Il display montato sulla testa di realtà aumentata, Magic Leap, è stato utilizzato in combinazione con un sistema di navigazione convenzionale per posizionare viti peduncolari in un modello suino aderendo a un nuovo flusso di lavoro. Con un tempo di inserimento mediano di <2,5 min, sono state raggiunte un'accuratezza tecnica submillimetrica e un'accuratezza clinica del 100% secondo Gertzbein.
Questo protocollo aiuta a valutare l’accuratezza e il flusso di lavoro di un sistema di navigazione ibrido a realtà aumentata (AR) utilizzando il display montato sulla testa (HMD) Magic Leap per il posizionamento minimamente invasivo delle viti peduncolari. I campioni di suini cadaverici sono stati posti su un tavolo operatorio e drappeggiati con coperture sterili. I livelli di interesse sono stati identificati utilizzando la fluoroscopia e un quadro di riferimento dinamico è stato collegato al processo spinoso di una vertebra nella regione di interesse. È stata eseguita la tomografia computerizzata a fascio conico (CBCT) ed è stato generato automaticamente un rendering 3D, che è stato utilizzato per la successiva pianificazione del posizionamento delle viti peduncolari. Ogni chirurgo è stato dotato di un HMD calibrato individualmente e collegato al sistema di navigazione spinale.
Gli strumenti navigati, tracciati dal sistema di navigazione e visualizzati in 2D e 3D nell’HMD, sono stati utilizzati per 33 cannulazioni peduncolari, ciascuna con un diametro di 4,5 mm. Le scansioni CBCT postprocedurali sono state valutate da un revisore indipendente per misurare l’accuratezza tecnica (deviazione dal percorso pianificato) e clinica (grado Gertzbein) di ogni incannulamento. È stato misurato il tempo di navigazione per ogni incannulamento. La precisione tecnica era di 1,0 mm ± 0,5 mm nel punto di ingresso e di 0,8 mm ± 0,1 mm nel bersaglio. La deviazione angolare è stata di 1,5° ± 0,6° e il tempo medio di inserzione per incannulamento è stato di 141 s ± 71 s. L’accuratezza clinica è stata del 100% secondo la scala di valutazione di Gertzbein (32 grado 0; 1 grado 1). Se utilizzato per incannulazioni peduncolari minimamente invasive in un modello suino, con questo protocollo è stato possibile ottenere un’accuratezza tecnica submillimetrica e un’accuratezza clinica del 100%.
Il corretto posizionamento delle viti peduncolari è importante per evitare danni alle strutture neurovascolari all’interno e intorno alla colonna vertebrale. La precisione di posizionamento con la tecnica a mano libera è molto variabile1. Utilizzando la navigazione 3D, l’accuratezza è migliorata rispetto ai tradizionali metodi guidati da immagini basati sulla fluoroscopia intraoperatoria. Una maggiore precisione riduce il rischio di un intervento chirurgico di revisione 2,3.
Con la stima che l’aspettativa di vita continua ad aumentare, un numero crescente di pazienti anziani avrà bisogno di interventi chirurgici alla colonna vertebrale per varie patologie4. Gli approcci mini-invasivi stanno guadagnando terreno grazie alla loro minore morbilità, soprattutto negli anziani 5,6. Tuttavia, questi approcci dipendono da soluzioni di navigazione accurate. Poiché la navigazione è basata su immagini, si stanno compiendo sforzi per ridurre l’esposizione alle radiazioni intraoperatorie dei pazienti e del personale 7,8,9,10.
La realtà aumentata (AR) è una tecnologia emergente nella navigazione chirurgica che mira a migliorare l’accuratezza e l’efficacia in sala operatoria11. L’AR sovrappone le informazioni generate dal computer a una visione del mondo reale. Questo funziona particolarmente bene quando le informazioni sovrapposte vengono visualizzate attraverso un HMD. A tale scopo, gli HMD che utilizzano la tecnologia head-up display hanno attirato l’attenzione grazie alle loro dimensioni ridotte, alla portabilità e alla possibilità di mantenere una linea di vista diretta. Diversi HMD sono disponibili oggi sul mercato per la navigazione AR 12,13,14,15,16.
