JoVE Journal > Medicine
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Medicine

맞춤형 개정 고관절 치환술에서 혼합 현실 사용: 첫 번째 사례 보고서

Published: August 04, 2022
doi:
10.3791/63654
, , , , , ,
1Department of Orthopaedics and Traumatology of the Musculoskeletal System, Infant Jesus Teaching Hospital,Medical University of Warsaw, 2Department of Human Anatomy,Medical University of Silesia, 3Department of Measurement and Electronics,AGH University of Science and Technology, 4MedApp S.A.

Summary

복잡한 수정 고관절 치환술은 맞춤형 임플란트와 혼합 현실 기술을 사용하여 수행되었습니다. 저자의 지식에 따르면, 이것은 문헌에 설명 된 그러한 절차에 대한 첫 번째 보고서입니다.

Abstract

3D 프린팅 및 해부학 적 구조의 시각화 기술은 다양한 의학 분야에서 빠르게 성장하고 있습니다. 맞춤형 임플란트와 혼합 현실은 2019 년 1 월에 복잡한 수정 고관절 치환술을 수행하는 데 사용되었습니다. 혼합 현실을 사용하면 구조를 매우 잘 시각화할 수 있었고 정확한 임플란트 고정이 가능했습니다. 저자의 지식에 따르면, 이것은이 두 가지 혁신의 결합 된 사용에 대한 최초의 사례 보고서입니다. 시술 자격을 갖추기 전의 진단은 왼쪽 엉덩이의 비구 구성 요소가 느슨해지는 것이었습니다. 엔지니어가 준비한 혼합 현실 헤드셋과 홀로그램이 수술 중에 사용되었습니다. 수술은 성공적이었고 조기 수직화와 환자 재활이 이어졌습니다. 팀은 관절 치환술, 외상 및 정형 종양학 분야에서 기술 개발 기회를 보고 있습니다.

Introduction

복잡한 구조의 3 차원 (3D) 인쇄 및 시각화 기술은 다양한 의학 분야에서 빠르게 성장하고 있습니다. 여기에는 심혈관 수술, 이비인후과, 악안면 수술, 그리고 무엇보다도 정형 외과수술 1,2,3,4,5가 포함됩니다. 현재이 기술은 3D 인쇄 요소의 직접 구현뿐만 아니라 수술 훈련, 수술 전 계획 또는 수술 중 탐색 6,7,8에도 정형 외과 수술에 사용됩니다.

고관절 전치환술(THA)과 무릎 전치환술(TKA)은 전 세계적으로 가장 자주 수행되는 정형외과 수술 절차 중 하나입니다. 환자의 삶의 질이 크게 향상되었기 때문에 THA는 이전 간행물에서 “세기의 수술”9로 묘사되었습니다. 폴란드에서는 2019 년에 49.937 THA 및 30.615 TKA가 수행되었습니다10. 기대 수명이 증가함에 따라 예상되는 고관절 및 무릎 관절 치환술 건수가 증가하는 추세입니다. 임플란트 디자인, 수술 기술 및 수술 후 관리를 개선하기 위해 많은 노력을 기울였습니다. 이러한 발전은 환자의 기능을 회복하고 합병증의 위험을 줄일 수있는 더 나은 기회로 이어졌습니다11,12,13,14.

그러나, 현재 전 세계 정형외과 의사들이 직면하고 있는 큰 도전은 고관절의 해부학적 결함으로 인해 기성품 임플란트(15)를 시행하는 것이 매우 어렵거나 심지어 불가능하게 만드는 비표준 환자들과 함께 일하는 것이다. 뼈 손실은 심각한 외상, 비구 돌출이있는 진행성 퇴행성 골관절염, 발달 성 고관절 이형성증, 원발성 골암 또는 전이 16,17,18,19,20으로 인한 것일 수 있습니다. 임플란트 선택의 문제는 특히 여러 번의 재수술의 위험이 있는 환자와 관련이 있으며 때로는 비전통적인 치료가 필요하기도 합니다. 이러한 경우, 매우 유망한 솔루션은 특정 환자 및 뼈 결함을 위해 만들어진 첨가제로 만들어진 3D 프린팅 임플란트로, 매우 정밀한 해부학적 적합성(20)을 가능하게 한다.

