Der Einsatz von Mixed Reality in der maßgeschneiderten Revisions-Hüftendoprothetik: Ein erster Fallbericht

Summary

Eine komplexe Revisions-Hüftendoprothetik wurde mit einem maßgeschneiderten Implantat und Mixed-Reality-Technologie durchgeführt. Nach Kenntnis der Autoren ist dies der erste Bericht über ein solches Verfahren, der in der Literatur beschrieben wird.

Abstract

Die Technologie des 3D-Drucks und der Visualisierung anatomischer Strukturen wächst in verschiedenen Bereichen der Medizin rasant. Ein maßgeschneidertes Implantat und Mixed Reality wurden im Januar 2019 verwendet, um eine komplexe Revisions-Hüftendoprothetik durchzuführen. Der Einsatz von Mixed Reality ermöglichte eine sehr gute Visualisierung der Strukturen und führte zu einer präzisen Implantatfixierung. Nach Kenntnis der Autoren ist dies der erste beschriebene Fallbericht über den kombinierten Einsatz dieser beiden Innovationen. Die Diagnose, die der Qualifikation für den Eingriff vorausging, war die Lockerung der Hüftkomponente der linken Hüfte. Mixed-Reality-Headsets und Hologramme, die von Ingenieuren vorbereitet wurden, wurden während der Operation verwendet. Die Operation war erfolgreich, gefolgt von einer frühen Vertikalisierung und Patientenrehabilitation. Das Team sieht Chancen für die Technologieentwicklung in der Gelenkendoprothetik, Trauma und orthopädischen Onkologie.

Introduction

Die Technologie des dreidimensionalen (3D) Drucks und der Visualisierung komplexer Strukturen wächst in verschiedenen Bereichen der Medizin rasant. Dazu gehören die Herz-Kreislauf-Chirurgie, die Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde, die Kiefer- und Gesichtschirurgie^und vor allem die orthopädische Chirurgie 1,2,3,4,5. Derzeit wird diese Technologie in der orthopädischen Chirurgie nicht nur bei der direkten Umsetzung von 3D-gedruckten Elementen, sondern auch in der chirurgischen Ausbildung, präoperativen Planung oder intraoperativen Navigation eingesetzt ^6,7,8.

Die Hüftendoprothetik (THA) und die Knieendoprothetik (TKA) gehören zu den am häufigsten durchgeführten orthopädischen chirurgischen Eingriffen weltweit. Aufgrund der signifikanten Verbesserung der Lebensqualität des Patienten wurde THA in einer früheren Publikation als “Chirurgie des Jahrhunderts” ^bezeichnet9. In Polen wurden 2019 49.937 THA und 30.615 TKA durchgeführt¹⁰. Mit steigender Lebenserwartung gibt es einen Aufwärtstrend bei der prognostizierten Anzahl von Hüft- und Knieendoprothetikoperationen. Es wurden große Anstrengungen unternommen, um das Implantatdesign, die Operationstechnik und die postoperative Versorgung zu verbessern. Diese Fortschritte führten zu einer besseren Chance, die Patientenfunktion wiederherzustellen und das Risiko von Komplikationen zu verringern^11,12,13,14.

Die große Herausforderung für orthopädische Chirurgen weltweit ist jedoch die Arbeit mit Nicht-Standard-Patienten, deren anatomische Defekte im Hüftgelenk es sehr schwierig oder sogar unmöglich machen, ein Standardimplantat zu implementieren¹⁵. Knochenverlust kann auf ein signifikantes Trauma, progressive degenerative Osteoarthritis mit einem Acetabularvorsprung, Entwicklungshüftdysplasie, primären Knochenkrebs oder Metastasen zurückzuführen^sein 16,17,18,19,20. Das Problem der Implantatauswahl betrifft insbesondere Patienten, bei denen das Risiko mehrerer Revisionen besteht, die manchmal auch eine unkonventionelle Behandlung benötigen. In solchen Fällen ist eine vielversprechende Lösung ein additiv hergestelltes 3D-gedrucktes Implantat, das für einen bestimmten Patienten und Knochendefekt entwickelt wurde und eine sehr präzise anatomische Passform ermöglicht²⁰.

