Umieszczanie pedikularnych za pomocą wyświetlacza montowanego na głowie w modelu świni
24 maja 2024
Wyświetlacz rzeczywistości rozszerzonej, Magic Leap, został użyty w połączeniu z konwencjonalnym systemem nawigacji do umieszczania pedikularnych w modelu świni, stosując nowatorski przepływ pracy. Przy medianie czasu wprowadzania wynoszącej <2,5 min, według Gertzbeina osiągnięto submilimetrową dokładność techniczną i 100% dokładność kliniczną.
W tym protokole przedstawiamy szczegółowy przewodnik dotyczący integracji rzeczywistości rozszerzonej z minimalnie inwazyjną wymianą pedikularnych w modelu zwłok świni. Ponieważ rzeczywistość rozszerzona jest wciąż stosunkowo nową technologią w chirurgii, cenne jest zapewnienie chirurgom odpowiednich wskazówek dotyczących jej wykorzystania podczas operacji. W tej konfiguracji badania używamy konwencjonalnej konfiguracji nawigacji z dodatkiem zestawu słuchawkowego rzeczywistości rozszerzonej, aby zapewnić informacje nawigacyjne bezpośrednio w polu operacyjnym.
Zapobiega to konieczności dzielenia uwagi między pole operacyjne a oddzielny wyświetlacz nawigacyjny. Na początek zdobądź dwa ujęcia zwiadowcze 2D próbki zwłok świń przygotowanych do operacji. Za pomocą skanera CBCT Loop-X zidentyfikuj poziomy kręgów zainteresowania za pomocą fluoroskopii.
Aby wykonać badanie fluoroskopowe, użyj bezprzewodowego tabletu sterującego skanera CBCT, aby przesunąć skaner do żądanej pozycji i zaznaczyć pozycję na skórze. Odsunąć skaner CBCT od pola operacyjnego. Następnie załóż plecak na wyświetlacz montowany na głowie lub gogle
.Odsłoń wyrostek kolczysty i przymocuj zacisk odniesienia do nawigacji przeziernej dla promieni rentgenowskich do wyrostka kolczystego w obszarze zainteresowania. Użyj dedykowanego śrubokręta, aby zamocować zacisk. Teraz wykonaj skan przedni, tylny i boczny za pomocą Loop-X.
Użyj skanów 2D, aby zdefiniować obszar zainteresowania dla skanowania 3D. Następnie należy wykonać skan CBCT i przesłać go na platformę nawigacyjną. Użyj wskaźnika kręgosłupa i zrekonstruowanych widoków nawigacji w wierszu, aby zweryfikować dokładność rejestracji pacjenta na anatomicznych punktach orientacyjnych.
Aby skalibrować prowadnicę wiertła z nawigacją i śrubokręt do systemu nawigacyjnego, wybierz instrument w oprogramowaniu do konfiguracji przyrządów do leczenia kręgosłupa i urazów firmy Brainlab. Przedstaw rzeczywisty instrument do kamery systemu nawigacyjnego wraz z urządzeniem kalibracyjnym. Następnie wyposaż chirurga w zestaw słuchawkowy Magic Leap i upewnij się, że każdy chirurg jest dokładnie dopasowany do gogli
.Aby nawiązać komunikację między goglami a oprogramowaniem do nawigacji kręgosłupa i urazów, zeskanuj kod QR wyświetlany na ekranie platformy nawigacyjnej. Odpowiednia aplikacja rzeczywistości mieszanej zacznie działać na goglach i rozpocznie do niego transfer danych. Aby wykonać wyrównanie rzeczywistości mieszanej, spójrz na tablicę referencyjną kręgosłupa przez gogle przez kilka sekund.
Poczekaj, aż model 3D kręgosłupa zostanie dokładnie powiększony na próbce w goglach. Oprócz nakładki 3D spójrz na widoki nawigacji 2D i drugi model 3D nad widokami nawigacji 2D. Wybierz tryb planowania w oprogramowaniu do nawigacji po kręgosłupie i urazach.
Dostosuj parametry długości, średnicy i przesunięcia. Zaplanuj ścieżki pedikularnych w oparciu o zarejestrowany w 3D model rozszerzony, dopasowując je do anatomii kręgosłupa. Wykonaj precyzyjne dostrojenie ścieżek na ekranie dotykowym platformy nawigacyjnej.
Następnie zaznacz skalpelem małe nacięcia skóry, aby uzyskać minimalnie inwazyjny dostęp do szypułki w oparciu o nałożony model 3D widoczny przez gogle. Po wypreparowaniu tkanki miękkiej ustaw i wyrównaj nawigowaną prowadnicę wiertła do zaplanowanej ścieżki. Za pomocą wiertarki z wiertłem 4,5 milimetra wywierć szypułkę.
Wykonaj drugą CBCT w celu uzyskania rekonstrukcji wywierconych kręgów w celu analizy dokładności. Upewnij się, że przewiercony kanał w kręgach jest wyraźnie widoczny przed użyciem go do późniejszych analiz dokładności. Pooperacyjne skany CBCT wykorzystano do oceny czasu na kaniulację oraz dokładności klinicznej i technicznej.
Średni czas wprowadzenia na kaniulację wynosił 141 plus minus 71 sekund. Wszystkie 33 kaniulacje uznano za klinicznie dokładne zgodnie ze skalą ocen Gertzbeina. Dla 33 wykonanych kaniulacji szypułkowych dokładność techniczna wynosiła 1,0 plus minus 0,5 milimetra w punkcie wejścia.