관절 성형술 분야에서는 정밀한 임플란트와 지속 가능한 고정이 중요합니다. 수술 전 및 수술 중 3D 시각화의 발전은 증강 현실 및 혼합 현실21,22,23,24와 같은 우수한 솔루션을 가져왔습니다. 수술 중 뼈 및 임플란트 컴퓨터 단층 촬영(CT) 홀로그램을 사용하면 기존 방사선 촬영 이미지보다 더 나은 보철물 배치가 가능할 수 있습니다. 이 새로운 기술은 치료 효과의 가능성을 높이고 신경 혈관 합병증의 위험을 줄일 수 있습니다21,25.

이 사례 보고서는 무균 풀림으로 인해 고관절 재수술을받은 환자에 관한 것입니다. 여러 임플란트 실패로 인한 심각한 뼈 손실을 해결하기 위해 맞춤형 3D 프린팅 비구 임플란트가 사용되었습니다. 절차 중에 혼합 현실을 사용하여 위험에 처한 신경 혈관 구조의 손상을 방지하기 위해 임플란트 위치를 시각화했습니다. 혼합 현실 헤드셋에 구현된 애플리케이션을 사용하면 음성 및 제스처 명령을 제공할 수 있으므로 수술 절차 중에 멸균 상태에서 사용할 수 있습니다.

57 세의 한 여성이 예비 진단으로 부서에 입원했습니다 : 왼쪽 엉덩이의 비구 구성 요소가 느슨해졌습니다. 환자의 질병 병력은 광범위했습니다. 평생 동안 그녀는 고관절의 수많은 수술을 받았습니다. 첫 번째 치료는 고관절 이형성증으로 인한 골관절염(1977-15세)으로 인한 고관절 재포장이었고, 두 번째 치료는 임플란트 풀림으로 인한 고관절 전치환술(1983-21세) 및 기타 두 번의 재수술(1998, 2000-37 및 39세)이었습니다. 또한 환자는 소아 뇌성 마비로 인한 경련성 왼쪽 편마비를 앓고 있었고 왼쪽 만곡족 기형으로 인해 반복적으로 수술을 받았습니다. 그녀는 또한 흉요추의 골관절염, 손목 터널 증후군 및 잘 조절된 동맥 고혈압으로 부담을 받았습니다. 다음 시술 자격을 갖추기 전 최종 진단은 왼쪽 엉덩이의 비구 구성 요소가 느슨해짐에 따라 발생하는 통증과 기능 제한 증가였습니다. 환자는 의욕이 넘치고 신체 활동이 활발하며 장애에 대처했습니다.

Protocol

이 프로토콜은 바르샤바 의과 대학의 인간 연구 윤리위원회의 지침을 따릅니다. 환자는 절차에 정보에 입각 한 동의를 제공하고 기록 될 것이라는 사실을 인정했습니다. 환자는 시술 전에 동의했습니다. 참고: 수술 프로젝트에 환자를 포함시키는 기본 기준은 해부학적 기능 장애로 인해 개입해야 할 필요성으로 인해 표준 임플란트를 사용할 수 없었습니다. 혼합 현실은 보철?…

Representative Results

이미지 전처리골반 뼈, 대퇴골 및 관내 인공 삽입물의 이진 마스크는 사용 가능한 소프트웨어33과 함께 임계 값 및 영역 성장 알고리즘을 사용하여 숙련 된 방사선 기술자에 의해 CT DICOM 이미지에서 반자동으로 분할되었습니다. 준비된 라벨 맵도 방사선 전문의가 수동으로 수정했습니다. 레이블 맵은 다음 단계에서 CT 스캔에 추가하여 시각화를 향상시키는 데 사?…

Discussion

일차 및 재조정 고관절 치환술은 치료의 효과를 보장하기 위해 개인화가 필요할 수 있습니다. 그러나 맞춤형 임플란트를 사용하려면 표준 절차에 비해 수술 준비가 더 오래 필요합니다. 맞춤형 3D 프린팅 임플란트는 질병이 심각한 뼈 파괴를 일으킨 비전형적인 환자의 기능을 회복할 수 있는 기회를 제공하는 솔루션입니다29. 표준 보철물은 진행성 퇴행성 질환이 빠르게 진행되?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

해당 사항 없음.