Im Bereich der Endoprothetik sind ein präzises Implantat und seine nachhaltige Fixierung entscheidend. Fortschritte in der präoperativen und intraoperativen 3D-Visualisierung haben zu hervorragenden Lösungen wie Augmented und Mixed Reality^{geführt 21,22,23,24}. Die intraoperative Verwendung von Knochen- und Implantat-Computertomographie-Hologrammen (CT) kann eine bessere Prothesenplatzierung ermöglichen als herkömmliche Röntgenbilder. Diese neue Technologie kann die Chancen auf Therapiewirksamkeit erhöhen und das Risiko neurovaskulärer Komplikationen verringern^21,25.

Dieser Fallbericht betrifft einen Patienten, der aufgrund einer aseptischen Lockerung einer Hüftrevision unterzogen wurde. Um einen signifikanten Knochenverlust durch mehrere Implantatfehler zu beheben, wurde das maßgeschneiderte 3D-gedruckte Acetabularimplantat verwendet. Während des Eingriffs verwendeten wir Mixed Reality, um die Implantatposition zu visualisieren, um eine Beschädigung der gefährdeten neurovaskulären Strukturen zu vermeiden. Die Anwendung, die in ein Mixed-Reality-Headset implementiert ist, ermöglicht die Abgabe von Sprach- und Gestenbefehlen, wodurch es möglich ist, es unter sterilen Bedingungen während des chirurgischen Eingriffs zu verwenden.

Eine 57-jährige Frau wurde mit einer vorläufigen Diagnose in die Abteilung eingeliefert: Lockerung der Hüftkomponente der linken Hüfte. Die Krankheitsgeschichte des Patienten war umfangreich. Im Laufe ihres Lebens unterzog sie sich zahlreichen chirurgischen Eingriffen des Hüftgelenks. Die erste Behandlung war die Hüfterneuerung aufgrund von Arthrose durch Hüftdysplasie (1977-15 Jahre alt), die zweite war eine totale Hüftendoprothetik aufgrund einer Implantatlockerung (1983-21 Jahre alt) und zwei weitere Revisionsoperationen (1998, 2000-37 und 39 Jahre alt). Darüber hinaus litt die Patientin an einer spastischen linksseitigen Hemiplegie, die durch Zerebralparese im Kindesalter verursacht wurde, und sie wurde wiederholt wegen einer Deformität des linken Klumpfußes operiert. Sie war auch mit Arthrose der thorakolumbalen Wirbelsäule, Karpaltunnelsyndrom und gut kontrollierter arterieller Hypertonie belastet. Die endgültige Diagnose, die der Qualifikation für den nächsten Eingriff vorausging, war der Schmerz und die zunehmende Funktionseinschränkung, die durch eine Lockerung der Hüftkomponente der linken Hüfte verursacht wurden. Der Patient war hoch motiviert, körperlich aktiv und mit Behinderung zurecht.

Protocol

Das Protokoll folgt den Richtlinien des Ethikkomitees für Humanforschung der Medizinischen Universität Warschau. Der Patient gab eine informierte Zustimmung zu dem Verfahren und bestätigte die Tatsache, dass es aufgezeichnet wird. Der Patient stimmte dem vor dem Eingriff zu. HINWEIS: Das grundlegende Kriterium für die Einbeziehung des Patienten in das OP-Projekt war die Notwendigkeit des Eingreifens aufgrund der anatomischen Dysfunktion, die es unmöglich machte, ein Standardimplantat zu v…

Representative Results

BildvorverarbeitungBinäre Masken des Beckenknochens, des Femurs und der Endoprothese wurden von erfahrenen radiologischen Technologen unter Verwendung von Schwellenwert- und Regionswachstumsalgorithmen mit verfügbarer Software halbautomatisch aus CT-DICOM-Bildern segmentiert33. Die vorbereiteten Etikettenkarten wurden ebenfalls manuell von einem Radiologen korrigiert. Beschriftungskarten wurden verwendet, um die Visualisierung zu verbessern, indem sie im nächsten Schritt de…

Discussion

Primäre und Revisions-Hüftendoprothetik kann eine Personalisierung erfordern, um die Wirksamkeit der Behandlung sicherzustellen. Die Verwendung von kundenspezifischen Implantaten erfordert jedoch eine längere Vorbereitung auf die Operation im Vergleich zu Standardverfahren. Maßgeschneiderte 3D-gedruckte Implantate sind die Lösung, die eine Chance zur Wiederherstellung der Funktion bei untypischen Patienten bietet, deren Krankheit eine signifikante Knochenzerstörung verursacht hat²⁹. Standard…

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