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

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Medicine

Platzierung von Pedikelschrauben mit einem Augmented-Reality-Head-Mounted-Display in einem Schweinemodell

Published: May 24, 2024

doi:

10.3791/64474

Henrik Frisk¹, Gustav Burström¹, Juliane Weinzierl², Linda Westernhagen², Florentin Tranchant², Erik Edström^1,3, Adrian Elmi-Terander^1,3

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

Summary

Das Augmented-Reality-Head-Mounted-Display Magic Leap wurde in Kombination mit einem herkömmlichen Navigationssystem verwendet, um Pedikelschrauben in einem Schweinemodell zu platzieren, indem ein neuartiger Workflow eingehalten wurde. Mit einer mittleren Einfügezeit von <2,5 min wurden nach Gertzbein eine technische Genauigkeit im Submillimeterbereich und eine klinische Genauigkeit von 100 % erreicht.

Abstract

Dieses Protokoll hilft bei der Bewertung der Genauigkeit und des Arbeitsablaufs eines Augmented-Reality-Hybrid-Navigationssystems (AR), das das Magic Leap Head-Mounted Display (HMD) für die minimalinvasive Platzierung von Pedikelschrauben verwendet. Die Leichenschweineproben wurden auf einen Operationstisch gelegt und mit sterilen Abdeckungen drapiert. Die interessierenden Ebenen wurden mittels Fluoroskopie identifiziert und ein dynamischer Referenzrahmen wurde an den Dornfortsatz eines Wirbels in der interessierenden Region angebracht. Es wurde eine Cone-Beam-Computertomographie (DVT) durchgeführt und automatisch ein 3D-Rendering generiert, das für die anschließende Planung der Pedikelschraubenplatzierungen verwendet wurde. Jeder Chirurg wurde mit einem HMD ausgestattet, das individuell auf die Augen kalibriert und mit dem Wirbelsäulennavigationssystem verbunden war.

Für 33 Pedikelkanülen mit einem Durchmesser von jeweils 4,5 mm wurden navigierte Instrumente verwendet, die vom Navigationssystem verfolgt und in 2D und 3D angezeigt wurden. Postprozedurale DVT-Scans wurden von einem unabhängigen Gutachter bewertet, um die technische (Abweichung vom geplanten Pfad) und klinische (Gertzbein-Grad) Genauigkeit jeder Kanülierung zu messen. Die Navigationszeit für jede Kanüle wurde gemessen. Die technische Genauigkeit betrug 1,0 mm ± 0,5 mm am Eintrittspunkt und 0,8 mm ± 0,1 mm am Ziel. Die Winkelabweichung betrug 1,5° ± 0,6°, und die mittlere Einstichzeit pro Kanülierung betrug 141 s ± 71 s. Die klinische Genauigkeit betrug 100% nach der Gertzbein-Notenskala (32 Grad 0; 1 Grad 1). Bei der Verwendung für minimalinvasive Pedikelkanülen in einem Schweinemodell konnte mit diesem Protokoll eine technische Genauigkeit im Submillimeterbereich und eine klinische Genauigkeit von 100 % erreicht werden.

Introduction

Die richtige Platzierung von Pedikelschrauben ist wichtig, um Schäden an neurovaskulären Strukturen in und um die Wirbelsäule zu vermeiden. Die Platzierungsgenauigkeit in der Freihandtechnik ist sehr variabel¹. Durch den Einsatz von 3D-Navigation wird die Genauigkeit im Vergleich zu herkömmlichen bildgeführten Methoden auf Basis der intraoperativen Fluoroskopie verbessert. Eine höhere Genauigkeit reduziert das Risiko einer Revisionsoperation ^2,3.

Mit der Schätzung, dass die durchschnittliche Lebenserwartung weiter steigen wird, werden immer mehr ältere Patienten chirurgische Eingriffe an der Wirbelsäule für verschiedene Pathologien benötigen⁴. Minimalinvasive Ansätze gewinnen aufgrund ihrer geringeren Morbidität an Bedeutung, insbesondere bei älteren Menschen ^5,6. Diese Ansätze sind jedoch auf genaue Navigationslösungen angewiesen. Da die Navigation bildbasiert ist, werden Anstrengungen unternommen, um die intraoperative Strahlenbelastung von Patienten und Personal zu reduzieren 7,8,9,10.

