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.
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Protocol
이 연구는 중국 - 일본 우정 병원 윤리위원회 (승인 번호 : 2021-12-K04)의 승인을 받았습니다. 다음의 모든 단계는 환자 및 외과의에 대한 부상을 피하기 위해 표준화된 절차에 따라 수행되었다. 이 연구를 위해 정보에 입각한 환자 동의를 얻었다. 외과 의사는 부정확 한 탐색 또는 기타 예기치 않은 상황의 경우 전통적인 방식으로 수술을 수행 할 수 있도록 기존의 핵심 감압 절차에 숙련되어야합니다.
1. 수술 전 진단 및 ONFH의 등급 매기기
- ONFH의 임상 증상을 가진 환자를 확인; 사타구니 부위의 지속적 또는 간헐적 통증과 같은 전형적인 증상과 동측성 엉덩이 또는 무릎 방사 통증. 신체 검사는 사타구니 부위의 깊은 부드러움, 패트릭의 징후, 내부 회전 및 납치의 제한된 엉덩이 움직임 또는 X 선, CT 및 MRI를 사용하여 측정 된 대퇴골 머리의 괴사 변화를 보여주었습니다.
- 협회 연구 순환 골수 (ARCO) 스테이징에 따르면, 환자의 X 선, CT 및 엉덩이의 MRI를 검토하고 ONFH의 스테이징을 결정합니다. 두 명의 의사가이 작업을 독립적으로 수행합니다. 의견 불일치가 발생하면 세 번째 전문가에게 최종 결정을 내리도록 요청하십시오.
- 설문지를 사용하여 수술 전 시각적 아날로그 척도 (VAS)와 해리스 엉덩이 점수를 기록하십시오.
- 하기 기준을 사용하는 환자를 포함시킨다: 1) ONFH 환자; 2) ONFH의 단계 I, IIA, 및 IIB를 영상 검사(X선, CT, 및 MRI)에 의해 확인; 3) 대퇴골 두핵 감압 수술이 계획되어 있습니다. 환자를 제외하는 경우: 1) 환자가 CD 수술을 거부함; 2) 수술 전 일상적인 검사는 감염이나 열악한 기본 상태와 같은 외과 적 모순을 나타냅니다. 3) 환자는 집단 등록을 거부한다.
2. 시스템 등록 및 정확도 테스트
- AR 보조 정형 외과 수술 시스템을 실행하고 (상용화 문제로 인해 소프트웨어 세부 정보를 제공 할 수 없음) 직교 비디오를 클릭하여 깊이 카메라를 활성화하십시오. 수술 부위의 이미지는 활성화 후 화면에 표시됩니다 (그림 5A). 추적 영역이 수술 영역을 완전히 덮을 수 있도록 광학 추적 장치를 배치합니다(그림 5B).
- NDI 설정을 클릭하여 장치 액세스 포트인 COM4를 선택합니다. 가상 바늘 길이 설정(일반적으로 Kirschner 바늘 길이는 180mm)을 클릭하면 비디오의 수술 영역에 가상 Kirschner 바늘 이미지가 자동으로 생성됩니다.
- 계획된 수술 전두엽 영역을 각 레벨 30cm x 30cm 크기로 상하 레벨로 나누고 레벨 사이에 높이 차이가 15cm입니다. 시스템은 수술 영역의 공간 정보를 소프트웨어에 자동으로 입력한다.
- 10 개의 일치하는 포인트로 모든 레벨을 균등하게 할당하십시오. 30cm x 30cm 영역마다 두 부분으로 나눠서 각각 세 개의 점을 가지며 한 부분(왼쪽 부분)에는 네 개의 점이 있습니다. 보조자에게 포인트에 따라 비침습적 신체 표면 마킹 프레임(그림 2C)을 배치하도록 요청하십시오. 완료되면 일치를 클릭하십시오. 등록을 위한 시스템 자체의 특수 이미지는 마킹 프레임에 자동으로 겹쳐집니다(그림 5C). 이미지와 마킹 프레임이 완전히 일치 할 때이 지점의 등록이 성공했다고 생각하십시오.
- 프레임을 다음 등록 지점으로 이동하고 2.4단계를 반복합니다. 모든 등록 포인트가 완료 될 때까지. 펑크 장치(도 3A2)가 장착된 마킹 프레임의 형상은 비침습적 신체 표면 마킹 프레임과 정확히 동일하므로, 일단 등록이 완료되면, 전자는 또한 수술 영역의 광학 추적 장치에 의해 추적될 수 있다.
