Den hodemonterte augmented reality-skjermen, Magic Leap, ble brukt i kombinasjon med et konvensjonelt navigasjonssystem for å plassere pedicleskruer i en svinemodell ved å følge en ny arbeidsflyt. Med en median innsettingstid på <2,5 minutter ble submillimeter teknisk nøyaktighet og 100 % klinisk nøyaktighet oppnådd i henhold til Gertzbein.
Denne protokollen bidrar til å vurdere nøyaktigheten og arbeidsflyten til et hybrid navigasjonssystem for utvidet virkelighet (AR) ved hjelp av HMD (Magic Leap head-mounted display) for minimalt invasiv plassering av pedicle skrue. De kadaveriske svineprøvene ble plassert på et kirurgisk bord og drapert med sterile deksler. Nivåene av interesse ble identifisert ved hjelp av fluoroskopi, og en dynamisk referanseramme ble festet til den spinøse prosessen til en vertebra i interesseområdet. Kjeglestråle datastyrt tomografi (CBCT) ble utført, og en 3D-gjengivelse ble automatisk generert, som ble brukt til den påfølgende planleggingen av pedicle skrueplasseringene. Hver kirurg ble utstyrt med en HMD som var individuelt øyekalibrert og koblet til spinalnavigasjonssystemet.
Navigerte instrumenter, sporet av navigasjonssystemet og vist i 2D og 3D i HMD, ble brukt til 33 pediclekanyleringer, hver med en diameter på 4,5 mm. Postprosedyremessige CBCT-skanninger ble vurdert av en uavhengig kontrollør for å måle den tekniske (avviket fra den planlagte banen) og klinisk (Gertzbein grad) nøyaktighet av hver kanylering. Navigasjonstiden for hver kanylering ble målt. Den tekniske nøyaktigheten var 1,0 mm ± 0,5 mm ved inngangspunktet og 0,8 mm ± 0,1 mm ved målet. Vinkelavviket var 1,5° ± 0,6°, og gjennomsnittlig innsettingstid per kanylering var 141 s ± 71 s. Den kliniske nøyaktigheten var 100 % i henhold til Gertzbeins graderingsskala (32 grad 0; 1 grad 1). Når det brukes til minimalt invasive pediclekanyleringer i en svinemodell, kan submillimeter teknisk nøyaktighet og 100% klinisk nøyaktighet oppnås med denne protokollen.
Riktig plassering av pedicle skruer er viktig for å unngå skade på nevrovaskulære strukturer i og rundt ryggraden. Plasseringsnøyaktigheten ved bruk av frihåndsteknikken er svært variabel1. Ved å bruke 3D-navigasjon forbedres nøyaktigheten sammenlignet med tradisjonelle bildeveiledede metoder basert på intraoperativ fluoroskopi. Høyere nøyaktighet reduserer risikoen for revisjonskirurgi 2,3.
Med estimering av at gjennomsnittlig forventet levealder vil fortsette å øke, vil et økende antall eldre pasienter trenge kirurgiske ryggradsprosedyrer for ulike patologier4. Minimalt invasive tilnærminger vinner terreng på grunn av deres lavere sykelighet, spesielt hos eldre 5,6. Disse tilnærmingene er imidlertid avhengige av nøyaktige navigasjonsløsninger. Siden navigasjonen er bildebasert, arbeides det med å redusere intraoperativ strålingseksponering av pasienter og ansatte 7,8,9,10.
Augmented reality (AR) er en ny teknologi innen kirurgisk navigasjon som tar sikte på å forbedre nøyaktigheten og effekten i operasjonssalen (OR)11. AR legger datagenerert informasjon over et virkelighetsbilde. Dette fungerer spesielt godt når den overlagrede informasjonen ses gjennom en HMD. For dette formålet har HMD-er som bruker head-up-displayteknologi fått oppmerksomhet på grunn av deres lille størrelse, bærbarhet og muligheten til å opprettholde en direkte siktlinje. Flere HMD-er er tilgjengelige på markedet i dag for AR-navigasjon 12,13,14,15,16.
Magic Leap-headsettet er en optisk gjennomsiktig HMD, inkludert flere kameraer, en dybdesensor og treghetsmåleenheter, som brukes til å bestemme hodesettets posisjon og orientering i miljøet. Formålet med denne studien var å evaluere arbeidsflyten til Magic Leap HMD, kombinert med et konvensjonelt navigasjonssystem og en toppmoderne mobil CBCT-enhet, for intraoperativ avbildning i et realistisk kirurgisk miljø.
I denne studien beskrives en ny arbeidsflyt for minimalt invasiv pedicle skrueplassering ved bruk av en HMD i sterile forhold og dens nøyaktighet evalueres. Det er flere vitenskapelige rapporter om HMD-systemer for kranial- og spinalnavigasjon, hvorav to har fått FDA-godkjenning for klinisk bruk17,18. Andre studier har vist lovende resultater i brukbarheten av HMD i sterile miljøer19,20, samt god nøyaktighet i fantom- og kadaverstudier 12,13,21. Resultatene fra den nåværende studien støtter nytten og gjennomførbarheten av arbeidsflyten i et sterilt miljø og kan tjene som et viktig grunnlag for den kliniske introduksjonen av den nåværende enheten.
