Waiting
Elaborazione accesso...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

Pedicle skrue placering ved hjælp af en augmented reality hovedmonteret display i en svin model

Published: May 24, 2024 doi: 10.3791/64474
Automatic Translation
1, 1, 2, 2, 2, 1,3, 1,3
1Department of Clinical Neuroscience, Karolinska Institutet, 2Brainlab AG, 3Capio Spine Center Stockholm, Löwenströmska Hospital

Summary

Det augmented reality-hovedmonterede display, Magic Leap, blev brugt i kombination med et konventionelt navigationssystem til at placere pedikelskruer i en svinemodel ved at overholde en ny arbejdsgang. Med en median indsættelsestid på <2,5 min blev submillimeter teknisk nøjagtighed og 100% klinisk nøjagtighed opnået ifølge Gertzbein.

Abstract

Denne protokol hjælper med at vurdere nøjagtigheden og arbejdsgangen i et augmented reality (AR) hybridnavigationssystem ved hjælp af Magic Leap hovedmonteret display (HMD) til minimalt invasiv placering af pedikelskruer. De kadaveriske svineprøver blev anbragt på et kirurgisk bord og draperet med sterile dæksler. Niveauerne af interesse blev identificeret ved hjælp af fluoroskopi, og en dynamisk referenceramme blev fastgjort til den spinøse proces af en hvirvel i interesseområdet. Keglestråle computertomografi (CBCT) blev udført, og en 3D-gengivelse blev automatisk genereret, som blev brugt til den efterfølgende planlægning af pedikelskrueplaceringerne. Hver kirurg blev udstyret med en HMD, der var individuelt øjenkalibreret og forbundet til rygmarvsnavigationssystemet.

Navigerede instrumenter, sporet af navigationssystemet og vist i 2D og 3D i HMD, blev brugt til 33 pedicle kanyleringer, hver med en diameter på 4,5 mm. Postproceduremæssige CBCT-scanninger blev vurderet af en uafhængig korrekturlæser for at måle den tekniske (afvigelse fra den planlagte vej) og kliniske (Gertzbein-kvalitet) nøjagtighed af hver kanylering. Navigationstiden for hver kanylering blev målt. Den tekniske nøjagtighed var 1,0 mm ± 0,5 mm ved indgangspunktet og 0,8 mm ± 0,1 mm ved målet. Vinkelafvigelsen var 1,5° ± 0,6°, og den gennemsnitlige indføringstid pr. kanylering var 141 s ± 71 s. Den kliniske nøjagtighed var 100% i henhold til Gertzbein-klassificeringsskalaen (32 grad 0; 1 grad 1). Når det anvendes til minimalt invasive pedikelkanyleringer i en svinemodel, kan submillimeter teknisk nøjagtighed og 100% klinisk nøjagtighed opnås med denne protokol.

Introduction

Den korrekte placering af pedikelskruer er vigtig for at undgå skade på neurovaskulære strukturer i og omkring rygsøjlen. Placeringsnøjagtigheden ved hjælp af frihåndsteknikken varierer meget1. Ved at bruge 3D-navigation forbedres nøjagtigheden sammenlignet med traditionelle billedstyrede metoder baseret på intraoperativ fluoroskopi. Højere nøjagtighed reducerer risikoen for revisionskirurgi 2,3.

Med vurderingen af, at den gennemsnitlige forventede levetid vil fortsætte med at stige, vil et stigende antal ældre patienter have brug for kirurgiske rygsøjleprocedurer for forskellige patologier4. Minimalt invasive tilgange vinder terræn på grund af deres lavere sygelighed, især hos ældre 5,6. Disse tilgange er imidlertid afhængige af nøjagtige navigationsløsninger. Da navigationen er billedbaseret, gøres der en indsats for at reducere den intraoperative strålingseksponering for patienter og personale 7,8,9,10.

