Summary
Die Augmented-Reality-Technologie wurde auf die Kerndekompression bei Osteonekrose des Hüftkopfes angewendet, um eine Echtzeit-Visualisierung dieses chirurgischen Eingriffs zu realisieren. Diese Methode kann die Sicherheit und Präzision der Kerndekompression effektiv verbessern.
Abstract
Osteonekrose des Hüftkopfes (ONFH) ist eine häufige Gelenkerkrankung bei jungen und mittleren Patienten, die ihr Leben und ihre Arbeit ernsthaft belastet. Für die ONFH im Frühstadium ist die Kerndekompressionschirurgie eine klassische und effektive Hüfterhaltungstherapie. Bei traditionellen Verfahren der Kerndekompression mit Kirschnerdraht gibt es immer noch viele Probleme wie Röntgenexposition, wiederholte Punktionsüberprüfung und Schädigung des normalen Knochengewebes. Die Blindheit des Punktionsprozesses und die Unfähigkeit, Echtzeit-Visualisierungen zu liefern, sind entscheidende Gründe für diese Probleme.
Um dieses Verfahren zu optimieren, hat unser Team ein intraoperatives Navigationssystem auf Basis der Augmented-Reality-Technologie (AR) entwickelt. Dieses chirurgische System kann intuitiv die Anatomie der Operationsbereiche darstellen und präoperative Bilder und virtuelle Nadeln in Echtzeit in intraoperatives Video übertragen. Mit der Führung des Navigationssystems können Chirurgen Kirschner-Drähte genau in den gezielten Läsionsbereich einführen und die Kollateralschäden minimieren. Wir haben 10 Fälle von Kerndekompressionsoperationen mit diesem System durchgeführt. Die Effizienz der Positionierung und Durchleuchtung ist im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren erheblich verbessert, und die Genauigkeit der Punktion ist ebenfalls garantiert.
Introduction
Osteonekrose des Hüftkopfes (ONFH) ist eine häufige behindernde Erkrankung, die bei jungen Erwachsenen auftritt1. Klinisch ist es notwendig, das Staging von ONFH basierend auf Röntgen, CT und MRT zu bestimmen, um die Behandlungsstrategie zu bestimmen (Abbildung 1). Für ONFH im Frühstadium wird in der Regel eine Hüfterhaltungstherapie angewendet2. Die Core Decompression (CD) -Operation ist eine der am häufigsten verwendeten Hüfterhaltungsmethoden für ONFH. Es wurden bestimmte heilende Wirkungen der Kerndekompression mit oder ohne Knochentransplantation bei der Behandlung von ONFH im Frühstadium berichtet, die eine nachfolgende totale Hüftendoprothetik (THA) für eine lange Zeit vermeiden oder verzögernkönnen 3,4,5. Die Erfolgsrate von CD mit oder ohne Knochentransplantation wurde jedoch in früheren Studien unterschiedlich berichtet, von 64% bis 95%6,7,8,9. Die Operationstechnik, insbesondere die Genauigkeit der Bohrposition, ist wichtig für den Erfolg der Hüftkonservierung10. Aufgrund der Blindheit des Punktions- und Positionierungsverfahrens haben die traditionellen Techniken der CD mehrere Probleme, wie z.B. mehr Durchleuchtungszeit, wiederholte Punktion mit Kirschnerdraht und Verletzung von normalem Knochengewebe11,12.
In den letzten Jahren wurde die Augmented Reality (AR)-assistierte Methode in der orthopädischen Chirurgieeingeführt 13. Die AR-Technik kann die Anatomie des Operationsfeldes visuell darstellen, die Chirurgen bei der Planung des Operationsverfahrens leiten und somit die Schwierigkeit der Operation reduzieren. Die Anwendungen der AR-Technik in der Pedikelschraubenimplantation und Gelenkendoprothetik wurden bereitsberichtet 14,15,16,17. In dieser Studie wollen wir die AR-Technik auf das CD-Verfahren anwenden und ihre Sicherheit, Genauigkeit und Machbarkeit in der klinischen Praxis überprüfen.
