Name: augmented reality navigation-guided core decompression for osteonecrosis of femoral head
Uploaded: 2022-04-12T14:00:00
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Este trabajo fue apoyado por la Fundación de Ciencias Naturales de Beijing (7202183), la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (81972107) y la Comisión Municipal de Ciencia y Tecnología de Beijing (D171100003217001).

Este estudio fue aprobado por el comité de ética del Hospital de la Amistad China-Japón (número de aprobación: 2021-12-K04). Todos los siguientes pasos se realizaron de acuerdo con procedimientos estandarizados para evitar lesiones a los pacientes y los cirujanos. Se obtuvo el consentimiento informado del paciente para este estudio. El cirujano debe ser experto en procedimientos convencionales de descompresión del núcleo para garantizar que la cirugía se pueda realizar de manera tradicional en caso de navegación...

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Aunque THA se ha desarrollado rápidamente en los últimos años y se ha convertido en un método definitivo efectivo para la ONFH, la terapia de preservación de la cadera todavía juega un papel importante en el tratamiento de la ONFH en etapa temprana18,19. La EC es una cirugía básica y efectiva de preservación de cadera, que puede liberar el dolor de cadera y retrasar el desarrollo del colapso de la cabeza femoral20. El posicionamie...

La osteonecrosis de la cabeza femoral (ONFH) es una enfermedad incapacitante común que ocurre en adultos jóvenes1. Clínicamente, es necesario determinar la estadificación de la ONFH en base a rayos X, TC y RM para decidir la estrategia de tratamiento (Figura 1). Para la ONFH en etapa temprana, la terapia de preservación de cadera generalmente se adopta2. La cirugía de descompresión del núcleo (EC) es uno de los métodos de preservación de cadera más utilizados para la ONFH. Se han reportado ciertos efectos curativos de la descompresión central con o sin injerto óseo en el tratamiento de la ONFH en etapa temprana, que pueden evitar o retrasar la artroplastia total de cadera (THA) posterior durante mucho tiempo 3,4,5. Sin embargo, la tasa de éxito de la EC con o sin injerto óseo se informó de manera diferente entre los estudios anteriores, del 64% al 95% 6,7,8,9. La técnica quirúrgica, especialmente la precisión de la posición de perforación, es importante para el éxito de la preservación de la cadera10. Debido a la ceguera del procedimiento de punción y posicionamiento, las técnicas tradicionales de EC tienen varios problemas, como más tiempo de fluoroscopia, punción repetida con alambre de Kirschner y lesión del tejido óseo normal11,12.
En los últimos años, el método asistido por realidad aumentada (AR) se ha introducido en la cirugía ortopédica13. La técnica AR puede mostrar visualmente la anatomía del campo quirúrgico, guiar a los cirujanos en la planificación del procedimiento quirúrgico y, en consecuencia, reducir la dificultad de la operación. Las aplicaciones de la técnica AR en la implantación de tornillo pedicular y la cirugía de artroplastia articular se han reportado anteriormente 14,15,16,17. En este estudio, nuestro objetivo es aplicar la técnica ar al procedimiento de EC y verificar su seguridad, precisión y viabilidad en la práctica clínica.
Componentes de hardware del sistema Los principales componentes del sistema quirúrgico de navegación basado en AR incluyen los siguientes: (1) Una cámara de profundidad (Figura 2A) instalada directamente sobre el área quirúrgica; el video se graba desde esto y se envía de vuelta a la estación de trabajo para el registro y la cooperación con los datos de imágenes. (2) Un dispositivo de punción (Figura 2B) y un marco de marcado de superficie corporal no invasivo (Figura 2C), ambos con reflectores infrarrojos pasivos. Un recubrimiento reflectante especial de bolas de marcado (Figura 3) puede ser capturado por equipos infrarrojos para lograr un seguimiento preciso del equipo quirúrgico en el área quirúrgica. (3) Un dispositivo de posicionamiento infrarrojo (Figura 2D) es responsable de rastrear los marcadores en el área quirúrgica, haciendo coincidir el marco de marcado de la superficie corporal y el dispositivo de punción con alta precisión (Figura 4). (4) El sistema host (Figura 2E) es una estación de trabajo de 64 bits, instalada con el sistema de cirugía ortopédica asistida por AR desarrollado de forma independiente. La visualización de realidad aumentada de la articulación de la cadera y la operación de punción de la cabeza femoral se puede completar con su ayuda.