Augmented Reality (AR) ist eine aufstrebende Technologie in der chirurgischen Navigation, die darauf abzielt, die Genauigkeit und Wirksamkeit im Operationssaal (OP) zu ^verbessern11. AR überlagert computergenerierte Informationen mit einer realen Sichtweise. Dies funktioniert besonders gut, wenn die überlagerten Informationen durch ein HMD gesehen werden. Zu diesem Zweck haben HMDs mit Head-up-Display-Technologie aufgrund ihrer geringen Größe, Portabilität und der Möglichkeit, eine direkte Sichtverbindung aufrechtzuerhalten, Aufmerksamkeit erregt. Für die AR-Navigation 12,13,14,15,16 sind heute mehrere HMDs auf dem Markt erhältlich.

Das Magic Leap-Headset ist ein optisch durchsichtiges HMD, das mehrere Kameras, einen Tiefensensor und Trägheitsmesseinheiten umfasst, die zur Bestimmung der Position und Ausrichtung des Headsets in der Umgebung verwendet werden. Ziel dieser Studie war es, den Arbeitsablauf des Magic Leap HMD in Kombination mit einem herkömmlichen Navigationssystem und einem hochmodernen mobilen DVT-Gerät für die intraoperative Bildgebung in einer realistischen chirurgischen Umgebung zu bewerten.