Hardwarekomponenten des Systems
Zu den Hauptkomponenten des AR-basierten Navigations-Operationssystems gehören die folgenden: (1) Eine Tiefenkamera (Abbildung 2A), die direkt über dem Operationsbereich installiert ist; Von diesem wird das Video aufgenommen und zur Registrierung und Zusammenarbeit mit den Bilddaten an die Workstation zurückgesendet. (2) Eine Punktionsvorrichtung (Abbildung 2B) und ein nicht-invasiver Körperoberflächenmarkierungsrahmen (Abbildung 2C), beide mit passiven Infrarotreflektoren. Eine spezielle reflektierende Beschichtung von Markierungskugeln (Abbildung 3) kann von Infrarotgeräten erfasst werden, um eine genaue Verfolgung von chirurgischen Geräten im chirurgischen Bereich zu erreichen. (3) Ein Infrarot-Positionierungsgerät (Abbildung 2D) ist für die Verfolgung von Markierungen im Operationsbereich verantwortlich, die den Körperoberflächenmarkierungsrahmen und das Punktionsgerät mit hoher Genauigkeit aufeinander abstimmen (Abbildung 4). (4) Das Host-System (Abbildung 2E) ist eine 64-Bit-Workstation, die mit dem unabhängig entwickelten AR-gestützten orthopädischen Chirurgiesystem installiert wird. Die Augmented-Reality-Anzeige der Hüftgelenk- und Oberschenkelkopfpunktionsoperation kann mit ihrer Hilfe abgeschlossen werden.
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Protocol
Diese Studie wurde von der Ethikkommission des China-Japan Friendship Hospital genehmigt (Zulassungsnummer: 2021-12-K04). Alle folgenden Schritte wurden nach standardisierten Verfahren durchgeführt, um Verletzungen der Patienten und der Chirurgen zu vermeiden. Für diese Studie wurde eine informierte Patienteneinwilligung eingeholt. Der Chirurg muss in konventionellen Kerndekompressionsverfahren geschult sein, um sicherzustellen, dass die Operation im Falle einer ungenauen Navigation oder anderer unerwarteter Situationen auf traditionelle Weise durchgeführt werden kann.
1. Präoperative Diagnose und Einstufung von ONFH
- Identifizieren Sie Patienten mit klinischen Symptomen von ONFH; Typische Symptome wie anhaltende oder intermittierende Schmerzen in der Leistengegend mit ipsilateralen Hüft- oder Knieschmerzen. Die körperliche Untersuchung zeigte eine tiefe Zärtlichkeit in der Leistengegend, Patricks Zeichen, eine begrenzte Hüftbewegung der inneren Rotation und Abduktion oder Nekroseveränderungen des Hüftkopfes, die mit Röntgen, CT und MRT gemessen wurden.
- Nach Angaben der Association Research Circulation Osseous (ARCO) Staging, überprüfen Sie die Röntgenaufnahmen, CT und MRT der Hüfte und bestimmen Sie das Staging von ONFH. Zwei Ärzte führen diese Arbeit unabhängig voneinander durch. Wenn Meinungsverschiedenheiten auftreten, bitten Sie einen dritten Experten, die endgültige Entscheidung zu treffen.
- Zeichnen Sie die präoperative visuelle Analogskala (VAS) und den Harris Hip Score mit einem Fragebogen auf.
- Schließen Sie Patienten nach folgenden Kriterien ein: 1) Patienten mit ONFH; 2) Stadium I, IIA und IIB von ONFH, bestätigt durch bildgebende Untersuchung (Röntgen, CT und MRT); 3) Die Femurkopfkern-Dekompressionsoperation ist geplant. Patienten ausschließen, wenn: 1) Patienten die CD-Operation ablehnen; 2) präoperative Routineuntersuchung weist auf chirurgische Widersprüche wie Infektionen oder schlechten Grundzustand hin; 3) Patienten weigern sich, in die Gruppe aufgenommen zu werden.
2. Systemregistrierung und Genauigkeitsprüfung
- Führen Sie das AR-gestützte orthopädische Chirurgiesystem aus (aufgrund von Kommerzialisierungsproblemen können keine Softwaredetails angegeben werden) und klicken Sie auf Orthographisches Video , um die Tiefenkamera zu aktivieren. Nach der Aktivierung wird ein Bild des Operationsbereichs auf dem Bildschirm angezeigt (Abbildung 5A). Positionieren Sie das optische Tracking-Gerät so, dass sein Tracking-Bereich den Operationsbereich vollständig abdecken kann (Abbildung 5B).
