Decompressione del nucleo guidata dalla navigazione in realtà aumentata per l'osteonecrosi della testa del femore
Summary
La tecnologia di realtà aumentata è stata applicata alla decompressione del nucleo per l’osteonecrosi della testa del femore per realizzare la visualizzazione in tempo reale di questa procedura chirurgica. Questo metodo può migliorare efficacemente la sicurezza e la precisione della decompressione del nucleo.
Abstract
L’osteonecrosi della testa del femore (ONFH) è una malattia articolare comune nei pazienti giovani e di mezza età, che grava seriamente sulla loro vita e sul loro lavoro. Per l’ONFH in fase iniziale, la chirurgia di decompressione del nucleo è una terapia di conservazione dell’anca classica ed efficace. Nelle procedure tradizionali di decompressione del nucleo con filo di Kirschner, ci sono ancora molti problemi come l’esposizione ai raggi X, la verifica ripetuta della puntura e il danno al normale tessuto osseo. La cecità del processo di foratura e l’incapacità di fornire una visualizzazione in tempo reale sono ragioni cruciali per questi problemi.
Per ottimizzare questa procedura, il nostro team ha sviluppato un sistema di navigazione intraoperatoria sulla base della tecnologia di realtà aumentata (AR). Questo sistema chirurgico può visualizzare intuitivamente l’anatomia delle aree chirurgiche e rendere le immagini preoperatorie e gli aghi virtuali al video intraoperatorio in tempo reale. Con la guida del sistema di navigazione, i chirurghi possono inserire con precisione i fili Kirschner nell’area della lesione mirata e ridurre al minimo il danno collaterale. Abbiamo condotto 10 casi di chirurgia di decompressione del nucleo con questo sistema. L’efficienza del posizionamento e della fluoroscopia è notevolmente migliorata rispetto alle procedure tradizionali e anche l’accuratezza della puntura è garantita.
Introduction
L’osteonecrosi della testa del femore (ONFH) è una malattia invalidante comune che si verifica nei giovani adulti1. Clinicamente, è necessario determinare la stadiazione di ONFH basata su raggi X, TC e risonanza magnetica per decidere la strategia di trattamento (Figura 1). Per l’ONFH in fase iniziale, la terapia di conservazione dell’anca viene solitamente adottata2. La chirurgia di decompressione del nucleo (CD) è uno dei metodi di conservazione dell’anca più frequentemente utilizzati per l’ONFH. Sono stati riportati alcuni effetti curativi della decompressione del nucleo con o senza innesto osseo nel trattamento dell’ONFH in fase iniziale, che può evitare o ritardare la successiva artroplastica totale dell’anca (THA) per lungo tempo 3,4,5. Tuttavia, il tasso di successo della CD con o senza innesto osseo è stato riportato in modo diverso tra gli studi precedenti, dal 64% al 95%6,7,8,9. La tecnica chirurgica, in particolare la precisione della posizione di perforazione, è importante per il successo della conservazione dell’anca10. A causa della cecità della procedura di puntura e posizionamento, le tecniche tradizionali di CD hanno diversi problemi, come più tempo di fluoroscopia, puntura ripetuta con filo di Kirschner e lesione del tessuto osseo normale 11,12.
Negli ultimi anni, il metodo assistito da realtà aumentata (AR) è stato introdotto nella chirurgia ortopedica13. La tecnica AR può mostrare visivamente l’anatomia del campo chirurgico, guidare i chirurghi nella pianificazione della procedura operativa e di conseguenza ridurre la difficoltà dell’operazione. Le applicazioni della tecnica AR nell’impianto di viti peduncolari e nella chirurgia di artroplastica articolare sono state riportate in precedenza 14,15,16,17. In questo studio, miriamo ad applicare la tecnica AR alla procedura CD e verificarne la sicurezza, l’accuratezza e la fattibilità nella pratica clinica.
Componenti hardware del sistema
I componenti principali del sistema chirurgico di navigazione basato su AR includono quanto segue: (1) Una telecamera di profondità (Figura 2A) installata direttamente sopra l’area chirurgica; il video viene girato da questo e inviato alla workstation per la registrazione e la cooperazione con i dati di imaging. (2) Un dispositivo di perforazione (Figura 2B) e un telaio di marcatura della superficie corporea non invasivo (Figura 2C), entrambi con riflettori passivi a infrarossi. Uno speciale rivestimento riflettente delle sfere di marcatura (Figura 3) può essere catturato da apparecchiature a infrarossi per ottenere un tracciamento accurato delle apparecchiature chirurgiche nell’area chirurgica. (3) Un dispositivo di posizionamento a infrarossi (Figura 2D) è responsabile del tracciamento dei marcatori nell’area chirurgica, abbinando il telaio di marcatura della superficie corporea e il dispositivo di puntura con elevata precisione (Figura 4). (4) Il sistema host (Figura 2E) è una workstation a 64 bit, installata con il sistema di chirurgia ortopedica assistita da AR sviluppato in modo indipendente. La visualizzazione in realtà aumentata dell’articolazione dell’anca e dell’operazione di puntura della testa femorale può essere completata con la sua assistenza.
Protocol
Representative Results
Discussion
Sebbene il THA si sia sviluppato rapidamente negli ultimi anni e sia diventato un metodo efficace per l’ONFH, la terapia di conservazione dell’anca svolge ancora un ruolo importante nel trattamento dell’ONFH18,19 in fase iniziale. Cd è un intervento chirurgico di conservazione dell’anca di base ed efficace, che può rilasciare il dolore all’anca e ritardare lo sviluppo del collasso della testa del femore20. Il posizionamento della puntura…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato sostenuto dalla Beijing Natural Science Foundation (7202183), dalla National Natural Science Foundation of China (81972107) e dalla Beijing Municipal Science and Technology Commission (D171100003217001).
Materials
| AR-assisted Orthopedic Surgery System | Self development | None | An operating software that implements AR for orthopedic surgery |
| Depth camera | Stereolabs | ZED depth camera(ZED mini) | shoot video and sent back to the workstation. |
| Image processing software | Adobe Systems Incorporated | Adobe Photoshop CS6 | Image processing software |
| Infrared positioning device | Northern Digital Inc. | NDI Polaris Spectra optical tracking device | Tracking markers in the surgical area. |
| Puncture device | Stryker | Stryker System 7 Cordless driver and Sabo | Insert kirschner wire into the necrotic area. |
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