Il visore Magic Leap è un HMD ottico trasparente, che include diverse telecamere, un sensore di profondità e unità di misurazione inerziale, che vengono utilizzate per determinare la posizione e l’orientamento del visore nell’ambiente. Lo scopo di questo studio è stato quello di valutare il flusso di lavoro dell’HMD Magic Leap, combinato con un sistema di navigazione convenzionale e un dispositivo CBCT mobile all’avanguardia, per l’imaging intraoperatorio in un ambiente chirurgico realistico.
In questo studio, viene descritto un nuovo flusso di lavoro per il posizionamento di viti peduncolari minimamente invasive utilizzando un HMD in condizioni sterili e ne viene valutata l’accuratezza. Esistono diversi rapporti scientifici sui sistemi HMD per la navigazione cranica e spinale, due dei quali hanno ottenuto l’approvazione della FDA per l’uso clinico17,18. Altri studi hanno mostrato risultati promettenti nell’usabilità degli HMD in ambienti sterili19,20, nonché una buona accuratezza negli studi su fantocci e cadaveri 12,13,21. I risultati dell’attuale studio supportano l’utilità e la fattibilità del flusso di lavoro in un ambiente sterile e possono servire come base importante per l’introduzione clinica del dispositivo attuale.
Questo studio si distingue per la descrizione passo passo della procedura in sala operatoria. Utilizzando un concetto di navigazione integrato, che include CBCT intraoperatorio e HMD, la registrazione del paziente e la sovrapposizione delle immagini possono essere automatizzate per risparmiare tempo e fatica in sala operatoria. Una volta completata la configurazione e i chirurghi sono dotati dell’HMD calibrato per l’occhio, tutti gli altri passaggi possono essere eseguiti senza problemi. Un grande vantaggio della pianificazione preventiva delle traiettorie delle viti è che qualsiasi deviazione dal percorso corretto può essere immediatamente visualizzata e corretta.
Quando la pianificazione è completa, le traiettorie possono essere viste attraverso i peduncoli e corrisponderanno alle angolazioni anatomiche dei peduncoli. Eventuali traiettorie che non corrispondono all’angolazione delle altre diventeranno evidenti e il chirurgo potrà quindi correggerle per facilitare il successivo posizionamento dell’asta. Le traiettorie pianificate vengono salvate e possono quindi essere utilizzate per valutare l’accuratezza tecnica dopo la fusione alle scansioni postoperatorie. In questo contesto, l’accuratezza tecnica è una combinazione dell’errore in entrata del sistema di navigazione e della capacità del chirurgo di attenersi al percorso pianificato. È importante sottolineare che la possibilità di eseguire una CBCT di conferma consente la revisione intraoperatoria di qualsiasi vite che, nonostante la navigazione, potrebbe essere posizionata in modo errato.
La CBCT è un dispositivo di imaging ben noto e ampiamente utilizzato per la navigazione intraoperatoria e la verifica postoperatoria. La CBCT fornisce immagini 3D di qualità superiore rispetto alle immagini 2D di un arco a C, un dispositivo comunemente utilizzato nella chirurgia spinale. La qualità dell’immagine e l’accuratezza diagnostica della CBCT sono paragonabili a quelle della TC convenzionale. Il tempo necessario per l’installazione e il drappeggio sterile è simile a quello di un arco a C standard, ma con una qualità diagnostica di imaging molto migliore 22,23,24,25.
