Femur Başı Osteonekrozu için Artırılmış Gerçeklik Navigasyon Rehberliğinde Çekirdek Dekompresyonu
Summary
Artırılmış gerçeklik teknolojisi, bu cerrahi prosedürün gerçek zamanlı görselleştirmesini gerçekleştirmek için femur başının osteonekrozu için çekirdek dekompresyonuna uygulandı. Bu yöntem, çekirdek dekompresyonunun güvenliğini ve hassasiyetini etkili bir şekilde artırabilir.
Abstract
Femur başının osteonekrozu (ONFH), genç ve orta yaşlı hastalarda yaşamlarını ve çalışmalarını ciddi şekilde zorlayan yaygın bir eklem hastalığıdır. Erken evre ONFH için core dekompresyon cerrahisi klasik ve etkili bir kalça koruma tedavisidir. Kirschner teli ile geleneksel çekirdek dekompresyon prosedürlerinde, X-ışınına maruz kalma, tekrarlanan delinme doğrulaması ve normal kemik dokusuna zarar verme gibi birçok sorun vardır. Delinme sürecinin körlüğü ve gerçek zamanlı görselleştirme sağlayamaması, bu sorunların çok önemli nedenleridir.
Bu prosedürü optimize etmek için ekibimiz, artırılmış gerçeklik (AR) teknolojisi temelinde bir intraoperatif navigasyon sistemi geliştirdi. Bu cerrahi sistem, cerrahi alanların anatomisini sezgisel olarak görüntüleyebilir ve ameliyat öncesi görüntüleri ve sanal iğneleri gerçek zamanlı olarak intraoperatif videoya dönüştürebilir. Navigasyon sisteminin kılavuzuyla, cerrahlar Kirschner tellerini hedeflenen lezyon bölgesine doğru bir şekilde yerleştirebilir ve kollateral hasarı en aza indirebilir. Bu sistemle 10 olgu core dekompresyon cerrahisi gerçekleştirdik. Konumlandırma ve floroskopinin verimliliği, geleneksel prosedürlere kıyasla büyük ölçüde iyileştirilmiştir ve delinmenin doğruluğu da garanti edilmektedir.
Introduction
Femur başının osteonekrozu (ONFH), genç erişkinlerde görülen yaygın bir engelleyici hastalıktır1. Klinik olarak, tedavi stratejisine karar vermek için röntgen, BT ve MRG’ye dayalı ONFH evrelemesinin belirlenmesi gerekmektedir (Şekil 1). Erken evre ONFH için kalça koruma tedavisi genellikle benimsenir2. Çekirdek dekompresyon (CD) cerrahisi ONFH için en sık kullanılan kalça koruma yöntemlerinden biridir. Erken evre ONFH tedavisinde kemik grefti ile veya kemik grefti olmadan çekirdek dekompresyonunun bazı iyileştirici etkileri bildirilmiştir, bu da sonraki total kalça artroplastisini (THA) uzun süre önleyebilir veya geciktirebilir 3,4,5. Bununla birlikte, kemik greftli veya kemik greftsiz CD’nin başarı oranı önceki çalışmalara göre %64’ten %95’e kadar farklı olarak bildirilmiştir6,7,8,9. Cerrahi teknik, özellikle delme pozisyonunun doğruluğu, kalça koruma10’un başarısı için önemlidir. Delinme ve konumlandırma prosedürünün körlüğü nedeniyle, geleneksel CD tekniklerinin daha fazla floroskopi süresi, Kirschner teli kullanılarak tekrarlanan delinme ve normal kemik dokusunun yaralanması gibi çeşitli sorunları vardır11,12.
Son yıllarda ortopedik cerrahide artırılmış gerçeklik (AR) destekli yöntem kullanılmaya başlanmıştır13. AR tekniği, cerrahi alanın anatomisini görsel olarak gösterebilir, cerrahlara ameliyat prosedürünü planlamada rehberlik edebilir ve sonuç olarak operasyonun zorluğunu azaltabilir. AR tekniğinin pedikül vida implantasyonu ve eklem artroplastisi cerrahisindeki uygulamaları daha önce14,15,16,17 bildirilmiştir. Bu çalışmada, AR tekniğini CD prosedürüne uygulamayı ve klinik uygulamada güvenliğini, doğruluğunu ve fizibilitesini doğrulamayı amaçladık.