- 펑크 장치를 수술 영역에서 무작위로 움직여 가상 바늘과 추적 지연의 일치 정도를 감지합니다(그림 6). 빨강 청색 가상 Kirschner 바늘 몸체가 수술 영역의 실제 바늘과 자동으로 맞기 때문에 Kirschner 바늘의 증강 현실 디스플레이가 성공합니다 (그림 5D).
참고: 등록 과정에서 광학 추적 장치와 깊이 카메라의 위치를 마음대로 변경해서는 안 됩니다. 그렇다면 가상 수술의 공간적 위치 관계가 변경되어 가상 Kirschner 바늘과 물리적 바늘 사이의 부정확 한 일치가 발생하고 등록이 다시 수행되어야합니다.
3. 펑크 전 환자 및 시스템 준비
- 수술실에 들어간 후 환자에게 수핀 자세로 누워서 영향을받는 쪽의 하지를 고정하도록 요청하십시오 (그림 7). 모든 환자에게 전신 마취를 투여하십시오.
- 요오드 및 75 % 알코올로 수술 부위를 준비하고 비침습적 인 신체 표면 위치 결정 장치 (표준 절차를 사용하여 멸균)를 환자의 영향을받는 엉덩이에 놓습니다.
- C-ARM 형광경을 수술대 옆으로 옮기고 소스를 엉덩이 관절 위에 놓습니다. 소스를 깊이 카메라와 정렬하고 수술대의 위치를 위치 1로 기록합니다.
- 첫 번째 형광 복사 후 BMP 형식 방사선 사진을 시스템 워크 스테이션으로 내보내고 사진 편집에서 연 다음 광조 옵션을 클릭하여 회색조를 조정하십시오. 시계 방향으로 회전하고 해당 버튼을 클릭하여 수평으로 한 번 뒤집어 BMP로 변환합니다. 그런 다음 페인팅 3D 를 클릭하여 열고 비침습적 바디 표면 마킹 프레임이 포함된 JPG 형식으로 저장하고 이미지 1의 이름을 지정합니다(그림 8A).
참고: 이 변환 프로세스는 시스템 식별의 성공을 촉진하기 위한 것입니다. 이미지 변환의 특별한 요구 사항으로 인해 회전 및 반전을 위해 X 선 이미지의 그레이 스케일을 조정해야합니다. - 깊이 카메라 바로 아래의 수술대를 위치 2로 표시된 작동 영역으로 밉니다. 위치 1(단계 3.3)과 위치 2는 30cm 떨어진 동일한 수평면의 두 지점입니다.
- AR 보조 정형외과 수술 시스템에서 파일 > 전면 X선 이미지를 클릭하고 이미지 1을 선택합니다. 시스템은 환자의 피부 표면에서 비침습적 신체 표면 마킹 프레임을 자동으로 식별한 다음, 이 이미지를 수술 비디오의 고관절에 중첩시킨다(도 8B).
- 위에서 생성된 X선 영상과 실시간 영상의 증강현실 디스플레이를 이용하여 외과의는 이를 바탕으로 펑크 경로를 계획한다.
4. 수술 시스템에 의해 보조 펑크
- 외과 의사는 영향을받는 쪽에 서서 다음 단계를 수행합니다. 펑크 장치를 잡고 최적의 삽입 각도를 결정합니다. 피부 표면에 삽입 지점을 표시하고, 가상 Kirschner 와이어와 수술 비디오에서 고관절의 X 선 이미지로 안내합니다.
- 직경 2.5mm의 Kirschner 와이어를 선택하고 삽입 지점에서 관통합니다. 비디오의 삽입 깊이와 각도를 관찰하고 적시에 조정하십시오.
- 가상 바늘이 괴사의 목표 영역에 도달하면 펑크 과정을 중지하고 후속 펑크 정확도 평가를 위해 스크린 샷을 이미지 2로 유지합니다 (그림 9A).
- 바늘에 내주하십시오. 수술대를 두 번째 형광 검사의 위치 1로 이동하여 Kirschner 와이어의 실제 펑크 상태를 확인합니다. 이미지 파일을 이미지 3으로 기록합니다(그림 9B).
