Размещение педикулярного винта с помощью дисплея дополненной реальности на голове в модели свиньи
24 мая 2024 г.
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.
В этом протоколе мы предоставляем подробное руководство по интеграции дополненной реальности в ваш минимально инвазивный рабочий процесс замены транспедикулярных винтов в модели трупа свиньи. Поскольку дополненная реальность все еще является относительно новой технологией в хирургии, важно предоставить хирургам надлежащие рекомендации по ее использованию во время операции. В этом исследовании мы используем обычную навигационную установку с добавлением гарнитуры дополненной реальности для предоставления навигационной информации прямо в операционном поле.
Это избавляет от необходимости распределять внимание между операционным полем и отдельным навигационным дисплеем. Для начала сделайте два 2D-снимка образца трупа свиньи, подготовленного к операции. С помощью сканера КЛКТ Loop-X определите интересующие вас уровни позвонков с помощью рентгеноскопии.
Для выполнения рентгеноскопии используйте беспроводной планшет управления сканером КЛКТ, чтобы переместить сканер в нужное положение и отметить положение на коже. Отодвиньте сканер КЛКТ подальше от операционного поля. Затем наденьте рюкзак для налобного дисплея или шлема виртуальной реальности.
Обнажите остистый отросток и прикрепите рентгенопрозрачный навигационный опорный зажим к остистому отростку в интересующей области. Используйте специальную отвертку, чтобы закрепить зажим. Теперь выполните переднее, заднее и боковое сканирование с помощью Loop-X.
Используйте 2D-сканы, чтобы определить область интереса для 3D-сканирования. Затем выполните КЛКТ-сканирование и перенесите скан на навигационную платформу. Используйте спинномозговой указатель и реконструированные встроенные навигационные виды, чтобы проверить точность регистрации пациента по анатомическим ориентирам.
Чтобы откалибровать навигационную направляющую и отвертку к навигационной системе, выберите инструмент в программном обеспечении Brainlab Spine and Trauma Instrument Setup. Предъявите реальный прибор камере навигационной системы вместе с калибровочным устройством. Затем снабдите хирурга гарнитурой Magic Leap и убедитесь, что каждому хирургу точно установлен шлем виртуальной реальности.
Чтобы установить связь между шлемом виртуальной реальности и навигационным программным обеспечением для позвоночника и травм, отсканируйте QR-код, отображаемый на экране навигационной платформы. Соответствующее приложение смешанной реальности запустится на шлеме виртуальной реальности и инициирует передачу на него данных. Чтобы выполнить выравнивание смешанной реальности, посмотрите на массив ссылок spine через шлем виртуальной реальности в течение нескольких секунд.
Подождите, пока 3D-модель позвоночника будет точно увеличена на образце в шлеме виртуальной реальности. В дополнение к 3D-наложению просмотрите 2D-виды навигации и вторую 3D-модель над 2D-видами навигации. Выберите режим Screw Planning (Планирование винтов) в программном обеспечении Spine and Trauma Navigation (Навигация по позвоночнику и травматологии).
Отрегулируйте параметры длины, диаметра и смещения винта. Спланируйте траектории транспедикулярных винтов на основе 3D-зарегистрированной дополненной модели, выровняв их с анатомией позвоночника. Выполните тонкую настройку винтовых траекторий на сенсорном экране навигационной платформы.
Затем отметьте скальпелем небольшие разрезы кожи для минимально инвазивного доступа к ножке на основе наложенной 3D-модели, видимой через шлем виртуальной реальности. После рассечения мягких тканей расположите и выровняйте направляющую сверла с навигацией по запланированной траектории. С помощью электродрели со сверлом 4,5 миллиметра просверлите ножку.
Выполните повторную КЛКТ для получения реконструкций просверленных позвонков для анализа точности. Убедитесь, что просверленный канал в позвонках хорошо виден, прежде чем использовать его для последующего анализа точности. Послеоперационная КЛКТ использовалась для оценки времени на канюлю, а также клинико-технической точности.
Среднее время введения одной канюляции составило 141 плюс-минус 71 секунда. Все 33 канюляции были признаны клинически точными по шкале Герцбейна. Для 33 выполненных канюль на ножке техническая точность составила 1,0 плюс-минус 0,5 миллиметра в точке входа.
И 0,8 плюс-минус 0,1 миллиметра на дне бурового канала. Угловое отклонение составило 1,5 плюс-минус 0,6 градуса. В нашем исследовании использование дополненной реальности, представленной на устройстве, установленном на голове, обеспечивает высокую клиническую точность сверления ножек в этой модели трупа свиньи.
Наше исследование представляет собой пошаговое руководство, облегчающее интеграцию дополненной реальности в хирургический рабочий процесс.
Обзор
Это исследование исследует интеграцию дополненной реальности (AR) в минимально инвазивную замену болтов педикула с использованием модели на свиньях. Использование головного дисплея Magic Leap в сочетании с обычными навигационными системами продемонстрировало высокую клиническую точность и эффективность.
Ключевые компоненты исследования
Область науки
- Нейрохирургия
- Дополненная реальность в хирургии
- Минимально инвазивные методы
Предпосылки
- Дополненная реальность - это новая технология в хирургии.
- Правильное руководство необходимо для хирургов, использующих AR во время процедур.
- Это исследование сосредоточено на повышении точности размещения болтов педикула.
- Сочетание AR с традиционными навигационными системами может улучшить результаты хирургии.
Цель исследования
- Предоставить детальный протокол по интеграции AR в хирургические рабочие процессы.
- Оценить точность и эффективность размещения болтов педикула с использованием AR.
- Оценить клиническую применимость AR на модели трупа свиньи.
Использованные методы
- Использование головного устройства Magic Leap наряду с обычной навигационной системой.
- Проведение флюорографии и сканирования CBCT для идентификации уровней позвонков.
- Калибровка навигационных инструментов и установление связи с системой AR.
- Проведение оценок точности с помощью сканирования CBCT после операции.
Основные результаты
- Среднее время вставки винтов было менее 2,5 минут.
- Достигнута субмиллиметровая техническая точность и 100% клиническая точность.
- Техническая точность измерялась на уровне 1,0 мм в точке входа и 0,8 мм в нижней части каналов бура.
- Зарегистрированное угловое отклонение составило 1,5 градуса.
Выводы
- AR значительно улучшает точность размещения болтов педикула.
- Исследование предоставляет всеобъемлющий руководство по интеграции AR в хирургии.
- Будущие применения AR могут еще больше улучшить точность и результаты хирургии.
Часто задаваемые вопросы
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
