Name: augmented reality navigation-guided core decompression for osteonecrosis of femoral head
Uploaded: 2022-04-12T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Augmented Reality Navigation-Guided Core Decompression for Osteonecrosis of Femoral Head at JoVE.com

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.

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 Situatione...

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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 Nekros...

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.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>AR-assisted Orthopedic Surgery System</td>
			<td>Self development</td>
			<td>None</td>
			<td>An operating software that implements AR for orthopedic surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Depth camera</td>
			<td>Stereolabs</td>
			<td>ZED depth camera(ZED mini)</td>
			<td>shoot video and sent back to the workstation.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Image processing software</td>
			<td>Adobe Systems Incorporated</td>
			<td>Adobe Photoshop CS6</td>
			<td>Image processing software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Infrared positioning device</td>
			<td>Northern Digital Inc.</td>
			<td>NDI Polaris Spectra optical tracking device</td>
			<td>Tracking markers in the surgical area.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Puncture device</td>
			<td>Stryker</td>
			<td>Stryker System 7 Cordless driver and Sabo</td>
			<td>Insert kirschner wire into the necrotic area.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

augmented reality navigation-guided core decompression for osteonecrosis of femoral head

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.

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 u...

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Augmented Reality Navigation-Guided Core Decompression for Osteonecrosis of Femoral Head

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.

Augmented Reality Navigationsgesteuerte Kerndekompression bei Osteonekrose des Oberschenkelkopfes

Osteonecrosis of the femoral head (ONFH) is a common joint disease in young and middle-aged patients, which seriously burdens their lives and work. For ...

Unser System kann die Erfolgsquote und die Effizienz in der Kerndekompressionschirurgie bei Femurkopfnekrose verbessern. Es reduziert auch die intraoperative Positionierungszeit und die Fluoroskopquelle erheblich. Mit der VR-Technologie können wir den Punktionsprozess nutzen, die Schwierigkeit der Operation reduzieren und dem Patienten weniger zusätzlichen Schaden zufügen als herkömmliche chirurgische Ergebnisse.Das System kann auf andere orthopädische Chirurgie mit Punktionsverfahren erweitert werden. Es wurde verwendet, um ein perkutanes endoskopisches transforaminales Diskektomieverfahren zu erhalten. Dieses System wurde speziell für die frühe Osteonekrose des Hüftkopfes entwickelt, da die traditionelle Operation nicht präzise genug ist und dem Patienten mehr sekundäre Schäden wie normale Gewebeschäden oder übermäßige Bestrahlung zufügen kann.Das Protokoll sollte und die Operation sorgfältig beobachtet werden, um die Prinzipien und die Schritte des Systems zu verstehen, um die Risikoanzeige zu minimieren. Und die technischen Punkte der Kerndekompression des Hüftkopfes werden sich als hilfreich für eine erfolgreiche Exkursion erweisen. Beginnen Sie mit der Unterteilung des geplanten chirurgischen Frontalbereichs in obere und untere Ebenen.Diese räumlichen Informationen werden automatisch in das Softwaresystem eingegeben. Weisen Sie jede Ebene mit 10 übereinstimmenden Punkten zu und teilen Sie sie in drei gleiche Teile auf, wobei zwei Teile jeweils drei Punkte und der verbleibende Teil vier Punkte haben. Bitten Sie den Assistenten, den nichtinvasiven Markierungsrahmen für die Körperoberfläche entsprechend den Punkten zu platzieren.Wenn Sie fertig sind, klicken Sie auf Match. Das spezielle Bild des Systems für die Registrierung wird automatisch auf den Markierungsrahmen übertragen. Bewegen Sie das Punktionsgerät zufällig im Operationsbereich, um den übereinstimmenden Grad der virtuellen Nadel und der Tracking-Verzögerung zu erkennen.Bitten Sie den Patienten im Operationssaal, sich in Rückenlage hinzulegen und die untere Extremität der betroffenen Seite zu fixieren. Bereiten Sie die Operationsstelle mit Jod und 75% Alkohol vor. Bewegen Sie das C-Bogen-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 eins auf. Klicken Sie im AR-gestützten orthopädischen Chirurgiesystem auf das vordere Röntgenbild der Datei und wählen Sie das Bild eins aus. Das System identifiziert automatisch den Markierungsrahmen und überlagert dieses Bild mit dem Hüftgelenk im Operationsvideo.Planen Sie mit der AR-Anzeige des Röntgenbildes und basierend auf dem Echtzeitvideo den Einstichpfad. Stellen Sie sich auf die betroffene Seite, um den Eingriff durchzuführen, 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.Durchbohren Sie mit einem Kirschnerdraht die Einführstelle. 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 zwei für die anschließende Bewertung der Punktionsgenauigkeit bei.Ziehen Sie nach der Punktion den Bohrer heraus und lassen Sie die Kirschner-Drähte vorübergehend im Knochen zurück. Bewegen Sie den Operationstisch an Position eins für die zweite Durchleuchtung, um den tatsächlichen Durchstichzustand des Kirschner-Drahtes zu überprüfen. Nehmen Sie die Bilddatei auf.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 zu schneiden und jede Ebene des Weichgewebes zu trennen, bis der Subtrochanterknochen bis zu einer Tiefe von etwa drei Zentimetern ausgesetzt ist. Bohren Sie mit einem fünf Millimeter Trephin in den nekrotischen Bereich entlang des Kirschnerdrahtes, um die nachfolgenden Operationen abzuschließen.Nachdem Sie alle Verfahren abgeschlossen haben, schließen Sie die Haut mit drei Oh-Seidenfäden und bedecken Sie sie mit sterilem Verband. Das chirurgische Navigationssystem wurde bei fortlaufenden zehn Hüften von neun Patienten eingesetzt. Mit einer durchschnittlichen Gesamtpositionierungszeit von 10,1 Minuten während der Operation waren die mittleren C-Bogen-Fluoroskopien 5,5-mal.Der mittlere Fehler der Punktionsgenauigkeit betrug 1,61 Millimeter. Nach den ausgewerteten Hüften befanden sich zwei Hüften im ARCO I-Stadium, vier Hüften im ARCO IIA-Stadium und vier im ARCO IIB-Stadium. Der mittlere präoperative VAS-Score betrug sechs und der mittlere postoperative Score 3,75.Der durchschnittliche präoperative Harris-Score betrug 77,5 und der mittlere postoperative Score 85,5. Es wurden keine postoperativen Komplikationen wie Infektionen, Hämatome oder Nervenschäden gefunden. Es ist auch möglich, das Verfahren mit der dreidimensionalen Rekonstruktionstechnologie der CT zu kombinieren, so dass die Punktion aus einer dreidimensionalen Perspektive realisiert werden kann, was unsere zukünftige Arbeit ist.Wir bieten eine innovative Idee, KI-Technologie und orthopädische Chirurgie zu kombinieren. Diese Idee kann auch genutzt werden, um die Präzision anderer orthopädischer Operationen in Zukunft zu verbessern.

Research

JoVE Journal

Medicine

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Medizin

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