Головной дисплей дополненной реальности Magic Leap был использован в сочетании с обычной навигационной системой для размещения транспедикулярных винтов в модели свиньи, придерживаясь нового рабочего процесса. При медиане времени введения <2,5 мин была достигнута субмиллиметровая техническая точность и 100% клиническая точность по Герцбейну.
Этот протокол помогает оценить точность и рабочий процесс гибридной навигационной системы дополненной реальности (AR) с использованием шлема виртуальной реальности (HMD) Magic Leap для минимально инвазивного размещения транспедикулярных винтов. Трупные образцы свиней были помещены на хирургический стол и задрапированы стерильными крышками. Уровни интереса определяли с помощью рентгеноскопии, а к остистому отростку позвонка в интересующей области прикрепляли динамическую систему отсчета. Была проведена конусно-лучевая компьютерная томография (КЛКТ) и автоматически сгенерирована 3D-визуализация, которая использовалась для последующего планирования размещения транспедикулярных винтов. Каждый хирург был оснащен шлемом виртуальной реальности, который был индивидуально откалиброван по глазам и подключен к системе навигации по позвоночнику.
Навигационные приборы, отслеживаемые навигационной системой и отображаемые в 2D и 3D в HMD, использовались для 33 канюль на ножке, каждая диаметром 4,5 мм. Постпроцедурные КЛКТ-снимки оценивались независимым составителем обзора для измерения технической (отклонение от запланированной траектории) и клинической (степень Герцбейна) точности каждой канюляции. Измерялось навигационное время для каждой канюли. Техническая точность составляла 1,0 мм ± 0,5 мм в точке входа и 0,8 мм ± 0,1 мм в точке поражения. Угловое отклонение составило 1,5° ± 0,6°, а среднее время введения на канюляцию составило 141 с ± 71 с. Клиническая точность составила 100% по шкале Герцбейна (32 балла 0; 1 степень 1). При использовании для минимально инвазивной канюляции на ножке в модели свиньи с помощью этого протокола может быть достигнута субмиллиметровая техническая точность и 100% клиническая точность.
Правильное расположение транспедикулярных винтов важно для того, чтобы избежать повреждения сосудисто-нервных структур в позвоночнике и вокруг него. Точность размещения при использовании техники свободной руки сильно варьируется1. Использование 3D-навигации повышает точность по сравнению с традиционными методами под визуальным контролем, основанными на интраоперационной рентгеноскопии. Более высокая точность снижает риск повторной операции 2,3.
По оценкам, средняя продолжительность жизни будет продолжать увеличиваться, и все большее число пожилых пациентов будут нуждаться в хирургических операциях на позвоночнике при различныхпатологиях. Минимально инвазивные подходы набирают популярность из-за их более низкой заболеваемости, особенно среди пожилых людей 5,6. Однако эти подходы зависят от точных навигационных решений. Поскольку навигация основана на изображениях, предпринимаются усилия по снижению интраоперационной лучевой нагрузки на пациентов и персонал 7,8,9,10.
Дополненная реальность (AR) — это новая технология хирургической навигации, направленная на повышение точности и эффективности в операционной11. Дополненная реальность накладывает сгенерированную компьютером информацию на картину реального мира. Это особенно хорошо работает, когда наложенная информация просматривается через шлем виртуальной реальности. С этой целью шлемы виртуальной реальности, использующие технологию проекционного дисплея, привлекли внимание благодаря своим небольшим размерам, портативности и возможности поддерживать прямую видимость. Сегодня на рынке доступно несколько шлемов виртуальной реальности для AR-навигации 12,13,14,15,16.
Гарнитура Magic Leap представляет собой оптический прозрачный шлем виртуальной реальности, включающий в себя несколько камер, датчик глубины и инерциальные измерительные блоки, которые используются для определения положения и ориентации гарнитуры в окружающей среде. Цель данного исследования состояла в том, чтобы оценить рабочий процесс шлема Magic Leap в сочетании с обычной навигационной системой и современным мобильным устройством КЛКТ для интраоперационной визуализации в реалистичной хирургической среде.
В этом исследовании описан новый рабочий процесс для минимально инвазивной установки транспедикулярного винта с использованием шлема виртуальной реальности в стерильных условиях и оценена его точность. Существует несколько научных докладов о системах HMD для краниальной и спинальной навигации, два из которых получили одобрение FDA для клинического использования17,18. Другие исследования показали многообещающие результаты в отношении удобства использования шлемов виртуальной реальности в стерильных средах19,20, а также хорошей точности в фантомных и трупных исследованиях 12,13,21. Результаты настоящего исследования подтверждают полезность и осуществимость рабочего процесса в стерильной среде и могут служить важной основой для клинического внедрения данного устройства.