Protocol

Das Verfahren wurde in einem konventionellen OP durchgeführt, der mit einem röntgendurchlässigen OP-Tisch, einer Navigationsplattform und einem mobilen DVT-Gerät ausgestattet war, das sowohl 2D-Fluoroskopie- als auch 3D-DVT-Bilder von hoher Qualität für die AR-Navigation lieferte. Für diese Studie wurden zwei Schweineleichen mit einer Länge von etwa 80 cm und einem Gewicht von 45 kg verwendet. Die Exemplare wurden kommerziell gekauft, und ihre Verwendung für dieses Experiment erforderte keine ethische Genehmigung. Alle Geräte, Instrumente und Software, die im beschriebenen Arbeitsablauf verwendet werden, sind in der Materialtabelle aufgeführt. Das folgende Schritt-für-Schritt-Verfahren wurde für jede Probe durchgeführt und wiederholt. 1. Exemplar eines Schweinekadavers Legen Sie die Schweinekadaverprobe auf den Operationstisch im Operationssaal. Drapieren Sie die Probe des Schweinekadavers in sterile Hüllen. Verwenden Sie eine Schnittfolie, um die Haut im Operationsfeld zu bedecken. 2. Identifizierung der interessierenden Wirbelebenen Identifizieren Sie mit dem DVT-Scanner die interessierenden Wirbelebenen durch Durchleuchtung. Verwenden Sie das drahtlose Steuertablett des DVT-Scanners, um den Scanner in die gewünschte Position zu bewegen, den Röntgenstrahl auszurichten und den Durchleuchtungsscan durchzuführen (Abbildung 1).HINWEIS: Die 2D-Scans können sofort auf dem Tablet überprüft werden. Die Wirbelebenen werden identifiziert, indem auf dem Durchleuchtungsscan nach Rippen gesucht und nach oben oder unten gezählt wird. Befestigen Sie die dynamische Referenzklemme für die röntgendurchlässige Navigation an einem Dornfortsatz im interessierenden Bereich, indem Sie den Dornfortsatz freilegen und die Klemme mit dem speziellen Schraubendreher befestigen. Befestigen Sie dann die reflektierenden Kugeln des Referenzrahmens an der Klemme (Abbildung 2). Führen Sie einen DVT-Scan durch und übertragen Sie den Scan auf die Navigationsplattform (über LAN) (Abbildung 3). Die Kamera des Navigationssystems verfolgt den DVT-Scanner und den dynamischen Referenzrahmen und ermöglicht so die automatische Patientenregistrierung mit der Brainlab Loop-X Automatic Registration Software auf der Navigationsplattform. Starten Sie die Wirbelsäulen- und Traumanavigationssoftware auf der Navigationsplattform. Verwenden Sie den Wirbelsäulenzeiger und die 2D-Navigationsansichten, um die Genauigkeit der Patientenregistrierung an anatomischen Orientierungspunkten zu überprüfen. Abbildung 1: Das drahtlose Steuertablett des DVT-Scanners. Die Tablette mit den Durchleuchtungsbildern aus dem DVT. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Abbildung 2: Ein schematisches Bild der Klemme, die am Dornfortsatz befestigt ist. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Abbildung 3: Das Loop-X-DVT. Das DVT führt einen Scan des drapierten Schweinekadavers mit der beigefügten Referenz durch. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. 3. Instrumentenkalibrierung Kalibrieren Sie eine navigierte Bohrführung und einen Schraubendreher auf das Navigationssystem. Wählen Sie dazu das Instrument in der Brainlab Spine & Trauma Instrument Setup Software aus und präsentieren Sie dann das reale Instrument zusammen mit einem Kalibrierungsgerät der Kamera des Navigationssystems. Bewegen Sie das Gerät in einer rotierenden Bewegung, während Sie mit dem Kalibriergerät in Kontakt sind, bis das Navigationssystem das Gerät erkennt. Verfolgen und visualisieren Sie das Instrument nach der Kalibrierung sowohl auf den 2D-Bildern als auch auf dem 3D-Modell im HMD. 4. Montage des am Kopf montierten Geräts Stellen Sie sicher, dass jeder Chirurg mit einem Magic Leap-Headset (HMD) ausgestattet ist. Stellen Sie sicher, dass das HMD und die Navigationsplattform mit demselben Netzwerk verbunden sind (WLAN-Verbindung für das HMD und LAN-Verbindung für die Navigationsplattform). Um die Kommunikation zwischen dem HMD und der Spine & Trauma Navigation Software herzustellen, schauen Sie sich den QR-Code an, der auf dem Bildschirm der Navigationsplattform angezeigt wird. Dadurch wird die entsprechende Mixed Reality-Anwendung gestartet, die auf dem HMD ausgeführt wird, und die Übertragung der Daten an das HMD. Führen Sie die Mixed Reality-Ausrichtung durch, indem