Arthroplasti PSI 3D

Dokter bedah dan insinyur selalu mencari cara baru untuk mengoptimalkan penempatan bedah pada implan arthroplasti sendi. Alat bantu khusus pasien (patient-specific instrumentation/PSI) dikembangkan melalui prototipe cepat, dan sudah berhasil diaplikasikan secara luas dalam aplikasi klinis pada arthroplasti lutut. Meskipun PSI 3D telah digunakan dalam arthroplasti bahu, belum jelas apakah metode ini meningkatkan akurasi dan hasil dibandingkan dengan pendekatan tradisional baik dalam arthroplasti bahu maupun lutut. Penggunaan PSI dalam arthroplasti panggul terbatas pada penempatan implan buatan khusus dan hanya sejumlah kecil dokter bedah yang mengevaluasi pilihan pengembangan dari berbagai produsen. Hasil awal menunjukkan bahwa penggunaan PSI dalam arthroplasti panggul menghasilkan penempatan implan yang konstan dan benar, namun dengan biaya yang lebih tinggi dan dampak yang tidak diketahui pada hasil klinis.

PSI 3D dan Arthroplasti Sendi

Implan bedah dan faktor pasien memiliki pengaruh terhadap fungsi klinis arthroplasti panggul. Penempatan komponen, misalnya, adalah faktor risiko yang dapat dimodifikasi dan telah dikaitkan dengan ketidakpuasan pasien, pergeseran, keausan, impingement, rentang gerak terbatas, dan ketidakseimbangan panjang kaki. Kendurannya acetabular terjadi setelah arthroplasti panggul pada hingga 50% kasus. Bedah dengan bantuan komputer dan robotik telah digunakan untuk meningkatkan akurasi penempatan komponen dalam arthroplasti panggul, tetapi adopsinya lambat karena harga yang tinggi, waktu operasi yang lebih lama, dan tantangan logistik lainnya. Arthroplasti panggul PSI 3D telah dilaporkan berhasil.

Alat bantu khusus pasien (PSI) baru-baru ini dikembangkan untuk membantu penempatan komponen selama arthroplasti panggul. Metode ini menggunakan teknik pencitraan CT dan MRI untuk merencanakan bedah dalam lingkungan tiga dimensi (3D) virtual. Dokter bedah kemudian dapat merencanakan orientasi dan posisi implan relatif terhadap kerangka acuan standar dan melaksanakan rencana tersebut dengan menggunakan instruksi pasien intraoperatif sederhana.

Sejak pertama kali diperkenalkan pada pertengahan tahun 1980-an untuk produksi produk dan mesin rumah tangga, prototipe cepat telah digunakan dalam berbagai aplikasi medis dan non-medis. PSI berkembang dari hal ini dan saat ini digunakan dalam berbagai spesialisasi bedah. Penggunaan pertama kali dalam ortopedi adalah untuk mengembangkan panduan yang membantu penempatan sekrup pedikel pada tulang belakang pada tahun 1998, dan sejak itu meluas untuk meliputi panduan untuk arthroplasti bahu, panggul, lutut, dan pergelangan kaki dalam bedah elektif dan trauma.

PSI semakin banyak digunakan secara komersial dalam arthroplasti panggul total untuk menciptakan panduan pemasangan dan pemotongan khusus; namun, studi baru-baru ini mempertanyakan apakah PSI meningkatkan akurasi penempatan implan atau hasil klinis dibandingkan dengan instrumen tradisional. Penggunaan PSI dalam arthroplasti bahu dan pergelangan kaki telah menunjukkan hasil awal yang menggembirakan dalam hal akurasi penempatan implan; namun, aplikasi komersialnya belum terbentuk, dan tidak ada studi yang menunjukkan perbaikan hasil klinis dalam arthroplasti bahu atau pergelangan kaki.

Aplikasi PSI 3D dalam Arthroplasti Panggul

Dalam arthroplasti panggul, PSI digunakan untuk meningkatkan akurasi penempatan komponen asetabulum dan femoral. Ukuran cangkir, medialisasi implan, anteversi, dan inklinasi adalah tujuan dari sistem panduan asetabulum. Sistem panduan femoral berusaha untuk mengoptimalkan ukuran dan lokasi batang, serta offset, panjang kaki, dan versi batang. Secara internasional, saat ini terdapat empat sistem komersial yang tersedia. Beberapa paten juga telah diterbitkan mengenai perangkat yang telah diperbarui untuk meningkatkan desain yang ada. Di Amerika Serikat dan Eropa, Signature Hip (Zimmer Biomet), OPS (Corin Group), dan MyHip (Medacta) saat ini tersedia.