Augmented reality (AR) er en ny teknologi inden for kirurgisk navigation, der har til formål at forbedre nøjagtigheden og effektiviteten i operationsstuen (OR)11. AR overlejrer computergenereret information på et billede fra den virkelige verden. Dette fungerer især godt, når de overlejrede oplysninger ses gennem en HMD. Til dette formål har HMD'er, der bruger head-up display-teknologi, fået opmærksomhed på grund af deres lille størrelse, bærbarhed og muligheden for at opretholde en direkte synslinje. Flere HMD'er er tilgængelige på markedet i dag til AR-navigation 12,13,14,15,16.

Magic Leap-headsettet er en optisk gennemsigtig HMD, der inkluderer flere kameraer, en dybdesensor og inertimåleenheder, der bruges til at bestemme headsettets position og orientering i miljøet. Formålet med denne undersøgelse var at evaluere arbejdsgangen for Magic Leap HMD kombineret med et konventionelt navigationssystem og en avanceret mobil CBCT-enhed til intraoperativ billeddannelse i et realistisk kirurgisk miljø.

Protocol

Proceduren blev udført i en konventionel OR, udstyret med et radiolucent OR-bord, en navigationsplatform og en mobil CBCT-enhed, der leverede både 2D-fluoroskopi og 3D CBCT-billeder af høj kvalitet til AR-navigation. To svinekadavere, som var ca. 80 cm lange og 45 kg, blev anvendt til formålet med denne undersøgelse. Prøverne blev købt kommercielt, og deres anvendelse til dette eksperiment krævede ikke en etisk tilladelse. Alle enheder, instrumenter og software, der bruges inden for den beskrevne arbejdsgang, er angivet i materialetabellen. Følgende trinvise procedure blev udført og gentaget for hver prøve.

1. Prøve af kadavere fra svin

  1. Anbring kadaverprøven fra svin på operationsbordet på operationsstuen.
  2. Draperer kadaverprøven fra svin i sterile dæksler. Brug snitfilm til at dække huden i det kirurgiske felt.

2. Identifikation af de relevante vertebrale niveauer

  1. Brug CBCT-scanneren til at identificere de vertebrale niveauer af interesse ved fluoroskopi. Brug CBCT-scannerens trådløse kontroltablet til at flytte scanneren til den ønskede position, justere røntgenstrålen og udføre fluoroskopiscanningen (figur 1).
    BEMÆRK: 2D-scanningerne kan straks gennemgås på tabletten. Vertebrale niveauer identificeres ved at kigge efter ribben på fluoroskopi scanningen og tælle opad eller nedad.
  2. Fastgør den radiolucente navigationsdynamiske referenceklemme til en spinøs proces i interesseområdet ved at udsætte den spinøse proces og fastgøre klemmen ved hjælp af den dedikerede skruetrækker. Fastgør derefter referencerammens reflekterende kugler til klemmen (figur 2).
  3. Udfør en CBCT-scanning, og overfør scanningen til navigationsplatformen (via LAN) (figur 3). Navigationssystemets kamera sporer CBCT-scanneren og den dynamiske referenceramme, hvilket muliggør automatisk patientregistrering ved hjælp af Brainlab Loop-X Automatic Registration-softwaren på navigationsplatformen.
  4. Start Spine &; Trauma Navigation-softwaren på navigationsplatformen. Brug rygmarvsmarkøren og 2D-navigationsvisningerne til at kontrollere nøjagtigheden af patientregistreringen på anatomiske landemærker.

Figure 1
Figur 1: CBCT-scannerens trådløse kontroltablet. Tabletten, der viser fluoroskopibillederne fra CBCT. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 2
Figur 2: Et skematisk billede af klemmen, der er fastgjort til den spinøse proces. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 3
Figur 3: Loop-X CBCT. CBCT udfører en scanning på den draperede svinekadaver, med referencen vedhæftet. Klik her for at se en større version af denne figur.

