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

Este trabalho foi apoiado pela Beijing Natural Science Foundation (7202183), National Natural Science Foundation of China (81972107) e Beijing Municipal Science and Technology Commission (D171100003217001).

Este estudo foi aprovado pelo comitê de ética do Hospital da Amizade China-Japão (número de aprovação: 2021-12-K04). Todas as etapas a seguir foram realizadas de acordo com procedimentos padronizados para evitar lesões aos pacientes e aos cirurgiões. O consentimento informado do paciente foi obtido para este estudo. O cirurgião deve ser qualificado em procedimentos convencionais de descompressão do núcleo para garantir que a cirurgia possa ser realizada de forma tradicional em caso de navegação imprecisa ou ...

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Embora a THA tenha se desenvolvido rapidamente nos últimos anos e se tornado um método final eficaz para o ONFH, a terapia de preservação do quadril ainda desempenha um papel importante no tratamento do ONFH em estágio inicial18,19. O CD é uma cirurgia básica e eficaz de preservação do quadril, que pode liberar dor no quadril e retardar o desenvolvimento do colapso da cabeça femoral20. O posicionamento de punção da necrose foca...

A osteonecrose da cabeça femoral (ONFH) é uma doença incapacitante comum que ocorre em adultos jovens1. Clinicamente, é necessário determinar a realização de ONFH com base em raio-X, Tomografia Computadorizada e Ressonância Magnética para decidir a estratégia de tratamento (Figura 1). Para onfh em estágio inicial, a terapia de preservação do quadril é geralmente adotada2. A cirurgia de descompressão do núcleo (CD) é um dos métodos de preservação do quadril mais utilizados para ONFH. Foram relatados certos efeitos curativos da descompressão do núcleo com ou sem enxerto ósseo no tratamento do ONFH em estágio inicial, o que pode evitar ou retardar a artroplastia total do quadril (THA) por um longo tempo 3,4,5. No entanto, a taxa de sucesso do CD com ou sem enxerto ósseo foi relatada de forma diferente entre estudos anteriores, de 64% para 95%6,7,8,9. A técnica cirúrgica, especialmente a precisão da posição de perfuração, é importante para o sucesso da preservação do quadril10. Devido à cegueira do procedimento de punção e posicionamento, as técnicas tradicionais de CD têm vários problemas, como mais tempo de fluoroscopia, punção repetida usando fio Kirschner e lesão do tecido ósseo normal11,12.
Nos últimos anos, o método assistido pela realidade aumentada (AR) foi introduzido na cirurgia ortopédica13. A técnica ar pode mostrar visualmente a anatomia do campo cirúrgico, orientar os cirurgiões no planejamento do procedimento cirúrgico e, consequentemente, reduzir a dificuldade da operação. As aplicações da técnica AR na implantação do parafuso pediáculo e na cirurgia de artroplastia articular foram relatadas anteriormente 14,15,16,17. Neste estudo, pretendemos aplicar a técnica AR ao procedimento do CD e verificar sua segurança, precisão e viabilidade na prática clínica.
Componentes de hardware do sistema Os principais componentes do sistema cirúrgico de navegação baseado em AR incluem: (1) Uma câmera de profundidade (Figura 2A) instalada diretamente acima da área cirúrgica; o vídeo é filmado a partir deste e enviado de volta para a estação de trabalho para registro e cooperação com os dados de imagem. (2) Um dispositivo de punção (Figura 2B) e um quadro de marcação de superfície corporal não invasivo (Figura 2C), ambos com refletores infravermelhos passivos. Um revestimento reflexivo especial de bolas de marcação (Figura 3) pode ser capturado por equipamento infravermelho para obter um rastreamento preciso de equipamentos cirúrgicos na área cirúrgica. (3) Um dispositivo de posicionamento infravermelho (Figura 2D) é responsável por rastrear marcadores na área cirúrgica, combinando a estrutura de marcação da superfície do corpo e o dispositivo de punção com alta precisão (Figura 4). (4) O sistema host (Figura 2E) é uma estação de trabalho de 64 bits, instalada com o sistema de cirurgia ortopédica assistido por AR de forma independente. A exibição de realidade aumentada da articulação do quadril e da operação de punção da cabeça femoral pode ser completada com sua assistência.