Untuk membuat model khusus pasien dan membuat panduan serta implan yang diperlukan, semua sistem membutuhkan pencitraan praoperasi dengan CT atau MRI. CT memiliki kesulitan dalam menggambarkan jaringan lunak dan memberikan anatomi tulang yang terdefinisi dengan baik dengan tingkat artefak yang rendah. Sistem komersial yang tersedia menggunakan regimen radiasi dosis rendah yang memberikan paparan radiasi sedikit lebih tinggi daripada radiografi konvensional, dengan periode pemindaian selama 11 menit dan biaya langsung untuk pasien sebesar 55 dolar.

Keempat sistem PSI panggul yang dipasarkan secara komersial menyediakan panduan untuk penyesuaian komponen asetabulum, tetapi hanya dua di antaranya yang mencakup panduan untuk orientasi komponen femoral. Teknik bedah bervariasi tergantung pada produknya, dengan pendekatan bedah anterior, posterior, dan lateral yang dapat diakses berdasarkan sistem yang digunakan.

Meskipun model-model masa depan mungkin memiliki komponen panduan, kedalaman pengeboran asetabulum dan oleh karena itu perencanaan medialisasi implan yang benar masih ditentukan oleh tangan dan penilaian profesional. Jika diperlukan, pin dapat digunakan untuk memandu posisi bor. Sebelum mencoba implantasi ke pasien, model asetabulum cetak 3D tersedia untuk membantu memahami anatomi spesifik pasien dan bagaimana panduan/implan harus cocok.

Panduan penempatan terbatas dan tidak terbatas dibagi menjadi dua kelompok, tergantung pada apakah panduan hanya menggambarkan arah implantasi yang benar atau membantu secara fisik dalam penempatan. Titik referensi jaringan tulang dan lunak (seperti ligamen asetabulum transversal) digunakan untuk menanamkan template khusus ke dalam asetabulum, memastikan penempatan panduan yang akurat. Pemaparan bedah penting pada tahap ini, seperti pada bedah yang dipandu secara konvensional. Pin atau laser digunakan untuk memandu penempatan implan. Semua perlu berhati-hati saat mempersiapkan situs bedah, terutama saat menghilangkan jaringan lunak untuk menghindari penghilangan titik referensi yang diperlukan dalam perencanaan.

Apakah PSI 3D Meningkatkan Akurasi Orientasi Cangkir?

Buller et al. melakukan uji simulasi pada tulang kering dengan tujuh dokter bedah yang melakukan arthroplasti panggul total tradisional diikuti oleh arthroplasti panggul total yang dipandu PSI. Tujuan bedah adalah untuk memasang implan asetabulum dengan presisi 22 derajat anteversi dan 40 derajat inklinasi, sesuai dengan perencanaan. Enam dari tujuh komponen asetabulum dalam kelompok instrumen standar berada dalam posisi yang tidak memuaskan dalam hal inklinasi dan versi. Tiga dari tujuh komponen asetabulum dalam kelompok PSI tidak sejajar dalam hal versi, tetapi tidak ada yang tidak sejajar dalam hal inklinasi.

Shandiz et al. melakukan studi pasca kematian di mana 12 panggul ditanamkan dengan komponen asetabulum yang dipandu PSI. Pemindaian CT praoperatif digunakan untuk merencanakan bedah, dan pemindaian CT pascaoperatif dilakukan untuk mengevaluasi penempatan implan dan orientasi. Hal ini menunjukkan kemampuan untuk menempatkan komponen dengan presisi menggunakan panduan PSI hingga 2,5 derajat dari posisi yang direncanakan, dengan deviasi maksimum dari posisi yang direncanakan sebesar 2,7 derajat.

Schwarzkopf et al. menggunakan Bullseye Hip Replacement Instruments PSI untuk persiapan asetabulum dan penempatan cangkir pada studi pasca kematian dengan 14 komponen asetabulum. CT dan MRI praoperatif digunakan untuk mengevaluasi rencana bedah dan membangun PSI. Presisi penempatan implan ditunjukkan menggunakan gambar CT pascaoperatif. Semua dimensi implan yang ditanamkan sesuai dengan dimensi implan yang direncanakan sebelum operasi, dan sudut inklinasi dan anteversi cangkir asetabulum berada dalam rentang yang diinginkan.

