Method Article

التطبيق السريري لنظام التخطيط قبل الجراحة للذكاء الاصطناعي جنبا إلى جنب مع استرجاع قاعدة بيانات الخبراء في جراحة الورك المراجعة المعقدة

DOI:

10.3791/68063

⸱

February 28th, 2025

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Henan Luoyang Orthopedic Hospital, Henan Provincial Orthopedic Hospital, 2Wuhan United Imaging Surgical Co., Ltd., 3The First Affiliated Hospital of Zhejiang Chinese Medical University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تقترح هذه الدراسة نهجا جديدا للتخطيط قبل الجراحة للذكاء الاصطناعي يعتمد على استرجاع قاعدة بيانات الحالة الجراحية المتخصصة في عملية تقويم مفصل الورك المراجعة. بالإضافة إلى ذلك ، تم استخدام هذه التقنية في البداية في خمسة مرضى ، مما أظهر انخفاضا في وقت الجراحة والنزيف أثناء الجراحة.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعد التخطيط الدقيق قبل الجراحة في مراجعة تقويم مفصل الورك أمرا بالغ الأهمية لتحقيق نتائج ناجحة. لتعزيز التقييم البديهي لشدة عيب العظام الحقي والاستفادة من الخبرة الناجحة السابقة في مراجعة تقويم مفصل الورك ، تقترح هذه الدراسة نهجا جديدا يعتمد على استرجاع قاعدة بيانات الحالة الجراحية الخبيرة ويتم تنفيذه مبدئيا في التطبيق السريري. في هذه الدراسة ، تم التخطيط لخمسة مرضى يحتاجون إلى مراجعة تقويم مفصل الورك قبل الجراحة لاستخدام نظام التخطيط الجراحي لقاعدة بيانات الحالة المتخصصة. تم إدخال بيانات تصوير المريض في النظام ومطابقتها مع الحالات الموجودة في قاعدة بيانات حالات الخبراء. بناء على الخبرة الجراحية للخبير ، تمت التوصية بخطة جراحة المراجعة. إذا لم يتم العثور على حالة مناسبة ، فقد تم تخطيط نموذج وموضع الطرف الاصطناعي بناء على نتائج إعادة البناء الخاصة بالمريض. تم تسجيل ما مجموعه خمسة مرضى في هذه الدراسة ، أربعة ذكور وأنثى واحدة ، بمتوسط عمر 50.6 سنة. كان التشخيص هو ارتخاء الطرف الاصطناعي المعقم بعد تقويم مفصل الورك. كان متوسط وقت الجراحة 123.2 دقيقة ، وكان متوسط النزيف أثناء الجراحة 672 مل. لم يلاحظ أي مضاعفات أثناء الجراحة، مثل إصابة الأوعية الدموية أو الأعصاب. في الحالة 2 ، على سبيل المثال ، مكن تطبيق مخطط التخطيط المبتكر هذا الجراح من تحديد خطة جراحة المراجعة لهذا المريض في فترة ما قبل الجراحة ، وبالتالي تقليل وقت الجراحة والنزيف أثناء الجراحة. علاوة على ذلك ، يمكن إطلاع المرضى على نتائج الحالات المماثلة مسبقا. تتيح الاستفادة من نهج تحليل البيانات الضخمة من خلال قاعدة بيانات الحالة الشاملة الخاصة بنا التحديد الآلي لخطط علاج الخبراء المطابقة طوال العملية برمتها. يفيد هذا بشكل خاص جراحي العظام عديمي الخبرة من خلال تقديم إرشادات دقيقة حول الاستراتيجيات الجراحية لمساعدتهم في اختيار أحجام الأطراف الاصطناعية المناسبة وأوضاع التركيب. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تقدم النتائج المطابقة للمرضى تصورات تصور النتائج المتوقعة بعد الجراحة.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

أدى الانتشار المتزايد لتقويم مفصل الورك الكلي الأولي (THA) إلى ارتفاع مماثل في ضرورة تقويم المفاصل المراجعي بسبب عدد من العوامل ، بما في ذلك الارتخاء المعقم والعدوى والخلع المتكرر والكسر المحيطبالأطراف الاصطناعية 1. بالمقارنة مع تقويم مفصل الورك الأولي ، فإن جراحة مراجعة الورك هي إجراء أكثر تعقيدا من الناحية الفنية وصعبة سريريا ، مع معدلات وفيات أعلى2 ، وتكاليف رعاية صحية أعلى3 ، ومخاطر مضاعفاتأكبر 4.

