증강 현실 탐색 유도 대퇴골 머리의 골괴사에 대한 코어 감압
Summary
증강 현실 기술은 대퇴골 머리의 골괴사에 대한 핵심 감압에 적용되어이 수술 절차의 실시간 시각화를 실현했습니다. 이 방법은 코어 감압의 안전성과 정밀도를 효과적으로 향상시킬 수 있습니다.
Abstract
대퇴골 두부의 골괴사 (ONFH)는 젊은 및 중년 환자에서 흔히 발생하는 관절 질환으로, 삶과 업무에 심각한 부담을줍니다. 초기 단계 ONFH의 경우, 코어 감압 수술은 고전적이고 효과적인 고관절 보존 요법입니다. Kirschner 와이어를 사용한 전통적인 코어 감압 절차에는 X 선 노출, 반복적 인 펑크 검증 및 정상 뼈 조직의 손상과 같은 많은 문제가 여전히 있습니다. 펑크 프로세스의 실명과 실시간 시각화를 제공 할 수 없다는 것은 이러한 문제의 중요한 이유입니다.
이 절차를 최적화하기 위해 우리 팀은 증강 현실 (AR) 기술을 기반으로 수술 중 내비게이션 시스템을 개발했습니다. 이 수술 시스템은 수술 영역의 해부학을 직관적으로 표시하고 수술 전 이미지와 가상 바늘을 수술 중 비디오로 실시간으로 렌더링 할 수 있습니다. 내비게이션 시스템의 가이드를 통해 외과의는 Kirschner 와이어를 표적 병변 영역에 정확하게 삽입하고 부수적 인 손상을 최소화 할 수 있습니다. 우리는이 시스템으로 핵심 감압 수술의 10 사례를 실시했습니다. 위치 지정 및 형광 검사의 효율성은 전통적인 절차에 비해 크게 향상되었으며 펑크의 정확성도 보장됩니다.
Introduction
대퇴골 두부의 골괴사 (ONFH)는 젊은 성인에서 발생하는 일반적인 비활성화 질환입니다1. 임상적으로, 치료 전략을 결정하기 위해서는 X선, CT 및 MRI를 기반으로 ONFH의 스테이징을 결정할 필요가 있습니다 (그림 1). 초기 단계 ONFH의 경우, 고관절 보존 요법이 일반적으로 채택됩니다2. 코어 감압 (CD) 수술은 ONFH에서 가장 자주 사용되는 고관절 보존 방법 중 하나입니다. 초기 단계 ONFH를 치료하는데 있어서 골 이식술의 유무에 관계없이 코어 감압의 특정 치료 효과가 보고되었으며, 이는 장시간 동안 후속적인 총 고관절성형술(THA)을 회피하거나 지연시킬 수 있다3,4,5. 그러나, 골 이식술의 유무에 관계없이 CD의 성공률은 이전 연구들 사이에서 64%에서 95%로 다르게 보고되었다 6,7,8,9. 수술 기술, 특히 드릴링 위치의 정확성은 고관절 보존(10)의 성공을 위해 중요하다. 펑크 및 위치 결정 절차의 실명으로 인해, CD의 전통적인 기술은 더 많은 형광 검사 시간, Kirschner 와이어를 사용한 반복적 인 펑크 및 정상 뼈 조직의 손상11,12와 같은 몇 가지 문제를 가지고 있습니다.
최근 몇 년 동안, 증강 현실 (AR) 보조 방법이 정형 외과 수술(13)에 도입되었습니다. AR 기술은 수술 분야의 해부학을 시각적으로 보여주고 외과 의사가 수술 절차를 계획하도록 안내하여 결과적으로 수술의 어려움을 줄일 수 있습니다. 페디클 스크류 이식 및 관절 관절 성형술 수술에서 AR 기술의 적용은 이전에14,15,16,17보고되었습니다. 이 연구에서는 AR 기술을 CD 절차에 적용하고 임상 실습에서 안전성, 정확성 및 실현 가능성을 검증하는 것을 목표로합니다.
시스템 하드웨어 구성 요소
AR 기반 내비게이션 수술 시스템의 주요 구성 요소는 다음을 포함한다: (1) 수술 영역 바로 위에 설치된 깊이 카메라(도 2A); 비디오는 이로부터 촬영되어 이미징 데이터에 대한 등록 및 협력을 위해 워크 스테이션으로 다시 전송됩니다. (2) 펑크 장치(그림 2B)와 비침습적 신체 표면 마킹 프레임(그림 2C)으로, 모두 수동 적외선 반사판이 있습니다. 마킹 볼의 특수 반사 코팅(그림 3)은 적외선 장비로 캡처하여 수술 부위의 수술 장비를 정확하게 추적할 수 있습니다. (3) 적외선 위치 결정 장치 (그림 2D)는 신체 표면 표시 프레임과 펑크 장치를 높은 정확도로 일치시켜 수술 영역의 마커를 추적하는 역할을합니다 (그림 4). (4) 호스트 시스템(그림 2E)은 독립적으로 개발된 AR 보조 정형외과 수술 시스템과 함께 설치된 64비트 워크스테이션입니다. 고관절 및 대퇴골 머리 펑크 수술의 증강 현실 디스플레이는 도움을 받아 완료 할 수 있습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
THA는 최근 몇 년 동안 급속히 발전하여 ONFH의 효과적인 궁극적 인 방법이되었지만 고관절 보존 요법은 초기 단계 ONFH18,19 치료에 여전히 중요한 역할을합니다. CD는 고관절 통증을 풀어주고 대퇴골 머리 붕괴(20)의 발달을 지연시킬 수있는 기본적이고 효과적인 고관절 보존 수술입니다. 초점 괴사의 펑크 위치는 수술의 성공 또는 실패를…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 연구는 베이징 자연 과학 재단 (7202183), 중국 국립 자연 과학 재단 (81972107) 및 베이징시 과학 기술위원회 (D171100003217001)의 지원을 받았다.
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. |
References
- 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).
