Summary
La tecnologia di realtà aumentata è stata applicata alla decompressione del nucleo per l'osteonecrosi della testa del femore per realizzare la visualizzazione in tempo reale di questa procedura chirurgica. Questo metodo può migliorare efficacemente la sicurezza e la precisione della decompressione del nucleo.
Abstract
L'osteonecrosi della testa del femore (ONFH) è una malattia articolare comune nei pazienti giovani e di mezza età, che grava seriamente sulla loro vita e sul loro lavoro. Per l'ONFH in fase iniziale, la chirurgia di decompressione del nucleo è una terapia di conservazione dell'anca classica ed efficace. Nelle procedure tradizionali di decompressione del nucleo con filo di Kirschner, ci sono ancora molti problemi come l'esposizione ai raggi X, la verifica ripetuta della puntura e il danno al normale tessuto osseo. La cecità del processo di foratura e l'incapacità di fornire una visualizzazione in tempo reale sono ragioni cruciali per questi problemi.
Per ottimizzare questa procedura, il nostro team ha sviluppato un sistema di navigazione intraoperatoria sulla base della tecnologia di realtà aumentata (AR). Questo sistema chirurgico può visualizzare intuitivamente l'anatomia delle aree chirurgiche e rendere le immagini preoperatorie e gli aghi virtuali al video intraoperatorio in tempo reale. Con la guida del sistema di navigazione, i chirurghi possono inserire con precisione i fili Kirschner nell'area della lesione mirata e ridurre al minimo il danno collaterale. Abbiamo condotto 10 casi di chirurgia di decompressione del nucleo con questo sistema. L'efficienza del posizionamento e della fluoroscopia è notevolmente migliorata rispetto alle procedure tradizionali e anche l'accuratezza della puntura è garantita.
Introduction
L'osteonecrosi della testa del femore (ONFH) è una malattia invalidante comune che si verifica nei giovani adulti1. Clinicamente, è necessario determinare la stadiazione di ONFH basata su raggi X, TC e risonanza magnetica per decidere la strategia di trattamento (Figura 1). Per l'ONFH in fase iniziale, la terapia di conservazione dell'anca viene solitamente adottata2. La chirurgia di decompressione del nucleo (CD) è uno dei metodi di conservazione dell'anca più frequentemente utilizzati per l'ONFH. Sono stati riportati alcuni effetti curativi della decompressione del nucleo con o senza innesto osseo nel trattamento dell'ONFH in fase iniziale, che può evitare o ritardare la successiva artroplastica totale dell'anca (THA) per lungo tempo 3,4,5. Tuttavia, il tasso di successo della CD con o senza innesto osseo è stato riportato in modo diverso tra gli studi precedenti, dal 64% al 95%6,7,8,9. La tecnica chirurgica, in particolare la precisione della posizione di perforazione, è importante per il successo della conservazione dell'anca10. A causa della cecità della procedura di puntura e posizionamento, le tecniche tradizionali di CD hanno diversi problemi, come più tempo di fluoroscopia, puntura ripetuta con filo di Kirschner e lesione del tessuto osseo normale 11,12.
Negli ultimi anni, il metodo assistito da realtà aumentata (AR) è stato introdotto nella chirurgia ortopedica13. La tecnica AR può mostrare visivamente l'anatomia del campo chirurgico, guidare i chirurghi nella pianificazione della procedura operativa e di conseguenza ridurre la difficoltà dell'operazione. Le applicazioni della tecnica AR nell'impianto di viti peduncolari e nella chirurgia di artroplastica articolare sono state riportate in precedenza 14,15,16,17. In questo studio, miriamo ad applicare la tecnica AR alla procedura CD e verificarne la sicurezza, l'accuratezza e la fattibilità nella pratica clinica.