في عملية تقويم مفصل الورك المراجعة، تعتبر إعادة بناء فقدان العظام الحقي واختيار الطرف الاصطناعي أمرا بالغ الأهمية في تحديد نجاح الجراحة. يحتاج جراح العظام إلى تقييم مخزون العظام المتبقي والتشريح المتغير ، بهدف تحقيق الاستقرار الأولي الكافي للكوب الحقيالمزروع حديثا 1. وبالتالي ، يعد التخطيط الدقيق قبل الجراحة أمرا بالغ الأهمية لتوجيه خيارات العلاج المتاحة.

حاليا ، يتحمل جراحو العظام مسؤولية إجراء تقييم شامل وتخطيط لتقويم المفاصل الترميمي بناء على نتائج التصوير قبل الجراحة وخبرتهم الجراحية. ومع ذلك ، فإن هذا سيشكل تحديا كبيرا للجراح عديم الخبرة.

مع تطور تقنية الذكاء الاصطناعي (الذكاء الاصطناعي) ، تم استخدامها بشكل متزايد في جراحة العظام ، في المقام الأول لتجزئة الصور وتشخيصها وتصنيفها وتصنيفها5. وفي الوقت نفسه ، بدأ الذكاء الاصطناعي في تحقيق النجاح الأولي في مساعدة THA6 الابتدائية. ومع ذلك ، فإن التخطيط الذكي قبل الجراحة لمراجعة تقويم مفصل الورك يظل لوحة فارغة. يتمتع الذكاء الاصطناعي بمستقبل واعد في جراحة مراجعة الورك ، لا سيما في تقييم عيوب العظام. هذه العيوب فريدة لكل مريض ، وعلى الرغم من أنها تظهر أنماطا معينة ، إلا أن طريقة تصنيف Paprosky التقليدية تفتقر إلى الدقة المطلوبة لتوصيفها بالكامل. ومع ذلك ، فإن الذكاء الاصطناعي قادر على استخراج معلومات أكثر تفصيلا من بيانات الصور ، مما يوفر وسيلة واعدة لتعزيز دقة ودقة تقييم عيوب العظام. قمنا بتطوير نظام تخطيط جديد قبل الجراحة بمساعدة الذكاء الاصطناعي لتوجيه قرارات جراحي العظام بشأن تقويم المفاصل المراجعين بناء على استرجاع قاعدة بيانات الحالة الجراحية المتخصصة.

أنشأنا أولا طريقة جديدة لإعادة بناء عيوب العظام الحقي ، وقياس وكتابة عيوب العظام الحقي. بعد ذلك ، قمنا ببناء قاعدة بيانات لحالات مراجعة الورك من خلال جمع البيانات السريرية والتصويرية على 200 حالة جراحية لمراجعة مفصل الورك من خبير وطني كبير. تتكون قاعدة البيانات من التصوير المقطعي المحوسب قبل الجراحة (CT) ، والأشعة السينية قبل الجراحة ، والأشعة السينية بعد الجراحة ، والتركيبة السكانية للمريض. يمكننا مطابقة الحالات في قاعدة البيانات بناء على خصائص العيوب العظمية الحالية للمرضى المقرر خوضهم للجراحة والعثور على سيناريوهات الحالة الأكثر تشابها لتزويد الجراح بمرجع ما قبل الجراحة. يسمح هذا النهج للجراح بالحصول على فكرة ما قبل الجراحة عن بروتوكول مراجعة الحقي ، مما يقلل من التجربة أثناء الجراحة ووقت الخطأ.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

حصلت الدراسة على إذن من لجنة الأخلاقيات في مستشفى لويانغ للعظام والكسور في مقاطعة خنان. بالإضافة إلى ذلك ، استندت هذه الدراسة إلى بيانات التصوير ولن تضر بالمتطوعين أو تكشف عن معلوماتهم. ولذلك، لا حاجة للمشاركين أو الأوصياء القانونيين أو الأقارب على التوقيع على استمارة الموافقة المستنيرة، بموجب التشريعات الوطنية والمتطلبات المؤسسية.