Данное исследование отличается пошаговым описанием процедуры в операционной. Используя интегрированную навигационную концепцию, включающую интраоперационную КЛКТ и HMD, регистрация пациента и наложение изображений могут быть автоматизированы, чтобы сэкономить время и усилия в операционной. После того, как настройка завершена и хирурги оснащены шлемом виртуальной реальности, откалиброванным по глазам, все остальные этапы могут быть выполнены без проблем. Большим преимуществом предварительного планирования винтовых траекторий является то, что любое отклонение от правильной траектории может быть немедленно визуализировано и скорректировано.
Когда планирование будет завершено, траектории будут видны через ножки и будут совпадать с анатомическими углами ножек. Любые траектории, не совпадающие с углами наклона других, становятся очевидными, и хирург может исправить их, чтобы облегчить последующую установку стержня. Запланированные траектории сохраняются, и их можно использовать для оценки технической точности после спондилодеза с послеоперационными снимками. В этом контексте техническая точность представляет собой комбинацию входящей ошибки навигационной системы и способности хирурга придерживаться запланированного пути. Важно отметить, что возможность проведения подтверждающей КЛКТ позволяет провести интраоперационную ревизию любого винта, который, несмотря на навигацию, может быть неправильно установлен.
КЛКТ является хорошо известным и широко используемым устройством визуализации для интраоперационной навигации и послеоперационной верификации. КЛКТ позволяет получать 3D-изображения более высокого качества по сравнению с 2D-изображениями, полученными с помощью С-дуги, устройства, обычно используемого в хирургии позвоночника. Качество изображения и диагностическая точность КЛКТ сравнимы с обычной КТ. Время, необходимое для установки и стерильной драпировки, аналогично стандартной С-дуге, но с гораздо более качественной диагностической визуализацией 22,23,24,25.
Разница в технической точности между точкой входа и целевой точкой является результатом того, что точность в точке входа сильно зависит от анатомии в выбранной точке входа. Если точка входа расположена на склоне на поверхности кости, всегда есть риск скольжения26,27. При введении ножки жесткие стенки коры головного мозга будут направлять устройство, и, следовательно, отклонение от цели будет меньше из-за отсутствия места для покачивания.
HMD предоставляет 3D-модель, которая визуализируется на основе интраоперационной КЛКТ или предоперационной визуализации и дополняется на реальном позвоночнике. Кроме того, он отображает 2D-изображения в аксиальной, сагиттальной и корональной плоскостях, а также вторую 3D-модель, которую хирург может вращать и позиционировать в любом месте виртуального пространства, исходя из личных предпочтений. Взаимодействие с программным обеспечением дисплея в настоящее время осуществляется с помощью пульта дистанционного управления. Чтобы использовать этот пульт дистанционного управления в стерильной среде, его необходимо поместить в стерильный пластиковый пакет. Это стандартная практика для некоторых нестерильных портативных устройств, которые должны использоваться в стерильной среде. Тем не менее, в клинических условиях предпочтение отдается жестам рук или голосовым командам. Во время навигации виртуальные представления отслеживаемых инструментов в 2D и 3D видах обеспечивают визуальную обратную связь, чтобы помочь хирургу.
Сам шлем эволюционировал, и второе поколение Magic Leap стало легче и имеет большее поле зрения. Поле зрения является важным фактором при использовании шлемов виртуальной реальности и представляет собой одну из функций, которая постоянно совершенствуется. Поле зрения Magic Leap было полностью эффективно для проведения этого эксперимента и не создавало никаких ограничений для рабочего процесса. Каждый HMD имеет свой собственный небольшой компьютер, который хирург должен носить под стерильным халатом. Связь между шлемом виртуальной реальности и навигационной системой осуществляется через Wi-Fi, и ограничения сети могут привести к задержке. Несмотря на то, что этот продукт является первым прототипом, текущие результаты указывают на превосходную клиническую точность и субмиллиметровую техническую точность.
Ограничениями этого исследования являются небольшой размер выборки и модель свиньи, трупа. Возможное влияние дыхания и кровотечения на точность оценить не удалось. Несмотря на то, что была использована минимально инвазивная техника, винты не были введены. Тем не менее, винтовые каналы были хорошо видны и позволяли точно оценить точность без помех от металлических артефактов. В заключение, в этом документе приводится подробное описание нового рабочего процесса для навигации HMD AR. При использовании минимально инвазивных канюляций на ножке в модели свиньи может быть достигнута субмиллиметровая техническая точность и 100% клиническая точность.
The authors have nothing to disclose.
Никакой.
Instrument tracking array spine & trauma 4-marker | Brainlab | ||
Curve Navigation System | Brainlab | Navigation System![]() |
|
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![]() |
|
Instrument calibration matrix | Brainlab | Instrument Calibration Matrix![]() |
|
Loop-X | Brainlab | CBCT scanner![]() |
|
Magic Leap 2 | Magic leap Inc. | Mixed Reality headset![]() |
|
Navigation pointer spine | Brainlab | Navigation Pointer![]() |
|
Spine reference array for reference clamp carbon (4-Sphere Geometry) | Brainlab | Spine Reference Array![]() |
|
Spine reference clamp carbon with slider | Brainlab | Spine Reference Clamp ![]() |
|
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 |