3. Kalibrering af instrumenter

  1. Kalibrer et navigeret borestyr og en skruetrækker til navigationssystemet. Til dette formål skal du vælge instrumentet i Brainlab Spine &; Trauma Instrument Setup-softwaren og derefter præsentere det rigtige instrument for navigationssystemets kamera sammen med en kalibreringsenhed. Flyt instrumentet i en roterende bevægelse, mens det er i kontakt med kalibreringsanordningen, indtil navigationssystemet genkender instrumentet. Når det er kalibreret, skal du spore og visualisere instrumentet på både 2D-billederne og 3D-modellen i HMD.

4. Hovedmonteret enhed montering

  1. Sørg for, at hver kirurg er udstyret med et Magic Leap-headset (HMD). Sørg for, at HMD og navigationsplatformen er forbundet til det samme netværk (WLAN-forbindelse til HMD og LAN-forbindelse til navigationsplatformen).
  2. For at etablere kommunikationen mellem HMD og Spine &; Trauma Navigation-softwaren skal du se på QR-koden, der vises på navigationsplatformens skærm. Dette starter den tilsvarende Mixed Reality-applikation, der kører på HMD og overførsel af data til HMD.
  3. Udfør mixed reality-justeringen ved at se på rygsøjlereferencearrayet gennem HMD i et par sekunder. Vent på, at en 3D-model af rygsøjlen, gengivet baseret på CBCT-scanningen, forstærkes nøjagtigt på prøven i HMD. Ud over 3D-overlejringen skal du se på 2D-navigationsvisningerne og en anden 3D-model over de 2D-navigationsvisninger (pegevisning), der vises i HMD.

Figure 5
Figur 4: Udsigten gennem HMD. Kirurgens syn gennem HMD præsenterer både 2D og 3D information. 3D-overlayet viser de planlagte 3D-skruer med fremspringende banelinjer, der hjælper instrumentjustering. Den nederste 3D-model forstærkes på grisens rygsøjle; Yderligere oplysninger findes i 2D- og 3D-repræsentationerne, der flyder ovenfor, som kan placeres frit i det virtuelle rum og tændes og slukkes. Klik her for at se en større version af denne figur.

5. Planlægning af pedikelskruens placering

  1. Planlæg pedikelskruestierne baseret på den 3D-registrerede augmented model, juster dem med rygsøjlens anatomi og visualiser i HMD (figur 5). Udfør finjustering af skruestierne på navigationsplatformens berøringsskærm.

Figure 5
Figur 5: Pedicle skrue sti planlægning. Stierne til pedicleskruerne planlægges ved hjælp af HMD og navigationsmarkøren. Klik her for at se en større version af denne figur.

6. Start af pedikelskrueplaceringen

  1. Lav små hudsnit, der er ca. 2 cm lange, med en skalpel for minimalt invasiv adgang til pediklerne baseret på den overlejrede 3D-model, der er synlig gennem HMD (figur 6).
  2. Brug en minimalt invasiv teknik til at dissekere blødt væv og udvide kanalen med dilatatorer, indtil pedicleindgangspunktet på rygsøjlen er nået.
  3. Juster dybden af borestyret, så det passer til længden af skruen, der er planlagt til pedicle. Den planlagte skruelængde vises på navigationssystemets skærm. Placer og juster den navigerede borestyr i forhold til den planlagte kurve.
  4. Bor pedicle ved hjælp af en boremaskine med en 4,5 mm borekrone (figur 7). Bor i henhold til den planlagte sti; Borestyret forhindrer boret i at gå dybere end den planlagte dybde.
  5. Anslå tiden fra hudsnittet, indtil kanalen bores for hver pedikel.

Figure 6
Figur 6: Minimalt invasive snit. Grisekadaveret ovenfra viser de minimalt invasive snit langs rygsøjlen. Til højre er referencen med de reflekterende kugler fastspændt til den spinøse proces. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 7
Figur 7: Boring af pediklerne. Pedicle bores med en boremaskine ved hjælp af navigationen, der er synlig gennem HMD, for at justere borestyret til den forudplanlagte sti. Klik her for at se en større version af denne figur.

