Descompresión del núcleo guiada por navegación de realidad aumentada para la osteonecrosis de la cabeza femoral
Summary
La tecnología de realidad aumentada se aplicó a la descompresión del núcleo para la osteonecrosis de la cabeza femoral para realizar la visualización en tiempo real de este procedimiento quirúrgico. Este método puede mejorar eficazmente la seguridad y la precisión de la descompresión del núcleo.
Abstract
La osteonecrosis de la cabeza femoral (ONFH) es una enfermedad articular común en pacientes jóvenes y de mediana edad, que sobrecarga seriamente sus vidas y su trabajo. Para la ONFH en etapa temprana, la cirugía de descompresión central es una terapia clásica y efectiva de preservación de cadera. En los procedimientos tradicionales de descompresión del núcleo con alambre kirschner, todavía hay muchos problemas, como la exposición a los rayos X, la verificación repetida de la punción y el daño al tejido óseo normal. La ceguera del proceso de punción y la incapacidad de proporcionar visualización en tiempo real son razones cruciales para estos problemas.
Para optimizar este procedimiento, nuestro equipo desarrolló un sistema de navegación intraoperatoria sobre la base de la tecnología de realidad aumentada (AR). Este sistema quirúrgico puede mostrar intuitivamente la anatomía de las áreas quirúrgicas y renderizar imágenes preoperatorias y agujas virtuales a video intraoperatorio en tiempo real. Con la guía del sistema de navegación, los cirujanos pueden insertar con precisión los cables kirschner en el área de la lesión objetivo y minimizar el daño colateral. Se realizaron 10 casos de cirugía de descompresión central con este sistema. La eficiencia del posicionamiento y la fluoroscopia mejora considerablemente en comparación con los procedimientos tradicionales, y la precisión de la punción también está garantizada.
Introduction
La osteonecrosis de la cabeza femoral (ONFH) es una enfermedad incapacitante común que ocurre en adultos jóvenes1. Clínicamente, es necesario determinar la estadificación de la ONFH en base a rayos X, TC y RM para decidir la estrategia de tratamiento (Figura 1). Para la ONFH en etapa temprana, la terapia de preservación de cadera generalmente se adopta2. La cirugía de descompresión del núcleo (EC) es uno de los métodos de preservación de cadera más utilizados para la ONFH. Se han reportado ciertos efectos curativos de la descompresión central con o sin injerto óseo en el tratamiento de la ONFH en etapa temprana, que pueden evitar o retrasar la artroplastia total de cadera (THA) posterior durante mucho tiempo 3,4,5. Sin embargo, la tasa de éxito de la EC con o sin injerto óseo se informó de manera diferente entre los estudios anteriores, del 64% al 95% 6,7,8,9. La técnica quirúrgica, especialmente la precisión de la posición de perforación, es importante para el éxito de la preservación de la cadera10. Debido a la ceguera del procedimiento de punción y posicionamiento, las técnicas tradicionales de EC tienen varios problemas, como más tiempo de fluoroscopia, punción repetida con alambre de Kirschner y lesión del tejido óseo normal11,12.
En los últimos años, el método asistido por realidad aumentada (AR) se ha introducido en la cirugía ortopédica13. La técnica AR puede mostrar visualmente la anatomía del campo quirúrgico, guiar a los cirujanos en la planificación del procedimiento quirúrgico y, en consecuencia, reducir la dificultad de la operación. Las aplicaciones de la técnica AR en la implantación de tornillo pedicular y la cirugía de artroplastia articular se han reportado anteriormente 14,15,16,17. En este estudio, nuestro objetivo es aplicar la técnica ar al procedimiento de EC y verificar su seguridad, precisión y viabilidad en la práctica clínica.
Componentes de hardware del sistema
Los principales componentes del sistema quirúrgico de navegación basado en AR incluyen los siguientes: (1) Una cámara de profundidad (Figura 2A) instalada directamente sobre el área quirúrgica; el video se graba desde esto y se envía de vuelta a la estación de trabajo para el registro y la cooperación con los datos de imágenes. (2) Un dispositivo de punción (Figura 2B) y un marco de marcado de superficie corporal no invasivo (Figura 2C), ambos con reflectores infrarrojos pasivos. Un recubrimiento reflectante especial de bolas de marcado (Figura 3) puede ser capturado por equipos infrarrojos para lograr un seguimiento preciso del equipo quirúrgico en el área quirúrgica. (3) Un dispositivo de posicionamiento infrarrojo (Figura 2D) es responsable de rastrear los marcadores en el área quirúrgica, haciendo coincidir el marco de marcado de la superficie corporal y el dispositivo de punción con alta precisión (Figura 4). (4) El sistema host (Figura 2E) es una estación de trabajo de 64 bits, instalada con el sistema de cirugía ortopédica asistida por AR desarrollado de forma independiente. La visualización de realidad aumentada de la articulación de la cadera y la operación de punción de la cabeza femoral se puede completar con su ayuda.
Protocol
Representative Results
Discussion
Aunque THA se ha desarrollado rápidamente en los últimos años y se ha convertido en un método definitivo efectivo para la ONFH, la terapia de preservación de la cadera todavía juega un papel importante en el tratamiento de la ONFH en etapa temprana18,19. La EC es una cirugía básica y efectiva de preservación de cadera, que puede liberar el dolor de cadera y retrasar el desarrollo del colapso de la cabeza femoral20. El posicionamie…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado por la Fundación de Ciencias Naturales de Beijing (7202183), la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (81972107) y la Comisión Municipal de Ciencia y Tecnología de Beijing (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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