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 לסיבוכים^11,12,13,14.

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 ומעורבת^21,22,23,24. 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-וסקולריים^21,25.

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

הפרוטוקול תואם את הנחיות ועדת האתיקה למחקר אנושי של האוניברסיטה הרפואית של ורשה. המטופל נתן הסכמה מדעת להליך והודה בעובדה שהוא יירשם. המטופל הסכים לכך לפני ההליך.

הערה: הקריטריון הבסיסי להכללת המטופל בפרויקט הניתוח היה הצורך להתערב בגלל חוסר התפקוד האנטומי, מה שלא אפשר להשתמש בשתל סטנדרטי. מציאות משולבת נועדה למיקום טוב יותר של התותבת, מה שהגדיל את הסיכויים לניתוח מוצלח.

1. הכנה

1. הכינו שתל אצטבולרי בהתאמה אישית ותכננו את ההליך הכירורגי לפני אשפוז המטופל.
   הערה: במקרה בוחן זה, אנשים המיומנים באמנות אבחון התמונה הרפואית הכינו את השתל האצטבולרי המותאם אישית.
   1. לפני הכניסה המתוכננת לבית החולים, בצע צילום רנטגן ביחידת ההדמיה האבחנתית.
   2. בצע צילום רנטגן של האגן בהקרנה קדמית-אחורית.
   3. להעריך את המצב הנוכחי של האגן של המטופל על סמך צילום רנטגן.
   4. השווה את התמונה שהתקבלה עם תמונות הרנטגן הקודמות.
2. בצע סריקת CT של האגן ורכוש קבצי DICOM (הדמיה דיגיטלית ותקשורת ברפואה) בהתאם לפרוטוקול.
   1. הנח את המטופל על פלטפורמת סריקת ה- CT הניתנת להזזה.
   2. לחץ על כפתור העובי ובחר עובי 512 x 512 פיקסלים עבור הסריקות.
   3. לחץ על הפרמטר הקובע את עובי השכבה 1 מ"מ.
   4. התחל את ההליך על ידי לחיצה, המתן לתוצאת הבדיקה.
3. בקשו ממהנדס לתכנן הצעת שתל שניתן לשלוח באופן דיגיטלי כסכימה טכנית, או כאב טיפוס של מודל מודפס בתלת-ממד (איור 1).
   1. הצג באופן חזותי את תוצאת הטומוגרפיה הממוחשבת במציג DICOM.
   2. לקבוע את הצרכים ליישום השתל, תוך התחשבות בתנאים האנטומיים הנוכחיים של המטופל, ביומכניקה, ואת תפקוד המפרק.
   3. התייעץ עם המהנדס לקבלת הצעות על שתלים, כולל קיבוע.
   4. אשר את הפרויקט והמתן למשלוח.
      הערה: הצורה הסופית של השתל כוללת שילוב של נתונים תלת-ממדיים מסריקת CT של המטופל עם קלט של מהנדס תכנון ומנתח.
4. הדפס את השתל התלת-ממדי המותאם אישית מאבקת סגסוגת טיטניום (TiAl6V4) באמצעות טכנולוגיית קרן אלקטרונים^26,27. בתוך תא המכיל כמויות קטנות של אבקת TiAl6V4, בכל פעם שקרן האלקטרונים נורה, יש התכה סלקטיבית והצטברות של חומר (ציפוי פלזמה).
5. בדוק אם השתל עבר עיקור. עיקור ניסויי השתל והשתל הסופי הובטח על ידי היצרן.

2. בדיקות לפני הניתוח

1. לבצע בדיקות מעבדה סטנדרטיות והתייעצויות עם מומחים.
   1. לא לכלול חולים עם זיהום פוטנציאלי במפרקים פריפרוסטטיים (ללא מאפיינים רדיולוגיים, חלבון c-reactive תקין (<10 מ"ג לליטר), ושיעור שקיעת כדורית הדם של 1-10 מ"מ/שעה לנשים, 3-15 מ"מ/שעה לגברים).
2. בדוק את הסימנים הקליניים של זיהום כגון חום (סיסטמי), כאבים, נפיחות, אדמומיות (מקומית) ותפקוד מפרקים מופחת²⁸.
   1. לא לכלול מטופלים שיש להם סימנים של דלקת מקומית במהלך הבדיקות הקליניות (אדמומיות, עלייה בטמפרטורה, כאב, נפיחות ואובדן תפקוד מצביעים על דלקת מקומית). המטופל נתן הסכמה מדעת מלאה לניתוח.