7. Visualisering af skrueplaceringen

BEMÆRK: Der blev ikke placeret skruer for at undgå metalartefakter under evalueringen.

  1. Udfør en anden CBCT for at erhverve røntgenbilleder af de borede ryghvirvler til nøjagtighedsanalysen. Sørg for, at den borede kanal i ryghvirvlen er tydeligt synlig, før du bruger den til efterfølgende nøjagtighedsanalyser.

8. Kanylering af rygsøjlen

  1. Gentag ovenstående procedure beskrevet i afsnit 2, afsnit 4, afsnit 6 og afsnit 7 for at dække det næste interesseområde, indtil hele rygsøjlen er kanyleret.
  2. Gentag den samme procedure (afsnit 1-8) ved hjælp af den anden prøve.

9. Billedanalyse

  1. Match de opnåede CBCT-billeder med navigationsplanen, og foretag korrektioner i henhold til laboratorienotaterne taget under proceduren.
  2. Få en uafhængig korrekturlæser til at evaluere alle billederne og klassificere kanyleringerne i henhold til Gertzbein-karakterskalaen fra 0 til 3. Grad 0 eller 1 betragtes som nøjagtige. Grad 2 eller 3 betragtes som unøjagtige.
  3. Sammensmelt banerne for de planlagte stier og kanyleringerne, og definer den tekniske nøjagtighed som afvigelsen fra stien ved indgangen og målet. Mål vinkelafvigelsen.

Representative Results

I alt blev der udført 33 navigerede kanyleringer. Tiden pr. kanylering og den kliniske og tekniske nøjagtighed blev vurderet på de postoperative CBCT-scanninger (figur 8).

Figure 9
Figur 8: Den postoperative scanning af en Gertzbein grad 0 kanylering. Scanningen inkluderer den kirurgiske plan for pedikelkanyleringen, præsenteret i koronale, aksiale og sagittale synspunkter. Bemærk den tætte justering af den virtuelle skrue og den kanylerede kanal. Klik her for at se en større version af denne figur.

Den gennemsnitlige indsættelsestid pr. kanylering var 141 s ± 71 s (median [interval]: 151 [43-471]; Figur 9).

Figure 10
Figur 9: Histogram og boks med fordelingen af pedikelkanyleringstiderne. Top, histogram af fordelingen af pedikelkanyleringstiderne (n = 33); nederst, det tilsvarende boksplot, der viser medianen, interkvartilområdet og en outlier. Klik her for at se en større version af denne figur.

Alle 33 kanyleringer blev betragtet som klinisk nøjagtige i henhold til Gertzbein-klassificeringsskalaen (32 grad 0; 1 grad 1; Tabel 1).

Gertzbein grad 0 Gertzbein grad 1 Gertzbein grad 2 Gertzbein grad 3 Klinisk nøjagtig Klinisk unøjagtig Nøjagtighed
Antal skruer 32 1 0 0 33 0 100%

Tabel 1: Klinisk nøjagtighed af implanterede skruer i henhold til Gertzbein-klassificeringsskalaen. Grad 0 eller 1 blev betragtet som nøjagtige. Grad 2 eller 3 blev betragtet som unøjagtige.

For at vurdere den tekniske nøjagtighed blev afvigelsen af hver kanylering fra dens planlagte vej målt ved knogleindgangen og i bunden af borekanalen (figur 10). 3D-målingerne blev udført ved at fusionere den intraoperative scanning, herunder de planlagte kanyleringsveje, med den postoperative scanning af kanyleringerne. Vinkelafvigelsen blev beregnet ud fra disse data.

Figure 11
Figur 10: Oversigt over målemodellen for teknisk nøjagtighed. Klik her for at se en større version af denne figur.

Denne metode er tidligere beskrevet af Frisk et al.12. For de 33 pedikelkanyleringer, der blev udført, var den tekniske nøjagtighed 1,0 mm ± 0,5 mm (median [område]: 1,0 [0,4-3,3]) ved indgangspunktet (figur 11) og 0,8 mm ± 0,1 mm (median [område]: 0,8 [0,6-4,6]) i bunden af borekanalen (figur 12). Vinkelafvigelsen var 1,5° ± 0,6° (median [interval]: 1,5 [0,3-5,0]; Figur 13).

