Pedicle Screw Placement Using an Augmented Reality Head-Mounted Display in a Porcine Model

Henrik Frisk; Gustav Burstr&#246;m; Juliane Weinzierl; Linda Westernhagen; Florentin Tranchant; Erik Edstr&#246;m; Adrian Elmi-Terander

doi:10.3791/64474

JoVE Journal > Medicine

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Medicine

وضع المسمار عنيق باستخدام شاشة الواقع المعزز المثبتة على الرأس في نموذج الخنزير

Published: May 24, 2024

doi:

10.3791/64474

Henrik Frisk, Gustav Burström, Juliane Weinzierl, Linda Westernhagen, Florentin Tranchant, Erik Edström³, Adrian Elmi-Terander³

¹Department of Clinical Neuroscience,Karolinska Institutet, ²Brainlab AG, ³Capio Spine Center Stockholm,Löwenströmska Hospital

Summary

تم استخدام شاشة الواقع المعزز المثبتة على الرأس ، Magic Leap ، جنبا إلى جنب مع نظام الملاحة التقليدي لوضع مسامير عنيق في نموذج خنزير من خلال الالتزام بسير عمل جديد. مع متوسط وقت إدخال يبلغ <2.5 دقيقة ، تم تحقيق الدقة الفنية دون المليمتر والدقة السريرية بنسبة 100٪ وفقا ل Gertzbein.

Abstract

يساعد هذا البروتوكول في تقييم دقة وسير عمل نظام الملاحة الهجين للواقع المعزز (AR) باستخدام شاشة Magic Leap المثبتة على الرأس (HMD) لوضع برغي عنيق طفيف التوغل. تم وضع عينات الخنازير الجثة على طاولة جراحية وملفوفة بأغطية معقمة. تم تحديد مستويات الاهتمام باستخدام التنظير الفلوري ، وتم إرفاق إطار مرجعي ديناميكي بالعملية الشائكة لفقرة في المنطقة محل الاهتمام. تم إجراء التصوير المقطعي المحوسب شعاع مخروطي (CBCT) ، وتم إنشاء عرض 3D تلقائيا ، والذي تم استخدامه للتخطيط اللاحق لمواضع المسمار عنيق. تم تزويد كل جراح ب HMD الذي تمت معايرته بشكل فردي وتوصيله بنظام الملاحة في العمود الفقري.

تم استخدام الأدوات الملاحية ، التي تم تتبعها بواسطة نظام الملاحة وعرضها في 2D و 3D في HMD ، ل 33 قنية عنيق ، يبلغ قطر كل منها 4.5 مم. تم تقييم فحوصات CBCT بعد الإجراء من قبل مراجع مستقل لقياس الدقة الفنية (الانحراف عن المسار المخطط) والسريرية (درجة Gertzbein) لكل قنية. تم قياس وقت الملاحة لكل قنية. كانت الدقة الفنية 1.0 مم ± 0.5 مم عند نقطة الدخول و 0.8 مم ± 0.1 مم عند الهدف. كان الانحراف الزاوي 1.5 درجة ± 0.6 درجة ، وكان متوسط وقت الإدخال لكل قنية 141 ثانية ± 71 ثانية. كانت الدقة السريرية 100٪ وفقا لمقياس درجات Gertzbein (32 درجة 0 ؛ 1 درجة 1). عند استخدامها لقنية عنيق طفيفة التوغل في نموذج الخنازير ، يمكن تحقيق الدقة التقنية تحت المليمتر والدقة السريرية بنسبة 100٪ باستخدام هذا البروتوكول.

Introduction

يعد الموضع الصحيح لمسامير عنيق أمرا مهما لتجنب تلف الهياكل الوعائية العصبية في العمود الفقري وحوله. دقة التنسيب باستخدام تقنية اليد الحرة متغيرة للغاية¹. باستخدام الملاحة 3D ، يتم تحسين الدقة مقارنة بالطرق التقليدية الموجهة بالصور القائمة على التنظير الفلوري أثناء العملية. دقة أعلى يقلل من خطر جراحة المراجعة ^2,3.