1. استيراد الصور

  1. استيراد بيانات التصوير المقطعي المحوسب الأصلية لكامل الورك الثنائي للمريض. افتح برنامج معالجة الصور الطبية ، وحدد استيراد البيانات وانقر فوق البيانات المحلية لاستيراد بيانات التصوير المقطعي المحوسب الأصلية للمريض. يوضح الشكل 1 واجهة استيراد الصور.

2. استعادة عيب عظم الحقي على الجانب المصاب

  1. تحديد ما إذا كان المريض يعاني من آفة أحادية الجانب أو ثنائية. حدد أداة القياس واستخدم الماوس لرسم مربع مستطيل على الصورة ، وقياس قيمة HU (Hounsfield Unit ، HU) لمنطقة عظم الورك. ضع في اعتبارك المعدن الموجود عندما تتجاوز قيمة HU 1000 وقم بتعيين تلك المنطقة على أنها مفصل الورك المصاب.

3. تجزئة الصور وإعادة البناء

  1. حدد بيانات صورة المريض المراد التخطيط له. انقر فوق خيار التجزئة التلقائية ، يتم تحديد قيمة التصوير المقطعي المحوسب 400 افتراضيا للتجزئة الخشنة لعظم الورك.
  2. حدد الزر Edit لضبط نتائج التجزئة يدويا لكل جزء من كل طبقة. ثم حدد خيار إعادة بناء 3D لإكمال حساب إعادة البناء ثلاثي الأبعاد لموقع المريض. يتضمن النموذج ثلاثي الأبعاد المعاد بناؤه بشكل أساسي عظام الورك اليسرى / اليمنى ومناطق عظم الفخذ الأيسر / الأيمن. كما هو موضح في الشكل 2 ، يتم عرض أجزاء مختلفة بألوان مختلفة.

4. قسم عيب العظام الحقي وحساب كمية العيب

  1. بالنسبة للمرضى الذين خضعوا لجراحة الورك من جانب واحد ، حدد النموذج ثلاثي الأبعاد للجانب الصحي. استخدم وظيفة المرآة لمواءمتها مع البنية التشريحية للجانب المصاب. سيؤدي ذلك إلى إكمال إعادة بناء نموذج استعادة مفصل الورك.
  2. بالنسبة للمرضى الذين خضعوا لجراحة الورك الثنائية ، افتح مكتبة النماذج القياسية وحدد نموذج الورك الأكثر تشابها مع تشريح المريض كنموذج ترميم.
  3. انقر على قسم الخيار لتقسيم النموذج ثلاثي الأبعاد لعيب الورك (الجانب المصاب) الذي أعيد بناؤه في الخطوة 2 والنموذج ثلاثي الأبعاد للورك الذي تمت استعادته في الخطوة 3. ثم انقر فوق خيار عملية الفرق لإجراء عملية الفرق على نموذجي عظام الورك المقسمين لحساب عيب الحقي. سيتم تقسيم نموذج عظم الورك إلى مناطق مختلفة وفقا لطريقة تشين7 ، كما هو موضح في الشكل 3.
    ملاحظة: نظرا للتركيز على التثبيت المكون من 3 نقاط (رامي إسكي ، رامي إسيس العانة ، والجزء الأمامي العلوي من الحق ) من الكأس الحقي داخل حدود الجدار الحقي ، تم تقسيم الحقي إلى 3 أجزاء متساوية كل 120 درجة ، تم تعريفها على أنها سقف الجمجمة والعمود الأمامي والعمود الخلفي ، باستثناء الجدار الإنسي. لتوجيه العمليات الجراحية ، قم بتصنيع الطبقات الفرعية بناء على قطر الحق تم تحديد أن الطبقة الداخلية يجب أن تقع بين 54 مم و 62 مم ويجب أن تكون الطبقة الخارجية بين 62 مم و 70 مم للرجال. تقع الطبقة الداخلية بين 50 مم و 58 مم والطبقة الخارجية بين 58 مم و 66 مم للنساء.

