L'uso della realtà mista nell'artroplastica dell'anca di revisione su misura: un primo caso clinico

Riepilogo

Una complessa artroplastica dell'anca di revisione è stata eseguita utilizzando un impianto personalizzato e una tecnologia di realtà mista. Secondo le conoscenze degli autori, questo è il primo rapporto di tale procedura descritta in letteratura.

Abstract

La tecnologia della stampa 3D e della visualizzazione di strutture anatomiche è in rapida crescita in vari campi della medicina. Un impianto su misura e una realtà mista sono stati utilizzati per eseguire un'artroplastica dell'anca di revisione complessa nel gennaio 2019. L'uso della realtà mista ha permesso un'ottima visualizzazione delle strutture e ha portato a una precisa fissazione dell'impianto. Secondo le conoscenze degli autori, questo è il primo caso clinico descritto dell'uso combinato di queste due innovazioni. La diagnosi che precedeva la qualifica per la procedura era l'allentamento della componente acetabolare dell'anca sinistra. Durante l'intervento sono stati utilizzati visori per realtà mista e ologrammi preparati dagli ingegneri. L'operazione ha avuto successo ed è stata seguita da una verticalizzazione precoce e dalla riabilitazione del paziente. Il team vede opportunità per lo sviluppo tecnologico nell'artroplastica articolare, nei traumi e nell'oncologia ortopedica.

Introduzione

La tecnologia della stampa tridimensionale (3D) e della visualizzazione di strutture complesse è in rapida crescita in vari campi della medicina. Questi includono chirurgia cardiovascolare, otorinolaringoiatria, chirurgia maxillo-facciale e, soprattutto, chirurgia ortopedica 1,2,3,4,5. Attualmente, questa tecnologia viene utilizzata in chirurgia ortopedica non solo nell'implementazione diretta di elementi stampati in 3D, ma anche nella formazione chirurgica, nella pianificazione preoperatoria o nella navigazione intraoperatoria ^6,7,8.

L'artroplastica totale dell'anca (THA) e l'artroplastica totale del ginocchio (TKA) sono una delle procedure chirurgiche ortopediche più frequentemente eseguite in tutto il mondo. A causa del significativo miglioramento della qualità della vita del paziente, la THA era stata descritta in una precedente pubblicazione come la "chirurgia del secolo"⁹. In Polonia, 49.937 THA e 30.615 TKA sono stati eseguiti nel 2019¹⁰. Con l'aumento dell'aspettativa di vita, c'è una tendenza al rialzo nel numero previsto di interventi di artroplastica dell'anca e del ginocchio. Sono stati fatti grandi sforzi per migliorare la progettazione degli impianti, la tecnica chirurgica e le cure postoperatorie. Questi progressi hanno portato a una migliore possibilità di ripristinare la funzione del paziente e ridurre il rischio di complicanze^11,12,13,14.

Tuttavia, la grande sfida attualmente affrontata dai chirurghi ortopedici di tutto il mondo è lavorare con pazienti non standard i cui difetti anatomici nell'articolazione dell'anca rendono molto difficile o addirittura impossibile implementare un impianto standard¹⁵. La perdita ossea può essere dovuta a traumi significativi, artrosi degenerativa progressiva con protrusione acetabolare, displasia dello sviluppo dell'anca, cancro osseo primario o metastasi 16,17,18,19,20. Il problema della selezione degli impianti riguarda specificamente i pazienti che sono a rischio di revisioni multiple, a volte che richiedono anche un trattamento non convenzionale. In questi casi, una soluzione molto promettente è un impianto stampato in 3D realizzato in additivo creato per un paziente specifico e un difetto osseo, consentendo una misura anatomica molto precisa²⁰.

Nel campo dell'artroplastica, l'impianto preciso e la sua fissazione sostenibile sono fondamentali. I progressi nella visualizzazione 3D preoperatoria e intraoperatoria hanno portato a soluzioni eccellenti come la realtà aumentata e mista^21,22,23,24. L'uso intraoperatorio di ologrammi di tomografia computerizzata (TC) ossea e implantare può consentire un migliore posizionamento della protesi rispetto alle immagini radiografiche convenzionali. Questa tecnologia emergente può aumentare le possibilità di efficacia della terapia e ridurre il rischio di complicanze neurovascolari^21,25.