- 펑크는 Kirschner 와이어의 위치가 외과 의사의 모든 요구 사항을 충족 할 때 성공합니다. 그런 다음 랜싯을 사용하여 바늘 주위의 피부를 자르고 약 3cm 깊이의 서브 트로 챈터 뼈가 노출 될 때까지 모든 수준의 연조직을 분리합니다. Kirschner 와이어를 따라 괴사 부위를 5mm 트레핀으로 드릴하여 후속 작업 (인공 뼈 또는 자가 뼈 이식)을 완료하십시오.
- 모든 절차를 마친 후 3-0 실크 실로 피부를 닫고 멸균 드레싱으로 덮으십시오 (그림 10). 병동으로 돌아온 후, 환자에게 감염 예방, 진통 및 체액 주입과 같은 일반적인 정형 외과 수술 후 약물을 제공하십시오. 합병증이 발생하지 않으면 수술 후 3 일 후에 환자를 퇴원시킵니다.
5. 운영 평가
- 이미지 2와 이미지 3을 이미지 처리 소프트웨어로 가져오고 불투명도를 52%로 조정합니다.
- 마스킹 버튼을 클릭하여 두 이미지를 겹친 다음 눈금자 버튼을 클릭하여 가상 팁과 대퇴 피질의 펑크 포인트 사이의 거리 (L 가상)와 Kirschner 바늘 끝과 대퇴 피질의 펑크 포인트 사이의 거리 (Lture)를 측정하십시오. L 가상과 Lture의 차이를 계산하여 펑크 정확도를 평가합니다.
- 구멍을 뚫는 동안 다음과 같이 위치 결정 시간을 측정하십시오 : 위치 결정 시간은 Kirschner 와이어가 피부를 관통 한 시간부터 시작하여 X 선이 Kirschner 와이어가 대퇴골 머리의 목표 영역에 성공적으로 도달했음을 확인하면 멈 춥니 다.
- 수술 후 석 달 후, 엉덩이 X-ray(그림 11)를 촬영하고 시각적 아날로그 척도와 해리스 엉덩이 점수를 기록합니다.
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Representative Results
작동 특성
외과 내비게이션 시스템은 아홉 명의 환자의 엉덩이 10 개에 지속적으로 적용되었습니다. 수술의 평균 총 위치 결정 시간은 10.1 분 (중앙값 9.5 분, 범위 8.0-14.0 분)이었다. 평균 C-ARM 형광 내시경은 5.5배였다(중앙값 5.5배, 범위 4-8배). 펑크 정확도의 평균 오차는 1.61mm(중앙값 1.2mm, 범위 -5.76-19.73mm; 표 1). 결과는 포지셔닝 시간과 형광 검사 시간이 전통적인 절차에 비해 분명히 단축되었음을 보여줍니다.
임상 결과 평가
등록 된 아홉 명의 환자는 남성 일곱 명과 여성 두 명으로 구성되었으며 평균 연령은 41.6 세± 10.0 세입니다. 평균 BMI는 23.93 ± 3.08 kg /m2이었다. 엉덩이 평가의 경우, 두 개의 엉덩이가 ARCO I 단계에 있었고, 네 개의 엉덩이가 ARCO IIA 단계에, 네 개의 엉덩이가 ARCO IIB 단계에 있었다. 수술 전 및 수술 후 시각적 아날로그 척도 및 해리스 엉덩이 스코어를 사용하여 결과를 평가하였다(표 1). 평균 수술 전 VAS 점수는 6이었고 평균 수술 후 점수는 3.75였습니다. 평균 수술 전 해리스 점수는 77.5점, 평균 수술 후 점수는 85.5점이었다. 엉덩이 X-ray는 수술 후 3개월 후에 검사되었다. 모든 환자는 안전하게 병동으로 돌아 왔습니다. 감염, 혈종 또는 신경 손상과 같은 수술 후 합병증은 발견되지 않았습니다. 지금까지 어떤 경우에도 대퇴골 두부 붕괴가 발생하지 않았으며 고관절 보존의 장기적인 기능과 성공률은 여전히 추적되고 있습니다. 수술 지표 및 점수는 표 2에 나타내었다.
