El uso de la realidad mixta en la artroplastia de cadera de revisión personalizada: un primer caso clínico

Resumen

Se realizó una compleja artroplastia de cadera de revisión utilizando un implante hecho a medida y tecnología de realidad mixta. Según el conocimiento de los autores, este es el primer relato de tal procedimiento descrito en la literatura.

Resumen

La tecnología de impresión 3D y visualización de estructuras anatómicas está creciendo rápidamente en diversos campos de la medicina. Un implante hecho a medida y realidad mixta se utilizaron para realizar una artroplastia de cadera de revisión compleja en enero de 2019. El uso de la realidad mixta permitió una muy buena visualización de las estructuras y dio como resultado una fijación precisa del implante. Según el conocimiento de los autores, este es el primer informe de caso descrito del uso combinado de estas dos innovaciones. El diagnóstico que precedió a la calificación para el procedimiento fue el aflojamiento del componente acetabular de la cadera izquierda. Durante la cirugía se utilizaron auriculares de realidad mixta y hologramas preparados por los ingenieros. La operación fue exitosa y fue seguida por la verticalización temprana y la rehabilitación del paciente. El equipo ve oportunidades para el desarrollo de tecnología en artroplastia articular, trauma y oncología ortopédica.

Introducción

La tecnología de impresión tridimensional (3D) y visualización de estructuras complejas está creciendo rápidamente en diversos campos de la medicina. Estos incluyen cirugía cardiovascular, otorrinolaringología, cirugía maxilofacial y, sobre todo, cirugía ortopédica 1,2,3,4,5. Actualmente, esta tecnología se utiliza en cirugía ortopédica no solo en la implementación directa de elementos impresos en 3D, sino también en el entrenamiento quirúrgico, la planificación preoperatoria o la navegación intraoperatoria ^6,7,8.

La artroplastia total de cadera (ATC) y la artroplastia total de rodilla (ATC) son uno de los procedimientos quirúrgicos ortopédicos más frecuentes en todo el mundo. Debido a la mejora significativa en la calidad de vida del paciente, la ATC había sido descrita en una publicación anterior como la "cirugía del siglo"⁹. En Polonia, se realizaron 49.937 THA y 30.615 TKA en 2019¹⁰. A medida que aumenta la esperanza de vida, hay una tendencia al alza en el número proyectado de cirugías de artroplastia de cadera y rodilla. Se han hecho grandes esfuerzos para mejorar el diseño del implante, la técnica quirúrgica y el cuidado postoperatorio. Estos avances condujeron a una mejor oportunidad de restaurar la función del paciente y reducir el riesgo de complicaciones^11,12,13,14.

Sin embargo, el gran desafío que enfrentan actualmente los cirujanos ortopédicos en todo el mundo es trabajar con pacientes no estándar cuyos defectos anatómicos en la articulación de la cadera hacen que sea muy difícil o incluso imposible implementar un implante estándar¹⁵. La pérdida ósea puede deberse a traumatismos significativos, osteoartritis degenerativa progresiva con protrusión acetabular, displasia del desarrollo de cadera, cáncer óseo primario o metástasis 16,17,18,19,20. El problema de la selección de implantes se refiere específicamente a los pacientes que están en riesgo de múltiples revisiones, a veces también requieren un tratamiento no convencional. En tales casos, una solución muy prometedora es un implante impreso en 3D hecho aditivamente creado para un paciente específico y un defecto óseo, lo que permite un ajuste anatómico muy preciso²⁰.

En el campo de la artroplastia, el implante preciso y su fijación sostenible son cruciales. El progreso en la visualización 3D preoperatoria e intraoperatoria ha dado como resultado excelentes soluciones como realidad aumentada y mixta^21,22,23,24. El uso intraoperatorio de hologramas de tomografía computarizada (TC) ósea e implante puede permitir una mejor colocación de la prótesis que las imágenes de radiografía convencionales. Esta tecnología emergente puede aumentar las posibilidades de efectividad de la terapia y reducir el riesgo de complicaciones neurovasculares^21,25.