Componenti hardware del sistema
I componenti principali del sistema chirurgico di navigazione basato su AR includono quanto segue: (1) Una telecamera di profondità (Figura 2A) installata direttamente sopra l'area chirurgica; il video viene girato da questo e inviato alla workstation per la registrazione e la cooperazione con i dati di imaging. (2) Un dispositivo di perforazione (Figura 2B) e un telaio di marcatura della superficie corporea non invasivo (Figura 2C), entrambi con riflettori passivi a infrarossi. Uno speciale rivestimento riflettente delle sfere di marcatura (Figura 3) può essere catturato da apparecchiature a infrarossi per ottenere un tracciamento accurato delle apparecchiature chirurgiche nell'area chirurgica. (3) Un dispositivo di posizionamento a infrarossi (Figura 2D) è responsabile del tracciamento dei marcatori nell'area chirurgica, abbinando il telaio di marcatura della superficie corporea e il dispositivo di puntura con elevata precisione (Figura 4). (4) Il sistema host (Figura 2E) è una workstation a 64 bit, installata con il sistema di chirurgia ortopedica assistita da AR sviluppato in modo indipendente. La visualizzazione in realtà aumentata dell'articolazione dell'anca e dell'operazione di puntura della testa femorale può essere completata con la sua assistenza.
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Protocol
Questo studio è stato approvato dal comitato etico del China-Japan Friendship Hospital (numero di approvazione: 2021-12-K04). Tutti i seguenti passaggi sono stati eseguiti secondo procedure standardizzate per evitare lesioni ai pazienti e ai chirurghi. Per questo studio è stato ottenuto il consenso informato del paziente. Il chirurgo deve essere esperto nelle procedure convenzionali di decompressione del nucleo per garantire che l'intervento chirurgico possa essere eseguito in modo tradizionale in caso di navigazione imprecisa o altre situazioni impreviste.
1. Diagnosi preoperatoria e classificazione dell'ONFH
- Identificare i pazienti con sintomi clinici di ONFH; sintomi tipici come dolore persistente o intermittente nella regione inguinale con dolore irradiante all'anca o al ginocchio ipsilaterale. L'esame fisico ha mostrato una profonda tenerezza nella regione inguinale, il segno di Patrick, un movimento limitato dell'anca di rotazione interna e abduzione, o cambiamenti di necrosi della testa del femore misurati usando raggi X, TC e risonanza magnetica.
- Secondo la ricerca dell'associazione di ricerca sulla stadiazione ossea della circolazione (ARCO), rivedere i raggi X, la TC e la risonanza magnetica dell'anca dei pazienti e determinare la stadiazione dell'ONFH. Due medici conducono questo lavoro in modo indipendente. In caso di disaccordi, chiedi a un terzo esperto di prendere la decisione finale.
- Registra la scala analogica visiva preoperatoria (VAS) e il punteggio dell'anca di Harris utilizzando un questionario.
- Includere i pazienti che utilizzano i seguenti criteri: 1) pazienti con ONFH; 2) stadio I, IIA e IIB di ONFH confermato dall'esame di imaging (raggi X, TC e risonanza magnetica); 3) è previsto l'intervento chirurgico di decompressione del nucleo della testa del femore. Escludere i pazienti quando: 1) i pazienti rifiutano l'intervento chirurgico CD; 2) l'esame di routine preoperatorio indica contraddizioni chirurgiche, come infezioni o cattive condizioni di base; 3) i pazienti rifiutano di essere arruolati nel gruppo.
2. Registrazione del sistema e test di accuratezza
- Eseguire il sistema di chirurgia ortopedica assistita da AR (a causa di problemi di commercializzazione non è possibile fornire i dettagli del software) e fare clic su Video ortografico per attivare la telecamera di profondità. Un'immagine dell'area chirurgica verrà visualizzata sullo schermo dopo l'attivazione (Figura 5A). Posizionare il dispositivo di tracciamento ottico in modo che la sua area di tracciamento possa coprire completamente l'area chirurgica (Figura 5B).
- Fare clic su Impostazione NDI per selezionare la porta di accesso al dispositivo, COM4. Fare clic sull'impostazione della lunghezza dell'ago virtuale (generalmente un ago Kirschner è lungo 180 mm) e un'immagine virtuale dell'ago Kirschner verrà generata automaticamente nell'area chirurgica nel video.
- Dividere l'area frontale chirurgica pianificata in livelli superiore e inferiore con ogni livello di 30 cm x 30 cm di dimensioni e con una differenza di altezza di 15 cm tra i livelli. Il sistema inserisce automaticamente queste informazioni spaziali dell'area chirurgica nel software.
- Assegna uniformemente ogni livello con 10 punti corrispondenti; per ogni area di 30 cm x 30 cm, dividerla in tre parti uguali, con due parti aventi tre punti ciascuna e una parte (parte sinistra) a quattro punti. Chiedere all'assistente di posizionare il telaio di marcatura della superficie corporea non invasivo (Figura 2C) in base ai punti. Una volta fatto, fai clic su Corrispondenza. L'immagine speciale del sistema per la registrazione verrà automaticamente sovrapposta al frame di marcatura (Figura 5C). Considera la registrazione di questo punto con successo quando l'immagine e la cornice di marcatura coincidono completamente.
