الواقع المعزز الملاحة الموجهة لتخفيف الضغط الأساسي لتنحي العظام من رأس الفخذ

Summary

تم تطبيق تقنية الواقع المعزز لإزالة الضغط الأساسي من أجل تنخر العظم في رأس الفخذ لتحقيق تصور في الوقت الفعلي لهذا الإجراء الجراحي. يمكن لهذه الطريقة تحسين سلامة ودقة تخفيف الضغط الأساسي بشكل فعال.

Abstract

تنخر عظم عظم الفخذ (ONFH) هو مرض مشترك شائع في المرضى الصغار ومتوسطي العمر ، مما يثقل كاهل حياتهم وعملهم بشكل خطير. بالنسبة ل ONFH في مرحلة مبكرة ، تعد جراحة تخفيف الضغط الأساسية علاجا كلاسيكيا وفعالا للحفاظ على الورك. في الإجراءات التقليدية لإزالة الضغط الأساسي باستخدام سلك كيرشنر ، لا تزال هناك العديد من المشاكل مثل التعرض للأشعة السينية ، والتحقق المتكرر من الثقب ، وتلف أنسجة العظام الطبيعية. إن عمى عملية الثقب وعدم القدرة على توفير التصور في الوقت الفعلي هي أسباب حاسمة لهذه المشاكل.

لتحسين هذا الإجراء ، طور فريقنا نظام ملاحة أثناء الجراحة على أساس تقنية الواقع المعزز (AR). يمكن لهذا النظام الجراحي عرض تشريح المناطق الجراحية بشكل حدسي وتقديم صور ما قبل الجراحة والإبر الافتراضية إلى فيديو أثناء الجراحة في الوقت الفعلي. باستخدام دليل نظام الملاحة ، يمكن للجراحين إدخال أسلاك Kirschner بدقة في منطقة الآفة المستهدفة وتقليل الأضرار الجانبية. أجرينا 10 حالات من جراحة تخفيف الضغط الأساسية باستخدام هذا النظام. تم تحسين كفاءة تحديد المواقع والتنظير الفلوري بشكل كبير مقارنة بالإجراءات التقليدية ، كما أن دقة الثقب مضمونة.

Introduction

تنخر عظمي في رأس الفخذ (ONFH) هو مرض معوق شائع يحدث في الشباب¹. سريريا ، من الضروري تحديد مرحلة ONFH بناء على الأشعة السينية والتصوير المقطعي المحوسب والتصوير بالرنين المغناطيسي لتحديد استراتيجية العلاج (الشكل 1). بالنسبة ل ONFH في المراحل المبكرة ، عادة ما يتم اعتماد علاج الحفاظ على الورك². جراحة تخفيف الضغط الأساسي (CD) هي واحدة من أكثر طرق الحفاظ على الورك استخداما ل ONFH. تم الإبلاغ عن بعض الآثار العلاجية لإزالة الضغط الأساسي مع أو بدون تطعيم العظام في علاج ONFH في المراحل المبكرة ، والتي يمكن أن تتجنب أو تؤخر رأب مفصل الورك الكلي اللاحق (THA) لفترة طويلة ^3,4,5. ومع ذلك ، تم الإبلاغ عن معدل نجاح CD مع أو بدون تطعيم العظام بشكل مختلف بين الدراسات السابقة ، من 64٪ إلى 95٪ 6,7,8,9. التقنية الجراحية ، وخاصة دقة موضع الحفر ، مهمة لنجاح الحفاظ على الورك¹⁰. بسبب عمى إجراء الثقب وتحديد المواقع ، فإن التقنيات التقليدية للقرص المضغوط لديها العديد من المشاكل ، مثل المزيد من وقت التنظير الفلوري ، والثقب المتكرر باستخدام سلك كيرشنر ، وإصابة أنسجة العظام الطبيعية^11,12.

