Augmented reality-tekniken tillämpades på kärndekompression för osteonekros i lårbenshuvudet för att realisera realtidsvisualisering av detta kirurgiska ingrepp. Denna metod kan effektivt förbättra säkerheten och precisionen för kärndekompression.
Osteonekros i lårbenet (ONFH) är en vanlig ledsjukdom hos unga och medelålders patienter, vilket allvarligt belastar deras liv och arbete. För ONFH i tidigt stadium är kärndekompressionskirurgi en klassisk och effektiv höftbevarande terapi. I traditionella procedurer för kärndekompression med Kirschner-tråd finns det fortfarande många problem som röntgenexponering, upprepad punkteringsverifiering och skador på normal benvävnad. Blindheten i punkteringsprocessen och oförmågan att tillhandahålla visualisering i realtid är avgörande orsaker till dessa problem.
För att optimera denna procedur utvecklade vårt team ett intraoperativt navigationssystem på grundval av förstärkt verklighet (AR) -teknik. Detta kirurgiska system kan intuitivt visa anatomin i de kirurgiska områdena och återge preoperativa bilder och virtuella nålar till intraoperativ video i realtid. Med navigationssystemets styrning kan kirurger exakt sätta in Kirschner-ledningar i det riktade lesionsområdet och minimera säkerhetsskadorna. Vi genomförde 10 fall av kärndekompressionskirurgi med detta system. Effektiviteten av positionering och fluoroskopi förbättras avsevärt jämfört med de traditionella förfarandena, och noggrannheten i punkteringen garanteras också.
Osteonekros i lårbenet (ONFH) är en vanlig invalidiserande sjukdom som förekommer hos unga vuxna1. Kliniskt är det nödvändigt att bestämma iscensättningen av ONFH baserat på röntgen, CT och MR för att bestämma behandlingsstrategin (Figur 1). För ONFH i tidigt stadium antas vanligtvis höftbevarande terapi2. Core dekompression (CD) kirurgi är en av de mest använda höftbevarande metoderna för ONFH. Vissa botande effekter av kärndekompression med eller utan bentransplantation vid behandling av ONFH i tidigt stadium har rapporterats, vilket kan undvika eller fördröja efterföljande total höftartroplastik (THA) under lång tid 3,4,5. Framgångsgraden för CD med eller utan bentransplantation rapporterades dock annorlunda bland tidigare studier, från 64% till 95%6,7,8,9. Den kirurgiska tekniken, särskilt noggrannheten i borrpositionen, är viktig för framgången med höftbevarande10. På grund av blindheten i punkterings- och positioneringsproceduren har de traditionella teknikerna för CD flera problem, såsom mer fluoroskopitid, upprepad punktering med Kirschner-tråd och skada på normal benvävnad11,12.
Under de senaste åren har augmented reality (AR)-assisterad metod introducerats inom ortopedisk kirurgi13. AR-tekniken kan visuellt visa det kirurgiska fältets anatomi, vägleda kirurgerna i planeringen av operationsproceduren och därmed minska svårigheten i operationen. Tillämpningarna av AR-tekniken vid pedikelskruvimplantation och ledertroplastikkirurgi har rapporterats tidigare 14,15,16,17. I denna studie strävar vi efter att tillämpa AR-tekniken på CD-proceduren och verifiera dess säkerhet, noggrannhet och genomförbarhet i klinisk praxis.
Komponenter för systemhårdvara
Huvudkomponenterna i det AR-baserade navigationskirurgiska systemet inkluderar följande: (1) En djupkamera (figur 2A) installerad direkt ovanför det kirurgiska området; videon spelas in från detta och skickas tillbaka till arbetsstationen för registrering och samarbete med bilddata. (2) En punkteringsanordning (figur 2B) och en icke-invasiv ram för märkning av kroppsytan (figur 2C), båda med passiva infraröda reflektorer. En speciell reflekterande beläggning av markeringskulor (figur 3) kan fångas av infraröd utrustning för att uppnå noggrann spårning av kirurgisk utrustning i det kirurgiska området. (3) En infraröd positioneringsanordning (figur 2D) är ansvarig för att spåra markörer i det kirurgiska området, som matchar kroppsytans markeringsram och punkteringsanordning med hög noggrannhet (figur 4). (4) Värdsystemet (figur 2E) är en 64-bitars arbetsstation, installerad med det oberoende utvecklade AR-assisterade ortopediska kirurgiska systemet. Augmented reality-visning av höftleds- och lårbenspunktionsoperation kan slutföras med hjälp.
Även om THA har utvecklats snabbt de senaste åren och blivit en effektiv ultimat metod för ONFH, spelar höftbevarande terapi fortfarande en viktig roll vid behandling av ONFH18,19 i tidigt skede. CD är en grundläggande och effektiv höftbevarande kirurgi, som kan frigöra höftsmärta och fördröja utvecklingen av lårbenskollaps20. Punkteringspositioneringen av fokal nekros är det avgörande förfarandet för CD, eftersom det best…
The authors have nothing to disclose.
Detta arbete stöddes av Beijing Natural Science Foundation (7202183), National Natural Science Foundation of China (81972107) och Beijing Municipal Science and Technology Commission (D171100003217001).
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. |