La differenza di precisione tecnica tra il punto di ingresso e il punto di destinazione è il risultato del fatto che la precisione nel punto di ingresso dipende fortemente dall’anatomia nel punto di ingresso scelto. Se il punto di ingresso è posizionato su un pendio sulla superficie ossea, c’è sempre il rischio di skiving26,27. Quando si entra nel peduncolo, le pareti corticali rigide guideranno il dispositivo e, quindi, la deviazione sul bersaglio sarà minore a causa dell’assenza di spazio per muoversi.
L’HMD fornisce un modello 3D che viene renderizzato dalla CBCT intraoperatoria o dall’imaging preoperatorio e aumentato sulla colonna vertebrale effettiva. Inoltre, visualizza immagini 2D nei piani assiale, sagittale e coronale, nonché un secondo modello 3D che il chirurgo può ruotare e posizionare in qualsiasi punto dello spazio virtuale, in base alle preferenze personali. L’interazione con il software del display viene attualmente eseguita tramite un telecomando. Per utilizzare questo telecomando in un ambiente sterile, dovrebbe essere inserito in un sacchetto di plastica sterile. Questa è una pratica standard con diversi dispositivi portatili non sterili che devono essere utilizzati in ambienti sterili. Tuttavia, in un ambiente clinico, sarebbero preferibili i gesti delle mani o i comandi vocali. Durante la navigazione, le rappresentazioni virtuali degli strumenti tracciati nelle viste 2D e 3D forniscono un feedback visivo per aiutare il chirurgo.
L’HMD stesso si è evoluto e la seconda generazione di Magic Leap è più leggera e ha un campo visivo più ampio. Il campo visivo è un fattore importante nell’utilizzo degli HMD e rappresenta una delle caratteristiche che viene costantemente sviluppata. Il campo visivo del Magic Leap era completamente efficiente per condurre questo esperimento e non poneva alcuna limitazione al flusso di lavoro. Ogni HMD ha il proprio piccolo computer che il chirurgo deve indossare sotto i camici sterili. La comunicazione tra l’HMD e il sistema di navigazione avviene tramite Wi-Fi e le limitazioni di rete possono causare latenza. Nonostante questo prodotto sia il primo prototipo, i risultati attuali indicano un’eccellente accuratezza clinica e un’accuratezza tecnica submillimetrica.
I limiti di questo studio sono le piccole dimensioni del campione e il modello suino e cadaverico. Non è stato possibile valutare i possibili effetti della respirazione e del sanguinamento sull’accuratezza. Sebbene sia stata utilizzata una tecnica minimamente invasiva, non sono state inserite viti. Tuttavia, i canali della vite erano prontamente visibili e consentivano una valutazione accurata dell’accuratezza senza interferenze da artefatti metallici. In conclusione, questo documento fornisce una descrizione dettagliata di un nuovo flusso di lavoro per la navigazione HMD AR. Quando viene utilizzato per incannulazioni peduncolari minimamente invasive in un modello suino, è stato possibile ottenere un’accuratezza tecnica submillimetrica e un’accuratezza clinica del 100%.
The authors have nothing to disclose.
Nessuno.
Instrument tracking array spine & trauma 4-marker | Brainlab | ||
Curve Navigation System | Brainlab | Navigation System![]() |
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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![]() |
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Magic Leap 2 | Magic leap Inc. | Mixed Reality headset![]() |
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Spine reference array for reference clamp carbon (4-Sphere Geometry) | Brainlab | Spine Reference Array![]() |
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Spine reference clamp carbon with slider | Brainlab | Spine Reference Clamp ![]() |
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TruSystem 7500 | Trumpf | Operating table | |
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Mixed Reality Spine Navigation App for Magic Leap | Brainlab | Run on Curve Navigation System Version: 2.0 |
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PDM | Brainlab | Run on Curve Navigation System Version: 4.2 |
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Spine & Trauma Instrument Setup | Brainlab | Run on Curve Navigation System Version: 6.2 |
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Spine & Trauma Navigation 2.0 | Brainlab | Run on Curve Navigation System Version: 1.6 |