- Klicken Sie auf NDI-Einstellung , um den Gerätezugriffsport COM4 auszuwählen. Klicken Sie auf die virtuelle Nadellängeneinstellung (in der Regel ist eine Kirschner-Nadel 180 mm lang) und ein virtuelles Kirschner-Nadelbild wird automatisch im Operationsbereich im Video generiert.
- Teilen Sie den geplanten chirurgischen Frontbereich in obere und untere Ebenen mit jeder Ebene 30 cm x 30 cm groß und mit einem Höhenunterschied von 15 cm zwischen den Ebenen. Das System gibt diese räumlichen Informationen des Operationsbereichs automatisch in die Software ein.
- Verteilen Sie jedes Level gleichmäßig mit 10 übereinstimmenden Punkten. Für jede Fläche von 30 cm x 30 cm teilen Sie sie in drei gleiche Teile, wobei zwei Teile jeweils drei Punkte und ein Teil (linker Teil) vier Punkte hat. Bitten Sie den Assistenten, den nicht-invasiven Markierungsrahmen für die Körperoberfläche (Abbildung 2C) entsprechend den Punkten zu platzieren. Wenn Sie fertig sind, klicken Sie auf Match. Das systemeigene Sonderbild für die Registrierung wird automatisch auf den Markierungsrahmen eingeblendet (Abbildung 5C). Betrachten Sie die Registrierung dieses Punktes als erfolgreich, wenn das Bild und der Markierungsrahmen vollständig übereinstimmen.
- Verschieben Sie den Frame zum nächsten Registrierungspunkt, und wiederholen Sie Schritt 2.4. bis alle Registrierungspunkte abgeschlossen sind. Da die Form des mit der Punktionsvorrichtung ausgestatteten Markierrahmens (Abbildung 3A2) genau der des nicht-invasiven Körperoberflächenmarkierungsrahmens entspricht, kann ersterer nach Abschluss der Registrierung auch vom optischen Tracking-Gerät im chirurgischen Bereich verfolgt werden.
- Bewegen Sie das Punktionsgerät zufällig im Operationsbereich, um den übereinstimmenden Grad der virtuellen Nadel und der Nachverfolgungsverzögerung zu erkennen (Abbildung 6). Da der rot-blaue virtuelle Kirschner-Nadelkörper automatisch zur eigentlichen Nadel im Operationsbereich passt, ist die Augmented-Reality-Darstellung der Kirschner-Nadel erfolgreich (Abbildung 5D).
HINWEIS: Während des Registrierungsprozesses sollte die Position des optischen Tracking-Geräts und der Tiefenkamera nicht nach Belieben geändert werden. Wenn dies der Fall ist, ändert sich die räumliche Positionsbeziehung der virtuellen Chirurgie, was zu einer ungenauen Übereinstimmung zwischen der virtuellen Kirschner-Nadel und der physischen Nadel führt, und die Registrierung muss erneut durchgeführt werden.
3. Patienten- und Systemvorbereitung vor der Punktion
- Bitten Sie den Patienten nach dem Betreten des Operationssaals, sich in Rückenlage hinzulegen und die untere Extremität der betroffenen Seite zu fixieren (Abbildung 7). Verabreichen Sie allen Patienten eine Vollnarkose.
- Bereiten Sie die Operationsstelle mit Jod und 75% Alkohol vor und legen Sie das nicht-invasive Körperoberflächenpositionierungsgerät (sterilisiert mit Standardverfahren) auf die betroffene Hüfte des Patienten.
- Bewegen Sie das C-ARM-Fluoroskop an die Seite des Operationstisches und positionieren Sie die Quelle über dem Hüftgelenk. Richten Sie die Quelle mit der Tiefenkamera aus und zeichnen Sie die Position des OP-Tisches als Position 1 auf.