Small et al. mengamati 18 pasien yang menjalani arthroplasti panggul total (Total hip arthroplasty/THA) dengan instrumen konvensional dan 18 pasien yang menjalani THA dengan PSI dalam studi prospektif acak terkontrol. Citra CT digunakan untuk membandingkan hasil yang diharapkan dan hasil sebenarnya sebelum dan setelah bedah. Temuan tersebut mengungkapkan perbedaan yang signifikan secara statistik antara instrumen standar dan instrumen khusus pasien (PSI) dalam hal versi komponen asetabulum. Perbedaan inklinasi tidak signifikan secara statistik.

Spencer-Gardner et al. mengobati 100 pasien dengan menggunakan PSI untuk penempatan cangkir dalam studi prospektif. Mereka menggunakan perangkat lunak perencanaan CT 3D untuk menentukan inklinasi asetabulum dan versi yang terbaik untuk setiap pasien sebelum bedah. Setiap pasien menjalani pendekatan bedah posterolateral, dengan implan asetabulum ditempatkan dengan presisi menggunakan sistem panduan laser PSI. Akurasi penempatan implan ditentukan dengan membandingkan posisi aktual dengan perencanaan praoperatif menggunakan CT 3D. Mereka menunjukkan penempatan yang presisi dengan selisih hingga 5 derajat pada 54 persen kasus dan hingga 10 derajat pada 91 persen kasus. Hasil ini setara dengan pendekatan navigasi robotik dan bantuan bedah berbasis komputer.

Beberapa kesalahan yang teridentifikasi dalam penempatan cangkir yang berhasil meliputi kesalahan yang terjadi selama prosedur impaksi penempatan cangkir. Pada tahap ini, disarankan untuk lebih berhati-hati. Selain itu, keberadaan osteofit dapat mempersulit penempatan yang tepat dari panduan PSI dan harus dipertimbangkan dalam melaksanakan rencana bedah.

Apakah Penggunaan PSI 3D Mempengaruhi Durasi Bedah?

Menurut Hananouchi et al., rata-rata waktu bedah dengan PSI adalah 106 menit, dibandingkan dengan 116 menit dengan instrumen normal. Perbedaan ini tidak signifikan. Panduan bedah digunakan rata-rata selama 3,6 menit dalam kelompok PSI.

Spencer-Gardner et al. menemukan bahwa penggunaan PSI meningkatkan total waktu operasi sebesar 3 hingga 5 menit. Perbandingan ini dibandingkan dengan peningkatan waktu sebesar 8 hingga 58 menit dalam THA yang dinavigasi. Ito et al. menggunakan PSI untuk penempatan komponen femoral, dan rata-rata waktu bedah adalah 111 menit. Small et al. menunjukkan bahwa kelompok PSI memiliki rata-rata waktu bedah 95 menit dibandingkan dengan 88 menit untuk kelompok instrumen normal; namun, perbedaan ini tidak signifikan secara statistik.

Apakah PSI 3D Berguna dalam Kasus dengan Defek Tulang Massif dan Anatomi yang Tidak Normal?

Penggunaan panduan PSI yang saat ini tersedia untuk arthroplasti panggul tidak dianjurkan pada pasien dengan deformitas yang signifikan dan struktur atau kualitas tulang yang tidak mencukupi. Untuk mengarahkan instrumen intraoperatif, pemodelan dinamis yang digunakan dengan PSI memerlukan anatomi yang tepat dan lokasi lampiran yang keras. Dengan kemajuan lebih lanjut dalam desain panduan ini, sistem ini mungkin dapat digunakan pada pasien dengan deformitas yang lebih parah.

Berapa Biaya Tambahan PSI 3D dalam Operasi?

Sebagian besar dokter bedah akan menggunakan PSI yang disediakan secara komersial, yang menambah rata-rata 370 dolar untuk setiap kasus bedah. Hananouchi et al. memperkirakan biaya awal hingga 150.000 dolar untuk produksi PSI rumah sakit individu pada tahun 2010, termasuk 15.000 hingga 30.000 dolar untuk perangkat lunak dan 120.000 dolar untuk mesin prototipe cepat itu sendiri, serta biaya material per kasus sebesar 50 hingga 100 dolar. Meskipun dampak jangka panjang dari panduan ini dalam mengurangi kebutuhan perawatan medis di masa depan untuk kegagalan awal implan yang ditempatkan secara tidak tepat belum diketahui, manfaat keuangan potensial mungkin melebihi biaya tambahan awal.