Este informe de caso se refiere a un paciente sometido a cirugía de revisión de cadera debido al aflojamiento aséptico. Para abordar la pérdida ósea significativa causada por múltiples fallas de implantes, se utilizó el implante acetabular impreso en 3D hecho a medida. Durante el procedimiento, utilizamos la realidad mixta para visualizar la posición del implante para evitar dañar las estructuras neurovasculares en riesgo. La aplicación implementada al casco de realidad mixta permite dar comandos de voz y gestos, lo que permite su uso en condiciones estériles durante el procedimiento quirúrgico.

Una mujer de 57 años ingresó en el departamento con un diagnóstico preliminar: aflojamiento del componente acetabular de la cadera izquierda. La historia de la enfermedad del paciente era extensa. A lo largo de su vida, se sometió a numerosos procedimientos quirúrgicos de la articulación de la cadera. El primer tratamiento fue el rejuvenecimiento de cadera debido a la artrosis causada por displasia de cadera (1977-15 años), el segundo fue una artroplastia total de cadera debido al aflojamiento del implante (1983-21 años) y otras dos cirugías de revisión (1998, 2000-37 y 39 años). Además, la paciente sufría de hemiplejía espástica del lado izquierdo causada por parálisis cerebral infantil, y fue operada repetidamente debido a la deformidad del pie zambo izquierdo. También estaba agobiada por la osteoartritis de la columna toracolumbar, el síndrome del túnel carpiano y la hipertensión arterial bien controlada. El diagnóstico final que precedió a la calificación para el siguiente procedimiento fue el dolor y el aumento de la limitación de la función causada por el aflojamiento del componente acetabular de la cadera izquierda. El paciente estaba muy motivado, físicamente activo y lidiando con la discapacidad.

Protocolo

El protocolo sigue las directrices del Comité de Ética de Investigación Humana de la Universidad Médica de Varsovia. El paciente dio su consentimiento informado para el procedimiento y reconoció el hecho de que será registrado. El paciente estuvo de acuerdo con eso antes del procedimiento.

NOTA: El criterio básico para incluir al paciente en el proyecto de cirugía fue la necesidad de intervenir debido a la disfunción anatómica, lo que imposibilitó el uso de un implante estándar. La realidad mixta tuvo como objetivo una mejor colocación de la prótesis, aumentando las posibilidades de éxito de la cirugía.

1. Preparación

1. Prepare un implante acetabular a medida y planifique el procedimiento quirúrgico antes de la hospitalización del paciente.
   NOTA: En este estudio de caso, personas expertas en el arte del diagnóstico por imágenes médicas prepararon el implante acetabular hecho a medida.
   1. Antes de la admisión planificada en el hospital, realice una radiografía en la unidad de diagnóstico por imágenes.
   2. Realizar una radiografía pélvica en una proyección anterior-posterior.
   3. Evaluar el estado actual de la pelvis del paciente basándose en la radiografía.
   4. Compare la imagen obtenida con las imágenes de rayos X anteriores.
2. Realice una tomografía computarizada pélvica y adquiera archivos DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) de acuerdo con el protocolo.
   1. Coloque al paciente en la plataforma móvil de tomografía computarizada.
   2. Haga clic en el botón de grosor y seleccione 512 x 512 px de grosor para los escaneos.
   3. Haga clic en el parámetro que determina el grosor de la capa de 1 mm.
   4. Inicie el procedimiento haciendo clic, espere el resultado de la prueba.
3. Pídale a un ingeniero que diseñe una propuesta de implante que se pueda enviar digitalmente como un esquema técnico, o un prototipo de modelo impreso en 3D (Figura 1).
   1. Visualice el resultado de la tomografía computarizada en el visor DICOM.
   2. Determinar las necesidades para la implementación del implante, teniendo en cuenta las condiciones anatómicas actuales del paciente, la biomecánica y la función de la articulación.
   3. Consulte al ingeniero para obtener sugerencias sobre implantes, incluida la fijación.
   4. Apruebe el proyecto y espere el envío.
      NOTA: La forma final del implante implica combinar datos 3D de la tomografía computarizada de un paciente con la entrada de un ingeniero de diseño y un cirujano.
4. Imprima el implante 3D hecho a medida a partir del polvo de aleación de titanio (TiAl6V4) utilizando la tecnología de haz de electrones^26,27. Dentro de una cámara que contiene pequeñas cantidades de polvo de TiAl6V4, cada vez que se dispara el haz de electrones, hay fusión selectiva y acumulación de material (recubrimiento de plasma).
5. Compruebe si el implante fue esterilizado. La esterilización de los ensayos de implantes y el implante final fue garantizado por el fabricante.

