增强现实导航引导的股骨头坏死核心减压

Summary

将增强现实技术应用于股骨头坏死的核心减压，实现该外科手术的实时可视化。该方法可有效提高岩心减压的安全性和精度。

Abstract

股骨头坏死（ONFH）是中青年患者中常见的关节疾病，严重负担他们的生活和工作。对于早期ONFH，核心减压手术是一种经典而有效的髋关节保护疗法。在Kirschner线核心减压的传统程序中，仍然存在许多问题，例如X射线暴露，反复穿刺验证以及对正常骨组织的损伤。穿刺过程的盲目性和无法提供实时可视化是这些问题的关键原因。

为了优化这一程序，我们的团队在增强现实（AR）技术的基础上开发了一种术中导航系统。该手术系统可以直观地显示手术区域的解剖结构，并将术前图像和虚拟针头实时渲染到术中视频中。在导航系统的引导下，外科医生可以准确地将Kirschner导线插入目标病变区域，并将附带损伤降至最低。我们用这个系统进行了10例核心减压手术。与传统程序相比，定位和透视的效率大大提高，穿刺的准确性也得到了保证。

Introduction

股骨头坏死（ONFH）是一种常见的致残性疾病，发生在年轻人中¹。临床上，有必要根据 X 线、CT 和 MRI 确定 ONFH 的分期，以决定治疗策略（图 1）。对于早期ONFH，通常采用髋关节保留疗法²。核心减压（CD）手术是ONFH最常用的髋关节保留方法之一。已有报道，联合或不联合骨移植的核心减压治疗早期 ONFH 的某些疗效，可避免或延迟后续全髋关节置换术 （THA）^3，4，5。然而，在以前的研究中，有或没有骨移植的克罗恩病的成功率报告不同，从64%到95%^{6，7，8，9}。手术技术，特别是钻孔位置的准确性，对于髋关节保留的成功非常重要¹⁰。由于穿刺和定位程序的失明，传统的CD技术存在几个问题，例如更多的透视时间，使用Kirschner线反复穿刺以及正常骨组织

Protocol

本研究经中日友好医院伦理委员会批准（批准号:2021-12-K04）。以下所有步骤均按照标准化程序进行，以避免对患者和外科医生造成伤害。本研究获得了患者的知情同意。外科医生必须熟练掌握传统的核心减压程序，以确保在导航不准确或其他意外情况下，手术可以以传统方式进行。

1. ONFH的术前诊断和分级

1. 识别具有ONFH临床症状的患者;典型症状，例如腹股沟区域持续性或间歇性疼痛伴同侧髋关节或膝关节放射痛。体格检查显示腹股沟区域深部压痛、帕特里克征、髋关节内旋和外展的有限性，或使用 X 线、CT 和 MRI 测量的股骨头坏死改变。
2. 根据协会研究骨循环（ARCO）分期，回顾患者的髋关节X线，CT和MRI，并确定ONFH的分期。两名医生独立进行这项工作。如果出现分歧，请第三位专家做出最终决定。
3. 使用问卷记录术前视觉模拟量表 （VAS） 和 Harris 髋关节评分。
4. 包括使用以下标准的患者:1）ONFH患者;2）通过影像学检查（X线，CT和MRI）确认的ONFH的I期，IIA期和IIB期;3）计划进行股骨头核心减压手术。排除以下情况的患者:1）患者拒绝CD手术;2）术前常规检查提示手术矛盾，如感染或基础状况不佳;3）患者拒绝入组。

2. 系统配准和精度测试

1. ....

Results

操作特点
手术导航系统应用于9例患者的连续10个髋关节。手术平均总定位时间为10.1分钟（中位数9.5分钟，范围8.0-14.0分钟）。平均C-ARM透视率为5.5倍（中位数为5.5倍，范围为4-8倍）。穿刺精度的平均误差为1.61 mm（中位数为1.2 mm，范围为-5.76-19.73 mm; 表 1）。结果表明，与传统程序相比，定位时间和透视时间明显缩短。

临床结局评估
入组的9名患者包括7名男性和2名女性，平均年龄为41.6±10.0岁。平均BMI为23.93±3.08 kg / m²。对于评估的臀部，两个臀部处于ARCO I阶段，四个臀部处于ARCO IIA阶段，四个臀部处于ARCO IIB阶段。术前和术后视觉模拟量表和Harris髋关节评分用于评估结局（表 1）。平均术前VAS评分为6，平均术后评分为3.75。Harris术前平均评分为77.5，术后平均评分为85.5。手术后3个月检查髋部X线。所有患者.......

Discussion

虽然THA近年来发展迅速，成为ONFH的有效终极方法，但髋关节保存疗法在治疗早期ONFH^18，19中仍然起着重要作用。CD是一种基础有效的髋关节保留手术，它可以释放髋关节疼痛，延缓股骨头塌陷^20的发生。局灶性坏死的穿刺定位是克罗恩病的关键程序，因为它决定了手术的成功或失败。然而，传统的穿刺定位方法仍然含有一些盲点，可能导致反复穿刺，增加透视暴露，并增加操作时间^10，11。许多学者也努力改善这一方面，例如使用3D打印，结合髋关节镜检查，以及使用机器人辅助导航系统^{12，21，22，23}。这些方法无疑提高了穿刺.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
AR 辅助骨科手术系统	自行开发	无	为骨科手术实现 AR 的作软件
深度相机	Stereolabs	ZED 深度相机（ZED mini）	拍摄视频并发送回工作站。
图像处理软件	Adobe Systems Incorporated	Adobe Photoshop CS6	图像处理软件
红外定位设备	Northern Digital Inc.	NDI Polaris Spectra 光学跟踪装置	跟踪手术区域的标记。
穿刺装置	Stryker	Stryker System 7 无绳驱动器和 Sabo	将 Kirschner 线插入坏死区域。