<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

La osteonecrosis de la cabeza femoral (ONFH) es una enfermedad articular común en pacientes jóvenes y de mediana edad, que sobrecarga seriamente sus vidas y su trabajo. Para la ONFH en etapa temprana, la cirugía de descompresión central es una terapia clásica y efectiva de preservación de cadera. En los procedimientos tradicionales de descompresión del núcleo con alambre kirschner, todavía hay muchos problemas, como la exposición a los rayos X, la verificación repetida de la punción y el daño al tejido óseo normal. La ceguera del proceso de punción y la incapacidad de proporcionar visualización en tiempo real son razones cruciales para estos problemas.
Para optimizar este procedimiento, nuestro equipo desarrolló un sistema de navegación intraoperatoria sobre la base de la tecnología de realidad aumentada (AR). Este sistema quirúrgico puede mostrar intuitivamente la anatomía de las áreas quirúrgicas y renderizar imágenes preoperatorias y agujas virtuales a video intraoperatorio en tiempo real. Con la guía del sistema de navegación, los cirujanos pueden insertar con precisión los cables kirschner en el área de la lesión objetivo y minimizar el daño colateral. Se realizaron 10 casos de cirugía de descompresión central con este sistema. La eficiencia del posicionamiento y la fluoroscopia mejora considerablemente en comparación con los procedimientos tradicionales, y la precisión de la punción también está garantizada.

Características de funcionamiento El sistema de navegación quirúrgica se aplicó en 10 caderas continuas de nueve pacientes. El tiempo promedio de posicionamiento total de la cirugía fue de 10,1 min (mediana 9,5 min, rango 8,0-14,0 min). La media de fluoroscopias C-ARM fue de 5,5 veces (mediana 5,5 veces, rango 4-8 veces). El error medio de precisión de la punción fue de 1,61 mm (mediana 1,2 mm, rango -5,76-19,73 mm; Tabla 1). Los resultados muestran que el tiempo de posicionami...

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

La tecnología de realidad aumentada se aplicó a la descompresión del núcleo para la osteonecrosis de la cabeza femoral para realizar la visualización en tiempo real de este procedimiento quirúrgico. Este método puede mejorar eficazmente la seguridad y la precisión de la descompresión del núcleo.

Descompresión del núcleo guiada por navegación de realidad aumentada para la osteonecrosis de la cabeza 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 ...