I 0,8 plus minus 0,1 milimetra na dnie kanału wiertniczego. Odchylenie kątowe wynosiło 1,5 plus minus 0,6 stopnia. W naszym badaniu, wykorzystanie rzeczywistości rozszerzonej prezentowanej na urządzeniu montowanym na głowie zapewnia wysoką kliniczną dokładność wiercenia szypułek w tym modelu zwłok świni.
Nasze badanie zawiera przewodnik krok po kroku, który ułatwia integrację rzeczywistości rozszerzonej z przepływem pracy chirurgicznej.
Przegląd
To badanie bada integrację rzeczywistości rozszerzonej (AR) w minimalnie inwazyjnej wymianie śrub pedykulowych za pomocą modelu świń. Zastosowanie magicznego wyświetlacza głowy Magic Leap w połączeniu z konwencjonalnymi systemami nawigacyjnymi wykazało wysoką dokładność kliniczną i efektywność.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neurochirurgia
- Rzeczywistość rozszerzona w chirurgii
- Techniki minimalnie inwazyjne
Tło
- Rzeczywistość rozszerzona to nowa technologia w zastosowaniach chirurgicznych.
- Właściwe wskazówki są niezbędne dla chirurgów stosujących AR podczas zabiegów.
- To badanie koncentruje się na poprawie dokładności umieszczania śrub pedykulowych.
- Łączenie AR z tradycyjnymi systemami nawigacyjnymi może poprawić wyniki operacyjne.
Cel badania
- Aby dostarczyć szczegółowy protokół integracji AR z procesami chirurgicznymi.
- Aby ocenić dokładność i efektywność umieszczania śrub pedykulowych przy użyciu AR.
- Aby ocenić kliniczna przydatność AR w modelu zwłok świń.
Zastosowane metody
- Wykorzystano zestaw Magic Leap w połączeniu z konwencjonalnym systemem nawigacyjnym.
- Przeprowadzono fluoroskopię i skanowanie CBCT w celu identyfikacji poziomów kręgów.
- Kalibrowano narzędzia nawigacyjne i nawiązano komunikację z systemem AR.
- Przeprowadzono oceny dokładności za pomocą pooperacyjnych skanów CBCT.
Główne wyniki
- Median czasu wprowadzania śrub był krótszy niż 2,5 minuty.
- Osiągnięto dokładność techniczną poniżej milimetra i 100% dokładność kliniczna.
- Dokładność techniczna wynosiła 1,0 mm w punkcie wejścia i 0,8 mm na dnie kanału wiertarka.
- Zarejestrowano odchylenie kątowe wynoszące 1,5 stopnia.
Wnioski
- AR znacznie poprawia dokładność umieszczania śrub pedykulowych.
- Badanie dostarcza kompleksowego przewodnika do integracji AR w praktyce chirurgicznej.
- Przyszłe zastosowania AR mogą jeszcze poprawić precyzję i wyniki operacyjne.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Integrating augmented reality (AR) head-mounted displays into surgical navigation workflows addresses the challenge of real-time, high-precision instrument guidance in complex anatomical procedures. This protocol demonstrates submillimeter technical accuracy and robust workflow reproducibility, supporting predictive confidence at critical decision points in device and tool validation pipelines. The approach is directly relevant for translational research teams seeking to de-risk navigation technologies prior to clinical or commercial advancement.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables rigorous assessment of navigation system accuracy in anatomically relevant models.
- Supports functional validation of AR-guided workflows for device development.
- Facilitates mechanistic de-risking by quantifying technical and clinical accuracy outputs.
Screening & Assay Development
- Establishes standardized, reproducible protocols for evaluating navigation-assisted interventions.
- Generates quantitative accuracy metrics (e.g., entry point deviation, angular deviation) for benchmarking.
- Prepares validated workflow components for downstream translational or preclinical studies.
Translational & Preclinical Research
- Aligns technical outputs with clinically relevant grading scales (e.g., Gertzbein) for translational continuity.
- Enables risk-adjusted advancement of navigation technologies based on objective performance data.
- Supports cross-functional collaboration by providing independently reviewed accuracy assessments.
Pipeline & Workflow Integration
This AR-guided navigation protocol fits within the continuum from device discovery through preclinical validation, providing a bridge between engineering innovation and translational readiness.
- Discovery Biology: Quantifies navigation accuracy and workflow feasibility in a controlled model system.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative outputs for cross-comparison of navigation modalities.
- Analytics: Provides statistical measures of deviation and clinical grading for robust decision-making.
- Translational Research: Aligns technical validation with clinical outcome metrics to support regulatory and preclinical milestones.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable protocol for evaluating AR navigation across diverse anatomical models.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in navigation system performance and reduces mechanistic ambiguity.
- Operational Value: Standardizes workflow, enhances reproducibility, and supports scalable evaluation of new technologies.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions for device advancement and optimizes capital allocation by reducing late-stage risk.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of navigation-assisted interventions in translational pipelines.
Implementation Considerations
- Requires expertise in surgical navigation, AR system calibration, and anatomical model handling.
- Demands access to CBCT imaging, AR head-mounted displays, and integrated navigation software.
- Necessitates cross-team standardization for calibration, workflow execution, and accuracy assessment.
- Adaptation to other anatomical models may require protocol modifications and additional validation.
- Accuracy and workflow metrics must be independently reviewed to ensure cross-study comparability.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:00
Introduction
0:56
Porcine Cadaver Specimen and Identification of the Vertebral Levels of Interest
2:26
Instrument Calibration and Head‐Mounted Device (HMD) Fitting
3:43
Planning the Pedicle Screw Placement, Pedicle Placement, and Visualization of the Screw Placement
5:01
Results: Analyzing the Technical Accuracy of the Pedicle Cannulation
5:55
Conclusion
