מציאות רבודה ניווט מונחה ניווט דקומפרסיה ליבה עבור אוסטאונקרוזיס של ראש הירך
Summary
טכנולוגיית מציאות רבודה יושמה על דקומפרסיה של הליבה עבור אוסטאונקרוזיס של ראש הירך כדי לממש הדמיה בזמן אמת של הליך כירורגי זה. שיטה זו יכולה לשפר ביעילות את הבטיחות והדיוק של דקומפרסיה של הליבה.
Abstract
Osteonecrosis של ראש הירך (ONFH) היא מחלת מפרקים נפוצה בחולים צעירים בגיל העמידה, אשר מכבידה מאוד על חייהם ועבודתם. עבור ONFH בשלב מוקדם, ניתוח דקומפרסיה ליבה הוא טיפול קלאסי ויעיל לשימור מפרק הירך. בהליכים מסורתיים של דקומפרסיה של הליבה עם חוט קירשנר, עדיין יש בעיות רבות כגון חשיפה לקרני רנטגן, אימות נקב חוזר ונשנה ונזק לרקמת העצם הרגילה. העיוורון של תהליך הניקוב וחוסר היכולת לספק הדמיה בזמן אמת הם סיבות מכריעות לבעיות אלה.
כדי לייעל הליך זה, הצוות שלנו פיתח מערכת ניווט תוך ניתוחית על בסיס טכנולוגיית מציאות רבודה (AR). מערכת כירורגית זו יכולה להציג באופן אינטואיטיבי את האנטומיה של האזורים הכירורגיים ולהפוך תמונות טרום ניתוחיות ומחטים וירטואליות לווידאו תוך ניתוחי בזמן אמת. בעזרת המדריך של מערכת הניווט, המנתחים יכולים להכניס במדויק חוטי קירשנר לאזור הנגע הממוקד ולמזער את הנזק הנלווה. ביצענו 10 מקרים של ניתוח דקומפרסיה של הליבה במערכת זו. היעילות של מיקום ופלואורוסקופיה משופרת מאוד בהשוואה להליכים המסורתיים, וגם הדיוק של הניקוב מובטח.
Introduction
אוסטאונקרוזיס של ראש הירך (ONFH) היא מחלה משביתה נפוצה המתרחשת אצל צעירים1. מבחינה קלינית, יש צורך לקבוע את ההיערכות של ONFH בהתבסס על צילומי רנטגן, CT ו-MRI כדי להחליט על אסטרטגיית הטיפול (איור 1). עבור ONFH בשלב מוקדם, טיפול בשימור מפרק הירך מאומץ בדרך כלל2. ניתוח לחץ ליבה (CD) הוא אחת משיטות שימור הירך הנפוצות ביותר עבור ONFH. דווח על השפעות מרפאות מסוימות של דקומפרסיה של הליבה עם או בלי השתלת עצם בטיפול ב- ONFH בשלב מוקדם, אשר יכולות למנוע או לעכב את ניתוח הירך הכולל (THA) לאחר מכן במשך זמן רב 3,4,5. עם זאת, שיעור ההצלחה של CD עם או בלי השתלת עצם דווח באופן שונה בקרב מחקרים קודמים, מ-64% ל-95% 6,7,8,9. הטכניקה הניתוחית, במיוחד הדיוק של תנוחת הקידוח, חשובה להצלחת שימור הירך10. בשל העיוורון של הליך הניקוב והמיקום, לטכניקות המסורתיות של CD יש מספר בעיות, כגון זמן פלואורוסקופיה רב יותר, ניקוב חוזר באמצעות חוט קירשנר, ופציעה של רקמת עצם תקינה11,12.
בשנים האחרונות הוכנסה לכירורגיה אורתופדית13 שיטת המציאות הרבודה (AR) בסיוע מציאות רבודה (AR). טכניקת AR יכולה להראות באופן חזותי את האנטומיה של השדה הכירורגי, להנחות את המנתחים בתכנון הליך הניתוח, וכתוצאה מכך להפחית את הקושי של הניתוח. היישומים של טכניקת AR בהשתלת בורג פדיקל וניתוחי ארתרופלסטיקה של המפרק דווחו מוקדם יותר 14,15,16,17. במחקר זה, אנו שואפים ליישם את טכניקת ה-AR על הליך ה-CD ולוודא את בטיחותה, דיוקה והיתכנותה בפרקטיקה הקלינית.
רכיבי חומרת מערכת
המרכיבים העיקריים של מערכת הניווט הכירורגית מבוססת AR כוללים את הדברים הבאים: (1) מצלמת עומק (איור 2A) המותקנת ישירות מעל האזור הכירורגי; הסרטון מצולם מכאן ונשלח בחזרה לתחנת העבודה לרישום ושיתוף פעולה עם נתוני ההדמיה. (2) התקן ניקוב (איור 2B) ומסגרת סימון משטח גוף לא פולשנית (איור 2C), שניהם עם מחזירי אור אינפרא-אדומים פסיביים. ניתן ללכוד ציפוי רפלקטיבי מיוחד של כדורי סימון (איור 3) על ידי ציוד אינפרא אדום כדי להשיג מעקב מדויק אחר ציוד כירורגי באזור הניתוח. (3) התקן מיקום אינפרא אדום (איור 2D) אחראי על מעקב אחר סמנים באזור הניתוח, תוך התאמת מסגרת סימון פני השטח של הגוף והתקן הניקוב בדיוק גבוה (איור 4). (4) המערכת המארחת (איור 2E) היא תחנת עבודה של 64 סיביות, המותקנת עם מערכת הניתוחים האורטופדיים בסיוע AR שפותחה באופן עצמאי. ניתן להשלים את תצוגת המציאות הרבודה של פעולת הניקוב של מפרק הירך וראש הירך בעזרתה.
Protocol
Representative Results
Discussion
למרות ש-THA התפתחה במהירות בשנים האחרונות והפכה לשיטה אולטימטיבית יעילה עבור ONFH, טיפול בשימור מפרק הירך עדיין ממלא תפקיד חשוב בטיפול ב-ONFH18,19 בשלב מוקדם. CD הוא ניתוח שימור מפרק ירך בסיסי ויעיל, שיכול לשחרר כאבי ירך ולעכב את התפתחות קריסת ראש הירך20….
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי הקרן למדעי הטבע של בייג’ינג (7202183), הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (81972107), והוועדה העירונית למדע וטכנולוגיה של בייג’ינג (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. |
Referências
- 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).
