[論文レビュー] Computer-assisted navigation in total knee replacement: results of an initial experience in thirty-five patients.

Žarko Bižaca|arXiv (Cornell University)|May 12, 1995

Total Knee Arthroplasty Outcomes参考文献 21被引用数 338

ひとこと要約

本研究では、35例の前向きコhortを用いて、全股関節置換術におけるコンピュータ支援ナビゲーションの評価を行い、従来の技術と比較してインプラントの整列精度が向上することを示した。このシステムは、早期インプラント障害の原因とされている3°を超える整列誤差を、リアルタイムで画像ガイドされた手術ガイダンスを提供することによって低減する。

ABSTRACT

The success of total knee replacement surgery depends on several factors, including proper patient selection, appropriate implant design, correct surgical technique, and effective perioperative care. The outcome of total knee replacement surgery is particularly sensitive to variations in surgical technique 1-9. Incorrect positioning or orientation of the implant and improper alignment of the limb can lead to accelerated implant wear and loosening as well as suboptimal functional performance. A number of studies have suggested that alignment errors of >3° are associated with more rapid failure and less satisfactory functional results after total knee arthroplasty 1,10-20. Recent studies have also emphasized that the most common cause for revision total knee replacement is error in surgical technique. Mechanical alignment guides have improved the accuracy with which implants can be inserted. Although mechanical alignment systems are continually being refined, errors in implant and limb alignment continue to occur. It has been estimated that errors in tibial and femoral alignment of >3° occur in at least 10% of total knee arthroplasties, even when performed by experienced surgeons using mechanical alignment systems of modern design. Mechanical alignment systems have fundamental problems that limit their ultimate accuracy. The accuracy of preoperative planning is limited by the errors inherent in standard radiographs. It is difficult to determine accurately, with standard instrumentation, the correct location of crucial alignment landmarks (e.g., the center of the femoral head, the center of the ankle). Moreover, mechanical alignment and sizing devices presume a standardized bone geometry that may not apply to a specific patient. Even the most elaborate mechanical instrumentation systems rely on visual inspection to confirm the accuracy of limb and implant alignment and stability at the conclusion of the total knee replacement procedure. Computer-based alignment systems have been developed to address the …

研究の動機と目的

• 初期患者コhortを用いて、コンピュータ支援ナビゲーションの臨床的妥当性と正確性を評価すること。
• 全股関節置換術における継続的な整列誤差、特に3°を超えるものに焦点を当て、これは早期インプラント障害と関連している。
• 視覚的推定や標準化された骨の幾何学的仮定に依存する機械的整列システムの限界を克服すること。
• リアルタイムで画像ガイドされたナビゲーションが、インプラント位置決めおよび四肢整列における手術の正確性を向上させるかどうかを評価すること。
• コンピュータ支援システムが、インプラント挿入中の技術的誤差を最小限に抑えることで、再手術のリスクを低減するかどうかを同定すること。

提案手法

• 全股関節置換術におけるインプラント挿入中に、リアルタイムで三次元ガイダンスを提供するコンピュータ支援ナビゲーションシステムを用いた。
• システムは術前画像と術中追跡を用い、大腿骨頭の中心や足関節などの正確な解剖学的ランドマークを特定する。
• 術中のナビゲーションは、外科的器具およびインプラントの位置を骨格の解剖学的構造に対して追跡し、動的な整列確認を可能にする。
• システムは患者固有の解剖学的特徴に基づいて最適な切除平面およびインプラントの向きを計算し、機械的ガイドに依存するのを減らす。
• 手術の正確性は、術中ナビゲーションデータを用いて、最終的なインプラントおよび四肢整列を所定のターゲットと比較することで評価した。
• 手術の終了段階での外科医の視覚的推定を排除し、客観的でリアルタイムのフィードバックに置き換えた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コンピュータ支援ナビゲーションは、従来の機械的技術と比較して、全股関節置換術における3°を超える整列誤差を低減できるか？
• RQ2 リアルワールドの手術環境において、コンピュータ支援ナビゲーションはインプラント位置決めおよび四肢整列の正確性をどの程度向上させるか？
• RQ3 このシステムは、標準化された骨の幾何学的仮定や視覚的確認に依存する機械的整列ガイドの限界をどのように是正するか？
• RQ4 35例の全股関節置換術患者を対象とした画像ガイドドナビゲーションの実用性と初期臨床成績は何か？
• RQ5 リアルタイムの手術ガイダンスは、異なる外科医や症例において、より一貫性があり再現性の高いインプラント整列をもたらすか？

主な発見

• コンピュータ支援ナビゲーションは、機械的ガイドを用いた歴史的データと比較して、大腿骨部および脛骨部の両方のコンポーネントにおける3°を超える整列誤差の発生頻度を顕著に低減した。
• このシステムは、大腿骨頭の中心や足関節といった重要な解剖学的ランドマークの特定と使用をより正確に可能にした。これらのランドマークは、標準的なレントゲン撮影では困難に特定される。
• 35例の初期経験において、ナビゲーションシステムはリアルタイムのフィードバックを提供し、手術の正確性を向上させ、視覚的推定への依存を減らした。
• 本研究では、標準化された骨の幾何学的仮定に依存する機械的器具の根本的な限界を、画像ガイドドナビゲーションが克服できることを示した。
• 結果として、コンピュータ支援ナビゲーションは、インプラント整列における技術的誤差を最小限に抑えることで、早期インプラント障害および再手術のリスクを低減する可能性があると示唆された。
• 手術中に整列を動的に確認できるシステムの能力により、患者コhort全体にわたる一貫性があり再現性の高い結果が得られた。