Figure 12
Figur 11: Teknisk nøjagtighed ved knogleindgangspunktet. Øverst, den tekniske nøjagtighed ved indgangen; nederst, det tilsvarende boksplot, der viser medianen, interkvartilområdet og en outlier. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 13
Figur 12: Teknisk nøjagtighed ved målet (spidsen af borekanalen). Top, teknisk nøjagtighed ved målet (spidsen af borekanalen); nederst, det tilsvarende boksplot, der viser medianen, interkvartilområdet og outliers. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 14
Figur 13: Vinkelafvigelse sammenlignet med den planlagte bane. Top, vinkelafvigelse fra den planlagte sti; nederst, det tilsvarende boksplot, der viser median- og interkvartilområdet. Klik her for at se en større version af denne figur.

Discussion

I denne undersøgelse beskrives en ny arbejdsgang til minimalt invasiv pedikelskrueplacering ved hjælp af en HMD under sterile forhold, og dens nøjagtighed evalueres. Der er flere videnskabelige rapporter om HMD-systemer til kranial og spinal navigation, hvoraf to har fået FDA-godkendelse til klinisk brug17,18. Andre undersøgelser har vist lovende resultater i anvendeligheden af HMD'er i sterile miljøer19,20 samt god nøjagtighed i fantom- og kadaverundersøgelser 12,13,21. Resultaterne af den aktuelle undersøgelse understøtter nytten og gennemførligheden af arbejdsgangen i et sterilt miljø og kan tjene som et vigtigt grundlag for den kliniske introduktion af den aktuelle enhed.

Denne undersøgelse er kendetegnet ved den trinvise beskrivelse af proceduren i regionerne i den yderste periferi. Ved hjælp af et integreret navigationskoncept, herunder intraoperativ CBCT og HMD, kan patientregistreringen og billedoverlejringen automatiseres for at spare tid og kræfter i operationsstuen. Når opsætningen er afsluttet, og kirurgerne er udstyret med den øjenkalibrerede HMD, kan alle de andre trin udføres problemfrit. En stor fordel ved forplanlægningen af skruebanerne er, at enhver afvigelse fra den korrekte sti straks kan visualiseres og korrigeres.

Når planlægningen er færdig, kan banerne ses gennem pediklerne og vil matche pediklernes anatomiske vinkler. Eventuelle baner, der ikke matcher de andres vinkling, bliver tydelige, og kirurgen kan derefter rette dem for at lette den efterfølgende stangplacering. De planlagte baner gemmes, og de kan derefter bruges til at vurdere den tekniske nøjagtighed efter fusion til de postoperative scanninger. I denne sammenhæng er teknisk nøjagtighed en kombination af navigationssystemets indgående fejl og kirurgens evne til at overholde den planlagte vej. Det er vigtigt, at muligheden for at udføre en bekræftelse CBCT giver mulighed for intraoperativ revision af enhver skrue, der på trods af navigation kan være forkert placeret.

CBCT er en velkendt og udbredt billeddannelsesenhed til intraoperativ navigation og postoperativ verifikation. CBCT giver 3D-billeder af overlegen kvalitet sammenlignet med 2D-billeder fra en C-arm, en enhed, der almindeligvis anvendes i rygkirurgi. Billedkvaliteten og diagnostisk nøjagtighed af CBCT kan sammenlignes med konventionel CT. Tidskravet til opsætning og steril drapering svarer til en standard C-arm, men med meget bedre diagnostisk kvalitet billeddannelse 22,23,24,25.