Sie das Spine-Referenzarray einige Sekunden lang über das HMD betrachten. Warten Sie, bis ein 3D-Modell der Wirbelsäule, das auf der Grundlage des DVT-Scans gerendert wurde, genau auf die Probe im HMD übertragen wird. Sehen Sie sich zusätzlich zum 3D-Overlay die 2D-Navigationsansichten und ein zweites 3D-Modell über den 2D-Navigationsansichten (Hover-Ansicht) an, die im HMD angezeigt werden. Abbildung 4: Der Blick durch das HMD. Der Blick des Chirurgen durch das HMD zeigt sowohl 2D- als auch 3D-Informationen an. Das 3D-Overlay zeigt die geplanten 3D-Schrauben mit hervorstehenden Trajektorienlinien, die die Ausrichtung des Instruments unterstützen. Das untere 3D-Modell wird auf die Wirbelsäule des Schweins vergrößert; Weitere Informationen finden Sie in den oben schwebenden 2D- und 3D-Darstellungen, die frei im virtuellen Raum positioniert und ein- und ausgeschaltet werden können. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. 5. Planen der Platzierung der Pedikelschraube Planen Sie die Pedikelschraubenpfade basierend auf dem 3D-registrierten erweiterten Modell, richten Sie sie an der Anatomie der Wirbelsäule aus und visualisieren Sie sie im HMD (Abbildung 5). Führen Sie die Feinabstimmung der Schraubpfade auf dem Touchscreen der Navigationsplattform durch. Abbildung 5: Bahnplanung der Pedikelschraube. Die Pfade für die Pedikelschrauben werden mit dem HMD und dem Navigationszeiger geplant. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. 6. Beginnen Sie mit der Platzierung der Pedikelschraube Machen Sie kleine Hautschnitte von ca. 2 cm Länge mit einem Skalpell für einen minimalinvasiven Zugang zu den Pedikeln basierend auf dem überlagerten 3D-Modell, das durch das HMD sichtbar ist (Abbildung 6). Präparieren Sie das Weichgewebe mit einer minimalinvasiven Technik und erweitern Sie den Kanal mit Dilatatoren, bis der Pedikeleintrittspunkt auf der Wirbeloberfläche erreicht ist. Passen Sie die Tiefe der Bohrschablone an die Länge der für den Stiel geplanten Schraube an. Die geplante Schraubenlänge wird auf dem Bildschirm des Navigationssystems angezeigt. Positionieren Sie die navigierte Bohranleitung und richten Sie sie am geplanten Pfad aus. Bohren Sie den Stiel mit einer Bohrmaschine mit einem 4,5-mm-Bohrer (Abbildung 7). Bohren Sie gemäß dem geplanten Pfad; Die Bohrführung verhindert, dass der Bohrer tiefer als die geplante Tiefe eindringt. Schätzen Sie die Zeit vom Hautschnitt bis zum Bohren des Kanals für jeden Pedikel. Abbildung 6: Minimalinvasive Schnitte. Der Schweinekadaver von oben zeigt die minimalinvasiven Schnitte entlang der Wirbelsäule. Rechts ist die Referenz mit den reflektierenden Kugeln, die an den Dornfortsatz geklemmt sind. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Abbildung 7: Bohren der Stiele. Der Stiel wird mit einer Bohrmaschine gebohrt, wobei die durch das HMD sichtbare Navigation verwendet wird, um die Bohrführung auf den vorgeplanten Weg auszurichten. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. 7. Visualisierung der Schraubenplatzierung HINWEIS: Es wurden keine Schrauben platziert, um Metallartefakte während der Bewertung zu vermeiden. Führen Sie ein zweites DVT durch, um Röntgenbilder der gebohrten Wirbel für die Genauigkeitsanalyse aufzunehmen. Stellen Sie sicher, dass der gebohrte Kanal im Wirbel gut sichtbar ist, bevor Sie ihn für nachfolgende Genauigkeitsanalysen verwenden. 8. Kanülierung der Wirbelsäule Wiederholen Sie das oben beschriebene Verfahren in Abschnitt 2, Abschnitt 4, Abschnitt 6 und Abschnitt 7, um den nächsten interessierenden Bereich abzudecken, bis die gesamte Wirbelsäule kanüliert ist. Wiederholen Sie den gleichen Vorgang (Abschnitte 1-8) mit der zweiten Probe. 9. Bildanalyse Gleichen Sie die erhaltenen DVT-Bilder mit dem Navigationsplan ab und nehmen Sie Korrekturen gemäß den während des Eingriffs aufgenommenen Labornotizen vor. Lassen Sie alle Bilder von einem unabhängigen Gutachter bewerten und die Kanülen gemäß der Gertzbein-Bewertungsskala von 0 bis 3 bewerten. Die Noten 0 oder 1 gelten als genau. Die Noten 2 oder 3 gelten als ungenau. Verschmelzen Sie die Trajektorien der geplanten Pfade und der Kanülen und definieren Sie die technische Genauigkeit als Abweichung vom Pfad am Eintritt und Ziel. Messen Sie die Winkelabweichung.

