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

Questo lavoro è stato sostenuto dalla Beijing Natural Science Foundation (7202183), dalla National Natural Science Foundation of China (81972107) e dalla Beijing Municipal Science and Technology Commission (D171100003217001).

Questo studio è stato approvato dal comitato etico del China-Japan Friendship Hospital (numero di approvazione: 2021-12-K04). Tutti i seguenti passaggi sono stati eseguiti secondo procedure standardizzate per evitare lesioni ai pazienti e ai chirurghi. Per questo studio è stato ottenuto il consenso informato del paziente. Il chirurgo deve essere esperto nelle procedure convenzionali di decompressione del nucleo per garantire che l'intervento chirurgico possa essere eseguito in modo tradizionale in caso di navigazione i...

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Sebbene il THA si sia sviluppato rapidamente negli ultimi anni e sia diventato un metodo efficace per l'ONFH, la terapia di conservazione dell'anca svolge ancora un ruolo importante nel trattamento dell'ONFH18,19 in fase iniziale. Cd è un intervento chirurgico di conservazione dell'anca di base ed efficace, che può rilasciare il dolore all'anca e ritardare lo sviluppo del collasso della testa del femore20. Il posizionamento della puntura...

L'osteonecrosi della testa del femore (ONFH) è una malattia invalidante comune che si verifica nei giovani adulti1. Clinicamente, è necessario determinare la stadiazione di ONFH basata su raggi X, TC e risonanza magnetica per decidere la strategia di trattamento (Figura 1). Per l'ONFH in fase iniziale, la terapia di conservazione dell'anca viene solitamente adottata2. La chirurgia di decompressione del nucleo (CD) è uno dei metodi di conservazione dell'anca più frequentemente utilizzati per l'ONFH. Sono stati riportati alcuni effetti curativi della decompressione del nucleo con o senza innesto osseo nel trattamento dell'ONFH in fase iniziale, che può evitare o ritardare la successiva artroplastica totale dell'anca (THA) per lungo tempo 3,4,5. Tuttavia, il tasso di successo della CD con o senza innesto osseo è stato riportato in modo diverso tra gli studi precedenti, dal 64% al 95%6,7,8,9. La tecnica chirurgica, in particolare la precisione della posizione di perforazione, è importante per il successo della conservazione dell'anca10. A causa della cecità della procedura di puntura e posizionamento, le tecniche tradizionali di CD hanno diversi problemi, come più tempo di fluoroscopia, puntura ripetuta con filo di Kirschner e lesione del tessuto osseo normale 11,12.
Negli ultimi anni, il metodo assistito da realtà aumentata (AR) è stato introdotto nella chirurgia ortopedica13. La tecnica AR può mostrare visivamente l'anatomia del campo chirurgico, guidare i chirurghi nella pianificazione della procedura operativa e di conseguenza ridurre la difficoltà dell'operazione. Le applicazioni della tecnica AR nell'impianto di viti peduncolari e nella chirurgia di artroplastica articolare sono state riportate in precedenza 14,15,16,17. In questo studio, miriamo ad applicare la tecnica AR alla procedura CD e verificarne la sicurezza, l'accuratezza e la fattibilità nella pratica clinica.
Componenti hardware del sistema I componenti principali del sistema chirurgico di navigazione basato su AR includono quanto segue: (1) Una telecamera di profondità (Figura 2A) installata direttamente sopra l'area chirurgica; il video viene girato da questo e inviato alla workstation per la registrazione e la cooperazione con i dati di imaging. (2) Un dispositivo di perforazione (Figura 2B) e un telaio di marcatura della superficie corporea non invasivo (Figura 2C), entrambi con riflettori passivi a infrarossi. Uno speciale rivestimento riflettente delle sfere di marcatura (Figura 3) può essere catturato da apparecchiature a infrarossi per ottenere un tracciamento accurato delle apparecchiature chirurgiche nell'area chirurgica. (3) Un dispositivo di posizionamento a infrarossi (Figura 2D) è responsabile del tracciamento dei marcatori nell'area chirurgica, abbinando il telaio di marcatura della superficie corporea e il dispositivo di puntura con elevata precisione (Figura 4). (4) Il sistema host (Figura 2E) è una workstation a 64 bit, installata con il sistema di chirurgia ortopedica assistita da AR sviluppato in modo indipendente. La visualizzazione in realtà aumentata dell'articolazione dell'anca e dell'operazione di puntura della testa femorale può essere completata con la sua assistenza.