이 연구는 비상업적 협력의 일환으로 수행되었습니다.

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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. Farooqi, K. M., et al. 3D printing and heart failure: The present and the future. JACC: Heart Failure. 7 (2), 132-142 (2019).
  3. 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).
  4. 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).
  5. Murphy, S. V., De Coppi, P., Atala, A. Opportunities and challenges of translational 3D bioprinting. Nature Biomedical Engineering. 4 (4), 370-380 (2020).
  6. Pugliese, L., et al. The clinical use of 3D printing in surgery. Updates in Surgery. 70 (3), 381-388 (2018).
  7. 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).
  8. 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).
  9. Learmonth, I. D., Young, C., Rorabeck, C. The operation of the century: total hip replacement. Lancet. 370 (9597), 1508-1519 (2007).
  10. . Narodowy Fundusz Zdrowia (NFZ) – finansujemy zdrowie Polaków Available from: https://www.nfz.gov.pl/o-nfz/publikacje/ (2022)
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. von Lewinski, G. Individuell angepasster Beckenteilersatz in der Hüftgelenksrevision. Der Orhopäde. 49, 417-423 (2020).
  16. Angelini, A., et al. Three-dimension-printed custom-made prosthetic reconstructions: from revision surgery to oncologic reconstructions. International Orthopaedics. 43 (1), 123-132 (2019).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. Jacquet, C., et al. Long-term results of custom-made femoral stems. Der Orhopäde. 49 (5), 408-416 (2020).
  21. 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).
  22. Ayoub, A., Pulijala, Y. The application of virtual reality and augmented reality in oral & maxillofacial surgery. BMC Oral Health. 19 (1), 238 (2019).
  23. Chytas, D., Nikolaou, V. S. Mixed reality for visualization of orthopedic surgical anatomy. World Journal of Orthopedics. 12 (10), 727-731 (2021).
  24. Gao, Y., et al. Application of mixed reality technology in visualization of medical operations. Chinese Medical Sciences Journal. 34 (2), 103-109 (2019).
  25. 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).
  26. 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).
  27. 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).
  28. Izakovicova, P., Borens, O., Trampuz, A. Periprosthetic joint infection: current concepts and outlook. EFORT Open Reviews. 4 (7), 482-494 (2019).
  29. 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).
  30. Šťastný, E., Trč, T., Philippou, T. Rehabilitation after total knee and hip arthroplasty. The Journal of Czech Physicians. 155 (8), 427-432 (2016).
  31. 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).
  32. 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).
  33. Telleria, J. J., Gee, A. O. Classifications in brief: Paprosky classification of acetabular bone loss. Orthopaedics and Related Research. 471 (11), 3725-3730 (2013).
  34. 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).
  35. 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).
  36. 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).
  37. 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).
  38. Li, G., et al. The clinical application value of mixed- reality-assisted surgical navigation for laparoscopic nephrectomy. Cancer Medicine. 9 (15), 5480-5489 (2020).
  39. 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).
  40. 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).
  41. 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).
  42. 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).

Tags

Mixed RealityCustom-made ImplantEndotipsitisPrecisionVisualizationMusculoskeletal SystemOrthopedic SurgeryDICOMCT ScanSegmentationTransfer FunctionVisualization AdjustmentVoice CommandsHand Gestures
check_url/63654?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Łęgosz, P., Starszak, K., Stanuch, M., Otworowski, M., Pulik, Ł., Złahoda-Huzior, A., Skalski, A. The Use of Mixed Reality in Custom-Made Revision Hip Arthroplasty: A First Case Report. J. Vis. Exp. (186), e63654, doi:10.3791/63654 (2022).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image