Augmented reality-teknologi ble brukt på kjernedekompresjon for osteonekrose av lårhodet for å realisere sanntidsvisualisering av denne kirurgiske prosedyren. Denne metoden kan effektivt forbedre sikkerheten og presisjonen til kjernedekompresjon.
Osteonekrose i lårhodet (ONFH) er en vanlig leddsykdom hos unge og middelaldrende pasienter, som alvorlig belaster deres liv og arbeid. For tidlig ONFH er kjernedekompresjonskirurgi en klassisk og effektiv hoftebevaringsterapi. I tradisjonelle prosedyrer for kjernedekompresjon med Kirschner-ledning er det fortsatt mange problemer som røntgeneksponering, gjentatt punkteringsverifisering og skade på normalt beinvev. Blindheten i punkteringsprosessen og manglende evne til å gi visualisering i sanntid er avgjørende årsaker til disse problemene.
For å optimalisere denne prosedyren utviklet teamet vårt et intraoperativt navigasjonssystem på grunnlag av AR-teknologi (Utvidet virkelighet). Dette kirurgiske systemet kan intuitivt vise anatomien til operasjonsområdene og gjengi preoperative bilder og virtuelle nåler til intraoperativ video i sanntid. Med veiledning av navigasjonssystemet kan kirurger nøyaktig sette Kirschner-ledninger inn i det målrettede lesjonsområdet og minimere sikkerhetsskaden. Vi gjennomførte 10 tilfeller av kjernedekompresjonskirurgi med dette systemet. Effektiviteten av posisjonering og fluoroskopi er sterkt forbedret sammenlignet med de tradisjonelle prosedyrene, og nøyaktigheten av punktering er også garantert.
Osteonekrose i lårhodet (ONFH) er en vanlig invalidiserende sykdom som forekommer hos unge voksne1. Klinisk er det nødvendig å bestemme iscenesettelsen av ONFH basert på røntgen, CT og MR for å bestemme behandlingsstrategien (figur 1). For tidlig ONFH er hoftebevaringsterapi vanligvis vedtatt2. Kjernedekompresjon (CD) kirurgi er en av de mest brukte hip bevaring metoder for ONFH. Visse kurative effekter av kjernedekompresjon med eller uten beintransplantasjon i behandling av tidlig ONFH har blitt rapportert, noe som kan unngå eller forsinke påfølgende total hofteartrosgistikk (THA) i lang tid 3,4,5. Imidlertid ble suksessraten for CD med eller uten beintransplantasjon rapportert annerledes blant tidligere studier, fra 64% til 95%6,7,8,9. Den kirurgiske teknikken, spesielt nøyaktigheten av boreposisjon, er viktig for suksessen med hoftebevaring10. På grunn av blindheten i punkterings- og posisjoneringsprosedyren har de tradisjonelle teknikkene til CD flere problemer, for eksempel mer fluoroskopitid, gjentatt punktering ved hjelp av Kirschner-ledning og skade på normalt beinvev11,12.
De siste årene har augmented reality (AR)-assistert metode blitt introdusert i ortopedisk kirurgi13. AR-teknikken kan visuelt vise anatomien til det kirurgiske feltet, veilede kirurgene i planleggingen av operasjonsprosedyren, og dermed redusere vanskeligheten med operasjonen. Anvendelsen av AR-teknikken i pedicle skrueimplantasjon og leddartroplastikk kirurgi har blitt rapportert tidligere 14,15,16,17. I denne studien tar vi sikte på å bruke AR-teknikken på CD-prosedyren og verifisere dens sikkerhet, nøyaktighet og gjennomførbarhet i klinisk praksis.
Maskinvarekomponenter for system
Hovedkomponentene i det AR-baserte navigasjonskirurgiske systemet inkluderer følgende: (1) Et dybdekamera (figur 2A) installert rett over operasjonsområdet; videoen er tatt fra dette og sendt tilbake til arbeidsstasjonen for registrering og samarbeid med bildedata. (2) En punkteringsenhet (figur 2B) og en ikke-invasiv kroppsoverflatemarkeringsramme (figur 2C), begge med passive infrarøde reflekser. Et spesielt reflekterende belegg av merkekuler (figur 3) kan fanges opp av infrarødt utstyr for å oppnå nøyaktig sporing av kirurgisk utstyr i det kirurgiske området. (3) En infrarød posisjoneringsenhet (figur 2D) er ansvarlig for å spore markører i det kirurgiske området, og matcher kroppsoverflatemarkeringsrammen og punkteringsenheten med høy nøyaktighet (figur 4). (4) Vertssystemet (figur 2E) er en 64-biters arbeidsstasjon, installert med det uavhengig utviklede AR-assisterte ortopediske kirurgisystemet. Augmented reality-visning av hofteledd og lårhode punkteringsoperasjon kan fullføres med hjelp.
Selv om THA har utviklet seg raskt de siste årene og blitt en effektiv ultimate metode for ONFH, spiller hoftebevaringsterapi fortsatt en viktig rolle i behandlingen av tidlig ONFH18,19. CD er en grunnleggende og effektiv hofte bevaring kirurgi, som kan frigjøre hoftesmerter og forsinke utviklingen av lårhode kollaps20. Punkteringsposisjoneringen av fokalnekrose er den avgjørende prosedyren for CD, da den bestemmer suksessen eller feil…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbeidet ble støttet av Beijing Natural Science Foundation (7202183), National Natural Science Foundation of China (81972107) og Beijing Municipal Science and Technology Commission (D171100003217001).
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. |