- Spostate il fotogramma sul punto di registrazione successivo e ripetete il passaggio 2.4. fino al completamento di tutti i punti di registrazione. Poiché la forma del telaio di marcatura dotato del dispositivo di puntura (Figura 3A2) è esattamente la stessa del telaio di marcatura della superficie corporea non invasiva, una volta completata la registrazione, il primo può anche essere rintracciato dal dispositivo di tracciamento ottico nell'area chirurgica.
- Spostare il dispositivo di puntura in modo casuale nell'area chirurgica per rilevare il grado corrispondente di ago virtuale e ritardo di tracciamento (Figura 6). Poiché il corpo dell'ago Kirschner virtuale rosso-blu si adatta automaticamente all'ago reale nell'area chirurgica, il display in realtà aumentata dell'ago Kirschner ha successo (Figura 5D).
NOTA: durante il processo di registrazione, la posizione del dispositivo di tracciamento ottico e della telecamera di profondità non deve essere modificata a piacimento. In tal caso, la relazione di posizione spaziale della chirurgia virtuale cambierà, causando una corrispondenza imprecisa tra l'ago virtuale di Kirschner e quello fisico, e la registrazione deve essere ricondotta.
3. Preparazione del paziente e del sistema prima della puntura
- Dopo essere entrati in sala operatoria, chiedere al paziente di sdraiarsi in posizione supina e fissare l'arto inferiore del lato interessato (Figura 7). Somministrare l'anestesia generale a tutti i pazienti.
- Preparare il sito chirurgico con iodio e alcol al 75% e posizionare il dispositivo di posizionamento della superficie corporea non invasivo (sterilizzato con procedure standard) sull'anca interessata del paziente.
- Spostare il fluoroscopio C-ARM sul lato del tavolo operatorio e posizionare la sorgente sopra l'articolazione dell'anca. Allineare la sorgente con la telecamera di profondità e registrare la posizione del tavolo chirurgico come posizione 1.
- Dopo la prima fluoroscopia, esportare la radiografia in formato BMP sulla workstation di sistema, aprirla in Fotoritocco e regolarne la scala di grigi facendo clic sull'opzione Scala luminosa. Ruotare in senso orario e capovolgere orizzontalmente una volta facendo clic sui pulsanti corrispondenti per convertire in BMP. Quindi, aprirlo facendo clic su Painting 3D e salvarlo come formato JPG, che conteneva una cornice di marcatura della superficie del corpo non invasiva, e denominarla immagine 1 (Figura 8A).
NOTA: questo processo di conversione ha lo scopo di promuovere il successo dell'identificazione del sistema. A causa dei requisiti speciali della conversione dell'immagine, è necessario regolare la scala di grigi dell'immagine a raggi X per la rotazione e l'inversione. - Far scorrere la tabella operatoria direttamente sotto la telecamera di profondità fino all'area operativa contrassegnata come posizione 2. La posizione 1 (al punto 3.3) e la posizione 2 sono due punti sullo stesso piano orizzontale, a 30 cm di distanza.
- Nel sistema di chirurgia ortopedica assistita da AR, fare clic su File >'immagine a raggi X anteriore e selezionare l'immagine 1. il sistema identifica automaticamente il fotogramma di marcatura della superficie corporea non invasiva sulla superficie cutanea del paziente e quindi sovrappone questa immagine all'articolazione dell'anca nel video chirurgico (Figura 8B).
- Utilizzando il display in realtà aumentata dell'immagine a raggi X e il video in tempo reale generato sopra, il chirurgo pianifica il percorso di puntura in base a questo.
4. Puntura assistita da sistema chirurgico
- Il chirurgo si trova sul lato interessato ed esegue i seguenti passaggi. Tenere premuto il dispositivo di foratura e determinare il miglior angolo di inserimento. Segna il punto di inserimento sulla superficie della pelle, guidato dal filo virtuale di Kirschner e dall'immagine a raggi X dell'articolazione dell'anca nel video chirurgico.
- Selezionare un filo Kirschner con un diametro di 2,5 mm e forarlo dal punto di inserimento. Osserva la profondità e l'angolo di inserimento nel video e regolalo tempestivamente.
