Технология дополненной реальности была применена для декомпрессии ядра при остеонекрозе головки бедренной кости для реализации визуализации этой хирургической процедуры в режиме реального времени. Этот метод может эффективно повысить безопасность и точность декомпрессии сердечника.
Остеонекроз головки бедренной кости (ОНФГ) является распространенным заболеванием суставов у пациентов молодого и среднего возраста, которое серьезно отягощает их жизнь и работу. Для ранней стадии ONFH операция по декомпрессии ядра является классической и эффективной терапией сохранения тазобедренного сустава. В традиционных процедурах декомпрессии ядра с помощью проволоки Киршнера все еще существует много проблем, таких как рентгеновское облучение, повторная проверка пункции и повреждение нормальной костной ткани. Слепота процесса прокола и неспособность обеспечить визуализацию в режиме реального времени являются важнейшими причинами этих проблем.
Для оптимизации этой процедуры наша команда разработала интраоперационную навигационную систему на основе технологии дополненной реальности (AR). Эта хирургическая система может интуитивно отображать анатомию хирургических областей и отображать предоперационные изображения и виртуальные иглы для интраоперационного видео в режиме реального времени. С помощью направляющей навигационной системы хирурги могут точно вставлять провода Киршнера в целевую область поражения и минимизировать сопутствующий ущерб. Мы провели 10 случаев операции по декомпрессии ядра с помощью этой системы. Эффективность позиционирования и рентгеноскопии значительно улучшена по сравнению с традиционными процедурами, а также гарантируется точность пункции.
Остеонекроз головки бедренной кости (ONFH) является распространенным инвалидизирующим заболеванием, встречающимся у молодых людей1. Клинически необходимо определить стадию ОНФГ на основе рентгена, КТ и МРТ для определения стратегии лечения (рисунок 1). Для ранней стадии ОНФГ обычно принимается терапия сохранения тазобедренного сустава2. Операция по декомпрессии ядра (CD) является одним из наиболее часто используемых методов сохранения тазобедренного сустава для ONFH. Сообщалось о некоторых лечебных эффектах декомпрессии ядра с или без костной пластики при лечении ОНФГ на ранней стадии, что может избежать или задержать последующую тотальную эндопротезирование тазобедренного сустава (THA) в течение длительного времени 3,4,5. Тем не менее, уровень успеха CD с или без костной трансплантации был зарегистрирован по-разному среди предыдущих исследований, от 64% до 95% 6,7,8,9. Хирургическая техника, особенно точность положения сверления, важна для успешного сохранения тазобедренного сустава10. Из-за слепоты процедуры пункции и позиционирования традиционные методы CD имеют несколько проблем, таких как увеличение времени рентгеноскопии, повторная пункция с использованием проволоки Киршнера и повреждение нормальнойкостной ткани 11,12.
В последние годы метод дополненной реальности (AR) был внедрен в ортопедическую хирургию13. Техника AR может визуально показать анатомию хирургического поля, направлять хирургов в планировании операционной процедуры и, следовательно, уменьшить сложность операции. О применении техники AR в имплантации винтов ножки и артропластике суставов сообщалось ранее 14,15,16,17. В этом исследовании мы стремимся применить технику AR к процедуре CD и проверить ее безопасность, точность и осуществимость в клинической практике.
Аппаратные компоненты системы
Основные компоненты навигационной хирургической системы на основе AR включают в себя следующее: (1) глубинная камера (рисунок 2A), установленная непосредственно над хирургической областью; видео снимается с этого и отправляется обратно на рабочую станцию для регистрации и взаимодействия с данными изображения. (2) Проколотое устройство (рисунок 2B) и неинвазивная рамка для маркировки поверхности тела (рисунок 2C) с пассивными инфракрасными отражателями. Специальное отражающее покрытие маркировочных шариков (рисунок 3) может быть захвачено инфракрасным оборудованием для достижения точного отслеживания хирургического оборудования в хирургической области. (3) Инфракрасное позиционирующее устройство (рисунок 2D) отвечает за отслеживание маркеров в хирургической области, с высокой точностью сопоставляя маркировочную рамку поверхности тела и проколотое устройство (рисунок 4). (4) Хост-система (рисунок 2E) представляет собой 64-разрядную рабочую станцию, установленную с независимо разработанной ортопедической хирургической системой AR. С его помощью можно завершить отображение в дополненной реальности операции по пункции тазобедренного сустава и головки бедренной кости.
Хотя THA быстро развивалась в последние годы и стала эффективным методом для ONFH, терапия сохранения тазобедренного сустава по-прежнему играет важную роль в лечении ONFH18,19 на ранней стадии. CD является базовой и эффективной операцией по сохранению тазобедре?…
The authors have nothing to disclose.
Эта работа была поддержана Пекинским фондом естественных наук (7202183), Национальным фондом естественных наук Китая (81972107) и Пекинской муниципальной комиссией по науке и технике (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. |