Apakah Penggunaan PSI 3D Mempengaruhi Efek Intraoperatif Lainnya?

Kehilangan Darah

Hananouchi et al. menemukan bahwa PSI menyebabkan kehilangan darah sebesar 655 mL dibandingkan dengan 683 mL untuk instrumen konvensional; namun, perbedaan ini tidak signifikan secara statistik. Dalam penggunaan PSI untuk komponen femoral, Ito et al. melaporkan rata-rata perkiraan kehilangan darah sebesar 356 mL. Small et al. menemukan bahwa kelompok PSI kehilangan rata-rata 200 mL darah dibandingkan dengan 150 mL dalam kelompok instrumen konvensional; namun, perbedaan ini tidak signifikan secara statistik.

Komplikasi Pascaoperasi

Dalam sebuah studi terhadap 100 pasien yang menerima PSI untuk penempatan cangkir, Spencer-Gardner et al. melaporkan satu komplikasi: pecahnya lapisan keramik akibat penempatan yang tidak memadai, yang memerlukan penggantian liner revisi. Dalam sebuah studi terhadap 10 pasien, Ito et al. melaporkan tidak ada masalah atau operasi revisi setelah menggunakan instrumen khusus pasien untuk penempatan batang femoral. Small et al. tidak menemukan komplikasi dalam kelompok PSI dan satu komplikasi dalam kelompok instrumen konvensional dalam sebuah uji acak terkontrol terhadap 18 kasus PSI dan 18 kasus instrumen standar.

Bagaimana Perbandingan 3D PSI dengan Sistem Robotik dan Navigasi Komputer?

Pemindaian CT 3D juga digunakan dalam bedah arthroplasti panggul berbantuan robot, memungkinkan perencanaan penempatan dan ukuran implan praoperatif. Sistem berbantuan robot dapat dirancang untuk secara fisik mempersiapkan tulang (aktif) atau mencegah dokter bedah melakukan pengerokan melebihi batas yang telah ditentukan. Meskipun bedah berbantuan robot terbukti sebagai metode bedah yang dapat diandalkan, metode ini dihadapkan pada keraguan karena kekhawatiran tentang kesederhanaan penggunaan dan harga yang tinggi.

Pemindaian CT, fluoroskopi, atau teknik navigasi tanpa gambar digunakan dalam bedah arthroplasti panggul berbantuan navigasi komputer. Navigasi CT relatif tidak terpengaruh oleh teknik akses minimal, dan hasil klinis jangka panjangnya telah positif. Masalah biaya dan paparan radiasi dengan navigasi CT, serta kekhawatiran tentang akurasi dengan navigasi fluoroskopi dan tanpa gambar, telah menghambat penerimaan oleh dokter bedah.

PSI untuk arthroplasti panggul masih dalam tahap awal aplikasi klinis; meskipun penelitian yang menetapkan akurasi penempatan implan terlihat menjanjikan, data klinis jangka panjang masih harus dipublikasikan. Penggunaan PSI juga meningkatkan biaya keseluruhan prosedur, serta kemungkinan memperpanjang waktu operasi, tergantung pada kompleksitas kasus dan keterampilan dokter bedah.

Bidang-bidang di Mana Cetak 3D Memainkan Peran Penting dalam Bedah

Cetak 3D Memainkan Peran Penting dalam Bedah

• Evaluasi praoperatif: model nyata memungkinkan dokter bedah untuk melihat dan merasakan patologi penyakit dalam tiga dimensi. Dokter bedah ortopedi, dokter bedah penggantian sendi, dokter bedah jantung, dan dokter bedah maksilofasial akan menemukan hal ini sangat berharga. Dokter bedah onkologi juga akan mendapatkan manfaat dari teknologi ini karena memungkinkan mereka untuk merencanakan reseksi dan rekonstruksi yang ideal.
• Instrumen pasien khusus (disesuaikan): teknologi ini telah mengalami perkembangan signifikan dalam pengembangan instrumen pasien khusus. Prototipe cepat dapat digunakan untuk membuat jig dan alat pemotong yang sesuai setelah bagian belakang telah menyelesaikan desain dan simulasi. Beberapa perusahaan sedang bekerja keras untuk mengembangkan teknologi ini, dan beberapa perangkat properti, seperti Signature dari Biomet dan Visionaire dari Smith & Nephew, sudah tersedia secara internasional.
• Implan disesuaikan: dalam waktu dekat, implant disesuaikan akan digunakan sebagai pengganti implant ukuran satu untuk semua orang dan beberapa gangguan tertentu. Ini tidak hanya akan memperpanjang masa pakai implant dan meningkatkan kinematikanya, tetapi juga akan memastikan bahwa bagian alami yang tidak rusak tetap terjaga. Di Amerika Serikat, ConforMIS sudah tersedia untuk penggunaan terbatas sebagai implant pasien khusus.
• Pendidikan pasien: selain berfungsi sebagai alat pengajaran bagi penduduk dan fellow bedah, model cetak 3D juga dapat digunakan untuk mendidik pasien. Pasien dapat lebih memahami proses penyakit mereka, intervensi yang direncanakan, dan berpartisipasi dalam pengambilan keputusan yang berbasis pengetahuan. Hal ini terutama berlaku untuk terapi di mana detail teknis dapat menjadi menakutkan bagi pasien dan keluarganya.