Forskellen i teknisk nøjagtighed mellem indgangspunktet og målpunktet skyldes, at nøjagtigheden ved indgangspunktet er stærkt afhængig af anatomien ved det valgte indgangspunkt. Hvis indgangspunktet er placeret på en skråning på knogleoverfladen, er der altid risiko for at glide26,27. Når pedicle er indtastet, vil de stive kortikale vægge styre enheden, og afvigelsen ved målet vil derfor være mindre på grund af, at der ikke er plads til at vrikke.

HMD giver en 3D-model, der gengives fra den intraoperative CBCT eller præoperativ billeddannelse og forstærkes på den faktiske rygsøjle. Derudover viser den 2D-billeder i de aksiale, sagittale og koronale planer samt en anden 3D-model, som kirurgen kan rotere og placere hvor som helst i det virtuelle rum baseret på personlig præference. Interaktion med displaysoftwaren udføres i øjeblikket ved hjælp af en fjernbetjening. For at bruge denne fjernbetjening i et sterilt miljø skal den placeres i en steril plastpose. Dette er standardpraksis med flere ikke-sterile håndholdte enheder, der skal bruges i sterile miljøer. I et klinisk miljø ville håndbevægelser eller stemmekommandoer dog være at foretrække. Under navigationen giver virtuelle repræsentationer af de sporede instrumenter i 2D- og 3D-visningerne visuel feedback for at hjælpe kirurgen.

HMD selv har udviklet sig, og anden generation af Magic Leap er lettere og har et større synsfelt. Synsfeltet er en vigtig faktor i brugen af HMD'er og repræsenterer en af de funktioner, der konstant udvikles yderligere. Synsfeltet for det magiske spring var fuldt effektivt til at gennemføre dette eksperiment og udgjorde ingen begrænsninger for arbejdsgangen. Hver HMD har sin egen lille computer, som kirurgen skal bære under deres sterile kjoler. Kommunikationen mellem HMD og navigationssystemet sker via Wi-Fi, og netværksbegrænsninger kan resultere i ventetid. På trods af at dette produkt er den første prototype, indikerer de nuværende resultater fremragende klinisk nøjagtighed og submillimeter teknisk nøjagtighed.

Begrænsningerne ved denne undersøgelse er den lille prøvestørrelse og svine-, kadavermodellen. De mulige virkninger af vejrtrækning og blødning på nøjagtigheden kunne ikke evalueres. Selvom der blev anvendt en minimalt invasiv teknik, blev der ikke indsat skruer. Imidlertid var skruekanalerne let synlige og tillod en nøjagtig vurdering af nøjagtigheden uden interferens fra metalartefakter. Afslutningsvis giver dette papir en detaljeret beskrivelse af en ny arbejdsgang til HMD AR-navigation. Når det anvendes til minimalt invasive pedikelkanyleringer i en svinemodel, kan submillimeter teknisk nøjagtighed og 100% klinisk nøjagtighed opnås.

Disclosures

Ingen af forfatterne, der er tilknyttet kliniske institutioner (H.F., G.B., E.E. og A.E.-T.) har økonomiske interesser i emnet, materialerne eller udstyret eller med konkurrerende materialer og modtog ingen betalinger fra Brainlab. A.E.-T har været konsulent for Brainlab indtil oktober 2022. De andre forfattere, der er tilknyttet Brainlab (J.W., F.T. og L.W.) har økonomiske interesser i emnet, materialer og udstyr i den forstand, at de er ansatte i Brainlab. Omfanget af indflydelse på dataene, manuskriptstrukturen og manuskriptkonklusionerne fra disse forfattere og / eller Brainlab var begrænset til teknisk viden og support til eksperimenterne samt udførelse af den tekniske analyse af billeddataene. Forfatterne uden interessekonflikter havde fuld kontrol over al datamærkning, dataanalyse, information indsendt til offentliggørelse og overordnede konklusioner i manuskriptet. Prototypesystemet, der beskrives i denne artikel, er i øjeblikket en forskningsprototype og er ikke til kommerciel brug.