<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

A osteonecrose da cabeça femoral (ONFH) é uma doença articular comum em pacientes jovens e de meia-idade, o que sobrecarrega seriamente suas vidas e trabalho. Para onfh em estágio inicial, a cirurgia de descompressão do núcleo é uma terapia clássica e eficaz de preservação do quadril. Nos procedimentos tradicionais de descompressão do núcleo com fio Kirschner, ainda há muitos problemas, como exposição a raios-X, verificação repetida de punção e danos ao tecido ósseo normal. A cegueira do processo de punção e a incapacidade de proporcionar visualização em tempo real são razões cruciais para esses problemas.
Para otimizar esse procedimento, nossa equipe desenvolveu um sistema de navegação intraoperatória com base na tecnologia de realidade aumentada (AR). Este sistema cirúrgico pode exibir intuitivamente a anatomia das áreas cirúrgicas e renderizar imagens pré-operatórias e agulhas virtuais para vídeo intraoperatório em tempo real. Com o guia do sistema de navegação, os cirurgiões podem inserir com precisão os fios kirschner na área da lesão alvo e minimizar os danos colaterais. Realizamos 10 casos de cirurgia de descompressão com este sistema. A eficiência do posicionamento e da fluoroscopia é muito melhorada em relação aos procedimentos tradicionais, e a precisão da punção também é garantida.

Características da operação O sistema de navegação cirúrgica foi aplicado em 10 quadris contínuos de nove pacientes. O tempo médio de posicionamento total da cirurgia foi de 10,1 min (mediana de 9,5 min, faixa 8,0-14,0 min). A fluoroscopia C-ARM média foi de 5,5 vezes (mediana 5,5 vezes, intervalo de 4 a 8 vezes). O erro médio de precisão da punção foi de 1,61 mm (mediana de 1,2 mm, faixa -5,76-19,73 mm; Tabela 1). Os resultados mostram que o tempo de posicionamento e os ...

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

A tecnologia de realidade aumentada foi aplicada à descompressão do núcleo da osteonecrose da cabeça femoral para realizar a visualização em tempo real deste procedimento cirúrgico. Este método pode melhorar efetivamente a segurança e a precisão da descompressão do núcleo.

Descompressão do núcleo guiada pela navegação de realidade aumentada para osteonecrose da cabeça femoral

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 ...

Nosso sistema pode melhorar a taxa de sucesso e a eficiência na cirurgia de descompressão do núcleo para necrose da cabeça femoral. Também reduz significativamente o tempo de posicionamento intraoperatório e a fonte do fluoroscópio. Com a tecnologia VR, podemos utilizar o processo de punção, reduzir a dificuldade da operação, e causar menos danos adicionais ao paciente do que os resultados cirúrgicos tradicionais.O sistema pode ser estendido a outras cirurgias ortopédicas envolvendo procedimentos de punção. Tem sido usado para obter procedimento de discectomia transforaminal endoscópica percutânea. Este sistema é especialmente projetado para a osteonecrose precoce da cabeça femoral, uma vez que a cirurgia tradicional não é precisa o suficiente, podendo trazer mais danos secundários ao paciente, como danos normais do tecido ou radiação excessiva.O protocolo deve ser e a operação cuidadosamente observada para entender os princípios e as etapas do sistema, para minimizar a indicação de risco. E os pontos técnicos da descompressão do núcleo da cabeça femoral serão úteis para uma excursão bem sucedida. Comece dividindo a área frontal cirúrgica planejada em níveis superior e inferior.Essas informações espaciais serão automaticamente inseridas no sistema de software. Aloque cada nível com 10 pontos de correspondência e divida-o em três partes iguais, com duas partes tendo três pontos cada, e a parte restante com quatro pontos. Peça ao assistente para colocar a estrutura de marcação da superfície do corpo não invasiva de acordo com os pontos.Uma vez feito, clique em correspondência. A imagem especial do sistema para registro será automaticamente super imposta no quadro de marcação. Mova o dispositivo de punção aleatoriamente na área cirúrgica para detectar o grau de correspondência da agulha virtual e atraso de rastreamento.Na sala de cirurgia, peça ao paciente para se deitar em uma posição supina e fixar o membro inferior do lado afetado. Prepare o local cirúrgico com iodo e 75% de álcool. Mova o fluoroscópio de braço C para o lado da mesa de operação e posicione a fonte acima da articulação do quadril.Alinhe a fonte com a câmera de profundidade e regise a posição da mesa cirúrgica como posição um. No sistema de cirurgia ortopédica assistida por AR, clique na imagem de raio-x frontal do arquivo e selecione a imagem um. O sistema identificará automaticamente o quadro de marcação e sobrepõe essa imagem à articulação do quadril no vídeo cirúrgico.Usando o visor AR da imagem de raio-x e com base no vídeo em tempo real, planeje o caminho de punção. Fique no lado afetado para realizar o procedimento, segure o dispositivo de punção e determine o melhor ângulo de inserção. Marque o ponto de inserção na superfície da pele, guiado pelo fio Kirschner virtual e pela imagem de raio-x da articulação do quadril no vídeo cirúrgico.Usando um fio Kirschner, perfure o ponto de inserção. Observe a profundidade e o ângulo de inserção no vídeo e ajuste-o oportunamente. Quando a agulha virtual atingir a área alvo da necrose, pare o processo de punção e mantenha a captura de tela como imagem dois para avaliação subsequente da precisão da punção.Após a punção, puxe a broca, deixando os fios kirschner no osso temporariamente. Mova a mesa de operação para posicionar uma para a segunda fluoroscopia para verificar a condição real de perfuração do fio Kirschner. Grave o arquivo de imagem.A punção é bem sucedida quando a localização do fio Kirschner atende a todos os requisitos do cirurgião. Em seguida, use a Lancet para cortar a pele ao redor da agulha e separar todos os níveis de tecido mole até que o osso subtrocanter seja exposto a aproximadamente uma profundidade de três centímetros. Perfurar a área necrosa ao longo do fio Kirschner com uma trefina de cinco milímetros para completar as operações subsequentes.Depois de terminar todos os procedimentos, feche a pele com três fios de seda e cubra-a com molho estéril. O sistema de navegação cirúrgica foi aplicado em dez quadris contínuos de nove pacientes. Com um tempo médio de posicionamento total de 10,1 minutos durante a cirurgia, as fluoroscopias médias de braço C foram 5,5 vezes.O erro médio de precisão de perfuração foi de 1,61 milímetros. Pelos quadris avaliados, dois quadris estavam no estágio ARCO I, quatro quadris estavam no palco ARCO IIA e quatro no palco ARCO IIB. A pontuação média do VAS pré-operatório foi de seis, e a pontuação média pós-operatória foi de 3,75.A pontuação média de Harris no pré-operatório foi de 77,5, e a pontuação média pós-operatória foi de 85,5. Não foram encontradas complicações pós-operatórias, como infecção, hematoma ou danos nos nervos. Também é possível combinar o procedimento com a tecnologia de reconstrução tridimensional da TC para que a punção possa ser realizada a partir de uma perspectiva tridimensional, que é o nosso trabalho futuro.Fornecemos uma ideia inovadora de combinar tecnologia de IA e cirurgia ortopédica. Essa ideia também pode ser usada para melhorar a precisão de outras operações ortopédicas no futuro.

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