مع التقدير الذي يعني أن متوسط العمر المتوقع سيستمر في الزيادة ، سيحتاج عدد متزايد من المرضى المسنين إلى إجراءات جراحية في العمود الفقري لمختلف الأمراض⁴. تكتسب الأساليب طفيفة التوغل أرضية بسبب انخفاض معدل الإصابة بها ، خاصة عند كبار السن ^5,6. ومع ذلك ، تعتمد هذه الأساليب على حلول ملاحية دقيقة. نظرا لأن الملاحة تعتمد على الصور ، تبذل الجهود لتقليل التعرض للإشعاع أثناء العملية للمرضى والموظفين⁷^،⁸^،⁹^،¹⁰.

الواقع المعزز (AR) هو تقنية ناشئة في الملاحة الجراحية تهدف إلى تحسين الدقة والفعالية في غرفة العمليات (OR)¹¹. يقوم الواقع المعزز بتركيب المعلومات التي تم إنشاؤها بواسطة الكمبيوتر على عرض العالم الحقيقي. يعمل هذا بشكل جيد بشكل خاص عندما يتم عرض المعلومات المتراكبة من خلال HMD. لهذا الغرض ، اكتسبت HMDs التي تستخدم تقنية العرض على الزجاج الأمامي الانتباه نظرا لصغر حجمها وقابليتها للنقل وإمكانية الحفاظ على خط رؤية مباشر. تتوفر العديد من HMDs في السوق اليوم للملاحة AR¹²^،¹³^،¹⁴^،¹⁵^،¹⁶.

سماعة الرأس Magic Leap عبارة عن HMD بصري شفاف ، بما في ذلك العديد من الكاميرات ومستشعر العمق ووحدات القياس بالقصور الذاتي ، والتي تستخدم لتحديد موضع واتجاه سماعة الرأس في البيئة. كان الغرض من هذه الدراسة هو تقييم سير عمل Magic Leap HMD ، جنبا إلى جنب مع نظام الملاحة التقليدي وجهاز CBCT المحمول المتطور ، للتصوير أثناء العملية في بيئة جراحية واقعية.