- Quando l'ago virtuale ha raggiunto l'area target di necrosi, interrompere il processo di puntura e conservare la schermata come immagine 2 (Figura 9A) per la successiva valutazione dell'accuratezza della puntura.
- Abita l'ago. Spostare il tavolo operatorio in posizione 1 per la seconda fluoroscopia per verificare l'effettiva condizione di puntura del filo Di Kirschner. Registrare il file immagine come immagine 3 (Figura 9B).
- La puntura ha successo quando la posizione del filo Kirschner soddisfa tutti i requisiti del chirurgo. Quindi, utilizzare la lancetta per tagliare la pelle intorno all'ago e separare ogni livello di tessuto molle fino a esporre l'osso sub-trocantere, all'incirca a una profondità di 3 cm. Perforare l'area necrotica lungo il filo di Kirschner con una trefina di 5 mm per completare le operazioni successive (osso artificiale o impianto osseo autologo).
- Dopo aver terminato tutte le procedure, chiudere la pelle con filo di seta 3-0 e coprire con medicazione sterile (Figura 10). Dopo il ritorno in reparto, fornire ai pazienti i farmaci ortopedici postoperatori comuni accettati, come la prevenzione delle infezioni, l'analgesia e l'infusione di liquidi. Se non si verifica alcuna complicazione, dimettere i pazienti 3 giorni dopo l'intervento chirurgico.
5. Valutazione dell'operazione
- Importa l'immagine 2 e l'immagine 3 in un software di elaborazione delle immagini e regola l'opacità al 52%.
- Fare clic sul pulsante Mascheramento per sovrapporre le due immagini, quindi fare clic sul pulsante Righelli per misurare la distanza (Lvirtuale) tra la punta virtuale e il punto di puntura della corteccia femorale e la distanza (L) tra la punta dell'ago Kirschner e il punto di puntura della corteccia femorale. Calcola la differenza tra Lvirtuale e L ture per valutare l'accuratezza della foratura.
- Durante la puntura, misurare il tempo di posizionamento come segue: il tempo di posizionamento inizia dal momento in cui il filo di Kirschner perfora la pelle e si ferma quando la radiografia conferma che il filo di Kirschner ha raggiunto con successo l'area target della testa del femore.
- Tre mesi dopo l'intervento chirurgico, fai la radiografia dell'anca (Figura 11) e registra la scala analogica visiva e il punteggio dell'anca di Harris.
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Representative Results
Caratteristiche operative
Il sistema di navigazione chirurgica è stato applicato in 10 fianchi continuativi di nove pazienti. Il tempo medio di posizionamento totale dell'intervento è stato di 10,1 minuti (mediana 9,5 minuti, intervallo 8,0-14,0 minuti). La fluoroscocopia C-ARM media è stata di 5,5 volte (mediana 5,5 volte, intervallo 4-8 volte). L'errore medio di precisione della foratura è stato di 1,61 mm (mediana 1,2 mm, intervallo -5,76-19,73 mm; Tabella 1). I risultati mostrano che i tempi di posizionamento e di fluoroscopia sono ovviamente ridotti rispetto alle procedure tradizionali.
Valutazione dei risultati clinici
I nove pazienti arruolati erano sette maschi e due femmine, con un'età media di 41,6 ± 10,0 anni. Il BMI medio era di 23,93 ± 3,08 kg/m2. Per i fianchi valutati, due fianchi erano nello stadio ARCO I, quattro fianchi erano nello stadio ARCO IIA e quattro nello stadio ARCO IIB. La scala analogica visiva preoperatoria e postoperatoria e il punteggio dell'anca di Harris sono stati utilizzati per valutare il risultato (Tabella 1). Il punteggio VAS preoperatorio medio era 6 e il punteggio postoperatorio medio era 3,75. Il punteggio medio preoperatorio di Harris era 77,5 e il punteggio medio postoperatorio era 85,5. La radiografia dell'anca è stata esaminata 3 mesi dopo l'intervento chirurgico. Tutti i pazienti sono tornati in reparto sani e salvi. Non sono state riscontrate complicazioni postoperatorie come infezioni, ematomi o danni ai nervi. Finora, non si è verificato alcun collasso della testa del femore in nessun caso e la funzione a lungo termine e il tasso di successo della conservazione dell'anca sono ancora in fase di follow-up. Gli indicatori chirurgici e i punteggi sono mostrati nella Tabella 2.
