大腿骨頭の骨壊死のための拡張現実ナビゲーションガイドコア減圧
Summary
拡張現実技術は、大腿骨頭の骨壊死のためのコア減圧に適用され、この手術手順のリアルタイム可視化を実現した。この方法は、コア減圧の安全性と精度を効果的に向上させることができる。
Abstract
大腿骨頭の骨壊死(ONFH)は、若年および中年の患者に共通の関節疾患であり、生活や仕事に深刻な負担をかけています。初期段階のONFHにとって、コア減圧手術は古典的で効果的な股関節保存療法です。キルシュナー線によるコア減圧の従来の手順では、X線曝露、繰り返しの穿刺検証、正常な骨組織の損傷など、依然として多くの問題があります。穿刺プロセスの盲目さとリアルタイムの視覚化を提供できないことが、これらの問題の重要な理由です。
この手順を最適化するために、私たちのチームは拡張現実(AR)技術に基づいて術中ナビゲーションシステムを開発しました。この手術システムは、手術領域の解剖学的構造を直感的に表示し、術前の画像と仮想針を術中ビデオにリアルタイムでレンダリングすることができます。ナビゲーションシステムのガイドにより、外科医はKirschnerワイヤーを標的病変領域に正確に挿入し、付随的損傷を最小限に抑えることができます。本システムでコア減圧手術を10例実施しました。位置決めと透視の効率は従来の手順と比較して大幅に改善され、穿刺の精度も保証されています。
Introduction
大腿骨頭の骨壊死(ONFH)は、若年成人に起こる一般的な障害疾患である1。臨床的には、治療戦略を決定するために、X線、CT、およびMRIに基づいてONFHの病期分類を決定する必要がある(図1)。初期段階のONFHの場合、股関節保存療法は通常採用される2.コア減圧(CD)手術は、ONFHで最も頻繁に使用される股関節保存方法の1つです。初期段階のONFHの治療における骨移植の有無にかかわらずコア減圧の特定の治癒効果が報告されており、これはその後の股関節全関節形成術(THA)を長期間にわたって回避または遅延させることができる3、4、5。しかし、骨移植の有無にかかわらずCDの成功率は、以前の研究とは異なる方法で報告され、64%から95%まで6、7、8、9。この外科的技術、特に穿孔位置の精度は、股関節保存10の成功にとって重要である。穿刺および位置決め手順の失明のために、CDの伝統的な技術は、より長い透視時間、キルシュナーワイヤーを用いた反復穿刺、および正常な骨組織11、12の傷害などのいくつかの問題を有する。
近年、整形外科13において拡張現実(AR)支援法が導入されている。AR技術は、手術野の解剖学を視覚的に示し、手術手順を計画する際に外科医を導き、その結果、手術の困難さを軽減することができる。椎弓根スクリュー移植および関節関節形成術手術におけるAR技術の応用は、以前に報告されている14、15、16、17。本研究では、AR技術をCD手技に応用し、臨床現場での安全性・正確性・実現可能性を検証することを目的とする。
システム・ハードウェア・コンポーネント
ARベースのナビゲーション手術システムの主なコンポーネントには、(1)手術領域の真上に設置された深度カメラ(図2A)が含まれます。ビデオはここから撮影され、画像データの登録と協力のためにワークステーションに送り返されます。(2)穿刺装置(図2B)と非侵襲的な体表面マーキングフレーム(図2C)で、どちらもパッシブ赤外線反射器を備えています。マーキングボールの特殊な反射コーティング(図3)を赤外線機器で捕捉して、手術領域内の手術器具を正確に追跡することができます。(3)赤外線位置決め装置(図2D)は、手術領域内のマーカーを追跡し、体表面マーキングフレームと穿刺装置を高精度に照合する役割を担います(図4)。(4)ホストシステム(図2E)は、独自に開発されたAR支援整形外科手術システムを搭載した64ビットワークステーションです。股関節および大腿骨頭穿刺手術の拡張現実表示は、その支援によって完了することができる。
Protocol
Representative Results
Discussion
THAは近年急速に発展し、ONFHの効果的な究極の方法となっていますが、股関節保存療法は依然として初期段階のONFHの治療に重要な役割を果たしています18,19。CDは基本的で効果的な股関節保存手術であり、股関節痛を解放し、大腿骨頭虚脱の発症を遅らせることができる20。局所壊死の穿刺位置決めは、手術の成功または失敗を決定…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、北京自然科学財団(7202183)、中国国家自然科学財団(81972107)、北京市科学技術委員会(D171100003217001)の支援を受けました。
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. |
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