그림 1 : 대퇴골 두부 괴사의 초기 단계 이미징. (A) CT 이미지. (B) MRI 영상. 화살표는 괴사의 영역을 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: AR 기반 내비게이션 수술 시스템의 주요 구성 요소 . (A) 깊이 카메라. (B) 위치 결정 프레임이 있는 펑크 장치. (C) 비침습적 신체 표면 마킹 프레임은 독립적으로 설계 및 개발되었습니다. (D) 적외선 포지셔닝 장치. (E) 수술 시스템 워크스테이션. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: 수동 적외선 반사판 설치 . (A) 펑크 장치에 장착된 자체 설계된 포지셔닝 프레임. (B) 반사체는 비침습적 몸체 표면 마킹 프레임의 네 모서리에 장착된다. (C) 수동 적외선 반사판의 사양은 직경이 10mm인 구형 장치입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4 : 적외선 포지셔닝 장치의 작동 원리. 상기 적외선 위치 결정 장치에 의해 방출되는 적외선은 상기 수동 적외선 반사체에 의해 반사되고; 해당 장치의 수신기는 반사 신호를 수신하고 이동 데이터를 워크 스테이션으로 전송합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 5: 수술 전 등록 과정에 대한 개요 . (A) AR 보조 정형외과 수술 시스템의 작동 인터페이스. (b) 수술 영역은 비침습적 신체 표면 마킹 프레임을 사용하여 계획되었다. (C) 수술 비디오에서 일치하는 지점 중 하나를 성공적으로 등록하기위한 팁. (D) 모든 매칭 포인트가 성공적으로 매칭된 후, 수술 기구의 추적이 테스트되었다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 6: 실제 Kirschner 와이어에 가상 Kirschner 와이어의 중첩. (A-C) 이미지는 가상 Kirschner 바늘이 물리적 바늘에 정확하게 겹쳐져 화면에서 함께 움직인다는 것을 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 7: 수술 시나리오에 대한 개요 . (A) 수술실에서 AR 기반 수술 시스템의 주요 구성 요소. (B) 대퇴골 두부의 괴사 환자는 수술 시스템의 도움으로 치료되고 있다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 8: 고관절 영상 및 증강 현실 디스플레이 . (A) 비침습적 신체 표면 마킹 프레임을 포함하는 고관절의 방사선 사진. 검은색 화살표는 수동 적외선 반사경을 나타냅니다. (B) 방사선 사진은 워크 스테이션에서 처리 된 다음 화면의 영향을받는 엉덩이 표면의 수술 시스템에 의해 겹쳐집니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 9: 펑크 효과 데모. (A) 이미지는 펑크 후 스크린샷을 표시하며, 검은색-빨강-파랑 선은 시스템의 가상 Kirschner 와이어입니다(단계 2.6). (B) 이미지는 펑크가 완료된 후의 엉덩이 방사선 사진을 보여주며, 검은 색 선은 X 선에서 실제 Kirschner 와이어의 이미지입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 10: AR 기반 수술 시스템에 의해 유도되는 대퇴골 머리 천자 . (A) 외과의는 화면 디스플레이에 따라 펑크 장치의 위치를 조정한다. (B) Kirschner 와이어가 피부에 구멍을 뚫고 괴사를 가리킨다. (C) Kirschner 와이어를 따라 괴사 부위를 5mm 트레핀으로 드릴하여 인공 뼈 또는 자가 뼈 이식을 채 웁니다. (D) 상처를 닫는다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 11 : 고관절의 수술 후 방사선 사진. (A) 정면에서. (B) 환자가 개구리 위치에 있다. 검은 색 화살표는 대퇴골 머리에 인공 뼈 임플란트를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| 경우 | 성 | 연령 | BMI | 질병 | 아크 |
| 1 | M | 22 | 28.40 | ONFH(왼쪽) | IIA |
| 2 | F | 21 | 22.40 | ONFH(오른쪽) | 증권 시세 표시기 |
| 3 | M | 42 | 19.56 | ONFH(왼쪽) | 증권 시세 표시기 |
| 4 | M | 51 | 22.10 | ONFH(왼쪽) | 나는 |
| 5 | M | 31 | 24.34 | ONFH (양측) | L : IIB |
| 6 | R:IIA | ||||
| 7 | M | 46 | 27.24 | ONFH(오른쪽) | IIA |
| 8 | F | 41 | 21.20 | ONFH(왼쪽) | 증권 시세 표시기 |
| 9 | M | 56 | 22.83 | ONFH(오른쪽) | 나는 |
| 10 | M | 38 | 27.30 | ONFH(왼쪽) | IIA |
표 1: 기본 환자 정보. 이 표는이 연구에 등록 된 10 명의 환자에 대한 정보를 제공합니다.