في السنوات الأخيرة ، تم إدخال طريقة الواقع المعزز (AR) بمساعدة في جراحة العظام¹³. يمكن لتقنية AR أن تظهر بصريا تشريح المجال الجراحي ، وتوجيه الجراحين في التخطيط لإجراء العملية ، وبالتالي تقليل صعوبة العملية. تم الإبلاغ عن تطبيقات تقنية AR في زرع المسمار عنيق وجراحة رأب المفاصل في وقت سابق¹⁴،^15،16،17. في هذه الدراسة ، نهدف إلى تطبيق تقنية AR على إجراء CD والتحقق من سلامتها ودقتها وجدواها في الممارسة السريرية.

مكونات أجهزة النظام
وتشمل المكونات الرئيسية للنظام الجراحي للملاحة القائم على الواقع المعزز ما يلي: (1) كاميرا عمق (الشكل 2A) مثبتة مباشرة فوق المنطقة الجراحية؛ (2) وكاميرا للعمق (الشكل 2A) مثبتة مباشرة فوق المنطقة الجراحية؛ (2) وكاميرا عمق (الشكل 2A) مثبتة مباشرة فوق المنطقة الجراحية؛ (2) وكاميرا عمق (الشكل 2A) مثبتة مباشرة فوق المنطقة الجراحية؛ (2) وكاميرا عمق (الشكل 2 يتم تصوير الفيديو من هذا وإرساله مرة أخرى إلى محطة العمل للتسجيل والتعاون مع بيانات التصوير. (2) جهاز ثقب (الشكل 2B) وإطار وسم سطح الجسم غير الغازي (الشكل 2C) ، وكلاهما مع عاكسات الأشعة تحت الحمراء السلبية. يمكن التقاط طلاء عاكس خاص لكرات الوسم (الشكل 3) بواسطة معدات الأشعة تحت الحمراء لتحقيق تتبع دقيق للمعدات الجراحية في المنطقة الجراحية. (3) جهاز تحديد المواقع بالأشعة تحت الحمراء (الشكل 2D) مسؤول عن تتبع العلامات في المنطقة الجراحية ، ومطابقة إطار وضع العلامات على سطح الجسم وجهاز الثقب بدقة عالية (الشكل 4). (4) النظام المضيف (الشكل 2E) عبارة عن محطة عمل 64 بت ، مثبتة بنظام جراحة العظام بمساعدة AR المطور بشكل مستقل. يمكن إكمال عرض الواقع المعزز لعملية ثقب مفصل الورك ورأس الفخذ بمساعدتها.

Protocol

تمت الموافقة على هذه الدراسة من قبل لجنة الأخلاقيات في مستشفى الصداقة الصينية اليابانية (رقم الموافقة: 2021-12-K04). تم تنفيذ جميع الخطوات التالية وفقا لإجراءات موحدة لتجنب إصابة المرضى والجراحين. تم الحصول على موافقة المريض المستنيرة لهذه الدراسة. يجب أن يكون الجراح ماهرا في إجراءات تخفيف الضغط الأساسية التقليدية لضمان إمكانية إجراء الجراحة بطريقة تقليدية في حالة الملاحة غير الدقيقة أو غيرها من المواقف غير المتوقعة.