Protocol

تم تنفيذ الإجراء في غرفة العمليات التقليدية ، ومجهزة بطاولة OR مشعة ، ومنصة ملاحة ، وجهاز CBCT متنقل يوفر كلا من التنظير الفلوري 2D وصور 3D CBCT ذات الجودة العالية للملاحة AR. تم استخدام جثتين خنزيريتين ، يبلغ طولهما حوالي 80 سم و 45 كجم ، لغرض هذه الدراسة. تم شراء العينات تجاريا ، ولم يتطلب استخدامها لهذه التجربة تصريحا أخلاقيا. يتم سرد جميع الأجهزة والأدوات والبرامج المستخدمة في سير العمل الموصوف في جدول المواد. تم تنفيذ الإجراء التالي خطوة بخطوة وتكراره لكل عينة. 1. عينة جثة الخنازير ضع عينة جثة الخنازير على طاولة العمليات في غرفة العمليات. ثنى عينة جثة الخنازير في أغطية معقمة. استخدم فيلم شق لتغطية الجلد في المجال الجراحي. 2. تحديد مستويات الاهتمام الفقرية باستخدام ماسح CBCT ، حدد مستويات الاهتمام الفقرية عن طريق التنظير الفلوري. استخدم قرص التحكم اللاسلكي الخاص بماسح CBCT لتحريك الماسح الضوئي إلى الموضع المطلوب ، ومحاذاة شعاع الأشعة السينية ، وإجراء فحص التنظير الفلوري (الشكل 1).ملاحظة: يمكن مراجعة عمليات الفحص 2D على الفور على الجهاز اللوحي. يتم تحديد مستويات العمود الفقري من خلال البحث عن الأضلاع في فحص التنظير الفلوري والعد لأعلى أو لأسفل. قم بتوصيل المشبك المرجعي الديناميكي للملاحة المشعة بعملية شائكة في منطقة الاهتمام عن طريق تعريض العملية الشائكة وتثبيت المشبك باستخدام مفك البراغي المخصص. ثم قم بتوصيل المجالات العاكسة للإطار المرجعي بالمشبك (الشكل 2). قم بإجراء فحص CBCT ، وانقل الفحص إلى منصة الملاحة (عبر الشبكة المحلية) (الشكل 3). تتعقب كاميرا نظام الملاحة الماسح الضوئي CBCT والإطار المرجعي الديناميكي ، مما يتيح التسجيل التلقائي للمريض باستخدام برنامج التسجيل التلقائي Brainlab Loop-X على منصة الملاحة. ابدأ تشغيل برنامج الملاحة في العمود الفقري والصدمات على منصة الملاحة. استخدم مؤشر العمود الفقري وطرق عرض التنقل 2D للتحقق من دقة تسجيل المريض على المعالم التشريحية. الشكل 1: قرص التحكم اللاسلكي لماسح CBCT. الجهاز اللوحي الذي يعرض صور التنظير الفلوري من CBCT. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. الشكل 2: صورة تخطيطية للمشبك المتصل بالعملية الشائكة. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل. الشكل 3: Loop-X CBCT. يقوم CBCT بإجراء مسح ضوئي على جثة الخنزير المغطاة مع إرفاق المرجع. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. 3. معايرة الصك قم بمعايرة دليل الحفر الملاحي ومفك البراغي لنظام الملاحة. لهذا الغرض ، حدد الأداة في برنامج Brainlab Spine and Trauma Instrument Setup ، ثم قدم الأداة الحقيقية إلى كاميرا نظام الملاحة جنبا إلى جنب مع جهاز المعايرة. حرك الجهاز في حركة دوارة أثناء ملامسته لجهاز المعايرة حتى يتعرف نظام الملاحة على الجهاز. بمجرد معايرتها ، تتبع وتصور الأداة على كل من صور 2D ونموذج 3D في HMD. 4. تركيب جهاز مثبت على الرأس تأكد من أن كل جراح مزود بسماعة رأس Magic Leap (HMD). تأكد من توصيل HMD ومنصة الملاحة بنفس الشبكة (اتصال WLAN ل HMD واتصال LAN لمنصة الملاحة). لإنشاء الاتصال بين HMD وبرنامج الملاحة في العمود الفقري والصدمات ، انظر إلى رمز الاستجابة السريعة المعروض على شاشة منصة الملاحة. يؤدي هذا إلى بدء تشغيل تطبيق الواقع المختلط المقابل الذي يعمل على HMD ونقل البيانات إلى HMD. قم بإجراء محاذاة الواقع المختلط من خلال النظر إلى المصفوفة المرجعية للعمود الفقري من خلال HMD لبضع ثوان. انتظر نموذج 3D للعمود الفقري ، يتم تقديمه بناء على فحص CBCT ، ليتم زيادته بدقة على العينة في HMD. بالإضافة إلى التراكب ثلاثي الأبعاد ، انظر إلى طرق عرض التنقل ثنائية الأبعاد ونموذج ثلاثي الأبعاد ثان أعلى طرق عرض التنقل ثنائية الأبعاد (عرض التمرير) التي يتم عرضها في HMD. الشكل 4: العرض من خلال HMD. وجهة نظر الجراح من خلال HMD تقديم كل من المعلومات 2D و 3D. يظهر التراكب ثلاثي الأبعاد مسامير ثلاثية الأبعاد المخطط لها مع خطوط مسار بارزة تساعد في محاذاة الأداة. يتم زيادة نموذج 3D السفلي على العمود الفقري للخنزير. يتم توفير معلومات إضافية في تمثيلات 2D و 3D العائمة أعلاه ، والتي يمكن وضعها بحرية في الفضاء الافتراضي وتشغيلها وإيقاف تشغيلها. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. 5. التخطيط لوضع المسمار عنيق خطط لمسارات المسمار عنيق بناء على النموذج المعزز المسجل 3D ، ومواءمتها مع تشريح العمود الفقري ، وتصورها في HMD (الشكل 5). قم بإجراء ضبط دقيق للمسارات اللولبية على شاشة اللمس الخاصة بمنصة الملاحة. الشكل 5: تخطيط مسار المسمار عنيق. يتم تخطيط مسارات مسامير عنيق باستخدام HMD ومؤشر الملاحة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. 6. بدء وضع المسمار عنيق قم بعمل شقوق جلدية صغيرة بطول 2 سم تقريبا باستخدام مشرط للوصول إلى الحد الأدنى من التدخل الجراحي إلى الباديل بناء على نموذج 3D المتراكب المرئي من خلال HMD (الشكل 6). باستخدام تقنية طفيفة التوغل ، قم بتشريح الأنسجة الرخوة ، وتوسيع القناة باستخدام الموسعات حتى يتم الوصول إلى نقطة دخول عنيق على سطح العمود الفقري. اضبط عمق دليل الحفر ليتناسب مع طول المسمار المخطط للعنيق. يتم عرض طول المسمار المخطط على شاشة نظام الملاحة. ضع ومحاذاة دليل الحفر الملاحي مع المسار المخطط. حفر عنيق باستخدام مثقاب الطاقة مع مثقاب 4.5 مم (الشكل 7). حفر وفقا للمسار المخطط ؛ يمنع دليل الحفر الحفر من التعمق أكثر من العمق المخطط له. تقدير الوقت من شق الجلد حتى يتم حفر القناة لكل عنيق. الشكل 6: شقوق طفيفة التوغل. جثة الخنزير من الأعلى تظهر الشقوق طفيفة التوغل على طول العمود الفقري. إلى اليمين يوجد المرجع مع المجالات العاكسة المثبتة على العملية الشائكة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. الشكل 7: حفر عنيق. يتم حفر عنيق باستخدام مثقاب كهربائي باستخدام الملاحة المرئية من خلال HMD لمحاذاة دليل الحفر إلى المسار المخطط مسبقا. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. 7. تصور وضع المسمار ملاحظة: لم يتم وضع مسامير لتجنب القطع الأثرية المعدنية أثناء التقييم. قم بإجراء CBCT ثان للحصول على صور الأشعة السينية للفقرات المحفورة لتحليل الدقة. تأكد من أن القناة المحفورة في الفقرة مرئية بوضوح قبل استخدامها لتحليلات الدقة اللاحقة. 8. قنية العمود الفقري كرر الإجراء أعلاه الموضح في القسم 2 والقسم 4 والقسم 6 والقسم 7 لتغطية المنطقة التالية ذات الاهتمام حتى يتم قنية العمود الفقري بالكامل. كرر نفس الإجراء (الأقسام 1-8) باستخدام العينة الثانية. 9. تحليل الصور قم بمطابقة صور CBCT التي تم الحصول عليها مع خطة التنقل وقم بإجراء التصحيحات وفقا لملاحظات المختبر التي تم التقاطها أثناء الإجراء. اطلب من مراجع مستقل تقييم جميع الصور وتصنيف القنية وفقا لمقياس درجات Gertzbein ، من 0 إلى 3. تعتبر الدرجات 0 أو 1 دقيقة. تعتبر الصفوف 2 أو 3 غير دقيقة. دمج مسارات المسارات المخططة والقنية ، وتحديد الدقة الفنية على أنها الانحراف عن المسار عند المدخل والهدف. قياس الانحراف الزاوي.