Sistem donanım bileşenleri
AR tabanlı navigasyon cerrahi sisteminin ana bileşenleri şunları içerir: (1) Doğrudan cerrahi alanın üzerine monte edilmiş bir derinlik kamerası (Şekil 2A); video bundan çekilir ve görüntüleme verileriyle kayıt ve işbirliği için iş istasyonuna geri gönderilir. (2) Her ikisi de pasif kızılötesi reflektörlere sahip bir delinme cihazı (Şekil 2B) ve invaziv olmayan bir vücut yüzeyi işaretleme çerçevesi (Şekil 2C). İşaretleme toplarının özel bir yansıtıcı kaplaması (Şekil 3), cerrahi alandaki cerrahi ekipmanın doğru bir şekilde izlenmesini sağlamak için kızılötesi ekipman tarafından yakalanabilir. (3) Bir kızılötesi konumlandırma cihazı (Şekil 2D), cerrahi alandaki belirteçleri izlemekten, vücut yüzeyi işaretleme çerçevesini ve delinme cihazını yüksek doğrulukla eşleştirmekten sorumludur (Şekil 4). (4) Ana bilgisayar sistemi (Şekil 2E), bağımsız olarak geliştirilen AR destekli ortopedik cerrahi sistemi ile kurulan 64 bitlik bir iş istasyonudur. Kalça ekleminin artırılmış gerçeklik gösterimi ve femur başı delinme operasyonu yardımı ile tamamlanabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
THA son yıllarda hızla gelişmesine ve ONFH için etkili bir nihai yöntem haline gelmesine rağmen, kalça koruma tedavisi erken evre ONFH18,19 tedavisinde hala önemli bir rol oynamaktadır. CD, kalça ağrısını serbest bırakabilen ve femur başı çökmesinin gelişimini geciktirebilen temel ve etkili bir kalça koruma ameliyatıdır20. Fokal nekrozun delinme pozisyonu, ameliyatın başarısını veya başarısızlığını belirl…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma Pekin Doğa Bilimleri Vakfı (7202183), Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (81972107) ve Pekin Belediye Bilim ve Teknoloji Komisyonu (D171100003217001) tarafından desteklenmiştir.
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. |
Referenzen
- Cohen-Rosenblum, A., Cui, Q. Osteonecrosis of the femoral head. Orthopedic Clinics of North America. 50 (2), 139-149 (2019).
- Migliorini, F., et al. Prognostic factors in the management of osteonecrosis of the femoral head: A systematic review. The Surgeon: journal of the Royal Colleges of surgeons of Edinburgh and Ireland. (21), 00199 (2022).
- Mont, M. A., Jones, L. C., Hungerford, D. S. Nontraumatic osteonecrosis of the femoral head: ten years later. The Journal of Bone and Joint Surgery. American Volume. 88 (5), 1117-1132 (2006).
- Wang, L., Tian, X., Li, K., Liu, C. Combination use of core decompression for osteonecrosis of the femoral head: A systematic review and meta-analysis using Forest and Funnel Plots. Computational and Mathematical Methods in Medicine. , 1284149 (2021).
- Hua, K. C., et al. The efficacy and safety of core decompression for the treatment of femoral head necrosis: a systematic review and meta-analysis. Journal of Orthopaedic Surgery and Research. 14 (1), 306 (2019).
- Ganz, R., Krushell, R. J., Jakob, R. P., Küffer, J. The antishock pelvic clamp. Clinical Orthopaedics and Related Research. 267, 71-78 (1991).
- Yoshikawa, K., et al. Training with hybrid assistive limb for walking function after total knee arthroplasty. Journal of Orthopaedic Surgery and Research. 13 (1), 163 (2018).
- Wu, C. T., Yen, S. H., Lin, P. C., Wang, J. W. Long-term outcomes of Phemister bone grafting for patients with non-traumatic osteonecrosis of the femoral head. International Orthopaedics. 43 (3), 579-587 (2019).
