Использование смешанной реальности в индивидуальной ревизионной эндопротезированию тазобедренного сустава: отчет о первом случае
Summary
Сложная ревизионная эндопротезирование тазобедренного сустава была выполнена с использованием изготовленного на заказ имплантата и технологии смешанной реальности. По данным авторов, это первое сообщение о подобной процедуре, описанное в литературе.
Abstract
Технология 3D-печати и визуализации анатомических структур стремительно развивается в различных областях медицины. Изготовленный на заказ имплантат и смешанная реальность были использованы для выполнения сложной ревизионной эндопротезирования тазобедренного сустава в январе 2019 года. Использование смешанной реальности позволило очень хорошо визуализировать структуры и привело к точной фиксации имплантата. По данным авторов, это первый описанный случай совместного использования этих двух нововведений. Диагнозом, предшествовавшим квалификации для процедуры, было ослабление вертлужной впадины левого бедра. Во время операции использовались гарнитура смешанной реальности и голограммы, подготовленные инженерами. Операция прошла успешно, за ней последовала ранняя вертикализация и реабилитация пациентов. Команда видит возможности для развития технологий в эндопротезировании суставов, травматологии и ортопедической онкологии.
Introduction
Технология трехмерной (3D) печати и визуализации сложных структур стремительно развивается в различных областях медицины. К ним относятся сердечно-сосудистая хирургия, оториноларингология, челюстно-лицевая хирургия и, прежде всего, ортопедическая хирургия 1,2,3,4,5. В настоящее время данная технология применяется в ортопедической хирургии не только при непосредственной реализации 3D-печатных элементов, но и в хирургической подготовке, предоперационном планировании или интраоперационной навигации 6,7,8.
Тотальная эндопротезирование тазобедренного сустава (THA) и тотальная эндопротезирование коленного сустава (TKA) являются одними из наиболее часто выполняемых ортопедических хирургических процедур во всем мире. В связи со значительным улучшением качества жизни пациента, THA была описана в предыдущей публикации как «хирургия века»9. В Польше в 2019 году было выполнено 49,937 THA и 30,615 TKA10. По мере увеличения продолжительности жизни наблюдается тенденция к росту прогнозируемого числа операций по эндопротезированию тазобедренного и коленного суставов. Большие усилия были предприняты для улучшения конструкции имплантатов, хирургической техники и послеоперационного ухода. Эти достижения привели к улучшению шансов на восстановление функции пациента и снижению риска осложнений 11,12,13,14.
Тем не менее, большой проблемой, с которой в настоящее время сталкиваются хирурги-ортопеды во всем мире, является работа с нестандартными пациентами, чьи анатомические дефекты в тазобедренном суставе делают очень трудным или даже невозможным внедрение готового имплантата15. Потеря костной массы может быть вызвана значительной травмой, прогрессирующим дегенеративным остеоартритом с протрузией вертлужной впадины, дисплазией тазобедренного сустава, первичным раком кости или метастазированием 16,17,18,19,20. Проблема выбора имплантата конкретно касается пациентов, которые подвержены риску многократных ревизий, иногда также требующих нетрадиционного лечения. В таких случаях очень перспективным решением является аддитивный 3D-печатный имплантат, созданный для конкретного пациента и костного дефекта, позволяющий получить очень точную анатомическую посадку20.
В области эндопротезирования решающее значение имеет точный имплантат и его устойчивая фиксация. Прогресс в предоперационной и интраоперационной 3D-визуализации привел к отличным решениям как дополненной, так и смешанной реальности 21,22,23,24. Интраоперационное использование голограмм костной и имплантационной компьютерной томографии (КТ) может позволить лучше установить протез, чем обычные рентгенографические изображения. Эта новая технология может увеличить шансы на эффективность терапии и снизить риск нейрососудистых осложнений 21,25.
Это сообщение о случае касается пациента, подвергшегося операции по ревизии тазобедренного сустава из-за асептического ослабления. Для устранения значительной потери костной массы, вызванной множественными отказами имплантатов, был использован изготовленный на заказ 3D-печатный вертлужный имплантат. Во время процедуры мы использовали смешанную реальность для визуализации положения имплантата, чтобы избежать повреждения нервно-сосудистых структур, подверженных риску. Приложение, реализованное в гарнитуре смешанной реальности, позволяет подавать голосовые и жестовые команды, что позволяет использовать ее в стерильных условиях во время хирургической процедуры.
В отделение поступила 57-летняя женщина с предварительным диагнозом: ослабление вертлужной впадины левого бедра. История болезни пациента была обширной. На протяжении всей своей жизни она перенесла многочисленные хирургические процедуры тазобедренного сустава. Первым лечением была шлифовка тазобедренного сустава из-за остеоартрита, вызванного дисплазией тазобедренного сустава (1977-15 лет), вторым была полная артропластика тазобедренного сустава из-за ослабления имплантата (1983-21 год) и две другие ревизионные операции (1998, 2000-37 и 39 лет). Более того, пациентка страдала спастической левосторонней гемиплегией, вызванной детским ДЦП, и ее неоднократно оперировали из-за деформации левой косолапости. Она также была обременена остеоартритом грудопоясничного отдела позвоночника, синдромом запястного канала и хорошо контролируемой артериальной гипертензией. Окончательным диагнозом, предшествовавшим квалификации для следующей процедуры, была боль и увеличение функционального ограничения, вызванного ослаблением вертлужной впадины левого бедра. Пациент был высоко мотивирован, физически активен и справлялся с инвалидностью.
Protocol
Representative Results
Discussion
Первичная и ревизионная эндопротезирование тазобедренного сустава может потребовать персонализации для обеспечения эффективности лечения. Однако использование пользовательских имплантатов требует более длительной подготовки к операции по сравнению со стандартными процедурами. И…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Не применимо.
Исследование проводилось в рамках некоммерческого сотрудничества.
Materials
| 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. 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).
- 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).