Teknologi Cetak 3D PSI yang Tersedia

Model Fused Deposit

Ini juga dikenal sebagai manufaktur aditif dan merupakan teknologi paling umum yang tersedia bagi para dokter bedah. Sebutir bahan termoplastik dimasukkan ke dalam kepala ekstrusi, yang memanaskan bahan menjadi keadaan semi padat. Bahan termoplastik semi padat atau substansi serupa kemudian diekstrusi oleh kepala ekstrusi. Citra aksial diubah menjadi bahasa yang dapat dicetak oleh mesin yang disampaikan lapis demi lapis sebagai reproduksi potongan aksial menggunakan perangkat lunak khusus.

Manufaktur Digital Langsung

Dalam situasi ini, peralatan mencetak produk akhir secara langsung. Mesin mencetak bahan yang cocok untuk penggunaan akhir, sehingga produk yang dicetak siap digunakan. Implan yang terbuat dari bahan baru seperti titanium dan tantalum, serta bio-keramik seperti hidroksiapatit dan tricalcium phosphate, bisa menjadi contoh dalam profesi medis. Dengan teknologi ini, pasien dapat menerima produk yang disesuaikan, seperti penyangga, spacer, prostetik, atau tulang buatan untuk kelainan. Menurut para penggemar teknologi, sebagian besar protesa dan implan yang tersedia di masa depan akan diproduksi menggunakan teknologi ini.

Polyjet

Teknologi ini membantu dalam pembuatan bagian yang sangat presisi dan memiliki keuntungan tambahan yaitu dapat mencampur berbagai bahan dan warna. Printer ini, yang mirip dengan printer inkjet yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari, dapat membantu membangun model dengan lebih dari seribu atribut fisik dan warna.

Kesimpulan

Dalam menghadapi beban penyakit yang meningkat dan prospek ekonomi yang suram, diperlukan prosedur operasional yang lebih efektif biaya untuk mengobati osteoartritis lutut stadium akhir. Penggantian lutut kompartemental telah terbukti lebih efektif biaya daripada penggantian lutut total pada pasien yang tepat dari segala usia, tetapi kekhawatiran tentang tingkat revisi saat dilakukan oleh dokter bedah dengan volume rendah dan berpengalaman rendah menjadi hambatan peningkatan penggunaannya, yang mungkin terkait sebagian dengan akurasi penempatan komponen.

PSI telah terbukti memberikan tingkat akurasi yang menjanjikan untuk penggantian lutut kompartemental di tangan dokter bedah yang kompeten dalam era perawatan medis yang disesuaikan yang semakin berkembang. Ujian sejati akan apakah akurasi dapat dicapai di ruang operasi bagi dokter bedah yang tidak berpengalaman, sebagaimana dibuktikan dengan perbaikan metrik hasil yang diamati pasien dan penurunan tingkat revisi. Karena keuntungan seperti itu tidak selalu terlihat segera, teknologi seperti PSI perlu menunjukkan manfaat lain dalam waktu yang bersamaan, seperti peningkatan efisiensi teater dan biaya prosedur yang lebih rendah, jika ingin diterapkan secara luas.

Panduan PSI panggul telah terbukti meningkatkan akurasi penempatan implan dan dapat memiliki peran dalam rekonstruksi anatomi yang kompleks, terutama dalam bedah revisi. Namun, belum diketahui apakah penggunaan PSI dalam arthroplasti panggul memiliki konsekuensi fungsional atau kelangsungan hidup jangka panjang. Diperlukan lebih banyak data hasil klinis untuk meyakinkan dokter bedah bahwa manfaat akurasi PSI melebihi hambatan belajar dan peningkatan biaya.