Questo caso clinico riguarda un paziente sottoposto a intervento chirurgico di revisione dell'anca a causa di allentamento asettico. Per affrontare una significativa perdita ossea causata da fallimenti multipli dell'impianto, è stato utilizzato l'impianto acetabolare stampato in 3D su misura. Durante la procedura, abbiamo utilizzato la realtà mista per visualizzare la posizione dell'impianto per evitare di danneggiare le strutture neurovascolari a rischio. L'applicazione implementata per il visore di realtà mista consente di dare comandi vocali e gestuali, rendendo possibile l'utilizzo in condizioni sterili durante la procedura chirurgica.

Una donna di 57 anni è stata ricoverata in reparto con una diagnosi preliminare: allentamento della componente acetabolare dell'anca sinistra. La storia della malattia del paziente era ampia. Nel corso della sua vita, ha subito numerose procedure chirurgiche dell'articolazione dell'anca. Il primo trattamento è stato il resurfacing dell'anca a causa dell'artrosi causata dalla displasia dell'anca (1977-15 anni), il secondo è stato un'artroplastica totale dell'anca dovuta all'allentamento dell'impianto (1983-21 anni) e altri due interventi di revisione (1998, 2000-37 e 39 anni). Inoltre, la paziente soffriva di emiplegia spastica del lato sinistro causata da paralisi cerebrale infantile ed è stata ripetutamente operata a causa di una deformità del piede torto sinistro. Era anche gravata da artrosi della colonna vertebrale toracolombare, sindrome del tunnel carpale e ipertensione arteriosa ben controllata. La diagnosi finale che precedeva la qualifica per la procedura successiva era il dolore e la crescente limitazione della funzione causata dall'allentamento della componente acetabolare dell'anca sinistra. Il paziente era altamente motivato, fisicamente attivo e affrontava la disabilità.

Protocollo

Il protocollo segue le linee guida del Comitato etico per la ricerca umana dell'Università di medicina di Varsavia. Il paziente ha dato il consenso informato alla procedura e ha riconosciuto il fatto che sarà registrata. Il paziente ha accettato prima della procedura.

NOTA: Il criterio base per includere il paziente nel progetto chirurgico era la necessità di intervenire a causa della disfunzione anatomica, che rendeva impossibile l'utilizzo di un impianto standard. La realtà mista mirava a un migliore posizionamento della protesi, aumentando le possibilità di successo dell'intervento chirurgico.

1. Preparazione

1. Preparare un impianto acetabolare su misura e pianificare la procedura chirurgica prima del ricovero del paziente.
   NOTA: In questo caso di studio, persone esperte nell'arte della diagnostica per immagini mediche hanno preparato l'impianto acetabolare su misura.
   1. Prima del ricovero programmato in ospedale, eseguire una radiografia nell'unità di diagnostica per immagini.
   2. Eseguire una radiografia pelvica in una proiezione antero-posteriore.
   3. Valutare le condizioni attuali del bacino del paziente in base alla radiografia.
   4. Confrontare l'immagine ottenuta con le immagini a raggi X precedenti.
2. Fai una TAC pelvica e acquisisci i file DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) secondo il protocollo.
   1. Posizionare il paziente sulla piattaforma di scansione TC mobile.
   2. Fare clic sul pulsante spessore e selezionare lo spessore 512 x 512 px per le scansioni.
   3. Fare clic sul parametro che determina lo spessore dello strato di 1 mm.
   4. Avviare la procedura facendo clic, attendere il risultato del test.
3. Chiedi a un ingegnere di progettare una proposta di impianto che può essere inviata digitalmente come schema tecnico o un prototipo di modello stampato in 3D (Figura 1).
   1. Visualizzare il risultato della tomografia computerizzata nel visualizzatore DICOM.
   2. Determinare le esigenze per l'implementazione dell'impianto, tenendo conto delle attuali condizioni anatomiche del paziente, della biomeccanica e della funzione dell'articolazione.
   3. Consultare l'ingegnere per suggerimenti sugli impianti, compresa la fissazione.
   4. Approva il progetto e attendi la spedizione.
      NOTA: La forma finale dell'impianto prevede la combinazione dei dati 3D della TAC di un paziente con l'input di un ingegnere progettista e di un chirurgo.
4. Stampa l'impianto 3D personalizzato dalla polvere in lega di titanio (TiAl6V4) utilizzando la tecnologia a fascio di elettroni^26,27. All'interno di una camera contenente piccole quantità di polvere TiAl6V4, ogni volta che viene sparato il fascio di elettroni, c'è fusione selettiva e accumulo di materiale (rivestimento al plasma).
5. Controllare se l'impianto è stato sterilizzato. La sterilizzazione delle prove implantari e l'impianto finale sono stati garantiti dal produttore.