3. מודל מציאות משולבת

הערה: התהליך מבוצע כדי להשיג הדמיה נכונה של השתל והאגן, אשר תשמש תוך ניתוחית.

1. עבד את קובץ ה- DICOM CT של האגן לייצוג הולוגרפי באמצעות יישום ייעודי.
   1. טען את תמונת ה- CT למשקפי מציאות משולבת מקבצי CT DICOM שנרכשו.
      1. פתח את מציג DICOM ההולוגרפי.
      2. בחר את התיקייה המכילה קבצי CT DICOM.
      3. בדוק את כתובת ה-IP המוצגת כאשר האוזנייה מופעלת והזן אותה במקום ייעודי במציג DICOM ההולוגרפי.
      4. לחץ על לחצן התחבר כדי שתוכל לראות את התצוגה החזותית במשקפי המציאות המשולבת.
   2. לפלח את מבני רקמת עצם האגן. פעולה זו מתבצעת באופן ידני באמצעות האפשרות מספריים . כאשר האפשרות מופעלת, המשתמש לוחץ על לחצן העכבר השמאלי ומזיז את העכבר כדי להסיר את המבנים שנבחרו באמצעות כלי זה.
      1. סיים את הבחירה בלחיצה נוספת על לחצן העכבר השמאלי, מה שיוצר חלון קופץ עבור המשתמש כדי לאשר שהוא רוצה לחתוך את המבנים שנבחרו.
         הערה: המשתמש יכול לבחור אזורים שייחתכו מהתצוגה החזותית בתצוגות תלת-ממד ודו-ממדיות. ניתן להסיר את המבנים מתוך או מחוץ לבחירה. זה חוזר על עצמו עד שרק החלקים הדרושים של תמונת ה- CT נראים לעין.
   3. בחר פונקציית העברה מוגדרת מראש (פרמטרים להדמיית צבע) המוקדשת להליכים אורתופדיים מרשימת הפונקציות הזמינות על ידי לחיצה על שמה: CT Bone Endoprosthesis. במידת הצורך, התאם את הפריט החזותי על-ידי שינוי החלון והרמה באמצעות לחצן העכבר הימני המחובר לתנועת העכבר בחלון התצוגה החזותית התלת-ממדית.
   4. התחבר לאוזניות כדי לראות את התצוגה החזותית המוכנה במרחב ההולוגרפי התלת-ממדי. התאם/י את התמונה באמצעות פקודות קוליות: ״סובב״, ״זום״, ״גזור חכם״ ו״מחוות ידיים״.
   5. השתמשו בפקודה 'גזור חכם ' כדי להשתמש ולהתאים מישור חיתוך בניצב לקו הראייה של המשתמש. ככל שהמשתמש מזיז את הראש קרוב יותר לתוך ההולוגרמה, כך המטוס הולך עמוק יותר.
   6. בצע תנועות אלה כדי לראות את החלקים הפנימיים של ההדמיה מכיוון שמבנים הממוקמים קדמית למישור אינם חזותיים.
      הערה: תצוגה זו חשובה כדי להעריך את היחסים הגיאומטריים בין מבנים (אגן, עצם הירך והשתל) (איור 2 ואיור 3).