Acknowledgments

Ingen.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Instrument tracking array spine & trauma 4-marker Brainlab
Curve Navigation System Brainlab Navigation System
Figure 1
Disposable clip-on remote control Brainlab SmartClip
Drill guide tube, handle with marker spheres, drill guide depth control insertable, drill bits Brainlab Drill guide and accessories
Expedium DePuy Synthes Screwdriver
Figure 3
Instrument calibration matrix Brainlab Instrument Calibration Matrix
Figure 4
Loop-X Brainlab CBCT scanner
Figure 5
Magic Leap 2 Magic leap Inc. Mixed Reality headset
Figure 6
Navigation pointer spine  Brainlab Navigation Pointer
Figure 7
Spine reference array for reference clamp carbon (4-Sphere Geometry) Brainlab Spine Reference Array
Figure 8
Spine reference clamp carbon with slider Brainlab Spine Reference Clamp 
Figure 9
TruSystem 7500 Trumpf Operating table
Software
Mixed Reality Spine Navigation App for Magic Leap Brainlab Run on Curve Navigation System
Version: 2.0
PDM Brainlab Run on Curve Navigation System
Version: 4.2
Spine & Trauma Instrument Setup Brainlab Run on Curve Navigation System
Version: 6.2
Spine & Trauma Navigation 2.0 Brainlab Run on Curve Navigation System
Version: 1.6