Nuestro sistema puede mejorar la tasa de éxito y la eficiencia en la cirugía de descompresión del núcleo para la necrosis de la cabeza femoral. También reduce significativamente el tiempo de posicionamiento intraoperatorio y la fuente de fluoroscopio. Con la tecnología VR, podemos utilizar el proceso de punción, reducir la dificultad de la operación y causar menos daño adicional al paciente que los resultados quirúrgicos tradicionales.El sistema se puede extender a otras cirugías ortopédicas que involucran procedimientos de punción. Se ha utilizado para obtener el procedimiento de discectomía transforaminal endoscópica percutánea. Este sistema está especialmente diseñado para la osteonecrosis temprana de la cabeza femoral, ya que la cirugía tradicional no es lo suficientemente precisa, y puede traer más daño secundario al paciente, como daño tisular normal o radiación excesiva.El protocolo debe ser y la operación cuidadosamente observada para comprender los principios y los pasos del sistema, para minimizar la indicación de riesgo. Y los puntos técnicos de descompresión del núcleo de la cabeza femoral resultarán útiles para una excursión exitosa. Comience dividiendo el área frontal quirúrgica planificada en niveles superior e inferior.Esta información espacial se introducirá automáticamente en el sistema de software. Asigna cada nivel con 10 puntos de coincidencia y divídelo en tres partes iguales con dos partes con tres puntos cada una, y la parte restante con cuatro puntos. Pídale al asistente que coloque el marco de marcado de la superficie corporal no invasivo de acuerdo con los puntos.Una vez hecho esto, haga clic en coincidir. La imagen especial del sistema para el registro se superpondrá automáticamente en el marco de marcado. Mueva el dispositivo de punción al azar en el área quirúrgica para detectar el grado correspondiente de aguja virtual y el retraso de seguimiento.En el quirófano, pídale al paciente que se acueste en posición supina y fije la extremidad inferior del lado afectado. Prepare el sitio quirúrgico con yodo y alcohol al 75%. Mueva el fluoroscopio del brazo C hacia un lado de la mesa de operaciones y coloque la fuente por encima de la articulación de la cadera.Alinee la fuente con la cámara de profundidad y registre la posición de la mesa quirúrgica como posición uno. En el sistema de cirugía ortopédica asistida por AR, haga clic en archivar la imagen de rayos X frontal y seleccione la imagen uno. El sistema identificará automáticamente el marco de marcado y superpondrá esta imagen a la articulación de la cadera en el video quirúrgico.Usando la visualización AR de la imagen de rayos X y basándose en el video en tiempo real, planifique la ruta de punción. Párese en el lado afectado para realizar el procedimiento, sostenga el dispositivo de punción y determine el mejor ángulo de inserción. Marque el punto de inserción en la superficie de la piel, guiado por el cable Kirschner virtual y la imagen de rayos X de la articulación de la cadera en el video quirúrgico.Usando un cable Kirschner, perfore a través del punto de inserción. Observe la profundidad y el ángulo de inserción en el video y ajústelo oportunamente. Cuando la aguja virtual haya alcanzado el área objetivo de necrosis, detenga el proceso de punción y conserve la captura de pantalla como imagen dos para la posterior evaluación de la precisión de la punción.Después de la punción, saque el taladro, dejando los cables de Kirschner en el hueso temporalmente. Mueva la mesa de operaciones a la posición de una para la segunda fluoroscopia para verificar la condición real de punción del cable Kirschner. Grabe el archivo de imagen.La punción es exitosa cuando la ubicación del cable Kirschner cumple con todos los requisitos del cirujano. Luego, use la lanceta para cortar la piel alrededor de la aguja y separar cada nivel de tejido blando hasta que el hueso del subtrocánter se exponga a aproximadamente una profundidad de tres centímetros. Perfore en el área necrótica a lo largo del alambre de Kirschner con una trefina de cinco milímetros para completar las operaciones posteriores.Después de terminar todos los procedimientos, cierre la piel con tres hilos de seda y cúbrala con un apósito estéril. El sistema de navegación quirúrgica se aplicó en diez caderas continuas de nueve pacientes. Con un tiempo de posicionamiento total promedio de 10,1 minutos durante la cirugía, las fluoroscopias medias del brazo C fueron 5,5 veces.El error medio de precisión de la punción fue de 1,61 milímetros. Por las caderas evaluadas, dos caderas estaban en la etapa ARCO I, cuatro caderas estaban en la etapa ARCO IIA y cuatro en la etapa ARCO IIB. La puntuación media de la EVA preoperatoria fue de seis, y la puntuación media postoperatoria fue de 3,75.El puntaje promedio de Harris preoperatorio fue de 77.5, y el puntaje postoperatorio promedio fue de 85.5. No se encontraron complicaciones postoperatorias como infección, hematoma o daño a los nervios. También es posible combinar el procedimiento con la tecnología de reconstrucción tridimensional por TC para que la punción se pueda realizar desde una perspectiva tridimensional, que es nuestro trabajo futuro.Ofrecemos una idea innovadora de combinar la tecnología de IA y la cirugía ortopédica. Esta idea también se puede utilizar para mejorar la precisión de otras operaciones ortopédicas en el futuro.

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