증강 현실 헤드 마운트 디스플레이인 Magic Leap은 기존의 내비게이션 시스템과 함께 사용되어 새로운 워크플로를 준수하여 돼지 모델에 척추경 나사를 배치했습니다. Gertzbein에 따르면 <2.5분의 중간 삽입 시간으로 서브밀리미터 기술 정확도와 100% 임상 정확도가 달성되었습니다.
이 프로토콜은 최소 침습적 척추경 나사 배치를 위해 Magic Leap 헤드 마운트 디스플레이(HMD)를 사용하여 증강 현실(AR) 하이브리드 내비게이션 시스템의 정확도와 워크플로를 평가하는 데 도움이 됩니다. 돼지 사체 표본은 수술대 위에 놓고 멸균 덮개를 씌웠다. 관심 수준은 형광 투시를 사용하여 식별되었으며 동적 참조 프레임은 관심 영역에 있는 척추의 가시 돌기에 부착되었습니다. 원뿔 빔 컴퓨터 단층 촬영(CBCT)이 수행되고 3D 렌더링이 자동으로 생성되어 척추경 나사 배치의 후속 계획에 사용되었습니다. 각 외과의는 개별적으로 눈을 보정하고 척추 내비게이션 시스템에 연결된 HMD를 착용했습니다.
내비게이션 시스템에 의해 추적되고 HMD에 2D 및 3D로 표시되는 내비게이션 계기는 각각 직경 4.5mm의 33개의 척추경 캐뉼레이션에 사용되었습니다. 시술 후 CBCT 스캔은 각 캐뉼레이션의 기술적(계획된 경로로부터의 편차) 및 임상적(Gertzbein 등급) 정확도를 측정하기 위해 독립적인 검토자에 의해 평가되었습니다. 각 캐뉼레이션에 대한 탐색 시간을 측정했습니다. 기술적 정확도는 진입 지점에서 1.0mm ± 0.5mm, 표적에서 0.8mm ± 0.1mm였습니다. 각도 편차는 1.5° ± 0.6°였으며 캐뉼레이션당 평균 삽입 시간은 141초 ± 71초였습니다. 임상적 정확도는 Gertzbein 등급 척도(32 등급 0, 1 등급 1)에 따라 100%였습니다. 돼지 모델에서 최소 침습적 척추경 캐뉼레이션에 사용할 때 이 프로토콜로 서브밀리미터 기술 정확도와 100% 임상 정확도를 달성할 수 있습니다.
척추경 나사의 올바른 배치는 척추 안팎의 신경 혈관 구조의 손상을 방지하는 데 중요합니다. 자유형 기법을 사용한 배치 정확도는 매우 가변적입니다1. 3D 내비게이션을 사용하면 수술 중 형광 투시를 기반으로 하는 기존의 이미지 유도 방법에 비해 정확도가 향상됩니다. 정확도가 높을수록 재수술의 위험이 줄어든다 2,3.
평균 기대 수명이 계속 증가할 것으로 예상됨에 따라 다양한 병리학에 대한 척추 수술이 필요한 노인 환자가 증가하고 있다4. 최소 침습적 접근법은 특히 노인의 이환율이 낮기 때문에 자리를 잡아가고 있다 5,6. 그러나 이러한 접근 방식은 정확한 탐색 솔루션에 따라 달라집니다. 내비게이션은 이미지 기반이기 때문에 환자와 직원의 수술 중 방사선 노출을 줄이기 위한 노력이 이루어지고 있습니다 7,8,9,10.
증강 현실(AR)은 수술실(OR)의 정확도와 효능을 개선하는 것을 목표로 하는 수술 내비게이션의 새로운 기술입니다11. AR은 컴퓨터에서 생성된 정보를 실제 뷰에 겹쳐 놓습니다. 이는 HMD를 통해 겹쳐진 정보를 볼 때 특히 효과적입니다. 이를 위해 헤드업 디스플레이 기술을 사용하는 HMD는 작은 크기, 휴대성, 직접적인 시야 유지 가능성으로 인해 주목을 받고 있습니다. AR 내비게이션 12,13,14,15,16을 위해 현재 여러 HMD를 시장에 출시하고 있습니다.
Magic Leap 헤드셋은 여러 카메라, 깊이 센서 및 관성 측정 장치를 포함하는 광학 투명 HMD로, 환경에서 헤드셋의 위치와 방향을 결정하는 데 사용됩니다. 이 연구의 목적은 실제 수술 환경에서 수술 중 이미징을 위해 기존 내비게이션 시스템 및 최첨단 모바일 CBCT 장치와 결합된 Magic Leap HMD의 워크플로우를 평가하는 것이었습니다.
이 연구에서는 멸균 조건에서 HMD를 사용하여 최소 침습 척추경 나사 배치를 위한 새로운 워크플로우를 설명하고 그 정확도를 평가합니다. 두개골 및 척추 내비게이션을 위한 HMD 시스템에 대한 여러 과학 보고서가 있으며, 그 중 2개는 임상 사용에 대한 FDA 승인을 받았습니다17,18. 다른 연구에서는 무균 환경에서 HMD의 유용성에 대한 유망한 결과를 보여주었으며19,20 팬텀 및 사체 연구12,13,21에서 우수한 정확도를 보여주었습니다. 현재 연구의 결과는 멸균 환경에서 워크플로우의 유용성과 타당성을 뒷받침하며 현재 장치의 임상 도입을 위한 중요한 기초가 될 수 있습니다.