2. Controlli pre-chirurgici

1. Eseguire test di laboratorio standard di cura e consultazioni specialistiche.
   1. Escludere i pazienti con potenziale infezione dell'articolazione periprotesica (nessuna caratteristica radiologica, proteina c-reattiva normale (<10 mg/L) e velocità di eritrosedimentazione di 1-10 mm/h per le donne, 3-15 mm/h per gli uomini).
2. Verificare la presenza di segni clinici di infezione come febbre (sistemica), dolore, gonfiore, arrossamento (locale) e ridotta funzionalità articolare²⁸.
   1. Escludere i pazienti che presentano segni di infiammazione locale durante gli esami clinici (arrossamento, aumento della temperatura, dolore, gonfiore e perdita di funzione indicano infiammazione locale). Il paziente ha dato il completo consenso informato all'operazione.

3. Modello di realtà mista

NOTA: Il processo viene eseguito per ottenere una corretta visualizzazione dell'impianto e del bacino, che verrà utilizzata intraoperatoriamente.

1. Elabora il file DICOM CT pelvico in una rappresentazione olografica utilizzando un'applicazione dedicata.
   1. Caricare l'immagine CT in un visore per realtà mista dai file DICOM CT acquisiti.
      1. Aprire il visualizzatore DICOM olografico.
      2. Selezionare la cartella contenente i file CT DICOM.
      3. Controllare l'IP visualizzato all'accensione dell'auricolare e inserirlo in una posizione designata nel visualizzatore DICOM olografico.
      4. Fare clic sul pulsante Connetti per poter vedere la visualizzazione nel visore di realtà mista.
   2. Segmentare le strutture del tessuto osseo del bacino. Questa operazione viene eseguita manualmente utilizzando l'opzione Forbici . Quando l'opzione è abilitata, l'utente fa clic con il pulsante sinistro del mouse e sposta il mouse per rimuovere le strutture selezionate con questo strumento.
      1. Termina la selezione con un altro clic del pulsante sinistro del mouse, che crea un pop-up per l'utente per confermare che vuole tagliare le strutture selezionate.
         NOTA: l'utente può scegliere le aree da ritagliare dalla visualizzazione sia nelle viste 3D che 2D. È possibile rimuovere le strutture dall'interno o dall'esterno della selezione. Questo viene ripetuto fino a quando non sono visibili solo le parti necessarie dell'immagine TC.
   3. Scegli una funzione di trasferimento predefinita (parametri di visualizzazione del colore) dedicata alle procedure ortopediche dall'elenco delle funzioni disponibili cliccando sul suo nome: CT Endoprotesi ossea. Se necessario, regolare la visualizzazione cambiando la finestra e il livello utilizzando il pulsante destro del mouse collegato al movimento del mouse nella finestra di visualizzazione 3D.
   4. Connettersi all'auricolare per visualizzare la visualizzazione preparata nello spazio olografico 3D. Regola l'immagine usando i comandi vocali: Ruota, Zoom, Taglia in modo intelligente e Gesti delle mani.
   5. Utilizzate il comando Taglia intelligente per utilizzare e regolare un piano di taglio perpendicolare alla linea di vista dell'utente. Più l'utente si avvicina all'ologramma, più profondo va il piano.
   6. Eseguite questi movimenti per vedere le parti interne della visualizzazione perché le strutture che si trovano anteriormente al piano non vengono visualizzate.
      NOTA: Questa vista è importante per valutare le relazioni geometriche tra le strutture (bacino, femore e impianto) (Figura 2 e Figura 3).

