van het operationele team is uitgerust met sensoren (camera's, versnellingsmeter, magnetometer, gyroscoop), waardoor de holografische gegevens kunnen worden gezien als een deel van de omgeving (figuur 12). De operator kan de hologrammen bedienen met handgebaren en spraakopdrachten, die de visualisatie aanpassen aan zijn / haar specifieke behoeften. Het is mogelijk om grootte, structuur, positie te veranderen met behoud van steriele omstandigheden. De HoloLens heeft geen negatieve invloed op het werkcomfort en beperkt het gezichtsveld niet tijdens de procedure wanneer de hologrammen niet worden weergegeven. Het medische team was eerder voorbereid op de operatie door de mogelijkheid om kennis te maken met de nauwkeurige en gedetailleerde 3D-printgewrichts- en prothesemodellen die samen met het implantaat werden geleverd, evenals door training met een team van ingenieurs. Het gebruik van een mixed reality-bril is zeer intuïtief en het efficiënte gebruik van geüploade hologrammen is gemakkelijk te leren. De mixed reality was een effectieve oplossing, zowel wat betreft de voorbereiding van de operatie als wat betreft het verloop van de procedure.
Volgens de kennis van de auteurs is dit het eerste rapport over het gebruik van mixed reality-technologie bij heuprevisiechirurgie met behulp van het 3D-geprinte acetabulaire implantaat. Het was het eerste intraoperatieve gebruik van het apparaat in het klinische centrum van de auteurs (figuur 13). Eerdere publicaties omvatten primaire heuparthroplastiek met behulp van mixed reality-technologie. Het werd gepresenteerd door Lei Peng-fei et al. bij een 59-jarige patiënt met intertrochanterische fractuur42. Op maat gemaakte implantaten en mixed reality zijn een steeds populairdere oplossing die wordt gebruikt in verschillende gebieden van chirurgie. De combinatie van beide is een innovatie met veelbelovende resultaten. Momenteel zijn dit soort behandelingen experimenteel vanwege de hoge kosten en de behoefte aan een geschikte voorbereiding, er is niet genoeg hoeveelheid om objectieve originele studies te maken; in de nabije toekomst zal het echter mogelijk zijn vanwege de onderzoekssubsidies en de groeiende interesse van clinici. In de context van de bestaande en veelgebruikte oplossingen tijdens chirurgische ingrepen, hebben röntgen- of CT-projecties die op een standaard 2D-monitor worden weergegeven beperkingen omdat ze anatomische structuren niet vanuit een ander perspectief kunnen bekijken. Het is niet mogelijk om de positie van de structuur in de ruimte te vergroten en te veranderen. Naar de mening van de auteurs zijn op maat gemaakte implantaten en mixed reality-technologie veelbelovend voor moeilijke revisieartroplastiek, evenals traumatologie en orthopedische oncologie. Volgens de auteurs is de mixed reality ook van toepassing op patiënten die gekwalificeerd zijn voor standaard endoprothesen, waaronder primaire endoprothesen waarvoor geen op maat gemaakte implantaten nodig zijn. Intraoperatieve navigatie aangevuld met mixed reality zorgt voor een betere en nauwkeurigere plaatsing van implantaten. Momenteel worden proefstudies uitgevoerd met veelbelovende resultaten43.
Elke fase van het plannen van de procedure en het voorbereiden van de patiënt is erg belangrijk en geen van hen kan worden onderschat. De kwaliteit van de medische beeldvorming en de juiste samenwerking met ingenieurs, zowel bij het ontwerp van het implantaat als bij de voorbereiding van het hologram, zijn belangrijk voor het succes van de operatie. Het kritieke moment tijdens de procedure is het verwijderen van de oude implantaatcomponenten en het bevestigen van de nieuwe, gepersonaliseerde op een eerder voorbereide plaats. In dit stadium zijn hologrammen belangrijk om de procedure zeer nauwkeurig uit te voeren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Maciej Stanuch, Adriana Złahoda-Huzior en Andrzej Skalski zijn medewerkers van MedApp S.A. MedApp S.A. is het bedrijf dat de CarnaLifeHolo-oplossing produceert.
Acknowledgments
Niet van toepassing.
De studie werd uitgevoerd in het kader van een niet-commerciële samenwerking.
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).