2. Chequeos preoperatorios

1. Realizar un estándar de pruebas de laboratorio y consultas con especialistas.
   1. Se excluyen los pacientes con posible infección articular periprotésica (sin características radiológicas, proteína C reactiva normal (<10 mg/L) y velocidad de sedimentación globular de 1-10 mm/h para mujeres, 3-15 mm/h para hombres).
2. Verificar los signos clínicos de infección como fiebre (sistémica), dolor, hinchazón, enrojecimiento (local) y reducción de la función articular²⁸.
   1. Excluir a los pacientes que tienen signos de inflamación local durante los exámenes clínicos (enrojecimiento, aumento de la temperatura, dolor, hinchazón y pérdida de función indican inflamación local). El paciente dio su consentimiento informado completo para la operación.

3. Modelo de realidad mixta

NOTA: El proceso se realiza para lograr una correcta visualización del implante y la pelvis, que se utilizará intraoperatoriamente.

1. Procese el archivo DICOM de TC pélvica en una representación holográfica utilizando una aplicación dedicada.
   1. Cargue la imagen CT en auriculares de realidad mixta desde archivos CT DICOM adquiridos.
      1. Abra el visor DICOM holográfico.
      2. Seleccione la carpeta que contiene los archivos CT DICOM.
      3. Compruebe la IP que se muestra cuando se encienden los auriculares e introdúzcala en un lugar designado en el visor DICOM holográfico.
      4. Haga clic en el botón Conectar para poder ver la visualización en el casco de realidad mixta.
   2. Segmentar las estructuras del tejido óseo de la pelvis. Esto se realiza manualmente utilizando la opción Tijeras . Cuando la opción está habilitada, el usuario hace clic con el botón izquierdo del ratón y mueve el ratón para eliminar las estructuras seleccionadas con esta herramienta.
      1. Finalice la selección con otro clic del botón izquierdo del mouse, que crea una ventana emergente para que el usuario confirme que desea cortar las estructuras seleccionadas.
         NOTA: El usuario puede elegir las áreas que se van a recortar de la visualización en las vistas 3D y 2D. Es posible eliminar las estructuras dentro o fuera de la selección. Esto se repite hasta que solo las partes necesarias de la imagen de TC sean visibles.
   3. Elija una función de transferencia predefinida (parámetros de visualización del color) dedicada a los procedimientos ortopédicos de la lista de funciones disponibles haciendo clic en su nombre: Endoprótesis ósea por TC. Si es necesario, ajuste la visualización cambiando la ventana y el nivel con el botón derecho del ratón conectado con el movimiento del ratón en la ventana de visualización 3D.
   4. Conéctese a los auriculares para ver la visualización preparada en el espacio holográfico 3D. Ajuste la imagen mediante comandos de voz: Rotar, Ampliar, Cortar inteligente y Gestos con las manos.
   5. Utilice el comando Cortar inteligente para utilizar y ajustar un plano de corte perpendicular a la línea de visión del usuario. Cuanto más se acerca el usuario a la cabeza hacia el holograma, más profundo va el avión.
   6. Realice estos movimientos para ver las partes internas de la visualización porque las estructuras que están ubicadas anteriormente al plano no se visualizan.
      NOTA: Esta vista es importante para evaluar las relaciones geométricas entre las estructuras (pelvis, fémur e implante) (Figura 2 y Figura 3).

