增强现实头戴式显示器 Magic Leap 与传统导航系统结合使用,通过遵循新颖的工作流程,将椎弓根螺钉放置在猪模型中。根据 Gertzbein 的说法,中位插入时间为 <2.5 分钟,实现了亚毫米级技术精度和 100% 临床准确性。
该协议有助于评估增强现实 (AR) 混合导航系统的准确性和工作流程,该系统使用 Magic Leap 头戴式显示器 (HMD) 进行微创椎弓根螺钉放置。将尸体猪标本放在手术台上,并盖上无菌盖。使用透视确定感兴趣的水平,并将动态参考系连接到感兴趣区域的椎骨棘突上。进行锥形束计算机断层扫描(CBCT),并自动生成3D渲染,用于椎弓根螺钉放置的后续规划。每位外科医生都配备了一个头戴式显示器,该头戴式显示器经过单独的眼睛校准并连接到脊柱导航系统。
导航仪器由导航系统跟踪,并在 HMD 中以 2D 和 3D 形式显示,用于 33 个椎弓根插管,每个插管的直径为 4.5 毫米。独立评价员评估术后 CBCT 扫描,以测量每次插管的技术(偏离计划路径)和临床(Gertzbein 等级)准确性。测量每个插管的导航时间。技术精度为入口点的 1.0 mm ± 0.5 mm,目标处的 0.8 mm ± 0.1 mm。角度偏差为 1.5° ± 0.6°,每次插管的平均插入时间为 141 s ± 71 s。根据 Gertzbein 分级量表(32 级 0;1 级 1),临床准确率为 100%。当用于猪模型中的微创椎弓根插管时,该方案可以实现亚毫米级的技术精度和 100% 的临床准确性。
椎弓根螺钉的正确放置对于避免脊柱内部和周围的神经血管结构受损很重要。使用徒手技术的放置精度变化很大1.通过使用3D导航,与基于术中透视的传统图像引导方法相比,精度有所提高。更高的准确性降低了翻修手术的风险 2,3。
随着平均预期寿命的估计将继续增加,越来越多的老年患者将需要针对各种疾病进行脊柱外科手术4.微创方法因其较低的发病率而获得普及,尤其是在老年人中 5,6。然而,这些方法依赖于精确的导航解决方案。由于导航是基于图像的,因此正在努力减少患者和工作人员的术中辐射暴露 7,8,9,10。
增强现实 (AR) 是手术导航领域的一项新兴技术,旨在提高手术室 (OR) 的准确性和有效性11。AR 将计算机生成的信息叠加到真实世界的视图上。当通过 HMD 查看叠加信息时,这尤其有效。为此,使用抬头显示技术的 HMD 因其体积小、便携性和保持直接视线的可能性而受到关注。目前市场上有几种用于 AR 导航的 HMD 12、13、14、15、16。
Magic Leap 头戴式耳机是一种光学透视头戴式显示器,包括多个摄像头、一个深度传感器和惯性测量单元,用于确定头戴式设备在环境中的位置和方向。本研究的目的是评估 Magic Leap HMD 的工作流程,结合传统导航系统和最先进的移动 CBCT 设备,在逼真的手术环境中进行术中成像。
在这项研究中,描述了一种在无菌条件下使用 HMD 放置微创椎弓根螺钉的新工作流程,并评估了其准确性。有几份关于颅脑和脊柱导航的 HMD 系统的科学报告,其中两份已获得 FDA 批准用于临床17,18。其他研究表明,HMD在无菌环境中的可用性方面取得了可喜的结果19,20,在幻影和尸体研究中具有良好的准确性12,13,21。本研究结果支持该工作流程在无菌环境中的有用性和可行性,可作为当前设备临床引入的重要基础。
这项研究的特点是手术室中对程序的分步描述。使用集成导航概念,包括术中 CBCT 和 HMD,可以自动进行患者登记和图像叠加,以节省手术室的时间和精力。一旦设置完成,外科医生配备了眼睛校准的HMD,所有其他步骤都可以无缝执行。螺旋弹道预先规划的一大优点是,任何偏离正确路径的偏差都可以立即可视化和纠正。
计划完成后,可以通过椎弓根看到轨迹,并与椎弓根的解剖角度相匹配。任何与其他轨迹的角度不匹配的轨迹都会变得明显,然后外科医生可以纠正它们以方便随后的杆放置。计划的轨迹被保存下来,然后可用于评估融合后到术后扫描的技术准确性。在这种情况下,技术准确性是导航系统的入站错误和外科医生遵守计划路径的能力的结合。重要的是,进行确认 CBCT 的可能性允许在术中翻修任何螺钉,尽管导航可能不正确。
CBCT是一种众所周知且广泛使用的成像设备,用于术中导航和术后验证。与来自 C 臂(一种常用于脊柱手术的设备)的 2D 图像相比,CBCT 提供的 3D 图像质量更高。CBCT的图像质量和诊断准确性可与常规CT相媲美。设置和无菌悬垂所需的时间与标准 C 臂相似,但成像诊断质量更好 22,23,24,25。
入口点和目标点之间的技术精度差异是由于入口点的精度高度依赖于所选入口点的解剖结构。如果入口点放置在骨表面的斜坡上,则始终存在刮削的风险 26,27。当进入椎弓根时,刚性的皮质壁将引导设备,因此,由于没有摆动的余地,目标处的偏差会更小。
HMD 提供 3D 模型,该模型由术中 CBCT 或术前成像渲染并增强到实际脊柱上。此外,它还在轴向、矢状面和冠状面上显示 2D 图像,以及第二个 3D 模型,外科医生可以根据个人喜好在虚拟空间中的任何位置旋转和定位。与显示软件的交互目前使用遥控器执行。要在无菌环境中使用此遥控器,必须将其放入无菌塑料袋中。这是必须在无菌环境中使用的几种非无菌手持设备的标准做法。然而,在临床环境中,手势或语音命令是首选。在导航过程中,2D 和 3D 视图中跟踪器械的虚拟表示提供视觉反馈,以帮助外科医生。
HMD本身已经进化,第二代Magic Leap更轻,视野更大。视野是HMD使用的重要因素,也是不断进一步开发的功能之一。Magic Leap 的视野对于进行该实验非常有效,并且不会对工作流程造成任何限制。每个头戴式显示器都有自己的小型计算机,外科医生需要将其穿在无菌长袍下。HMD 和导航系统之间的通信 是通过 Wi-Fi 进行的,网络限制可能会导致延迟。尽管该产品是第一个原型,但目前的结果表明具有出色的临床准确性和亚毫米级技术精度。
本研究的局限性在于样本量小和猪尸体模型。无法评估呼吸和出血对准确性的可能影响。虽然使用了微创技术,但没有插入螺钉。然而,螺旋管很容易看到,并且可以在没有金属工件干扰的情况下准确评估精度。总之,本文详细介绍了HMD AR导航的新型工作流程。当用于猪模型中的微创椎弓根插管时,可以实现亚毫米级的技术精度和 100% 的临床精度。
The authors have nothing to disclose.
没有。
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Spine & Trauma Navigation 2.0 | Brainlab | Run on Curve Navigation System Version: 1.6 |