Representative Results

Insgesamt wurden 33 navigierte Kanülen durchgeführt. Die Zeit pro Kanüle sowie die klinische und technische Genauigkeit wurden anhand der postoperativen DVT-Scans bewertet (Abbildung 8). Abbildung 8: Der postoperative Scan einer Gertzbein-Kanüle Grad 0. Der Scan umfasst den Operationsplan für die Pedikelkanüle, der in der koronalen, axialen und sagittalen Ansicht dargestellt wird. Beachten Sie die enge Ausrichtung der virtuellen Schraube und des kanülierten Kanals. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Die mittlere Einstichzeit pro Kanülierung betrug 141 s ± 71 s (Median [Bereich]: 151 [43-471]; Abbildung 9). Abbildung 9: Histogramm und Kasten der Verteilung der Pedikelkanülenzeiten. Oben, Histogramm der Verteilung der Pedikelkanülenzeiten (n = 33); unten, das entsprechende Boxplot mit dem Median, dem Interquartilsabstand und einem Ausreißer. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Alle 33 Kanülierungen wurden nach der Gertzbein-Bewertungsskala als klinisch korrekt eingestuft (32 Grad 0; 1 Grad 1; Tabelle 1). Gertzbein Klasse 0 Gertzbein Klasse 1 Gertzbein Klasse 2 Gertzbein Klasse 3 Klinisch genau Klinisch ungenau Genauigkeit Anzahl der Schrauben 32 1 0 0 33 0 100% Tabelle 1: Klinische Genauigkeit der implantierten Schrauben nach der Gertzbein-Bewertungsskala. Die Noten 0 oder 1 wurden als korrekt angesehen. Die Noten 2 oder 3 wurden als ungenau angesehen. Um die technische Genauigkeit zu beurteilen, wurde die Abweichung jeder Kanüle von ihrem geplanten Weg am Knocheneintritt und am Boden des Bohrkanals gemessen (Abbildung 10). Die 3D-Messungen wurden durchgeführt, indem der intraoperative Scan einschließlich der geplanten Kanülenpfade mit dem postoperativen Scan der Kanülen verschmolzen wurde. Basierend auf diesen Daten wurde die Winkelabweichung berechnet. Abbildung 10: Übersicht des Messmodells für technische Genauigkeit. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Diese Methode wurde zuvor von Frisk et al.12 beschrieben. Bei den 33 durchgeführten Pedikelkanülen betrug die technische Genauigkeit 1,0 mm ± 0,5 mm (Median [Bereich]: 1,0 [0,4-3,3]) am Eintrittspunkt (Abbildung 11) und 0,8 mm ± 0,1 mm (Median [Bereich]: 0,8 [0,6-4,6]) am Boden des Bohrkanals (Abbildung 12). Die Winkelabweichung betrug 1,5° ± 0,6° (Median [Bereich]: 1,5 [0,3-5,0]; Abbildung 13). Abbildung 11: Technische Genauigkeit am Knocheneintrittspunkt. Top, die technische Genauigkeit bei der Eingabe; unten, das entsprechende Boxplot mit dem Median, dem Interquartilsabstand und einem Ausreißer. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Abbildung 12: Technische Genauigkeit am Ziel (Spitze des Bohrkanals). Oben, technische Genauigkeit am Ziel (Spitze des Bohrkanals); unten, das entsprechende Boxplot mit dem Median, dem Interquartilsabstand und den Ausreißern. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Abbildung 13: Winkelabweichung im Vergleich zum geplanten Pfad. Oben, Winkelabweichung vom geplanten Pfad; unten, das entsprechende Boxplot, das den Median- und Interquartilsabstand zeigt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Discussion

In dieser Studie wird ein neuartiger Arbeitsablauf für die minimalinvasive Pedikelschraubenplatzierung mit einem HMD unter sterilen Bedingungen beschrieben und seine Genauigkeit bewertet. Es gibt mehrere wissenschaftliche Berichte über HMD-Systeme für die kraniale und spinale Navigation, von denen zwei die FDA-Zulassung für den klinischen Einsatz erhalten haben^17,18. Andere Studien haben vielversprechende Ergebnisse bei der Verwendbarkeit von HMDs in sterilen Umgebungen gezeigt^19,20 sowie eine gute Genauigkeit bei Phantom- und Leichenstudien 12,13,21. Die Ergebnisse der aktuellen Studie unterstützen die Nützlichkeit und Machbarkeit des Workflows in einer sterilen Umgebung und können als wichtige Grundlage für die klinische Einführung des aktuellen Produkts dienen.

Diese Studie zeichnet sich durch die schrittweise Beschreibung des Verfahrens im OP aus. Durch ein integriertes Navigationskonzept, einschließlich intraoperativer DVT und HMD, können die Patientenregistrierung und Bildüberlagerung automatisiert werden, um Zeit und Aufwand im OP zu sparen. Sobald die Einrichtung abgeschlossen ist und die Chirurgen mit dem augenkalibrierten HMD ausgestattet sind, können alle anderen Schritte nahtlos durchgeführt werden. Ein großer Vorteil der Vorplanung der Schneckentrajektorien ist, dass jede Abweichung von der korrekten Bahn sofort visualisiert und korrigiert werden kann.

Wenn die Planung abgeschlossen ist, können die Trajektorien durch die Stiele gesehen werden und stimmen mit den anatomischen Winkelungen der Stiele überein. Alle Trajektorien, die nicht mit der Winkelung der anderen übereinstimmen, werden offensichtlich, und der Chirurg kann sie dann korrigieren, um die anschließende Stabplatzierung zu erleichtern. Die geplanten Trajektorien werden gespeichert und können dann verwendet werden, um die technische Genauigkeit nach der Fusion mit den postoperativen Scans zu beurteilen. In diesem Zusammenhang ist die technische Genauigkeit eine Kombination aus dem Eingangsfehler des Navigationssystems und der Fähigkeit des Chirurgen, den geplanten Weg einzuhalten. Wichtig ist, dass die Möglichkeit, ein Bestätigungs-DVT durchzuführen, die intraoperative Revision jeder Schraube ermöglicht, die trotz Navigation möglicherweise falsch platziert ist.