4. ניתוח

1. בצע את ההליך הכירורגי של תיקון מפרק הירך עקב התרופפות אספטית של הרכיב acetabular עם שימוש בשתל אצטבולרי בהתאמה אישית ומכשיר מציאות משולבת^14,16,29. השתמש באזמל, סכין אלקטרוכירורגית עם קרישה, כלי Luer וחותכים לניתוח.
   1. תן 1.5 גרם של ceftriaxone תוך ורידי 30 דקות לפני החתך בעור, ושתי מנות הבאות יש לתת ביום הניתוח כדי למנוע זיהום. ליזום טרומבופרופילקסיס ביום שלפני הניתוח עם הפרין במשקל מולקולרי נמוך (LMWH). המשך את המינון היומי היחיד של 40 מ"ג enoxaparin במשך 30 ימים לאחר ההליך.
   2. הניחו ואבטחו את המטופל בהרדמה כללית, בשכיבה על שולחן הניתוחים.
   3. שחררו את הידבקויות רקמת החיבור באמצעות הגישה של Hardinge למפרק הירך והסירו את השתל האצטבולרי הרופף.
   4. בצע את הפעולה באותו אופן כמו הליכי תיקון אחרים של מפרק הירך, אך השתמש בגישה רחבה יותר.
   5. הסר את כל הרקמות הרכות מפני השטח של acetabulum, כך הצורה היא בדיוק כמו המודל שסופק. מודל השתל חייב לדבוק באופן מושלם על פני השטח של העצם acetabular.
   6. תקן את השתל החדש ללא שינוי באמצעות ברגים שתוכננו במיוחד המייצבים את השתל.
   7. בצע בלוק עצב הירך לאחר הניתוח.
2. הדמיה הולוגרפית תוך-ניתוחית של תמונות מעובדות
   1. טען את התצוגה החזותית של סריקת DICOM CT שהוכנה בתכנון הקדם-פרוצדורלי ליישום המציאות המשולבת.
   2. חבר את משקפי המציאות המשולבת ליישום המציאות המשולבת כדי לראות את התצוגה החזותית המוכנה במרחב ההולוגרפי התלת-ממדי.
   3. השתמש בהדמיה הולוגרפית תוך ניתוחית של התמונות המעובדות כדי להשיג הכנה נאותה ומדויקת של פני עצם האגן, כמו גם להסרת עודף רקמת החיבור שהתפתחה כתגובה להתרופפות הרכיב האצטבלרי.
   4. ודא שהאופרטור מסתכל על התצוגה החזותית ההולוגרפית כתמונת ייחוס.
   5. השתמש באזמל, סכין אלקטרוכירורגית עם קרישה, כלי luer, וחותכים עבור הניתוח. הדמיה של מודל האגן התלת-ממדי אמורה למזער את הסיכון לפגיעה במבנים נוירו-וסקולריים ולטעויות במיקום השתלים.
   6. ודא שהצג המותקן על הראש מחובר לתחנת העבודה באמצעות רשת WiFi. עיבוד התמונות והעיבוד מתבצע בתחנת העבודה והתוצאות מוצגות באוזנייה כהולוגרמות. השתמש במחוות ובפקודות קוליות. במידת הצורך, קבל עזרה ממהנדס עם תצוגה מקדימה של POV.

5. טיפול לאחר הניתוח

1. לגרום למטופל לעבור פרוטוקול שיקום והחלמה סטנדרטי, כולל שיקום וגיוס ביום הראשון לאחר הניתוח^30,31,32.
   הערה: השיקום בוצע על ידי צוות מסור המנוסה במפרק הירך והברך.
2. ליישם תרומבופרופילקסיס פרמקולוגי. Thromboprophylaxis החלה ביום שלפני הניתוח עם הפרין במשקל מולקולרי נמוך (LMWH). המינון היומי היחיד של 40 מ"ג אנוקספרין נמשך במשך 30 יום לאחר ההליך.

תוצאות

עיבוד מקדים של תמונה
מסכות בינאריות של עצם האגן, עצם הירך והאנדופרוסטזה פולחו באופן אוטומטי למחצה מתמונות CT DICOM על ידי טכנולוגים רדיולוגיים מנוסים באמצעות אלגוריתמים של ספיגה וגידול אזורים עם תוכנה^{זמינה 33}. מפות התוויות שהוכנו תוקנו גם הן באופן ידני על ידי רדיולוג. ...

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...

Materials

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