Denne studien preges av trinnvis beskrivelse av prosedyren i OR. Ved hjelp av et integrert navigasjonskonsept, inkludert intraoperativ CBCT og HMD, kan pasientregistreringen og bildeoverlegget automatiseres for å spare tid og krefter i operasjonssalen. Når oppsettet er fullført og kirurgene er utstyrt med øyekalibrert HMD, kan alle de andre trinnene utføres sømløst. En stor fordel med forhåndsplanleggingen av skruebanene er at eventuelle avvik fra riktig bane umiddelbart kan visualiseres og korrigeres.
Når planleggingen er fullført, kan banene ses gjennom pediklene og vil samsvare med pediklenes anatomiske vinkler. Eventuelle baner som ikke samsvarer med vinkelen til de andre vil bli tydelige, og kirurgen kan deretter korrigere dem for å lette den påfølgende stavplasseringen. De planlagte banene lagres, og de kan deretter brukes til å vurdere den tekniske nøyaktigheten etter fusjon til de postoperative skanningene. I denne sammenhengen er teknisk nøyaktighet en kombinasjon av navigasjonssystemets innkommende feil og kirurgens evne til å følge den planlagte banen. Det er viktig at muligheten til å utføre en bekreftelses-CBCT tillater intraoperativ revisjon av enhver skrue som, til tross for navigering, kan være feil plassert.
CBCT er en velkjent og mye brukt bildebehandlingsenhet for intraoperativ navigasjon og postoperativ verifisering. CBCT gir 3D-bilder av overlegen kvalitet sammenlignet med 2D-bildene fra en C-arm, en enhet som vanligvis brukes i ryggkirurgi. Bildekvaliteten og den diagnostiske nøyaktigheten til CBCT er sammenlignbar med konvensjonell CT. Tidskravet for oppsett og steril drapering ligner på en standard C-arm, men med mye bedre diagnostisk bildekvalitet 22,23,24,25.
Forskjellen i teknisk nøyaktighet mellom inngangspunktet og målpunktet er et resultat av at nøyaktigheten ved inngangspunktet er svært avhengig av anatomien ved det valgte inngangspunktet. Hvis inngangspunktet er plassert i en skråning på beinoverflaten, er det alltid en risiko for skiving 26,27. Når pedicle er kommet inn, vil de stive kortikale veggene lede enheten, og derfor vil avviket på målet være mindre på grunn av at det ikke er rom for wiggling.
HMD gir en 3D-modell som gjengis fra intraoperativ CBCT eller preoperativ avbildning og forsterkes på selve ryggraden. I tillegg viser den 2D-bilder i aksiale, sagittale og koronale plan, samt en annen 3D-modell som kirurgen kan rotere og plassere hvor som helst i det virtuelle rommet, basert på personlig preferanse. Interaksjon med skjermprogramvaren utføres for øyeblikket ved hjelp av en fjernkontroll. For å bruke denne fjernkontrollen i et sterilt miljø, må den plasseres i en steril plastpose. Dette er standard praksis med flere ikke-sterile håndholdte enheter som må brukes i sterile miljøer. Men i et klinisk miljø vil håndbevegelser eller talekommandoer være å foretrekke. Under navigering gir virtuelle representasjoner av de sporede instrumentene i 2D- og 3D-visningene visuell tilbakemelding for å hjelpe kirurgen.
HMD selv har utviklet seg, og andre generasjon av Magic Leap er lettere og har et større synsfelt. Synsfeltet er en viktig faktor i bruken av HMD og representerer en av funksjonene som stadig utvikles videre. Synsfeltet til det magiske spranget var fullt effektivt for å gjennomføre dette eksperimentet og utgjorde ingen begrensninger for arbeidsflyten. Hver HMD har sin egen lille datamaskin som kirurgen må ha under sine sterile kjoler. Kommunikasjonen mellom HMD og navigasjonssystemet skjer via Wi-Fi, og nettverksbegrensninger kan føre til ventetid. Til tross for at dette produktet er den første prototypen, indikerer de nåværende resultatene utmerket klinisk nøyaktighet og submillimeter teknisk nøyaktighet.
Begrensningene i denne studien er den lille prøvestørrelsen og den svine, kadaveriske modellen. De mulige effektene av pust og blødning på nøyaktigheten kunne ikke evalueres. Selv om en minimalt invasiv teknikk ble brukt, ble ingen skruer satt inn. Skruekanalene var imidlertid lett synlige og tillot en nøyaktig vurdering av nøyaktighet uten forstyrrelser fra metallartefakter. Avslutningsvis gir denne rapporten en detaljert beskrivelse av en ny arbeidsflyt for HMD AR-navigasjon. Når det brukes til minimalt invasive pediclekanyleringer i en svinemodell, kan submillimeter teknisk nøyaktighet og 100% klinisk nøyaktighet oppnås.
The authors have nothing to disclose.
Ingen.
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 |