Representative Results

في المجموع ، تم إجراء 33 قنية ملاحية. تم تقييم الوقت لكل قنية والدقة السريرية والتقنية في فحوصات CBCT بعد الجراحة (الشكل 8). الشكل 8: فحص ما بعد الجراحة لقنية Gertzbein من الدرجة 0. يتضمن الفحص الخطة الجراحية لقنية عنيق ، معروضة في المناظر الإكليلية والمحورية والسهمية. لاحظ المحاذاة الوثيقة للمسمار الافتراضي والقناة المقنية. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. كان متوسط وقت الإدخال لكل قنية 141 ثانية ± 71 ثانية (متوسط [المدى]: 151 [43-471] ؛ الشكل 9). الشكل 9: الرسم البياني ومربع توزيع أوقات قنية عنيق. أعلى ، الرسم البياني لتوزيع أوقات قنية عنيق (ن = 33) ؛ أسفل ، مخطط المربع المقابل الذي يوضح المتوسط والنطاق الربيعي والقيم المتطرفة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. تم اعتبار جميع القنية ال 33 دقيقة سريريا وفقا لمقياس درجات Gertzbein (32 درجة 0 ؛ 1 درجة 1 ؛ 32 درجة 1 ؛ 32 درجة 0 ؛ 1 درجة 1 ؛ 32 درجة 0 ؛ 1 درجة 1 ؛ 32 درجة 0 ؛ 1 درجة 1 ؛ 32 درجة 1 ؛ 32 درجة 0 ؛ 1 درجة 1 ؛ 32 درجة 1 ؛ 3 الجدول 1). جيرتزباين الصف 0 جيرتزباين الصف 1 جيرتزباين الصف 2 جيرتزباين الصف 3 دقيق سريريا غير دقيق سريريا دقة عدد البراغي 32 1 0 0 33 0 100% الجدول 1: الدقة السريرية للبراغي المزروعة وفقا لمقياس درجات Gertzbein. تم اعتبار الدرجات 0 أو 1 دقيقة. تم اعتبار الصفوف 2 أو 3 غير دقيقة. لتقييم الدقة الفنية ، تم قياس انحراف كل قنية عن مسارها المخطط عند مدخل العظام وفي أسفل قناة الحفر (الشكل 10). تم إجراء قياسات 3D عن طريق دمج المسح أثناء العملية ، بما في ذلك مسارات القنية المخطط لها ، مع مسح ما بعد الجراحة للقنية. تم حساب الانحراف الزاوي بناء على هذه البيانات. الشكل 10: نظرة عامة على نموذج القياس للدقة الفنية. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل. تم وصف هذه الطريقة سابقا بواسطة Frisk et al.12. بالنسبة للقنية ال 33 التي تم إجراؤها ، كانت الدقة الفنية 1.0 مم ± 0.5 مم (الوسيط [المدى]: 1.0 [0.4-3.3]) عند نقطة الدخول (الشكل 11) و 0.8 مم ± 0.1 مم (المتوسط [المدى]: 0.8 [0.6-4.6]) في الجزء السفلي من قناة الحفر (الشكل 12). كان الانحراف الزاوي 1.5 درجة ± 0.6 درجة (الوسيط [المدى]: 1.5 [0.3-5.0] ؛ الشكل 13). الشكل 11: الدقة الفنية عند نقطة دخول العظام. أعلى ، الدقة الفنية عند الإدخال ؛ أسفل ، مخطط المربع المقابل الذي يوضح المتوسط والنطاق الربيعي والقيم المتطرفة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. الشكل 12: الدقة الفنية عند الهدف (طرف قناة الحفر). أعلى ، الدقة الفنية في الهدف (طرف قناة الحفر) ؛ في الأسفل، مخطط المربع المقابل الذي يعرض المتوسط والنطاق الربيعي والقيم المتطرفة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. الشكل 13: الانحراف الزاوي مقارنة بالمسار المخطط. أعلى ، انحراف الزاوية عن المسار المخطط ؛ في الأسفل ، مخطط المربع المقابل الذي يوضح النطاق المتوسط والربيعي. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Discussion