- Exportieren Sie nach der ersten Durchleuchtung das Röntgenbild im BMP-Format auf den Systemarbeitsplatz, öffnen Sie es in der Fotobearbeitung und passen Sie seine Graustufen an, indem Sie auf die Option Lichtskala klicken. Drehen Sie sich im Uhrzeigersinn und drehen Sie einmal horizontal, indem Sie auf die entsprechenden Schaltflächen klicken, um sie in BMP umzuwandeln. Öffnen Sie es dann, indem Sie auf Painting 3D klicken, und speichern Sie es im JPG-Format, das einen nicht-invasiven Körperoberflächenmarkierungsrahmen enthielt, und nennen Sie es Bild 1 (Abbildung 8A).
HINWEIS: Dieser Konvertierungsprozess soll den Erfolg der Systemidentifikation fördern. Aufgrund der besonderen Anforderungen an die Bildkonvertierung ist es notwendig, die Graustufen des Röntgenbildes für Rotation und Inversion anzupassen. - Schieben Sie den OP-Tisch direkt unter die Tiefenkamera in den als Position 2 markierten Arbeitsbereich. Position 1 (in Schritt 3.3) und Position 2 sind zwei Punkte auf derselben horizontalen Ebene, 30 cm voneinander entfernt.
- Klicken Sie im AR-gestützten orthopädischen Chirurgiesystem auf Datei > vorderen Röntgenbild, und wählen Sie Bild 1 aus. Das System identifiziert automatisch den nicht-invasiven Körperoberflächenmarkierungsrahmen auf der Hautoberfläche des Patienten und überlagert dieses Bild dann im Operationsvideo mit dem Hüftgelenk (Abbildung 8B).
- Anhand der Augmented-Reality-Anzeige des Röntgenbildes und des oben generierten Echtzeitvideos plant der Chirurg darauf aufbauend den Punktionsweg.
4. Punktion unterstützt durch chirurgisches System
- Der Chirurg steht auf der betroffenen Seite und führt die folgenden Schritte durch. Halten Sie die Einstichvorrichtung und bestimmen Sie den besten Einfügewinkel. Markieren Sie die Einführstelle auf der Hautoberfläche, geleitet vom virtuellen Kirschnerdraht und dem Röntgenbild des Hüftgelenks im Operationsvideo.
- Wählen Sie einen Kirschnerdraht mit einem Durchmesser von 2,5 mm und durchstechen Sie ihn von der Einführstelle aus. Beobachten Sie die Einfügetiefe und den Einfügewinkel im Video und passen Sie ihn rechtzeitig an.
- Wenn die virtuelle Nadel den Zielbereich der Nekrose erreicht hat, stoppen Sie den Punktionsprozess und behalten Sie den Screenshot als Bild 2 (Abbildung 9A) für die anschließende Bewertung der Punktionsgenauigkeit bei.
- Indwell die Nadel. Bewegen Sie den Operationstisch für die zweite Durchleuchtung an Position 1, um den tatsächlichen Durchstichzustand des Kirschnerdrahtes zu überprüfen. Nehmen Sie die Bilddatei als Bild 3 auf (Abbildung 9B).
- Die Punktion ist erfolgreich, wenn die Position des Kirschner-Drahtes alle Anforderungen des Chirurgen erfüllt. Verwenden Sie dann die Lanzette, um die Haut um die Nadel herum zu schneiden, und trennen Sie jede Ebene des Weichgewebes, bis Sie den Subtrochanterknochen freilegen, ungefähr bis zu einer Tiefe von 3 cm. Bohren Sie mit einem 5-mm-Trephin in den nekrotischen Bereich entlang des Kirschner-Drahtes, um die nachfolgenden Operationen (künstliche Knochen- oder autologe Knochenimplantation) abzuschließen.
- Nachdem Sie alle Vorgänge abgeschlossen haben, schließen Sie die Haut mit einem 3-0-Seidenfaden und bedecken Sie sie mit einem sterilen Verband (Abbildung 10). Nachdem Sie auf die Station zurückgekehrt sind, stellen Sie den Patienten akzeptierte gängige orthopädische postoperative Medikamente wie Infektionsprävention, Analgesie und Flüssigkeitsinfusion zur Verfügung. Wenn keine Komplikationen auftreten, entlassen Sie die Patienten 3 Tage nach der Operation.
5. Betriebsbewertung
- Importieren Sie Bild 2 und Bild 3 in eine Bildverarbeitungssoftware und passen Sie die Deckkraft auf 52% an.