5. البحث في قاعدة بيانات مراجعة الورك الخبير - تخطيط العيوب الحقي

  1. افتح قاعدة حالة الخبير واستخدم حجم العيب الحقي المحسوب كما هو موضح أعلاه كمدخلات للاسترداد. حدد أدوات القياس لتقييم معايير التخطيط ذات الصلة على أفلام الأشعة السينية قبل الجراحة وبعدها للحالات المسترجعة والحصول على بيانات التخطيط.
  2. افتح قاعدة الحالة الخبيرة وأدخل نوع ومقدار عيب الورك للاسترجاع التلقائي. سيتم الحصول على معلومات الحالات المقابلة في قاعدة البيانات ، بما في ذلك صور ما قبل الجراحة وبعدها للحالات المماثلة ومعايير تخطيط الطبيب (حجم الغرسة ، الموضع ، إلخ).
  3. سيتم عرض نتائج البحث بترتيب التشابه من الأعلى إلى الأدنى. دع الطبيب يختار الحالات الأكثر تشابها. يظهر الإجراء الكامل في الشكل 4.
  4. إذا تعذر العثور على حالة مماثلة في قاعدة البيانات أعلاه ، فاعتمد نتيجة إعادة بناء النموذج من الخطوة 2 ، باستخدام مركز الحق السليم كمركز للكأس الحقي. بشكل افتراضي ، تكون زاوية الإصدار المسبق للكوب الحقي 20 درجة ، وزاوية الاختطاف 40 درجة (هذه القاعدة محددة سريريا).
    ملاحظة: بعد التخطيط ، يكون الجراح قادرا على توقع العملية الجراحية وإعداد الطرف الاصطناعي والأدوات الداعمة بدقة أكبر. يلغي هذا النهج إمكانية مواجهة موقف لا يتوفر فيه الطرف الاصطناعي الصحيح أثناء العملية. علاوة على ذلك ، يتم استخدام الحل الموصى به مباشرة أثناء العملية ، مما يلغي الحاجة إلى حلول بديلة أو منعطفات أو عمليات التجربة والخطأ المطولة.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

حاليا ، قمنا بتطبيق هذه الطريقة في خمس حالات للمرضى الذين خضعوا لتقويم مفصل الورك ، بما في ذلك أربعة رجال وامرأة. تراوحت الأعمار بين 42 و 67 عاما. تم تشخيصهم على أنهم ارتخي بدلي معقم بعد تقويم مفصل الورك وتم تصنيفهم بناء على تصنيف Paprosky8. كان متوسط وقت الجراحة للمرضى الخمسة 123.2 دقيقة ، بمتوسط فقدان الدم أثناء الجراحة 672 مل. وقت الجراحة هو الوقت الإجمالي ، بما في ذلك مراجعة الطرف الاصطناعي لجذع الفخذ. تظهر تفاصيل المرضى في الجدول 1 ، ويتم عرض نتائج إعادة البناء في

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نظرا للأضرار التشريحية الكبيرة ، وحالة الأنسجة الرخوة المعقدة بعد تقويم مفصل الورك ، ووجود القطع الأثرية المعدنية الشديدة التي غالبا ما ترتبط بالغرسات المعدنية ، غالبا ما يكون من الضروري للمهنيين الطبيين ذوي الخبرة استخدام إعادة البناء ثلاثية الأبعاد لتحليل نتائج التصوير والمظاهر السريرية بشكل شامل من أجل تقييم عيوب العظام المحددة لدى المرضى وبالتالي تخطيط الأطراف الاصطناعية الحقي المناسبة9 ، 10. ومع ذلك ، حتى عند إعادة بناء نموذ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعمل المؤلف Xiaolu Xi و Ke Yuan و Qiang Xie من قبل شركة Wuhan United Imaging Surgical Co.، Ltd. يعلن المؤلفون الباقون أنه ليس لديهم مصالح متنافسة.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم دعم نظام تخطيط ما قبل الجراحة الذكاء الاصطناعي في هذا العمل من قبل شركة ووهان المتحدة للتصوير الجراحي المحدودة.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
PyCharmJetBrains243.21565.199Python IDE لعلوم البيانات وتطوير الويب

