ブタモデルにおける拡張現実ヘッドマウントディスプレイを用いた椎弓根スクリュー配置

この手順は、放射線透過性ORテーブル、ナビゲーションプラットフォーム、およびARナビゲーション用の高品質の2D透視画像と3D CBCT画像の両方を提供するモバイルCBCTデバイスを備えた従来の手術室で行われました。本研究では、長さ約80cm、体重約45kgのブタの死体2体を用いた。標本は商業的に購入され、この実験に使用するために倫理的な許可は必要ありませんでした。説明されているワークフローで使用されるすべてのデバイス、機器、およびソフトウェアは、 材料表にリストされています。以下の段階的な手順を実行し、各標本について繰り返した。 1.ブタの死体標本 ブタの死体標本を手術室の手術台に置きます。 ブタの死体標本を滅菌カバーで覆います。切開フィルムを使用して、手術野の皮膚を覆います。 2.関心のある椎骨レベルの特定 CBCTスキャナーを使用して、透視検査で関心のある椎体レベルを特定します。CBCTスキャナーのワイヤレスコントロールタブレットを使用して、スキャナーを目的の位置に移動し、X線ビームの位置を調整し、透視スキャンを実行します(図1)。注:2Dスキャンはタブレットですぐに確認できます。椎体レベルは、透視スキャンで肋骨を探し、上向きまたは下向きに数えることによって識別されます。 X線透過性ナビゲーションダイナミックリファレンスクランプを、棘突起を露出させ、専用のドライバーを使用してクランプを固定することにより、対象領域の棘突起に取り付けます。次に、参照フレームの反射球をクランプに取り付けます(図2)。 CBCTスキャンを実行し、スキャンを(LAN経由で )ナビゲーションプラットフォームに転送します(図3)。ナビゲーションシステムのカメラは、CBCTスキャナーと動的基準フレームを追跡し、ナビゲーションプラットフォーム上のBrainlab Loop-X自動レジストレーションソフトウェアを使用して、患者の自動登録を可能にします。 ナビゲーションプラットフォームで脊椎と外傷ナビゲーションソフトウェアを起動します。脊椎ポインターと2Dナビゲーションビューを使用して、解剖学的ランドマークへの患者登録の正確性を検証します。 図1:CBCTスキャナーのワイヤレスコントロールタブレット。 CBCTの透視画像を示すタブレット。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。 図2:棘突起に取り付けられたクランプの概略図。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。 図3:Loop-X CBCT 参照が添付されたドレープされた豚の死体に対してスキャンを実行するCBCT。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。 3. 器械の口径測定 ナビゲーションドリルガイドとドライバーをナビゲーションシステムに適合させます。このためには、Brainlab Spine & Trauma Instrument Setupソフトウェアで機器を選択し、実際の機器を校正装置とともにナビゲーションシステムのカメラに提示します。ナビゲーションシステムが機器を認識するまで、校正装置と接触した状態で機器を回転運動で動かします。キャリブレーションが完了したら、HMDの2D画像と3Dモデルの両方で機器を追跡し、視覚化します。 4.ヘッドマウントデバイスフィッティング 各外科医に Magic Leap ヘッドセット (HMD) が装着されていることを確認します。HMD とナビゲーション プラットフォームが同じネットワークに接続されていることを確認します (HMD の場合は WLAN 接続、ナビゲーション プラットフォームの場合は LAN 接続)。 HMDと脊椎・外傷ナビゲーションソフトウェア間の通信を確立するには、ナビゲーションプラットフォームの画面に表示されるQRコードを見てください。これにより、対応する Mixed Reality アプリケーションが HMD 上で実行され、HMD にデータが転送されます。 HMD を通して脊椎参照配列を数秒間見て、Mixed Reality のアライメントを実行します。CBCTスキャンに基づいてレンダリングされた脊椎の3DモデルがHMDの標本に正確に補強されるのを待ちます。3D オーバーレイに加えて、2D ナビゲーション ビューと、HMD に表示される 2D ナビゲーション ビュー (ホバー ビュー) の上にある 2 番目の 3D モデルを確認します。 図4:HMD越しの様子 HMDを通した外科医の視界は、2Dと3Dの両方の情報を表示します。3Dオーバーレイは、計器のアライメントを支援する軌道線が突き出た計画された3Dネジを示しています。下の3Dモデルは、ブタの脊椎に拡張されます。追加情報は、上に浮かぶ2Dおよび3D表現で提供され、仮想空間に自由に配置し、オンとオフを切り替えることができます。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。 5.椎弓根スクリューの配置を計画する 3D登録された拡張モデルに基づいて椎弓根スクリュー経路を計画し、脊椎の解剖学的構造に合わせて、HMDで視覚化します(図5)。ナビゲーションプラットフォームのタッチスクリーンでスクリューパスの微調整を実行します。 図5:椎弓根スクリュー経路計画。 HMDとナビゲーションポインタを使用して計画されている椎弓根ネジのパス。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。 6.椎弓根スクリューの配置を開始 HMDを通して見える重ね合わせた3Dモデルに基づいて、椎弓根への低侵襲アクセスのためにメスで長さ約2cmの小さな皮膚切開を行います(図6)。 低侵襲技術を使用して、軟部組織を解剖し、椎弓根の椎弓根の入り口に達するまで拡張器で運河を拡張します。 椎弓根に計画されているネジの長さと一致するようにドリルガイドの深さを調整します。予定ねじの長さは、ナビゲーションシステムの画面に表示されます。ナビゲートされたドリルガイドを配置し、計画した経路に位置合わせします。 4.5mmのドリルビットを備えた電動ドリルを使用して椎弓根に穴を開けます(図7)。計画されたパスに従ってドリルします。ドリルガイドは、ドリルが計画された深さよりも深くなるのを防ぎます。 皮膚切開から各椎弓根の管に穴を開けるまでの時間を推定します。 図6:低侵襲切開。 脊椎に沿った低侵襲切開を示す豚の死体を上から見たもの。右側は、棘突起に固定された反射球を持つ基準です。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。 図7:椎弓根の穴あけ。 椎弓根は、HMDを通して見えるナビゲーションを使用して電動ドリルで掘削され、ドリルガイドを事前に計画された経路に合わせます。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。 7. ネジ配置の可視化 注:評価中の金属アーチファクトを避けるために、ネジは配置されていません。 2回目のCBCTを実施して、穿孔した椎骨のX線画像を取得し、精度解析を行います。その後の精度分析に使用する前に、椎骨にドリルで穴を開けた管がはっきりと見えることを確認してください。 8.脊椎のカニューレ挿入 セクション2、セクション4、セクション6、およびセクション7で説明した上記の手順を繰り返して、脊椎全体がカニューレ挿入されるまで、次の関心領域をカバーします。 2番目の試験片を使用して同じ手順(セクション1〜8)を繰り返します。 9. 画像解析 得られたCBCT画像をナビゲーションプランと照合し、手順中に作成したラボノートに従って修正を行います。 独立したレビュアーにすべての画像を評価してもらい、Gertzbeinグレーディングスケールに従って0から3までのカニューレ挿入をグレーディングしてもらいます。グレード 0 または 1 は正確と見なされます。グレード 2 または 3 は不正確と見なされます。 計画された経路とカニューレの軌跡を融合し、技術的な精度を入口とターゲットでの経路からの偏差として定義します。角度偏差を測定します。