- Klicken Sie auf die Schaltfläche Maskierung, um die beiden Bilder zu überlappen, und klicken Sie dann auf die Schaltfläche Lineale, um den Abstand (L virtuell) zwischen der virtuellen Spitze und dem Punktionspunkt des Femurkortex sowie den Abstand (L-ture) zwischen der Spitze der Kirschner-Nadel und dem Punktionspunkt des Femurkortex zu messen. Berechnen Sie die Differenz zwischen Lvirtuell und L tur, um die Durchstoßgenauigkeit zu beurteilen.
- Messen Sie während der Punktion die Positionierungszeit wie folgt: Die Positionierungszeit beginnt mit dem Zeitpunkt, an dem der Kirschnerdraht die Haut durchbohrt, und hört auf, wenn die Röntgenaufnahme bestätigt, dass der Kirschnerdraht den Zielbereich des Hüftkopfes erfolgreich erreicht hat.
- Machen Sie drei Monate nach der Operation die Hüftröntgenaufnahme (Abbildung 11) und zeichnen Sie die visuelle Analogskala und den Harris-Hüftwert auf.
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Representative Results
Funktionsmerkmale
Das chirurgische Navigationssystem wurde bei fortlaufenden 10 Hüften von neun Patienten angewendet. Die durchschnittliche Gesamtpositionierungszeit der Operation betrug 10,1 min (Median 9,5 min, Bereich 8,0-14,0 min). Die mittlere C-ARM-Durchleuchtung betrug das 5,5-fache (Median 5,5-mal, Bereich 4-8-mal). Der mittlere Fehler der Durchstoßgenauigkeit betrug 1,61 mm (Median 1,2 mm, Bereich -5,76-19,73 mm; Tabelle 1). Die Ergebnisse zeigen, dass die Positionierzeit und die Durchleuchtungszeiten im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren deutlich verkürzt sind.
Bewertung klinischer Ergebnisse
Die neun eingeschlossenen Patienten bestanden aus sieben Männern und zwei Frauen mit einem Durchschnittsalter von 41,6 ± 10,0 Jahren. Der mittlere BMI betrug 23,93 ± 3,08 kg/m2. Für die ausgewerteten Hüften befanden sich zwei Hüften im ARCO I-Stadium, vier Hüften im ARCO IIA-Stadium und vier im ARCO IIB-Stadium. Präoperative und postoperative visuelle Analogskala und Harris Hip Score wurden verwendet, um das Ergebnis zu bewerten (Tabelle 1). Der mittlere präoperative VAS-Score betrug 6 und der mittlere postoperative Score 3,75. Der durchschnittliche präoperative Harris-Score betrug 77,5 und der mittlere postoperative Score 85,5. Die Hüftröntgenaufnahme wurde 3 Monate nach der Operation untersucht. Alle Patienten kehrten sicher auf die Station zurück. Es wurden keine postoperativen Komplikationen wie Infektionen, Hämatome oder Nervenschäden gefunden. Bisher kam es in keinem Fall zu einem Oberschenkelkopfkollaps, und die langfristige Funktion und Erfolgsrate der Hüftkonservierung werden noch verfolgt. Die chirurgischen Indikatoren und Scores sind in Tabelle 2 dargestellt.