<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

L'osteonecrosi della testa del femore (ONFH) è una malattia articolare comune nei pazienti giovani e di mezza età, che grava seriamente sulla loro vita e sul loro lavoro. Per l'ONFH in fase iniziale, la chirurgia di decompressione del nucleo è una terapia di conservazione dell'anca classica ed efficace. Nelle procedure tradizionali di decompressione del nucleo con filo di Kirschner, ci sono ancora molti problemi come l'esposizione ai raggi X, la verifica ripetuta della puntura e il danno al normale tessuto osseo. La cecità del processo di foratura e l'incapacità di fornire una visualizzazione in tempo reale sono ragioni cruciali per questi problemi.
Per ottimizzare questa procedura, il nostro team ha sviluppato un sistema di navigazione intraoperatoria sulla base della tecnologia di realtà aumentata (AR). Questo sistema chirurgico può visualizzare intuitivamente l'anatomia delle aree chirurgiche e rendere le immagini preoperatorie e gli aghi virtuali al video intraoperatorio in tempo reale. Con la guida del sistema di navigazione, i chirurghi possono inserire con precisione i fili Kirschner nell'area della lesione mirata e ridurre al minimo il danno collaterale. Abbiamo condotto 10 casi di chirurgia di decompressione del nucleo con questo sistema. L'efficienza del posizionamento e della fluoroscopia è notevolmente migliorata rispetto alle procedure tradizionali e anche l'accuratezza della puntura è garantita.

Caratteristiche operative Il sistema di navigazione chirurgica è stato applicato in 10 fianchi continuativi di nove pazienti. Il tempo medio di posizionamento totale dell'intervento è stato di 10,1 minuti (mediana 9,5 minuti, intervallo 8,0-14,0 minuti). La fluoroscocopia C-ARM media è stata di 5,5 volte (mediana 5,5 volte, intervallo 4-8 volte). L'errore medio di precisione della foratura è stato di 1,61 mm (mediana 1,2 mm, intervallo -5,76-19,73 mm; Tabella 1). I risultati mostr...

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

La tecnologia di realtà aumentata è stata applicata alla decompressione del nucleo per l'osteonecrosi della testa del femore per realizzare la visualizzazione in tempo reale di questa procedura chirurgica. Questo metodo può migliorare efficacemente la sicurezza e la precisione della decompressione del nucleo.

Decompressione del nucleo guidata dalla navigazione in realtà aumentata per l'osteonecrosi della testa del femore

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 ...