Figura 1: Imaging della fase iniziale della necrosi della testa del femore. (A) L'immagine TC. (B) L'immagine MRI. Le frecce indicano aree di necrosi. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: I componenti principali del sistema chirurgico di navigazione basato su AR. (A) Telecamera di profondità. (B) Il dispositivo di foratura con un telaio di posizionamento. (C) Telaio di marcatura della superficie corporea non invasivo progettato e sviluppato in modo indipendente. (D) Dispositivo di posizionamento a infrarossi. (E) Il posto di lavoro del sistema chirurgico. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: Installazione di un riflettore a infrarossi passivo. (A) Telaio di posizionamento auto-progettato montato sul dispositivo di perforazione. (B) Il riflettore è montato ai quattro angoli del telaio non invasivo di marcatura della superficie del corpo. (C) La specifica del riflettore passivo a infrarossi è un dispositivo sferico con un diametro di 10 mm. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4: Principi di funzionamento del dispositivo di posizionamento a infrarossi. La radiazione infrarossa emessa dal dispositivo di posizionamento a infrarossi viene riflessa dai riflettori passivi a infrarossi; i ricevitori di tale dispositivo ricevono il segnale riflesso e trasmettono i dati di movimento alla postazione di lavoro. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 5: Panoramica del processo di registrazione preoperatoria. (A) Interfaccia operativa del sistema di chirurgia ortopedica assistita da AR. (B) L'area chirurgica è stata progettata utilizzando un telaio di marcatura della superficie corporea non invasivo. (C) Suggerimenti per la corretta registrazione di uno dei punti di corrispondenza nel video chirurgico. (D) Dopo che tutti i punti di corrispondenza sono stati abbinati con successo, è stato testato il tracciamento degli strumenti chirurgici. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 6: Sovrapposizione del filo virtuale di Kirschner su filo di Kirschner reale. (A-C) Le immagini mostrano che l'ago virtuale di Kirschner è esattamente sovrapposto a quello fisico e si muove con esso sullo schermo. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 7: Panoramica degli scenari chirurgici. (A) I componenti principali del sistema chirurgico basato su AR in sala operatoria. (B) Un paziente con necrosi della testa del femore è in trattamento con l'aiuto del sistema chirurgico. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 8: Imaging dell'articolazione dell'anca e visualizzazione in realtà aumentata. (A) Radiografia dell'articolazione dell'anca contenente un telaio di marcatura della superficie corporea non invasivo. La freccia nera indica i riflettori passivi a infrarossi. (B) La radiografia viene elaborata sul posto di lavoro e quindi sovrapposta dal sistema chirurgico sulla superficie dell'anca interessata sullo schermo. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 9: Dimostrazione dell'effetto foratura. (A) L'immagine presenta lo screenshot dopo la foratura, la linea nero-rosso-blu è un filo Virtuale di Kirschner nel sistema (passaggio 2.6). (B) L'immagine mostra la radiografia dell'anca dopo il completamento della puntura, la linea nera è un'immagine di un vero filo di Kirschner a raggi X. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 10: Puntura della testa del femore guidata dal sistema chirurgico basato su AR. (A) Il chirurgo sta regolando la posizione del dispositivo di puntura in base al display dello schermo. (B) Il filo di Kirschner perfora la pelle e indica la necrosi. (C) Perforare l'area necrotica lungo il filo di Kirschner con una trefina di 5 mm per riempire l'osso artificiale o l'impianto osseo autologo. (D) Chiudere la ferita. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 11: Radiografia postoperatoria dell'articolazione dell'anca. (A) Dalla vista frontale. (B) Il paziente è in posizione di rana. Le frecce nere indicano impianti ossei artificiali nella testa del femore. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
| Caso | Sesso | Età | BMI | Malattia | ARCO |
| 1 | M | 22 | 28.40 | ONFH(sinistra) | IIA |
| 2 | F | 21 | 22.40 | ONFH(a destra) | IIB · |
| 3 | M | 42 | 19.56 | ONFH(sinistra) | IIB · |
| 4 | M | 51 | 22.10 | ONFH(sinistra) | Io |
| 5 | M | 31 | 24.34 | ONFH(bilaterale) | L:IIB |
| 6 | R:IIA | ||||
| 7 | M | 46 | 27.24 | ONFH(a destra) | IIA |
| 8 | F | 41 | 21.20 | ONFH(sinistra) | IIB · |
| 9 | M | 56 | 22.83 | ONFH(a destra) | Io |
| 10 | M | 38 | 27.30 | ONFH(sinistra) | IIA |
Tabella 1: Informazioni di base sul paziente. La tabella fornisce le informazioni per i 10 pazienti arruolati in questo studio.