4. Cirugía

1. Realizar el procedimiento quirúrgico de revisión de artroplastia de cadera debido al aflojamiento aséptico del componente acetabular con el uso de un implante acetabular hecho a medida y un dispositivo de realidad mixta^14,16,29. Use un bisturí, un cuchillo electroquirúrgico con un coagulador, una herramienta Luer y cortadores para la operación.
   1. Administre 1,5 g de ceftriaxona por vía intravenosa 30 minutos antes de la incisión en la piel, y se administrarán dos dosis posteriores el día de la cirugía para prevenir la infección. Iniciar la tromboprofilaxis el día antes de la cirugía con heparina de bajo peso molecular (HBPM). Continúe la dosis diaria única de 40 mg de enoxaparina durante 30 días después del procedimiento.
   2. Coloque y asegure al paciente bajo anestesia general, acostado en la mesa de operaciones.
   3. Libere las adherencias del tejido conectivo utilizando el acceso de Hardinge a la articulación de la cadera y retire el implante acetabular suelto.
   4. Realice la operación de la misma manera que otros procedimientos de revisión de la articulación de la cadera, pero utilice un acceso más amplio.
   5. Retire todos los tejidos blandos de la superficie del acetábulo para que la forma sea exactamente la misma que en el modelo proporcionado. El modelo de implante debe adherirse perfectamente a la superficie del hueso acetabular.
   6. Fije el nuevo implante sin cementar con tornillos especialmente diseñados que estabilizan el implante.
   7. Realizar un bloqueo del nervio femoral después de la cirugía.
2. Visualización holográfica intraoperatoria de imágenes procesadas
   1. Cargue la visualización de la tomografía computarizada DICOM preparada en la planificación pre-procedimental a la aplicación de realidad mixta.
   2. Conecte el casco de realidad mixta a la aplicación de realidad mixta para ver la visualización preparada en el espacio holográfico 3D.
   3. Utilice la visualización holográfica intraoperatoria de las imágenes procesadas para lograr una preparación adecuada y precisa de la superficie del hueso pélvico, así como para eliminar el exceso de tejido conectivo que se desarrolló como respuesta al aflojamiento del componente acetabular.
   4. Asegúrese de que el operador mira la visualización holográfica como una imagen de referencia.
   5. Use un bisturí, un cuchillo electroquirúrgico con un coagulador, una herramienta luer y cortadores para la operación. La visualización del modelo 3D de pelvis debe minimizar el riesgo de dañar las estructuras neurovasculares y los errores en la colocación del implante.
   6. Asegúrese de que la pantalla montada en la cabeza esté conectada a la estación de trabajo a través de una red WiFi. El procesamiento de las imágenes y la representación se realiza en la estación de trabajo y los resultados se muestran en los auriculares como hologramas. Usa gestos y comandos de voz. Si es necesario, obtenga ayuda de un ingeniero con vista previa de POV.

5. Cuidados postoperatorios

1. Hacer que el paciente se someta a un protocolo estándar de rehabilitación y recuperación, incluyendo rehabilitación y movilización el primer día después de la cirugía^30,31,32.
   NOTA: La rehabilitación fue implementada por un equipo dedicado con experiencia en la artroplastia de cadera y rodilla.
2. Implementar tromboprofilaxis farmacológica. La tromboprofilaxis se inició el día anterior a la cirugía con heparina de bajo peso molecular (HBPM). La dosis única diaria de 40 mg de enoxaparina se continuó durante 30 días después del procedimiento.

Resultados

Preprocesamiento de imágenes
Las máscaras binarias del hueso pélvico, fémur y endoprótesis fueron segmentadas semiautomáticamente a partir de imágenes DICOM de TC por tecnólogos radiológicos experimentados utilizando algoritmos de umbral y crecimiento de regiones con software disponible³³. Los mapas de etiquetas preparados también fueron corregidos manualmente por un radiólogo. Se utilizaron mapas de etiquetas para mejorar la visualización agregándolos a la tomogra...

Discusión

La artroplastia de cadera primaria y de revisión puede requerir personalización para garantizar la efectividad del tratamiento. Sin embargo, el uso de implantes personalizados requiere una preparación más larga para la cirugía en comparación con los procedimientos estándar. Los implantes impresos en 3D hechos a medida son la solución que brinda la oportunidad de restaurar la función en pacientes atípicos cuya enfermedad ha causado una destrucción ósea significativa²⁹. Las prótesis est...

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
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