1. التشخيص قبل الجراحة وتصنيف ONFH

1. تحديد المرضى الذين يعانون من الأعراض السريرية ل ONFH ؛ أعراض نموذجية مثل الألم المستمر أو المتقطع في منطقة الفخذ مع ألم مشع في الورك أو الركبة. أظهر الفحص البدني حنانا عميقا في منطقة الفخذ ، أو علامة باتريك ، أو حركة محدودة في الورك من الدوران الداخلي والاختطاف ، أو تغيرات نخر في رأس الفخذ تم قياسها باستخدام الأشعة السينية والتصوير المقطعي المحوسب والتصوير بالرنين المغناطيسي.
2. وفقا لجمعية أبحاث الدوران العظمي (ARCO) التدريج ، راجع الأشعة السينية للمرضى والتصوير المقطعي المحوسب والتصوير بالرنين المغناطيسي للورك وتحديد مرحلة ONFH. يقوم طبيبان بإجراء هذا العمل بشكل مستقل. إذا نشأت خلافات ، اطلب من خبير ثالث اتخاذ القرار النهائي.
3. سجل المقياس التناظري البصري قبل الجراحة (VAS) ودرجة هاريس الورك باستخدام استبيان.
4. تشمل المرضى الذين يستخدمون المعايير التالية: 1) المرضى الذين يعانون من ONFH ؛ 2) المرحلة الأولى و IIA و IIB من ONFH التي تم تأكيدها عن طريق الفحص التصويري (الأشعة السينية والتصوير المقطعي المحوسب والتصوير بالرنين المغناطيسي) ؛ 3) يتم التخطيط لجراحة تخفيف ضغط رأس الفخذ الأساسية. استبعاد المرضى عندما: 1) يرفض المرضى جراحة القرص المضغوط ؛ 2) يشير الفحص الروتيني قبل الجراحة إلى تناقضات جراحية ، مثل العدوى أو الحالة الأساسية السيئة ؛ 3) يرفض المرضى التسجيل في المجموعة.

2. تسجيل النظام واختبار الدقة

1. قم بتشغيل نظام جراحة العظام بمساعدة الواقع المعزز (بسبب مشكلات التسويق ، لا يمكن توفير تفاصيل البرنامج) وانقر فوق فيديو إملائي لتنشيط كاميرا العمق. سيتم عرض صورة للمنطقة الجراحية على الشاشة بعد التنشيط (الشكل 5A). ضع جهاز التتبع البصري بحيث يمكن لمنطقة التتبع الخاصة به تغطية المنطقة الجراحية بالكامل (الشكل 5B).
2. انقر فوق إعداد NDI لتحديد منفذ الوصول إلى الجهاز ، COM4. انقر فوق إعداد طول الإبرة الافتراضي (يبلغ طول إبرة Kirschner عموما 180 مم) وسيتم إنشاء صورة إبرة Kirschner افتراضية تلقائيا في المنطقة الجراحية في الفيديو.
3. قسم المنطقة الأمامية الجراحية المخطط لها إلى مستويين علويين وسفليين مع حجم كل مستوى 30 سم × 30 سم ، وبفارق ارتفاع 15 سم بين المستويات. يقوم النظام تلقائيا بإدخال هذه المعلومات المكانية للمنطقة الجراحية في البرنامج.
4. تخصيص كل مستوى بالتساوي مع 10 نقاط مطابقة ؛ لكل مساحة 30 سم × 30 سم ، قسمها إلى ثلاثة أجزاء متساوية ، مع جزأين لكل منهما ثلاث نقاط ، وجزء واحد (الجزء الأيسر) يحتوي على أربع نقاط. اطلب من المساعد وضع إطار وضع علامات سطح الجسم غير الغازي (الشكل 2C) وفقا للنقاط. بمجرد الانتهاء من ذلك ، انقر فوق مطابقة. سيتم تركيب الصورة الخاصة بالنظام للتسجيل تلقائيا على إطار وضع العلامات (الشكل 5C). اعتبر تسجيل هذه النقطة ناجحا عندما تتزامن الصورة وإطار وضع العلامات تماما.
5. انقل الإطار إلى نقطة التسجيل التالية وكرر الخطوة 2.4. حتى يتم الانتهاء من جميع نقاط التسجيل. نظرا لأن شكل إطار وضع العلامات المجهز بجهاز الثقب (الشكل 3A2) هو بالضبط نفس إطار وضع العلامات على سطح الجسم غير الغازي ، بمجرد اكتمال التسجيل ، يمكن أيضا تتبع الأول بواسطة جهاز التتبع البصري في المنطقة الجراحية.
6. حرك جهاز الثقب بشكل عشوائي في المنطقة الجراحية للكشف عن درجة مطابقة الإبرة الافتراضية وتأخير التتبع (الشكل 6). نظرا لأن جسم إبرة Kirschner الافتراضي الأحمر والأزرق يتناسب تلقائيا مع الإبرة الفعلية في المنطقة الجراحية ، فإن عرض الواقع المعزز لإبرة Kirschner ناجح (الشكل 5D).
   ملاحظة: أثناء عملية التسجيل ، لا ينبغي تغيير موضع جهاز التتبع البصري وكاميرا العمق حسب الرغبة. إذا كان الأمر كذلك ، فستتغير علاقة الموقع المكاني للجراحة الافتراضية ، مما يتسبب في مطابقة غير دقيقة بين إبرة Kirschner الافتراضية وإبرة المادية ، ويجب إعادة إجراء التسجيل.