في هذه الدراسة ، تم وصف سير عمل جديد لوضع برغي عنيق طفيف التوغل باستخدام HMD في ظروف معقمة وتقييم دقته. هناك العديد من التقارير العلمية حول أنظمة HMD للملاحة القحفية والعمود الفقري ، حصل اثنان منها على موافقة إدارة الغذاء والدواء للاستخدام السريري^17,18. أظهرت دراسات أخرى نتائج واعدة في قابلية استخدام HMDs في البيئات المعقمة^19,20 ، بالإضافة إلى دقة جيدة في الدراسات الوهمية والجثث 12,13,21. تدعم نتائج الدراسة الحالية فائدة وجدوى سير العمل في بيئة معقمة ويمكن أن تكون بمثابة أساس مهم للإدخال السريري للجهاز الحالي.

تتميز هذه الدراسة بالوصف التفصيلي للإجراء في غرفة العمليات. باستخدام مفهوم التنقل المتكامل ، بما في ذلك CBCT و HMD أثناء العملية ، يمكن أتمتة تسجيل المريض وتراكب الصور لتوفير الوقت والجهد في غرفة العمليات. بمجرد اكتمال الإعداد وتجهيز الجراحين ب HMD الذي تمت معايرته للعين ، يمكن تنفيذ جميع الخطوات الأخرى بسلاسة. من المزايا الرائعة للتخطيط المسبق لمسارات المسمار أن أي انحراف عن المسار الصحيح يمكن تصوره وتصحيحه على الفور.

عند اكتمال التخطيط ، يمكن رؤية المسارات من خلال عنيق وسوف تتطابق مع الانحناءات التشريحية للعنايق. ستصبح أي مسارات لا تتطابق مع انحناء الآخرين واضحة ، ويمكن للجراح بعد ذلك تصحيحها لتسهيل وضع القضيب اللاحق. يتم حفظ المسارات المخطط لها ، ويمكن استخدامها بعد ذلك لتقييم الدقة الفنية بعد الاندماج في فحوصات ما بعد الجراحة. في هذا السياق ، الدقة الفنية هي مزيج من الخطأ الوارد لنظام الملاحة وقدرة الجراح على الالتزام بالمسار المخطط له. الأهم من ذلك ، أن إمكانية إجراء تأكيد CBCT يسمح بالمراجعة أثناء العملية لأي برغي قد يتم وضعه بشكل غير صحيح ، على الرغم من الملاحة.

CBCT هو جهاز تصوير معروف ويستخدم على نطاق واسع للملاحة أثناء العملية والتحقق بعد العملية الجراحية. يوفر CBCT صورا 3D بجودة عالية مقارنة بصور 2D من C-arm ، وهو جهاز شائع الاستخدام في جراحة العمود الفقري. جودة الصورة ودقة التشخيص ل CBCT قابلة للمقارنة مع التصوير المقطعي المحوسب التقليدي. تتشابه متطلبات الوقت للإعداد واللف المعقم مع متطلبات الذراع C القياسية ولكن مع تصوير بجودة تشخيص أفضل^{بكثير 22}^،²³^،²⁴^،²⁵.

الفرق في الدقة التقنية بين نقطة الدخول والنقطة المستهدفة هو نتيجة لحقيقة أن الدقة في نقطة الدخول تعتمد بشكل كبير على التشريح في نقطة الدخول المختارة. إذا تم وضع نقطة الدخول على منحدر على سطح العظم ، فهناك دائما خطر تخطي^26,27. عندما يتم إدخال عنيق ، ستوجه الجدران القشرية الصلبة الجهاز ، وبالتالي ، سيكون الانحراف عند الهدف أصغر بسبب عدم وجود مجال للتذبذب.

