Descompressão do núcleo guiada pela navegação de realidade aumentada para osteonecrose da cabeça femoral

Summary

A tecnologia de realidade aumentada foi aplicada à descompressão do núcleo da osteonecrose da cabeça femoral para realizar a visualização em tempo real deste procedimento cirúrgico. Este método pode melhorar efetivamente a segurança e a precisão da descompressão do núcleo.

Abstract

A osteonecrose da cabeça femoral (ONFH) é uma doença articular comum em pacientes jovens e de meia-idade, o que sobrecarrega seriamente suas vidas e trabalho. Para onfh em estágio inicial, a cirurgia de descompressão do núcleo é uma terapia clássica e eficaz de preservação do quadril. Nos procedimentos tradicionais de descompressão do núcleo com fio Kirschner, ainda há muitos problemas, como exposição a raios-X, verificação repetida de punção e danos ao tecido ósseo normal. A cegueira do processo de punção e a incapacidade de proporcionar visualização em tempo real são razões cruciais para esses problemas.

Para otimizar esse procedimento, nossa equipe desenvolveu um sistema de navegação intraoperatória com base na tecnologia de realidade aumentada (AR). Este sistema cirúrgico pode exibir intuitivamente a anatomia das áreas cirúrgicas e renderizar imagens pré-operatórias e agulhas virtuais para vídeo intraoperatório em tempo real. Com o guia do sistema de navegação, os cirurgiões podem inserir com precisão os fios kirschner na área da lesão alvo e minimizar os danos colaterais. Realizamos 10 casos de cirurgia de descompressão com este sistema. A eficiência do posicionamento e da fluoroscopia é muito melhorada em relação aos procedimentos tradicionais, e a precisão da punção também é garantida.

Introduction

A osteonecrose da cabeça femoral (ONFH) é uma doença incapacitante comum que ocorre em adultos jovens¹. Clinicamente, é necessário determinar a realização de ONFH com base em raio-X, Tomografia Computadorizada e Ressonância Magnética para decidir a estratégia de tratamento (Figura 1). Para onfh em estágio inicial, a terapia de preservação do quadril é geralmente adotada². A cirurgia de descompressão do núcleo (CD) é um dos métodos de preservação do quadril mais utilizados para ONFH. Foram relatados certos efeitos curativos da descompressão do núcleo com ou sem enxerto ósseo no tratamento do ONFH em estágio inicial, o que pode evitar ou retardar a artroplastia total do quadril (THA) por um longo tempo ^3,4,5. No entanto, a taxa de sucesso do CD com ou sem enxerto ósseo foi relatada de forma diferente entre estudos anteriores, de 64% para 95%6,7,8,9. A técnica cirúrgica, especialmente a precisão da posição de perfuração, é importante para o sucesso da preservação do quadril¹⁰. Devido à cegueira do procedimento de punção e posicionamento, as técnicas tradicionais de CD têm vários problemas, como mais tempo de fluoroscopia, punção repetida usando fio Kirschner e lesão do tecido ósseo normal^11,12.

Nos últimos anos, o método assistido pela realidade aumentada (AR) foi introduzido na cirurgia ortopédica¹³. A técnica ar pode mostrar visualmente a anatomia do campo cirúrgico, orientar os cirurgiões no planejamento do procedimento cirúrgico e, consequentemente, reduzir a dificuldade da operação. As aplicações da técnica AR na implantação do parafuso pediáculo e na cirurgia de artroplastia articular foram relatadas anteriormente 14,15,16,17. Neste estudo, pretendemos aplicar a técnica AR ao procedimento do CD e verificar sua segurança, precisão e viabilidade na prática clínica.

Componentes de hardware do sistema
Os principais componentes do sistema cirúrgico de navegação baseado em AR incluem: (1) Uma câmera de profundidade (Figura 2A) instalada diretamente acima da área cirúrgica; o vídeo é filmado a partir deste e enviado de volta para a estação de trabalho para registro e cooperação com os dados de imagem. (2) Um dispositivo de punção (Figura 2B) e um quadro de marcação de superfície corporal não invasivo (Figura 2C), ambos com refletores infravermelhos passivos. Um revestimento reflexivo especial de bolas de marcação (Figura 3) pode ser capturado por equipamento infravermelho para obter um rastreamento preciso de equipamentos cirúrgicos na área cirúrgica. (3) Um dispositivo de posicionamento infravermelho (Figura 2D) é responsável por rastrear marcadores na área cirúrgica, combinando a estrutura de marcação da superfície do corpo e o dispositivo de punção com alta precisão (Figura 4). (4) O sistema host (Figura 2E) é uma estação de trabalho de 64 bits, instalada com o sistema de cirurgia ortopédica assistido por AR de forma independente. A exibição de realidade aumentada da articulação do quadril e da operação de punção da cabeça femoral pode ser completada com sua assistência.

Protocol

Este estudo foi aprovado pelo comitê de ética do Hospital da Amizade China-Japão (número de aprovação: 2021-12-K04). Todas as etapas a seguir foram realizadas de acordo com procedimentos padronizados para evitar lesões aos pacientes e aos cirurgiões. O consentimento informado do paciente foi obtido para este estudo. O cirurgião deve ser qualificado em procedimentos convencionais de descompressão do núcleo para garantir que a cirurgia possa ser realizada de forma tradicional em caso de navegação imprecisa ou …

Representative Results

Características da operaçãoO sistema de navegação cirúrgica foi aplicado em 10 quadris contínuos de nove pacientes. O tempo médio de posicionamento total da cirurgia foi de 10,1 min (mediana de 9,5 min, faixa 8,0-14,0 min). A fluoroscopia C-ARM média foi de 5,5 vezes (mediana 5,5 vezes, intervalo de 4 a 8 vezes). O erro médio de precisão da punção foi de 1,61 mm (mediana de 1,2 mm, faixa -5,76-19,73 mm; Tabela 1). Os resultados mostram que o tempo de posicionamento e os …

Discussion

Embora a THA tenha se desenvolvido rapidamente nos últimos anos e se tornado um método final eficaz para o ONFH, a terapia de preservação do quadril ainda desempenha um papel importante no tratamento do ONFH em estágio inicial^18,19. O CD é uma cirurgia básica e eficaz de preservação do quadril, que pode liberar dor no quadril e retardar o desenvolvimento do colapso da cabeça femoral²⁰. O posicionamento de punção da necrose foca…

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.