Het gebruik van mixed reality bij op maat gemaakte revisie heupartroplastiek: een eerste casusrapport

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 fit^{mogelijk 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.

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 standaardimplanta…

Representative Results

Voorbewerking van afbeeldingenBinaire 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 aanp…

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 g…

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