4. Chirurgia

1. Eseguire la procedura chirurgica di revisione artroplastica dell'anca dovuta all'allentamento asettico della componente acetabolare con l'uso di un impianto acetabolare su misura e dispositivo di realtà mista^14,16,29. Utilizzare un bisturi, un coltello elettrochirurgico con un coagulatore, uno strumento Luer e taglierine per l'operazione.
   1. Somministrare 1,5 g di ceftriaxone per via endovenosa 30 minuti prima dell'incisione cutanea e due dosi successive devono essere somministrate il giorno dell'intervento chirurgico per prevenire l'infezione. Iniziare la tromboprofilassi il giorno prima dell'intervento chirurgico con eparina a basso peso molecolare (LMWH). Continuare la singola dose giornaliera di 40 mg di enoxaparina per 30 giorni dopo la procedura.
   2. Posizionare e fissare il paziente in anestesia generale, sdraiato sul tavolo operatorio.
   3. Rilasciare le aderenze del tessuto connettivo utilizzando l'accesso Hardinge all'articolazione dell'anca e rimuovere l'impianto acetabolare allentato.
   4. Eseguire l'operazione allo stesso modo di altre procedure di revisione dell'articolazione dell'anca, ma utilizzare un accesso più ampio.
   5. Rimuovere tutti i tessuti molli dalla superficie dell'acetabolo in modo che la forma sia esattamente la stessa del modello fornito. Il modello implantare deve aderire perfettamente alla superficie dell'osso acetabolare.
   6. Fissare il nuovo impianto non cementato utilizzando viti appositamente progettate che stabilizzano l'impianto.
   7. Eseguire un blocco del nervo femorale dopo l'intervento chirurgico.
2. Visualizzazione olografica intraoperatoria delle immagini elaborate
   1. Caricare la visualizzazione della scansione TC DICOM preparata nella pianificazione pre-procedurale nell'applicazione di realtà mista.
   2. Collegare il visore per la realtà mista all'applicazione di realtà mista per visualizzare la visualizzazione preparata nello spazio olografico 3D.
   3. Utilizzare la visualizzazione olografica intraoperatoria delle immagini elaborate per ottenere una preparazione adeguata e precisa della superficie ossea pelvica e per la rimozione dell'eccesso di tessuto connettivo che si è sviluppato come risposta all'allentamento della componente acetabolare.
   4. Assicurarsi che l'operatore consideri la visualizzazione olografica come immagine di riferimento.
   5. Utilizzare un bisturi, un coltello elettrochirurgico con un coagulatore, uno strumento luer e taglierine per l'operazione. La visualizzazione del modello 3D del bacino dovrebbe ridurre al minimo il rischio di danneggiare le strutture neurovascolari e di errori nel posizionamento dell'impianto.
   6. Assicurarsi che il display montato sulla testa sia collegato alla workstation tramite una rete WiFi. L'elaborazione delle immagini e il rendering vengono eseguiti sulla workstation e i risultati vengono visualizzati sull'auricolare come ologrammi. Usa gesti e comandi vocali. Se necessario, chiedi aiuto a un ingegnere con un'anteprima POV.

5. Cure postoperatorie

1. Sottoporre il paziente a un protocollo standard di riabilitazione e recupero, compresa la riabilitazione e la mobilizzazione il primo giorno dopo l'intervento chirurgico^30,31,32.
   NOTA: La riabilitazione è stata implementata da un team dedicato esperto nell'artroplastica dell'anca e del ginocchio.
2. Implementare la tromboprofilassi farmacologica. La tromboprofilassi è stata iniziata il giorno prima dell'intervento chirurgico con eparina a basso peso molecolare (LMWH). La dose singola giornaliera di 40 mg di enoxaparina è stata continuata per 30 giorni dopo la procedura.

Risultati

Pre-elaborazione delle immagini
Le maschere binarie dell'osso pelvico, del femore e dell'endoprotesi sono state segmentate semi-automaticamente dalle immagini CT DICOM da esperti tecnologi radiologici utilizzando algoritmi di soglia e crescita regionale con software disponibile³³. Anche le mappe delle etichette preparate sono state corrette manualmente da un radiologo. Le mappe delle etichette sono state utilizzate per migliorare la visualizzazione aggiungendole alla scansione ...

Discussione

L'artroplastica primaria e di revisione dell'anca può richiedere la personalizzazione per garantire l'efficacia del trattamento. Tuttavia, l'uso di impianti personalizzati richiede una preparazione più lunga per la chirurgia rispetto alle procedure standard. Gli impianti stampati in 3D su misura sono la soluzione che dà la possibilità di ripristinare la funzione in pazienti non tipici la cui malattia ha causato una significativa distruzione ossea²⁹. Le protesi standard sono insufficienti a cau...

Materiali

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