Il nostro sistema può migliorare il tasso di successo e l'efficienza nella chirurgia di decompressione del nucleo per la necrosi della testa del femore. Inoltre riduce significativamente il tempo di posizionamento intraoperatorio e la sorgente del fluoroscopio. Con la tecnologia VR, possiamo utilizzare il processo di puntura, ridurre la difficoltà dell'operazione e causare meno danni aggiuntivi al paziente rispetto ai risultati chirurgici tradizionali.Il sistema può essere esteso ad altri interventi di chirurgia ortopedica che comportano procedure di puntura. È stato utilizzato per ottenere la procedura di discectomia transforaminale endoscopica percutanea. Questo sistema è appositamente progettato per l'osteonecrosi precoce della testa del femore, poiché la chirurgia tradizionale non è abbastanza precisa e può portare più danni secondari al paziente, come danni ai tessuti normali o radiazioni eccessive.Il protocollo deve essere e l'operazione attentamente osservata per comprendere i principi e i passaggi del sistema, per ridurre al minimo l'indicazione del rischio. E i punti tecnici di decompressione del nucleo della testa del femore si riveleranno utili per un'escursione di successo. Inizia dividendo l'area frontale chirurgica pianificata in livelli superiore e inferiore.Queste informazioni spaziali verranno automaticamente inserite nel sistema software. Assegna ogni livello con 10 punti corrispondenti e dividilo in tre parti uguali con due parti con tre punti ciascuna e la parte rimanente con quattro punti. Chiedi all'assistente di posizionare il telaio di marcatura della superficie del corpo non invasivo in base ai punti.Una volta fatto, fai clic su corrispondenza. L'immagine speciale del sistema per la registrazione verrà automaticamente sovrapposta al telaio di marcatura. Spostare il dispositivo di puntura in modo casuale nell'area chirurgica per rilevare il grado corrispondente di ago virtuale e ritardo di tracciamento.In sala operatoria, chiedere al paziente di sdraiarsi in posizione supina e fissare l'arto inferiore del lato interessato. Preparare il sito chirurgico con iodio e alcol al 75%. Spostare il fluoroscopio del braccio a C sul lato del tavolo operatorio e posizionare la sorgente sopra l'articolazione dell'anca.Allineare la sorgente con la telecamera di profondità e registrare la posizione del tavolo chirurgico come posizione uno. Nel sistema di chirurgia ortopedica assistita da AR, fare clic sull'immagine radiografica anteriore del file e selezionare l'immagine uno. Il sistema identificherà automaticamente il fotogramma di marcatura e sovrapporrà questa immagine all'articolazione dell'anca nel video chirurgico.Utilizzando il display AR dell'immagine a raggi X e in base al video in tempo reale, pianificare il percorso di foratura. Stare sul lato interessato per eseguire la procedura, tenere il dispositivo di puntura e determinare il miglior angolo di inserimento. Segna il punto di inserimento sulla superficie della pelle, guidato dal filo virtuale di Kirschner e dall'immagine a raggi X dell'articolazione dell'anca nel video chirurgico.Utilizzando un filo di Kirschner, perforare il punto di inserimento. Osserva la profondità e l'angolo di inserimento nel video e regolalo tempestivamente. Quando l'ago virtuale ha raggiunto l'area target di necrosi, interrompere il processo di puntura e conservare lo screenshot come immagine due per la successiva valutazione dell'accuratezza della puntura.Dopo la puntura, estrarre il trapano, lasciando temporaneamente i fili Kirschner nell'osso. Spostare il tavolo operatorio per posizionarne uno per la seconda fluoroscopia per verificare l'effettiva condizione di puntura del filo Kirschner. Registrare il file immagine.La puntura ha successo quando la posizione del filo Kirschner soddisfa tutti i requisiti del chirurgo. Quindi, utilizzare il Lancet per tagliare la pelle intorno all'ago e separare ogni livello di tessuto molle fino a quando l'osso subtrocantere è esposto a circa una profondità di tre centimetri. Perforare l'area necrotica lungo il filo di Kirschner con una trefina di cinque millimetri per completare le operazioni successive.Dopo aver terminato tutte le procedure, chiudere la pelle con tre fili di seta e coprirla con una medicazione sterile. Il sistema di navigazione chirurgica è stato applicato in dieci fianchi continuativi di nove pazienti. Con un tempo medio di posizionamento totale di 10,1 minuti durante l'intervento chirurgico, le fluoroscopie medie del braccio a C erano 5,5 volte.L'errore medio di precisione della foratura è stato di 1,61 millimetri. Secondo i fianchi valutati, due fianchi erano nello stadio ARCO I, quattro fianchi erano nello stadio ARCO IIA e quattro nello stadio ARCO IIB. Il punteggio VAS preoperatorio medio era di sei e il punteggio medio postoperatorio era di 3,75.Il punteggio medio preoperatorio di Harris era 77,5 e il punteggio medio postoperatorio era 85,5. Non sono state riscontrate complicazioni postoperatorie come infezioni, ematomi o danni ai nervi. È anche possibile combinare la procedura con la tecnologia di ricostruzione tridimensionale CT in modo che la foratura possa essere realizzata da una prospettiva tridimensionale, che è il nostro lavoro futuro.Forniamo un'idea innovativa di combinare la tecnologia AI e la chirurgia ortopedica. Questa idea può anche essere utilizzata per migliorare la precisione di altre operazioni ortopediche in futuro.

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