3. إعداد المريض والنظام قبل ثقب

1. بعد دخول غرفة العمليات ، اطلب من المريض الاستلقاء في وضع ضعيف وإصلاح الطرف السفلي من الجانب المصاب (الشكل 7). إعطاء التخدير العام لجميع المرضى.
2. قم بإعداد الموقع الجراحي باليود والكحول بنسبة 75٪ ، ووضع جهاز تحديد موضع سطح الجسم غير الغازي (معقم باستخدام الإجراءات القياسية) على ورك المريض المصاب.
3. حرك منظار الفلوروسكوب C-ARM إلى جانب طاولة العمليات وضع المصدر فوق مفصل الورك. قم بمحاذاة المصدر مع كاميرا العمق وسجل موضع الجدول الجراحي كموضع 1.
4. بعد التنظير الفلوري الأول ، قم بتصدير الصورة الشعاعية بتنسيق BMP إلى محطة عمل النظام ، وافتحها في تحرير الصور ، واضبط مقياسها الرمادي بالنقر فوق خيار مقياس الضوء. قم بالتدوير في اتجاه عقارب الساعة واقلب أفقيا مرة واحدة بالنقر فوق الأزرار المقابلة للتحويل إلى BMP. ثم افتحه بالنقر فوق Painting 3D واحفظه بتنسيق JPG ، الذي يحتوي على إطار وضع علامات على سطح الجسم غير الغازي ، وقم بتسميته الصورة 1 (الشكل 8A).
   ملاحظة: تهدف عملية التحويل هذه إلى تعزيز نجاح تحديد النظام. بسبب المتطلبات الخاصة لتحويل الصور ، من الضروري ضبط المقياس الرمادي لصورة الأشعة السينية للدوران والانعكاس.
5. حرك طاولة التشغيل أسفل كاميرا العمق مباشرة إلى منطقة التشغيل التي تم وضع علامة عليها كموضع 2. الموضع 1 (في الخطوة 3.3) والموضع 2 هما نقطتان على نفس المستوى الأفقي ، على بعد 30 سم.
6. في نظام جراحة العظام بمساعدة الواقع المعزز، انقر فوق ملف > صورة الأشعة السينية الأمامية، وحدد الصورة 1. يحدد النظام تلقائيا إطار وضع العلامات على سطح الجسم غير الغازي على سطح جلد المريض ، ثم يفرض هذه الصورة على مفصل الورك في الفيديو الجراحي (الشكل 8B).
7. باستخدام شاشة الواقع المعزز لصورة الأشعة السينية والفيديو في الوقت الفعلي الذي تم إنشاؤه أعلاه ، يخطط الجراح لمسار الثقب بناء على ذلك.