Die DVT ist ein bekanntes und weit verbreitetes bildgebendes Gerät für die intraoperative Navigation und postoperative Verifizierung. Die DVT liefert 3D-Bilder von überlegener Qualität im Vergleich zu den 2D-Bildern eines C-Bogens, einem Gerät, das häufig in der Wirbelsäulenchirurgie verwendet wird. Die Bildqualität und diagnostische Genauigkeit der DVT sind vergleichbar mit der konventionellen CT. Der Zeitaufwand für die Einrichtung und das sterile Abdecken ist ähnlich wie bei einem Standard-C-Bogen, jedoch mit einer viel besseren diagnostischen Qualität der Bildgebung 22,23,24,25.

Der Unterschied in der technischen Genauigkeit zwischen dem Eintrittspunkt und dem Zielpunkt ergibt sich aus der Tatsache, dass die Genauigkeit am Eintrittspunkt stark von der Anatomie am gewählten Eintrittspunkt abhängt. Wenn der Eintrittspunkt an einem Hang auf der Knochenoberfläche platziert wird, besteht immer die Gefahr des Schälens^26,27. Wenn der Pedikel betreten wird, führen die starren kortikalen Wände das Gerät, und daher ist die Abweichung am Ziel geringer, da kein Platz zum Wackeln vorhanden ist.

Das HMD bietet ein 3D-Modell, das aus dem intraoperativen DVT oder der präoperativen Bildgebung gerendert und auf die tatsächliche Wirbelsäule übertragen wird. Darüber hinaus zeigt es 2D-Bilder in der axialen, sagittalen und koronalen Ebene sowie ein zweites 3D-Modell an, das der Chirurg je nach persönlicher Präferenz drehen und an einer beliebigen Stelle im virtuellen Raum positionieren kann. Die Interaktion mit der Display-Software erfolgt derzeit über eine Fernbedienung. Um diese Fernbedienung in einer sterilen Umgebung zu verwenden, müsste sie in eine sterile Plastiktüte gelegt werden. Dies ist bei mehreren unsterilen Handheld-Geräten, die in sterilen Umgebungen eingesetzt werden müssen, Standard. In einer klinischen Umgebung wären jedoch Handgesten oder Sprachbefehle vorzuziehen. Während der Navigation liefern virtuelle Darstellungen der verfolgten Instrumente in der 2D- und 3D-Ansicht visuelles Feedback, um den Chirurgen zu unterstützen.

Das HMD selbst hat sich weiterentwickelt, und die zweite Generation von Magic Leap ist leichter und hat ein größeres Sichtfeld. Das Sichtfeld ist ein wichtiger Faktor bei der Verwendung von HMDs und stellt eines der Merkmale dar, das ständig weiterentwickelt wird. Das Sichtfeld des Magic Leap war für die Durchführung dieses Experiments voll effizient und stellte keine Einschränkungen für den Arbeitsablauf dar. Jedes HMD verfügt über einen eigenen kleinen Computer, den der Chirurg unter seinen sterilen Kitteln tragen muss. Die Kommunikation zwischen dem HMD und dem Navigationssystem erfolgt über Wi-Fi, und Netzwerkeinschränkungen können zu Latenzzeiten führen. Obwohl es sich bei diesem Produkt um den ersten Prototyp handelt, deuten die aktuellen Ergebnisse auf eine hervorragende klinische Genauigkeit und technische Genauigkeit im Submillimeterbereich hin.

Die Einschränkungen dieser Studie sind die kleine Stichprobengröße und das Schweine-Leichenmodell. Die möglichen Auswirkungen von Atmung und Blutung auf die Genauigkeit konnten nicht bewertet werden. Obwohl eine minimalinvasive Technik angewendet wurde, wurden keine Schrauben eingesetzt. Die Schraubenkanäle waren jedoch gut sichtbar und ermöglichten eine genaue Beurteilung der Genauigkeit ohne Störungen durch Metallartefakte. Abschließend bietet dieses Papier eine detaillierte Beschreibung eines neuartigen Workflows für die HMD-AR-Navigation. Bei der Verwendung für minimalinvasive Pedikelkanülen in einem Schweinemodell konnte eine technische Genauigkeit im Submillimeterbereich und eine klinische Genauigkeit von 100 % erreicht werden.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Nichts.

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

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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).

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