Abbildung 1: Bildgebung des Frühstadiums der Femurkopfnekrose . (A) Das CT-Bild. (B) Das MRT-Bild. Pfeile zeigen Bereiche der Nekrose an. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 2: Die Hauptkomponenten des AR-basierten chirurgischen Navigationssystems . (A) Tiefenkamera. (B) Die Einstichvorrichtung mit einem Positionierrahmen. (C) Nicht-invasiver Körperoberflächenmarkierungsrahmen, der unabhängig entworfen und entwickelt wurde. (D) Infrarot-Positionierungsgerät. (E) Der Arbeitsplatz des chirurgischen Systems. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 3: Einbau eines Passiv-Infrarot-Reflektors . (A) Selbst entwickelter Positionierungsrahmen, der auf einer Einstichvorrichtung montiert ist. (B) Der Reflektor ist an den vier Ecken des nicht-invasiven Körperoberflächenmarkierungsrahmens montiert. (C) Die Spezifikation des passiven Infrarotreflektors ist ein sphärisches Gerät mit einem Durchmesser von 10 mm. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 4: Funktionsprinzipien des Infrarot-Positionierungsgeräts. Die vom Infrarot-Positionierungsgerät emittierte Infrarotstrahlung wird von den passiven Infrarotreflektoren reflektiert; Die Empfänger in diesem Gerät empfangen das reflektierte Signal und übertragen die Bewegungsdaten an die Workstation. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 5: Ein Überblick über den präoperativen Registrierungsprozess . (A) Bedienoberfläche des AR-gestützten orthopädischen Chirurgiesystems. (B) Der Operationsbereich wurde mit einem nicht-invasiven Körperoberflächenmarkierungsrahmen geplant. (C) Tipps zur erfolgreichen Registrierung einer der Matching-Punkte im OP-Video. (D) Nachdem alle Matching-Punkte erfolgreich abgeglichen wurden, wurde das Tracking von chirurgischen Instrumenten getestet. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 6: Überlagerung des virtuellen Kirschnerdrahtes auf den realen Kirschnerdraht . (A-C) Die Bilder zeigen, dass die virtuelle Kirschnernadel präzise auf die physische gelegt wird und sich mit ihr im Bildschirm bewegt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 7: Ein Überblick über chirurgische Szenarien . (A) Die Hauptkomponenten des AR-basierten Operationssystems im Operationssaal. (B) Ein Patient mit Nekrose des Hüftkopfes wird mit Hilfe des chirurgischen Systems behandelt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 8: Hüftgelenksbildgebung und Augmented-Reality-Display . (A) Röntgenaufnahme des Hüftgelenks mit einem nicht-invasiven Körperoberflächenmarkierungsrahmen. Der schwarze Pfeil kennzeichnet die passiven Infrarotreflektoren. (B) Röntgenaufnahme wird am Arbeitsplatz verarbeitet und dann vom Operationssystem auf die Oberfläche der betroffenen Hüfte auf dem Bildschirm gelegt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 9: Demonstration des Punktionseffekts . (A) Bild zeigt den Screenshot nach der Punktion, die schwarz-rot-blaue Linie ist ein virtueller Kirschnerdraht im System (Schritt 2.6). (B) Bild zeigt die Hüftröntgenaufnahme nach Abschluss der Punktion, die schwarze Linie ist ein Bild eines echten Kirschnerdrahtes im Röntgenbild. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 10: Oberschenkelkopfpunktion, die vom AR-basierten Operationssystem geleitet wird . (A) Der Chirurg passt die Position des Punktionsgeräts entsprechend der Bildschirmanzeige an. (B) Kirschnerdraht durchsticht die Haut und weist auf die Nekrose hin. (C) Bohren Sie in den nekrotischen Bereich entlang des Kirschnerdrahtes mit einem 5-mm-Trephin, um künstlichen Knochen oder autologe Knochenimplantation zu füllen. (D) Schließen Sie die Wunde. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 11: Postoperative Röntgenaufnahme des Hüftgelenks. (A) Von vorne. (B) Der Patient befindet sich in Froschposition. Die schwarzen Pfeile weisen auf künstliche Knochenimplantate im Hüftkopf hin. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
| Fall | Sex | Alter | BMI | Krankheit | ARCO |
| 1 | M | 22 | 28.40 | ONFH(links) | IIA |
| 2 | F | 21 | 22.40 | ONFH(rechts) | IIB |
| 3 | M | 42 | 19.56 | ONFH(links) | IIB |
| 4 | M | 51 | 22.10 | ONFH(links) | Ich |
| 5 | M | 31 | 24.34 | ONFH(bilateral) | L:IIB |
| 6 | R:IIA | ||||
| 7 | M | 46 | 27.24 | ONFH(rechts) | IIA |
| 8 | F | 41 | 21.20 | ONFH(links) | IIB |
| 9 | M | 56 | 22.83 | ONFH(rechts) | Ich |
| 10 | M | 38 | 27.30 | ONFH(links) | IIA |
Tabelle 1: Grundlegende Patienteninformationen Die Tabelle enthält die Informationen für die 10 Patienten, die an dieser Studie teilnehmen.
| Fall | Positionierungszeit (min) | Durchleuchtungsaufnahmen | Positionierungsfehler (mm) | Harris Hüftpartitur | Visuelle Analogskala | ||
| Vor | Nach | Vor | Nach | ||||
| 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 |
Tabelle 2: Chirurgische Indikatoren und Scores. Die Positionierungszeit, die Durchleuchtungszeit und die Durchstoßgenauigkeit wurden berechnet und werden angezeigt. Der prä- und postoperative VAS-Score und der Harris-Score sind ebenfalls in dieser Tabelle dargestellt.
