增强现实导航引导的股骨头坏死核心减压
2022年4月12日
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。
我们的系统可以提高股骨头坏死的核心减压手术的成功率和效率。它还显着减少了术中定位时间和荧光镜源。借助VR技术，我们可以利用穿刺过程，降低手术难度，并且比传统手术结果对患者造成的额外伤害更少。
该系统可以扩展到其他涉及穿刺手术的骨科手术。它已被用于获得经皮内镜下经椎间孔椎间盘切除术。该系统是专门为股骨头的早期骨坏死而设计的，因为传统的手术不够精确，可能会给患者带来更多的继发性损伤，如正常的组织损伤或过度的辐射。
应仔细遵守协议和操作，了解系统的原理和步骤，以尽量减少指示的风险。股骨头核心减压的技术要点将证明有助于成功游览。首先将计划的手术额叶区域划分为上部和下部。
这些空间信息将自动输入到软件系统中。为每个级别分配10个匹配点，并将其分成三个相等的部分，其中两个部分各有三个点，其余部分有四个点。要求助手根据各点放置无创体面标记框。
完成后，单击匹配。系统用于配准的特殊图像将自动叠加在标记框上。在手术区域随机移动穿刺装置，以检测虚拟针的匹配度和跟踪延迟。
在手术室中，要求患者以仰卧姿势躺下，并固定患侧的下肢。用碘和75%酒精准备手术部位。将C型臂荧光镜移至手术台的一侧，并将源头放在髋关节上方。
将源与深度摄像头对齐，并将手术台的位置记录为位置 1。在AR辅助骨科手术系统中，单击文件正面X射线图像并选择图像一。系统将自动识别标记框，并将该图像叠加到手术视频中的髋关节。
使用X射线图像的AR显示并基于实时视频，规划穿刺路径。站在受影响的一侧执行该过程，握住穿刺装置，并确定最佳插入角度。在手术视频中，在虚拟Kirschner线和髋关节的X射线图像的指导下，在皮肤表面上标记插入点。
使用Kirschner导线，刺穿插入点。观察视频中的插入深度和角度，并及时调整。当虚拟针到达坏死的目标区域时，停止穿刺过程并将屏幕截图保留为图像二，以便后续的穿刺准确性评估。
穿刺后，拉出钻头，将Kirschner线暂时留在骨头中。将手术台移动到第二个透视的位置，以验证Kirschner导线的实际穿刺情况。记录图像文件。
当Kirschner线的位置满足外科医生的所有要求时，穿刺是成功的。然后，使用柳叶刀切割针头周围的皮肤，并分离每一级软组织，直到转子下骨暴露在大约三厘米的深度。用五毫米的环锯沿着Kirschner线钻入坏死区域，以完成后续操作。
完成所有程序后，用三根丝线闭合皮肤，并用无菌敷料覆盖。手术导航系统应用于9例患者的连续十个髋关节。手术期间平均总定位时间为10.1分钟，平均C臂透视为5.5次。
穿刺精度的平均误差为1.61毫米。通过评估的臀部，两个臀部处于ARCO I阶段，四个臀部处于ARCO IIA阶段，四个处于ARCO IIB阶段。术前VAS平均评分为6分，术后平均评分为3.75。
Harris术前平均评分为77.5，术后平均评分为85.5。未发现感染、血肿或神经损伤等术后并发症。也可以将该程序与CT三维重建技术相结合，以便从三维角度实现穿刺，这是我们未来的工作。
我们提供将AI技术与骨科手术相结合的创新理念。这个想法也可以用来提高未来其他骨科手术的精度。
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概述
本研究探讨了增强现实技术在股骨头坏死核心减压手术中的应用。该方法提高了实时可视化，改善了手术过程中的安全性和精确度。
研究的关键组成部分
科学领域
- 骨科手术
- 增强现实技术
- 骨坏死治疗
背景
- 核心减压是用于股骨头坏死的一种手术技术。
- 传统方法可能导致二次损伤和不精确。
- 增强现实可以潜在地提高手术结果。
- 改进的可视化可能降低术中风险。
研究目的
- 提高核心减压手术的成功率。
- 减少术中定位时间和荧光钙使用。
- 相比传统方法最大限度地减少患者损伤。
使用的方法
- 实施增强现实以进行实时手术指导。
- 评估术中效率和安全性。
- 与传统手术技术的比较。
- 该系统在其他骨科穿刺手术中的应用。
主要结果
- 核心减压手术效率提高。
- 术中定位时间显著减少。
- 患者的荧光钙暴露降低。
- 在各种骨科手术中应用的潜力。
结论
- 增强现实提高了核心减压的精确度。
- 该系统降低了患者二次损伤的风险。
- 这项技术可能被扩展到其他手术程序中。
常见问题
Executive Industry Relevance
Augmented reality (AR) navigation-guided core decompression addresses critical challenges in orthopedic intervention by enhancing intraoperative visualization and precision. This technology reduces unnecessary tissue damage and radiation exposure, supporting higher predictive confidence in surgical outcomes and minimizing procedural variability. Its integration into orthopedic workflows represents a strategic inflection point for technology-enabled surgical innovation in early-stage disease intervention.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables precise anatomical targeting, reducing off-target effects and mechanistic ambiguity in surgical models.
- Supports functional validation of surgical navigation systems for disease-relevant interventions.
- Improves predictive confidence in preclinical orthopedic device evaluation.
Screening & Assay Development
- Facilitates standardized preparation of bone and tissue models for downstream orthopedic research.
- Enhances reproducibility of puncture accuracy and quantitative assessment of surgical endpoints.
- Enables reliable evaluation of device-assisted interventions in controlled settings.
Translational & Preclinical Research
- Aligns surgical navigation outputs with translational endpoints such as tissue preservation and reduced collateral damage.
- Supports continuity from device discovery through preclinical validation in disease-relevant systems.
- Provides risk-adjusted data for advancing AR-guided interventions toward clinical translation.
Pipeline & Workflow Integration
This AR-guided navigation system fits within the continuum from early discovery of surgical technologies to preclinical validation of device-assisted orthopedic procedures.
- Discovery Biology: Improves hypothesis testing for device precision and anatomical targeting in bone disease models.
- Screening: Standardizes intraoperative imaging and quantitative accuracy metrics for reproducible evaluation.
- Analytics: Delivers measurable outputs such as puncture error and fluoroscopy frequency for comparative analysis.
- Translational Research: Bridges device performance data with clinically relevant outcomes in tissue preservation.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable AR navigation platform adaptable to multiple orthopedic indications.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic uncertainty in device-enabled interventions.
- Operational Value: Standardizes surgical workflows, reduces intraoperative time, and minimizes radiation exposure.
- Strategic Value: Enables data-driven go/no-go decisions for technology adoption and portfolio advancement.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of AR-guided surgical technologies for further development.
Implementation Considerations
- Requires expertise in AR navigation systems and orthopedic surgical techniques.
- Needs integration of imaging infrastructure and real-time video processing capabilities.
- Demands cross-team standardization for device calibration and procedural consistency.
- Adaptation across different anatomical models may require protocol adjustments.
- Limitations include current reliance on 2D imaging, with future potential for 3D integration as noted in the source.