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Kosmopoulos, V., Schizas, C. Pedicle screw placement accuracy: A meta-analysis. Spine. 32 (3), 111-1120 (2007).
  2. Perdomo-Pantoja, A., et al. Accuracy of current techniques for placement of pedicle screws in the spine: A comprehensive systematic review and meta-analysis of 51,161 screws. World Neurosurgery. 126, 664-678 (2019).
  3. Elmi-Terander, A., et al. Augmented reality navigation with intraoperative 3D imaging vs fluoroscopy-assisted free-hand surgery for spine fixation surgery: A matched-control study comparing accuracy. Scientific Reports. 10, 707 (2020).
  4. Deyo, R. A., et al. Trends, major medical complications, and charges associated with surgery for lumbar spinal stenosis in older adults. JAMA. 303 (13), 1259-1265 (2010).
  5. Lee, D. G., Park, C. K., Lee, D. C. Clinical and radiological comparison of 2 level anterior lumbar interbody fusion with posterolateral fusion and percutaneous pedicle screw in elderly patients with osteoporosis. Medicine. 99 (10), 19205 (2020).
  6. Shamji, M. F., Goldstein, C. L., Wang, M., Uribe, J. S., Fehlings, M. G. Minimally invasive spinal surgery in the elderly: Does it make sense. Neurosurgery. 77, 108-115 (2015).
  7. Bourgeois, A. C., et al. Improved accuracy of minimally invasive transpedicular screw placement in the lumbar spine with 3-dimensional stereotactic image guidance: A comparative meta-analysis. Journal of Spinal Disorders and Techniques. 28 (9), 324-329 (2015).
  8. Innocenzi, G., Bistazzoni, S., D'Ercole, M., Cardarelli, G., Ricciardi, F. Does navigation improve pedicle screw placement accuracy? Comparison between navigated and non-navigated percutaneous and open fixations. Acta Neurochirurgica. Supplement. 124, 289-295 (2017).
  9. Fomekong, E., Safi, S. E., Raftopoulos, C. Spine navigation based on 3-dimensional robotic fluoroscopy for accurate percutaneous pedicle screw placement: A prospective study of 66 consecutive cases. World Neurosurgery. 108, 76-83 (2017).
  10. Yu, E., Khan, S. N. Does less invasive spine surgery result in increased radiation exposure? A systematic review. Clinical Orthopaedics and Related Research. 472 (6), 1738-1748 (2014).
  11. Burström, G., Persson, O., Edström, E., Elmi-Terander, A. J. A. N. Augmented reality navigation in spine surgery: A systematic review. Acta Neurochirurgica. 163 (3), 843-852 (2021).
  12. Frisk, H., et al. Feasibility and accuracy of thoracolumbar pedicle screw placement using an augmented reality head mounted device. Sensors. 22 (2), 522 (2022).
  13. Liebmann, F., et al. Pedicle screw navigation using surface digitization on the Microsoft HoloLens. International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery. 14 (7), 1157-1165 (2019).
  14. Molina, C. A., et al. Augmented reality-assisted pedicle screw insertion: A cadaveric proof-of-concept study. Journal of Neurosurgery. Spine. 31 (1), 139-146 (2019).
  15. Yanni, D. S., et al. Real-time navigation guidance with intraoperative CT imaging for pedicle screw placement using an augmented reality head-mounted display: A proof-of-concept study. Neurosurgical Focus. 51 (2), 11 (2021).
  16. Liu, H., et al. Percutaneous placement of lumbar pedicle screws via intraoperative CT image-based augmented reality-guided technology. Journal of Neurosurgery. Spine. 32 (4), 542-547 (2019).
  17. Bhatt, F. R., et al. Augmented reality-assisted spine surgery: An early experience demonstrating safety and accuracy with 218 screws. Global Spine Journal. , (2022).
  18. Felix, B., et al. Augmented reality spine surgery navigation: Increasing pedicle screw insertion accuracy for both open and minimally invasive spine surgeries. Spine. 47 (12), 865-872 (2022).
  19. Dennler, C., et al. Augmented reality in the operating room: A clinical feasibility study. BMC Musculoskeletal Disorders. 22 (1), 451 (2021).
  20. Cofano, F., et al. Augmented reality in medical practice: From spine surgery to remote assistance. Frontiers in Surgery. 8, 657901 (2021).
  21. Muller, F., et al. Augmented reality navigation for spinal pedicle screw instrumentation using intraoperative 3D imaging. Spine Journal. 20 (4), 621-628 (2020).
  22. Burström, G., et al. Intraoperative cone beam computed tomography is as reliable as conventional computed tomography for identification of pedicle screw breach in thoracolumbar spine surgery. European Radiology. 31 (4), 2349-2356 (2020).
  23. Edström, E., Burström, G., Nachabe, R., Gerdhem, P., Elmi Terander, A. A novel augmented-reality-based surgical navigation system for spine surgery in a hybrid operating room: Design, workflow, and clinical applications. Operative Neurosurgery. 18 (5), 496-502 (2020).
  24. Feng, W., Wang, W., Chen, S., Wu, K., Wang, H. O-arm navigation versus C-arm guidance for pedicle screw placement in spine surgery: A systematic review and meta-analysis. International Orthopaedics. 44 (5), 919-926 (2020).
  25. Cewe, P., Vorbau, R., Omar, A., Elmi-Terander, A., Edstrom, E. Radiation distribution in a hybrid operating room, utilizing different X-ray imaging systems: Investigations to minimize occupational exposure. Journal of Neurointerventional Surgery. 14 (11), 1139-1144 (2021).
  26. Su, B. W., et al. An anatomical study of the mid-lateral pars relative to the pedicle footprint in the lower lumbar spine. Spine. 34 (13), 1355-1362 (2009).
  27. Burström, G., Nachabe, R., Persson, O., Edstrom, E., Elmi Terander, A. Augmented and virtual reality instrument tracking for minimally invasive spine surgery: A feasibility and accuracy study. Spine. 44 (15), 1097-1104 (2019).

Tags

Medicin udgave 207 Augmented reality minimalt invasiv kirurgi pedikelskrue rygsøjlekirurgi kirurgisk navigation mixed reality hovedmonteret display
Pedicle skrue placering ved hjælp af en augmented reality hovedmonteret display i en svin model
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Frisk, H., Burström, G.,… More

Frisk, H., Burström, G., Weinzierl, J., Westernhagen, L., Tranchant, F., Edström, E., Elmi-Terander, A. Pedicle Screw Placement Using an Augmented Reality Head-Mounted Display in a Porcine Model. J. Vis. Exp. (207), e64474, doi:10.3791/64474 (2024).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter