The misalignment of acetabular component has negative effects on the performance of prosthesis in total hip arthroplasty (THA). Several surgical methods and devices have been suggested to find accurate orientation of acetabular component. Recently, navigation systems using computer and optical measurement devices have been commercialized. But these commercialized navigation systems require a CT-scan before surgery and/or a non-contact position measurement device, which cause extra cost. In this paper, a non image based navigation system which is feasible with much less cost and effort is suggested for assisting placement of acetabular component in THA.
The electro-mechanical link structure (320g, 3DOF) is attached to pelvis and acquires the associated landmarks by point-based digitization. These landmark points are the anterior superior iliac spines and pubic symphysis. Anterior pelvic plane defined by these points is standard for measuring the angles of acetabular component. After the registration of pelvic plane, the navigation system guides surgeon by showing the current angles of acetabular component during instrument action such as reaming and impaction in real time. Also, this system can be used to check the result of the works.
The navigation system is not affected by patient posture and pelvic motion during the alignment of the acetabular component because the system is attached to pelvis. The navigation system was validated with a plastic model bone (Sawbones). The validation test demonstrated the high accuracy of this navigation system. The accuracies of 1.4˚ and 2.1˚ were found for abduction and anteversion of the acetabular component. Also, no complication which might happen in the clinical scene was found by experienced surgeons with this system.
This navigation system was expected to guide surgeon more efficiently with accurate angle alignment of actabular component and to reduce the misalignment rate during THA.
고관절 전치환술에서의 비구 요소의 부정합은 인공관절의 성능에 악영향을 미친다. 기존의 여러 연구자들에 의해서 여러 수술적인 기법과 장치들이 비구컵의 정확한 방향을 찾기 위해서 개발되었고 최근에 컴퓨터와 광학 장치를 사용한 항행 장치들이 상용화되었다. 그러나 이런 상용화된 항행 시스템들은 CT-scan을 요구해 추가적인 비용과 노력을 요구하고 있다. 본 논문에서는 CT-scan과 같은 이미지를 요구하지 않고 더 적은 노력과 비용으로 비구컵의 방향을 정확히 보조해줄 수 있는 장치를 제안한다. 본 시스템에서는 3자유도의 전자-기계적인 링크 구조가 골반에 부착되고 점 기반의 수치화에 의해서 연계된 특이점 정보를 얻어낸다. 이런 특이점들은 두 개의 위앞엉덩뼈가시(the anterior superior iliac spines)와 두덩결합(pubic symphysis)으로 구성된다. 이 점들에 의해서 구성된 전방골반평면은 비구 요소의 각도를 측정하는데 기준이 된다. 골반 평면의 정렬 후에 항행 시스템은 여러 수술 과정 동안의 정확한 비구컵 요소의 각도 등을 실시간으로 보여줌으로써 의사를 보조하게 된다. 이 뿐 아니라 본 시스템은 수술의 결과를 검증하는데도 유용하게 사용할 수 있다. 본 항행 시스템은 환자의 골반에 직접 부착이 되어 있기 때문에 비구 요소의 정렬 과정 동안의 환자의 자세와 골반의 움직임에 의해서 영향을 받지 않는다. 본 항행 시스템은 인체 골반 모형 뼈에 의해서 검증이 되었는데, 본 시스템의 오차는 외전각(abduction angle) 방향으로 이고 전경각(anteversion angle) 방향으로 이다. 이 검증 실험을 통해서 본 시스템의 높은 정밀도가 증명되었다. 또한 본 시스템을 사용해 숙련된 전문의를 통해서 임상실험을 해본 결과 어떠한 문제점도 발견되지 않았다. 본 항행시스템은 의사가 보다 능률적으로 비구컵의 방향을 찾는데 도움을 줌으로써 고관절 전치환술 시에 부적합하게 비구 요소가 정렬되는 것을 줄이는데 큰 도움을 줄 수 있을 것이다.
