השימוש במציאות משולבת בתיקון מותאם אישית של מפרק הירך: דו"ח מקרה ראשון
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.
Protocol
Representative Results
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 משמע…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
לא ישים.
המחקר בוצע במסגרת שיתוף פעולה לא מסחרי.
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).