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Discussion
Obwohl sich THA in den letzten Jahren rasant entwickelt hat und zu einer effektiven ultimativen Methode für ONFH geworden ist, spielt die Hüfterhaltungstherapie immer noch eine wichtige Rolle bei der Behandlung von ONFH im Frühstadium18,19. CD ist eine grundlegende und effektive Hüfterhaltungsoperation, die Hüftschmerzen lösen und die Entwicklung des Femurkopfkollapses20 verzögern kann. Die Punktionspositionierung der fokalen Nekrose ist das entscheidende Verfahren der CD, da sie den Erfolg oder Misserfolg der Operation bestimmt. Die traditionelle Punktionspositionierungsmethode enthält jedoch immer noch einige tote Flecken, die zu wiederholter Punktion, erhöhter Exposition gegenüber Fluoroskopie und erhöhter Operationszeitführen können 10,11. Viele Wissenschaftler haben auch Anstrengungen unternommen, um diesen Aspekt zu verbessern, wie z.B. die Verwendung von 3D-Druck, einer Kombination aus Hüftarthroskopie und der Verwendung eines robotergestützten Navigationssystems 12,21,22,23. Diese Methoden verbessern sicherlich die Effizienz und Genauigkeit der Punktionspositionierung, weisen jedoch auch einige Mängel in anderen Aspekten auf, z. B. bei der Erhöhung der operativen Komplexität, der Verursachung von Nebenverletzungen und der Erhöhung der medizinischen Kosten.
Das hier gezeigte System kann den virtuellen Operationsbereich im präoperativen Registrierungsprozess unterteilen. Im virtuellen Operationsbereich kann eine hochpräzise Spur der elektrooptischen Zielverfolgungsgeräte und die virtuelle Darstellung des Kirschnerdrahtes erreicht werden. Je nach Bedarf kann die zweite Folie und Überlagerung auch bei der Einstellung des Hüftwinkels durchgeführt werden. Die mittlere Anmeldezeit beträgt nur 10,1 min. Bei der Durchführung anderer Operationen in denselben Bereichen ist eine wiederholte Registrierung nicht erforderlich. Der gesamte Prozess der Registrierung und Positionierung ist nicht-invasiv und gewährleistet somit ein hohes Maß an Sicherheit und Anpassung mit einem weniger invasiven chirurgischen Prinzip.
Die AR-Technik überlagert die nicht wahrnehmbaren Informationen in den Echtzeit-Videoframe, wodurch die Kombination von Virtualität und Realität24 erreicht wird. Die AR-Technik wurde in vielen orthopädischen Operationen wie Frakturreduktion, Knochentumorresektion usw. kombiniert.25,26,27. Unseres Wissens ist dies die erste Studie, die AR in der CD-Chirurgie anwendet. Der größte Vorteil unseres Systems ist die Echtzeit-Visualisierung, die die Schwierigkeit der Operation reduzieren und die Lernkurve der Chirurgen verkürzen kann.
Es gibt auch einige Einschränkungen in dieser Studie. Erstens ist die Stichprobengröße dieser Studie sehr klein und daher ist das Ergebnis nicht überzeugend genug. Zweitens berichten wir nur über die frühen klinischen Ergebnisse; Eine weitere Nachsorge ist auch erforderlich, um den tatsächlichen Nutzen für die Patienten zu bewerten. Sicherlich gibt es in diesem System noch etwas Raum für Entwicklung. Mit der Verbesserung der Leistung wird es der klinischen Praxis besser dienen.
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Disclosures
Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden Interessen haben.
Acknowledgments
Diese Arbeit wurde von der Beijing Natural Science Foundation (7202183), der National Natural Science Foundation of China (81972107) und der Beijing Municipal Science and Technology Commission (D171100003217001) unterstützt.
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).