يوفر HMD نموذج 3D الذي يتم تقديمه من CBCT أثناء العملية أو التصوير قبل الجراحة وتعزيزه على العمود الفقري الفعلي. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يعرض صور 2D في الطائرات المحورية والسهمية والإكليلية ، بالإضافة إلى نموذج 3D ثان يمكن للجراح تدويره ووضعه في أي مكان في الفضاء الافتراضي ، بناء على التفضيل الشخصي. يتم حاليا التفاعل مع برنامج العرض باستخدام جهاز تحكم عن بعد. لاستخدام جهاز التحكم عن بعد هذا في بيئة معقمة ، يجب وضعه في كيس بلاستيكي معقم. هذه ممارسة قياسية مع العديد من الأجهزة المحمولة غير المعقمة التي يجب استخدامها في البيئات المعقمة. ومع ذلك ، في البيئة السريرية ، يفضل إيماءات اليد أو الأوامر الصوتية. أثناء التنقل ، توفر التمثيلات الافتراضية للأدوات المتعقبة في طرق العرض 2D و 3D ملاحظات بصرية لمساعدة الجراح.

لقد تطورت HMD نفسها ، والجيل الثاني من Magic Leap أخف وزنا ولديه مجال رؤية أكبر. يعد مجال الرؤية عاملا مهما في استخدام HMDs ويمثل إحدى الميزات التي يتم تطويرها باستمرار. كان مجال رؤية Magic Leap فعالا تماما لإجراء هذه التجربة ولم يشكل أي قيود على سير العمل. يحتوي كل HMD على جهاز كمبيوتر صغير خاص به يحتاج الجراح إلى ارتدائه تحت العباءة المعقمة. يتم الاتصال بين HMD ونظام الملاحة عبر Wi-Fi ، وقد تؤدي قيود الشبكة إلى زمن الوصول. على الرغم من أن هذا المنتج هو النموذج الأولي الأول ، إلا أن النتائج الحالية تشير إلى دقة سريرية ممتازة ودقة تقنية دون المليمتر.

حدود هذه الدراسة هي حجم العينة الصغير ونموذج الخنازير والجثث. لا يمكن تقييم الآثار المحتملة للتنفس والنزيف على الدقة. على الرغم من استخدام تقنية طفيفة التوغل ، لم يتم إدخال مسامير. ومع ذلك ، كانت القنوات اللولبية مرئية بسهولة وسمحت بإجراء تقييم دقيق للدقة دون تدخل من القطع الأثرية المعدنية. في الختام ، تقدم هذه الورقة وصفا تفصيليا لسير عمل جديد لتنقل HMD AR. عند استخدامها لقنية عنيق طفيفة التوغل في نموذج الخنازير ، يمكن تحقيق الدقة التقنية تحت المليمتر والدقة السريرية بنسبة 100٪.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

اي.

Materials

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

References

Kosmopoulos, V., Schizas, C. Pedicle screw placement accuracy: A meta-analysis. Spine. 32 (3), 111-1120 (2007).
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).
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).
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).
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).
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).
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).
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).
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).
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).
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).
Frisk, H., et al. Feasibility and accuracy of thoracolumbar pedicle screw placement using an augmented reality head mounted device. Sensors. 22 (2), 522 (2022).
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).
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).
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).
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).
Bhatt, F. R., et al. Augmented reality-assisted spine surgery: An early experience demonstrating safety and accuracy with 218 screws. Global Spine Journal. , (2022).
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).
Dennler, C., et al. Augmented reality in the operating room: A clinical feasibility study. BMC Musculoskeletal Disorders. 22 (1), 451 (2021).
Cofano, F., et al. Augmented reality in medical practice: From spine surgery to remote assistance. Frontiers in Surgery. 8, 657901 (2021).
Muller, F., et al. Augmented reality navigation for spinal pedicle screw instrumentation using intraoperative 3D imaging. Spine Journal. 20 (4), 621-628 (2020).
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).
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).
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).
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).
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).
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).

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite This Article

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).