| Caso | Tempo di posizionamento (min) | Iniezioni di fluoroscopia | Errore di posizionamento (mm) | Harris Hip Punteggio | Scala analogica visiva | ||
| Prima | Dopo | Prima | Dopo | ||||
| 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 | L: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 |
Tabella 2: Indicatori chirurgici e punteggi. Il tempo di posizionamento, il tempo di fluoroscopia e l'accuratezza della puntura sono stati calcolati e mostrati. Anche il punteggio VAS pre e post-operatorio e il punteggio Harris sono mostrati in questa tabella.
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Discussion
Sebbene il THA si sia sviluppato rapidamente negli ultimi anni e sia diventato un metodo efficace per l'ONFH, la terapia di conservazione dell'anca svolge ancora un ruolo importante nel trattamento dell'ONFH18,19 in fase iniziale. Cd è un intervento chirurgico di conservazione dell'anca di base ed efficace, che può rilasciare il dolore all'anca e ritardare lo sviluppo del collasso della testa del femore20. Il posizionamento della puntura della necrosi focale è la procedura cruciale della CD, in quanto determina il successo o il fallimento dell'intervento chirurgico. Tuttavia, il tradizionale metodo di posizionamento delle forature contiene ancora alcuni punti ciechi che possono portare a punture ripetute, aumento dell'esposizione alla fluoroscopia e aumento del tempo difunzionamento 10,11. Molti studiosi hanno anche fatto sforzi per migliorare questo aspetto, come l'uso della stampa 3D, una combinazione di artroscopia dell'anca e l'uso di un sistema di navigazione assistito da robot 12,21,22,23. Questi metodi migliorano certamente l'efficienza e l'accuratezza del posizionamento delle forature, tuttavia presentano anche alcune carenze in altri aspetti, come l'aggiunta di complessità operativa, la causa di lesioni sussidiarie e l'aumento dei costi medici.
Il sistema qui mostrato può dividere l'area chirurgica virtuale nel processo di registrazione preoperatoria. Nell'area chirurgica virtuale è possibile ottenere una traccia ad alta precisione dell'apparecchiatura di tracciamento elettro-ottico del bersaglio e la visualizzazione virtuale del filo Kirschner. Come richiesto, il secondo film e la sovrapposizione possono anche essere condotti quando si regola l'angolo dell'anca. Il tempo medio di registrazione è di soli 10,1 min. Quando si eseguono altre operazioni nelle stesse aree, non è richiesta la registrazione ripetuta. L'intero processo di registrazione e posizionamento non è invasivo, garantendo così un elevato livello di sicurezza e l'adattamento con un principio chirurgico meno invasivo.
La tecnica AR sovrappone le informazioni impercettibili nel fotogramma video in tempo reale, che raggiunge la combinazione di virtualità e realtà24. La tecnica AR è stata combinata in molti interventi chirurgici ortopedici, come la riduzione delle fratture, la resezione del tumore osseo, ecc.25,26,27. Per quanto ne sappiamo, questo è il primo studio che applica l'AR nella chirurgia CD. Il più grande vantaggio del nostro sistema è la visualizzazione in tempo reale, che può ridurre la difficoltà dell'intervento chirurgico e accorciare la curva di apprendimento dei chirurghi.
Ci sono anche alcune limitazioni in questo studio. In primo luogo, la dimensione del campione di questo studio è molto piccola e, pertanto, il risultato non è abbastanza convincente. In secondo luogo, riportiamo solo i primi esiti clinici; è inoltre necessario un ulteriore follow-up per valutare il reale beneficio per i pazienti. Certamente, c'è ancora spazio per lo sviluppo in questo sistema. Con il miglioramento delle prestazioni, servirà meglio la pratica clinica.
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Disclosures
Gli autori dichiarano di non avere interessi concorrenti.
Acknowledgments
Questo lavoro è stato sostenuto dalla Beijing Natural Science Foundation (7202183), dalla National Natural Science Foundation of China (81972107) e dalla Beijing Municipal Science and Technology Commission (D171100003217001).
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).