- Mont, M. A., Marulanda, G. A., Seyler, T. M., Plate, J. F., Delanois, R. E. Core decompression and nonvascularized bone grafting for the treatment of early stage osteonecrosis of the femoral head. Instructional Course Lectures. 56, 213-220 (2007).
- Wang, W., et al. Patient-specific core decompression surgery for early-stage ischemic necrosis of the femoral head. PLoS One. 12 (5), 0175366 (2017).
- Hoffmann, M. F., Khoriaty, J. D., Sietsema, D. L., Jones, C. B. Outcome of intramedullary nailing treatment for intertrochanteric femoral fractures. Journal of Orthopaedic Surgery and Research. 14 (1), 360 (2019).
- Dennler, C., et al. Augmented reality-based navigation increases precision of pedicle screw insertion. Journal of Orthopaedic Surgery and Research. 15 (1), 174 (2020).
- Yonezawa, H., et al. Low-grade myofibroblastic sarcoma of the levator scapulae muscle: a case report and literature review. BMC Musculoskeletal Disorders. 21 (1), 836 (2020).
- Tsukada, S., et al. Augmented reality- vs accelerometer-based portable navigation system to improve the accuracy of acetabular cup placement during total hip arthroplasty in the lateral decubitus position. The Journal of Arthroplasty. 37 (3), 488-494 (2021).
- Raymond, J., et al. Pharmacogenetics of direct oral anticoagulants: a systematic review. Journal of Personalized Medicine. 11 (1), 37 (2021).
- Bhatt, F. R., et al. Augmented reality-assisted spine surgery: an early experience demonstrating safety and accuracy with 218 screws. Global Spine Journal. , (2022).
- Weiss, H. R., Nan, X., Potts, M. A. Is there an indication for surgery in patients with spinal deformities? – A critical appraisal. The South African Journal of Physiotherapy. 77 (2), 1569 (2021).
- Boontanapibul, K., Amanatullah, D. F., Huddleston, J. I., Maloney, W. J., Goodman, S. B. Outcomes of cemented total knee arthroplasty for secondary osteonecrosis of the knee. The Journal of Arthroplasty. 36 (2), 550-559 (2021).
- Bakircioglu, S., Atilla, B. Hip preserving procedures for osteonecrosis of the femoral head after collapse. J Clin Orthop Trauma. 23, 101636 (2021).
- Ma, H. Y., et al. Core decompression with local administration of zoledronate and enriched bone marrow mononuclear cells for treatment of non-traumatic osteonecrosis of femoral head. Orthopaedic Surgery. 13 (6), 1843-1852 (2021).
- Hu, L., et al. Comparison of intramedullary nailing and plate fixation in distal tibial fractures with metaphyseal damage: a meta-analysis of randomized controlled trials. Journal of Orthopaedic Surgery and Research. 14 (1), 30 (2019).
- Pierannunzii, L. Endoscopic and arthroscopic assistance in femoral head core decompression. Arthroscopy Techniques. 1 (2), 225-230 (2012).
- Salas, A. P., et al. Hip arthroscopy and core decompression for avascular necrosis of the femoral head using a specific aiming guide: a step-by-step surgical technique. Arthroscopy Techniques. 10 (12), 2775-2782 (2021).
- Beer, A. J., Dijkgraaf, I. Editorial European journal of nuclear medicine and molecular imaging. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 44 (2), 284-285 (2017).
- Negrillo-Cárdenas, J., Jiménez-Pérez, J. R., Feito, F. R. The role of virtual and augmented reality in orthopedic trauma surgery: From diagnosis to rehabilitation. Computer Methods and Programs in Biomedicine. 191, 105407 (2020).
- Brookes, M. J., et al. Surgical Advances in Osteosarcoma. Cancers. 13 (3), 388 (2021).
- Cho, H. S., et al. Can augmented reality be helpful in pelvic bone cancer surgery? an in vitro study. Clinical Orthopaedics and Related Research. 476 (9), 1719-1725 (2018).