| 경우 | 포지셔닝 시간 (분) | 형광 스코피 샷 | 위치 오류 (mm) | 해리스 힙 스코어 | 비주얼 아날로그 스케일 | ||
| 전에 | 후 | 전에 | 후 | ||||
| 1 | 13 | 6 | 2.83 | 82 | 89 | 6 | 4 |
| 2 | 9 | 6 | 0.35 | 86 | 85 | 4 | 3 |
| 3 | 9 | 4 | 2.05 | 88 | 89 | 5 | 3 |
| 4 | 10 | 5 | -5.01 | 73 | 85 | 7 | 4 |
| 5 | 8 | 6 | -1.52 | L:84 | 패:88 | L:4 | L:3 |
| 6 | 14 | 4 | -4.13 | R:68 | R:82 | R:6 | R:4 |
| 7 | 11 | 7 | 3.97 | 74 | 84 | 7 | 4 |
| 8 | 10 | 5 | 3.55 | 81 | 89 | 5 | 3 |
| 9 | 9 | 8 | 19.73 | 74 | 82 | 6 | 4 |
| 10 | 8 | 4 | -5.76 | 62 | 81 | 8 | 5 |
표 2 : 수술 지표 및 점수. 포지셔닝 시간, 형광 스코피 시간, 및 펑크 정확도를 계산하고 나타내었다. 수술 전후 VAS 점수와 해리스 점수도 이 표에 나와 있습니다.
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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 결정하기 때문에 CD의 중요한 절차입니다. 그러나, 전통적인 펑크 포지셔닝 방법은 여전히 반복적인 펑크, 형광 검사에 대한 노출의 증가, 및 작동 시간증가(10,11)로 이어질 수 있는 사각지대를 여전히 포함하고 있다. 많은 학자들은 또한 3D 프린팅, 엉덩이 관절 내시경의 조합 및 로봇 보조 내비게이션 시스템12,21,22,23의 사용과 같은이 측면을 개선하기 위해 노력했습니다. 이러한 방법은 펑크 포지셔닝의 효율성과 정확성을 확실히 향상 시키지만 수술 복잡성 추가, 자회사 부상 유발 및 의료 비용 증가와 같은 다른 측면에서도 몇 가지 결함이 있습니다.
여기에 도시된 시스템은 수술 전 등록 과정에서 가상 수술 영역을 분할할 수 있다. 가상 수술 영역에서, 전기 광학 표적 추적 장비의 고정밀 트레이스와 Kirschner 와이어의 가상 디스플레이가 달성될 수 있다. 필요에 따라, 두 번째 필름과 중첩은 엉덩이의 각도를 조정할 때도 수행 될 수 있습니다. 평균 등록 시간은 10.1 분입니다. 동일한 영역에서 다른 작업을 수행할 때 반복 등록이 필요하지 않습니다. 등록 및 포지셔닝의 전체 과정은 비 침습적이므로 높은 수준의 안전성을 보장하고 덜 침습적 인 수술 원리로 적합합니다.
AR 기술은 지각 불가능한 정보를 실시간 비디오 프레임에 중첩시키고, 이는 가상과 현실(24)의 조합을 달성한다. AR 기술은 골절 감소, 뼈 종양 절제술 등과 같은 많은 정형 외과 수술로 결합되었습니다.25,26,27. 우리의 지식에 따르면, 이것은 CD 수술에 AR을 적용하는 첫 번째 연구입니다. 우리 시스템의 가장 큰 장점은 수술의 어려움을 줄이고 외과 의사의 학습 곡선을 단축 할 수있는 실시간 시각화입니다.
이 연구에는 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 첫째,이 연구의 표본 크기는 매우 작기 때문에 결과가 충분히 설득력이 없습니다. 둘째, 우리는 초기 임상 결과만보고합니다. 환자에 대한 실제 이익을 평가하기 위해 추가 후속 조치가 필요합니다. 물론이 시스템에는 여전히 개발의 여지가 있습니다. 성능 향상으로 임상 실습에 더 잘 봉사 할 것입니다.
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Disclosures
저자들은 그들이 경쟁하는 이익이 없다고 선언합니다.
Acknowledgments
이 연구는 베이징 자연 과학 재단 (7202183), 중국 국립 자연 과학 재단 (81972107) 및 베이징시 과학 기술위원회 (D171100003217001)의 지원을 받았다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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.
- 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.
- 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. , 21925682211069321 Advance online (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.
- 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).