이 연구는 수술실의 절차에 대한 단계별 설명으로 구별됩니다. 수술 중 CBCT 및 HMD를 포함한 통합 탐색 개념을 사용하여 환자 등록 및 이미지 오버레이를 자동화하여 수술실에서 시간과 노력을 절약할 수 있습니다. 설정이 완료되고 외과의가 눈으로 보정된 HMD를 장착하면 다른 모든 단계를 원활하게 수행할 수 있습니다. 스크류 궤적의 사전 계획의 가장 큰 장점은 올바른 경로에서 벗어난 편차를 즉시 시각화하고 수정할 수 있다는 것입니다.
계획이 완료되면 척추경을 통해 궤적을 볼 수 있으며 척추경의 해부학적 각도와 일치합니다. 다른 궤적의 각도와 일치하지 않는 궤적이 분명해지면 외과의는 후속 막대 배치를 용이하게 하기 위해 궤적을 수정할 수 있습니다. 계획된 궤적이 저장되고 수술 후 스캔에 융합된 후 기술적 정확도를 평가하는 데 사용할 수 있습니다. 이러한 맥락에서 기술적 정확도는 내비게이션 시스템의 유입 오류와 계획된 경로를 준수하는 외과의의 능력의 조합입니다. 중요한 것은 확인 CBCT를 수행할 수 있는 가능성이 탐색에도 불구하고 잘못 배치될 수 있는 모든 나사의 수술 중 수정을 허용한다는 것입니다.
CBCT는 수술 중 탐색 및 수술 후 확인을 위해 잘 알려져 있고 널리 사용되는 영상 장치입니다. CBCT는 척추 수술에 일반적으로 사용되는 장치인 C-arm의 2D 이미지에 비해 우수한 품질의 3D 이미지를 제공합니다. CBCT의 영상 품질과 진단 정확도는 기존 CT와 비슷합니다. 셋업 및 멸균 드레이핑에 필요한 시간은 표준 C-arm과 유사하지만 진단 품질의 이미징이 훨씬 우수합니다 22,23,24,25.
진입점과 대상 지점 간의 기술적 정확도 차이는 진입점의 정확도가 선택한 진입점의 해부학적 구조에 크게 의존하기 때문입니다. 진입점이 뼈 표면의 경사면에 배치되면 항상 스카이빙26,27의 위험이 있습니다. 척추경이 들어가면 단단한 피질 벽이 장치를 안내하므로 흔들릴 공간이 없기 때문에 대상의 편차가 작아집니다.
HMD는 수술 중 CBCT 또는 수술 전 영상에서 렌더링되고 실제 척추에 증강된 3D 모델을 제공합니다. 또한 축면, 시상면, 관상면의 2D 이미지와 외과의가 개인 취향에 따라 가상 공간의 어느 곳에서나 회전하고 위치를 지정할 수 있는 두 번째 3D 모델을 표시합니다. 디스플레이 소프트웨어와의 상호 작용은 현재 리모컨을 사용하여 수행됩니다. 멸균 환경에서 이 리모컨을 사용하려면 멸균 비닐 봉지에 넣어야 합니다. 이는 멸균 환경에서 사용해야 하는 여러 비멸균 핸드헬드 장치의 표준 관행입니다. 그러나 임상 환경에서는 손 제스처 또는 음성 명령이 선호됩니다. 탐색하는 동안 2D 및 3D 보기에서 추적된 기구의 가상 표현은 외과의에게 도움이 되는 시각적 피드백을 제공합니다.
HMD 자체가 진화하여 2세대 Magic Leap은 더 가볍고 시야가 넓어졌습니다. 시야각은 HMD 사용에서 중요한 요소이며 지속적으로 개발되고 있는 기능 중 하나입니다. Magic Leap의 시야는 이 실험을 수행하는 데 매우 효율적이었고 작업 흐름에 어떠한 제한도 가하지 않았습니다. 각 HMD에는 외과의가 멸균 가운 안에 착용해야 하는 자체 소형 컴퓨터가 있습니다. HMD와 내비게이션 간의 통신은 Wi-Fi를 통해 이루어지며, 네트워크 제한으로 인해 지연이 발생할 수 있습니다. 이 제품이 첫 번째 프로토타입임에도 불구하고 현재 결과는 우수한 임상 정확도와 서브밀리미터 기술 정확도를 나타냅니다.
이 연구의 한계는 작은 표본 크기와 돼지, 사체 모델입니다. 호흡과 출혈이 정확도에 미칠 수 있는 영향은 평가할 수 없었다. 최소 침습 기술이 사용되었지만 나사는 삽입되지 않았습니다. 그러나 스크류 카도는 쉽게 볼 수 있었고 금속 인공물의 간섭 없이 정확도를 정확하게 평가할 수 있었습니다. 결론적으로, 이 백서는 HMD AR 내비게이션을 위한 새로운 워크플로우에 대해 자세히 설명합니다. 돼지 모델에서 최소 침습적 척추경 캐뉼레이션에 사용하면 서브밀리미터 기술 정확도와 100% 임상 정확도를 달성할 수 있습니다.
The authors have nothing to disclose.
없음.
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 |