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Sadoghi, P., et al. Revision surgery after total joint arthroplasty: a complication-based analysis using worldwide arthroplasty registers. J Arthroplasty. 28 (8), 1329-1332 (2013).
  2. Laughlin, M. S., et al. Mortality after revision total hip arthroplasty. J Arthroplasty. 36 (7), 2353-2358 (2021).
  3. Bozic, K. J., et al. Comparative epidemiology of revision arthroplasty: Failed THA poses greater clinical and economic burdens than failed TKA. Clin Orthop Relat Res. 473 (6), 2131-2138 (2015).
  4. Mahomed, N. N., et al. Rates and outcomes of primary and revision total hip replacement in the United States medicare population. J Bone Joint Surg Am. 85 (1), 27-32 (2003).
  5. Ko, S., et al. Artificial intelligence in orthopedics: three strategies for deep learning with orthopedic specific imaging. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 30 (3), 758-761 (2022).
  6. Velasquez Garcia, A., et al. Artificial intelligence-based three-dimensional templating for total joint arthroplasty planning: a scoping review. Int Orthop. 48 (4), 997-1010 (2024).
  7. Wang, J., et al. Statistical shape models quantify acetabular defects in hip revision surgery: implications for classification and surgical planning. Arch Orthop Trauma Surg. 145 (1), 45(2024).
  8. Telleria, J. J., Gee, A. O. Classifications in brief: Paprosky classification of acetabular bone loss. Clin Orthop Relat Res. 471 (11), 3725-3730 (2013).
  9. Zhang, J. W., et al. Comparison of 3D printing rapid prototyping technology with traditional radiographs in evaluating acetabular defects in revision hip arthroplasty: A prospective and consecutive study. Orthop Surg. 13 (6), 1773-1780 (2021).
  10. Li, Q., et al. Three-dimensional technology assisted trabecular metal cup and augments positioning in revision total hip arthroplasty with complex acetabular defects. J Orthop Surg Res. 14 (1), 431(2019).
  11. Matar, H. E., Platt, S. R., Board, T. N., Porter, M. L. Overview of randomized controlled trials in primary total hip arthroplasty (34,020 Patients): What have we learnt. J Am Acad Orthop Surg Glob Res Rev. 4 (8), e20.00120(2020).
  12. D'Apolito, R., Zagra, L. Uncemented cups and impaction bone grafting for acetabular bone loss in revision hip arthroplasty: A review of rationale, indications, and outcomes. Materials. 15 (10), 3728(2022).
  13. Mancino, F., et al. Reconstruction options and outcomes for acetabular bone loss in revision hip arthroplasty. Orthop Rev. 12 (Suppl 1), 8655(2020).
  14. Ying, J., et al. Treatment of acetabular bone defect in revision of total hip arthroplasty using 3D printed tantalum acetabular augment. Orthop Surg. 15 (5), 1264-1271 (2023).
  15. Shen, J., et al. Study on the causes of revision and prosthesis selection after total hip replacement for Crowe Type IV hip dysplasia. Chinese J Reparative Reconstructive Surg. 34 (05), 557-562 (2020).
  16. Yang, W., et al. Clinical application of artificial intelligence-assisted three-dimensional planning in direct anterior approach hip arthroplasty. Int Orthop. 48 (3), 773-783 (2024).
  17. Crutcher, J. P., Hameed, D., Dubin, J., Mont, M. A., Mont, M. Comparison of three-versus two-dimensional pre-operative planning for total hip arthroplasty. J Orthop. 47, 100-105 (2023).
  18. Chen, X., et al. Validation of CT-Based three-dimensional preoperative planning in comparison with acetate templating for primary total hip arthroplasty. Orthop Surg. 14 (6), 1152-1160 (2022).
  19. Huo, J., et al. Value of 3D preoperative planning for primary total hip arthroplasty based on artificial intelligence technology. J Orthop Surg Res. 16 (1), 156(2021).
  20. Saito, K., et al. Intraoperative hemorrhage in revision total hip arthroplasty: a retrospective single-center study. J Anesth. 33 (3), 399-407 (2019).
  21. Pflüger, M. J., Frömel, D. E., Meurer, A. Total hip arthroplasty revision surgery: Impact of morbidity on perioperative outcomes. J Arthroplasty. 36 (2), 676-681 (2021).
  22. Bautista, M., et al. Thromboprophylaxis for hip revision arthroplasty: Can we use the recommendations for primary hip surgery? A cohort study. Clin Appl Thromb Hemost. 25, 1076029618820167(2019).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Artificial Intelligence PlanningRevision Hip ArthroplastyExpert Database RetrievalPreoperative Planning SystemAcetabular Bone DefectSurgical Case DatabaseProsthesis LooseningOrthopedic SurgerySurgical Strategy GuidancePostoperative Outcome Prediction
Video Coming Soon

Related Articles