4. ثقب بمساعدة النظام الجراحي

1. يقف الجراح على الجانب المصاب وينفذ الخطوات التالية. أمسك جهاز الثقب وحدد أفضل زاوية إدخال. ضع علامة على نقطة الإدخال على سطح الجلد ، مسترشدا بسلك Kirschner الافتراضي وصورة الأشعة السينية لمفصل الورك في الفيديو الجراحي.
2. حدد سلك Kirschner بقطر 2.5 مم واخترقه من نقطة الإدراج. راقب عمق الإدراج والزاوية في الفيديو واضبطه في الوقت المناسب.
3. عندما تصل الإبرة الافتراضية إلى المنطقة المستهدفة من النخر ، أوقف عملية الثقب واحتفظ بلقطة الشاشة كصورة 2 (الشكل 9A) لتقييم دقة الثقب لاحقا.
4. اسكن الإبرة. حرك جدول التشغيل إلى الموضع 1 للتنظير الفلوري الثاني للتحقق من حالة الثقب الفعلية لسلك Kirschner. سجل ملف الصورة كصورة 3 (الشكل 9B).
5. ينجح الثقب عندما يلبي موقع سلك Kirschner جميع متطلبات الجراح. بعد ذلك ، استخدم المشرط لقطع الجلد حول الإبرة ، وفصل كل مستوى من الأنسجة الرخوة حتى تعريض عظم المدور الفرعي ، تقريبا على عمق 3 سم. حفر في المنطقة الميتة على طول سلك كيرشنر مع تريفين 5 ملم لإكمال العمليات اللاحقة (العظام الاصطناعية أو زرع العظام الذاتية).
6. بعد الانتهاء من جميع الإجراءات ، أغلق الجلد بخيط حريري 3-0 وقم بتغطيته بضمادة معقمة (الشكل 10). بعد العودة إلى الجناح ، قم بتزويد المرضى الذين قبلوا أدوية العظام الشائعة بعد العملية الجراحية ، مثل الوقاية من العدوى والتسكين وضخ السوائل. في حالة عدم حدوث أي مضاعفات ، قم بتفريغ المرضى بعد 3 أيام من الجراحة.

5. تقييم العمليات

1. استيراد الصورة 2 والصورة 3 إلى برنامج معالجة الصور وضبط التعتيم إلى 52٪.
2. انقر على زر الإخفاء لتداخل الصورتين، ثم انقر على زر المساطر لقياس المسافة (L _{الظاهرية}) بين الطرف الافتراضي ونقطة ثقب قشرة الفخذ، والمسافة (L_ture) بين طرف إبرة كيرشنر ونقطة ثقب قشرة الفخذ. احسب الفرق بين L_{الظاهري} وL_ture لتقييم دقة الثقب.
3. أثناء الثقب ، قم بقياس وقت تحديد المواقع على النحو التالي: يبدأ وقت تحديد المواقع من الوقت الذي يخترق فيه سلك Kirschner الجلد ، ويتوقف عندما تؤكد الأشعة السينية أن سلك Kirschner قد وصل بنجاح إلى المنطقة المستهدفة من رأس الفخذ.
4. بعد ثلاثة أشهر من الجراحة، خذ الأشعة السينية للورك (الشكل 11) وسجل المقياس التناظري البصري ودرجة الورك هاريس.

النتائج

خصائص التشغيل
تم تطبيق نظام الملاحة الجراحي في 10 وركين مستمرين لتسعة مرضى. كان متوسط إجمالي وقت تحديد المواقع للجراحة 10.1 دقيقة (متوسط 9.5 دقيقة ، نطاق 8.0-14.0 دقيقة). كان متوسط التنظير الفلوري C-ARM 5.5 مرات (المتوسط 5.5 مرات ، النطاق 4-8 مرات). وكان متوسط الخطأ في دقة الثقب 1.61 مم (متوسط 1.2 مم، ...

Discussion

على الرغم من أن THA قد تطورت بسرعة في السنوات الأخيرة وأصبحت طريقة نهائية فعالة ل ONFH ، إلا أن علاج الحفاظ على الورك لا يزال يلعب دورا مهما في علاج ONFH^18,19 في المراحل المبكرة. CD هي جراحة أساسية وفعالة للحفاظ على الورك ، والتي يمكن أن تطلق آلام الورك وتؤخر تطور انهي...

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.