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

JoVE Journal > Medicine

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Medicine

Размещение педикулярного винта с помощью дисплея дополненной реальности на голове в модели свиньи

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

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.

Abstract

Этот протокол помогает оценить точность и рабочий процесс гибридной навигационной системы дополненной реальности (AR) с использованием шлема виртуальной реальности (HMD) Magic Leap для минимально инвазивного размещения транспедикулярных винтов. Трупные образцы свиней были помещены на хирургический стол и задрапированы стерильными крышками. Уровни интереса определяли с помощью рентгеноскопии, а к остистому отростку позвонка в интересующей области прикрепляли динамическую систему отсчета. Была проведена конусно-лучевая компьютерная томография (КЛКТ) и автоматически сгенерирована 3D-визуализация, которая использовалась для последующего планирования размещения транспедикулярных винтов. Каждый хирург был оснащен шлемом виртуальной реальности, который был индивидуально откалиброван по глазам и подключен к системе навигации по позвоночнику.

Навигационные приборы, отслеживаемые навигационной системой и отображаемые в 2D и 3D в HMD, использовались для 33 канюль на ножке, каждая диаметром 4,5 мм. Постпроцедурные КЛКТ-снимки оценивались независимым составителем обзора для измерения технической (отклонение от запланированной траектории) и клинической (степень Герцбейна) точности каждой канюляции. Измерялось навигационное время для каждой канюли. Техническая точность составляла 1,0 мм ± 0,5 мм в точке входа и 0,8 мм ± 0,1 мм в точке поражения. Угловое отклонение составило 1,5° ± 0,6°, а среднее время введения на канюляцию составило 141 с ± 71 с. Клиническая точность составила 100% по шкале Герцбейна (32 балла 0; 1 степень 1). При использовании для минимально инвазивной канюляции на ножке в модели свиньи с помощью этого протокола может быть достигнута субмиллиметровая техническая точность и 100% клиническая точность.

Introduction

Правильное расположение транспедикулярных винтов важно для того, чтобы избежать повреждения сосудисто-нервных структур в позвоночнике и вокруг него. Точность размещения при использовании техники свободной руки сильно варьируется¹. Использование 3D-навигации повышает точность по сравнению с традиционными методами под визуальным контролем, основанными на интраоперационной рентгеноскопии. Более высокая точность снижает риск повторной операции ^2,3.

По оценкам, средняя продолжительность жизни будет продолжать увеличиваться, и все большее число пожилых пациентов будут нуждаться в хирургических операциях на позвоночнике при различных^{патологиях.} Минимально инвазивные подходы набирают популярность из-за их более низкой заболеваемости, особенно среди пожилых людей ^5,6. Однако эти подходы зависят от точных навигационных решений. Поскольку навигация основана на изображениях, предпринимаются усилия по снижению интраоперационной лучевой нагрузки на пациентов и персонал 7,8,9,10.

Дополненная реальность (AR) — это новая технология хирургической навигации, направленная на повышение точности и эффективности в ^{операционной11}. Дополненная реальность накладывает сгенерированную компьютером информацию на картину реального мира. Это особенно хорошо работает, когда наложенная информация просматривается через шлем виртуальной реальности. С этой целью шлемы виртуальной реальности, использующие технологию проекционного дисплея, привлекли внимание благодаря своим небольшим размерам, портативности и возможности поддерживать прямую видимость. Сегодня на рынке доступно несколько шлемов виртуальной реальности для AR-навигации 12,13,14,15,16.

Гарнитура Magic Leap представляет собой оптический прозрачный шлем виртуальной реальности, включающий в себя несколько камер, датчик глубины и инерциальные измерительные блоки, которые используются для определения положения и ориентации гарнитуры в окружающей среде. Цель данного исследования состояла в том, чтобы оценить рабочий процесс шлема Magic Leap в сочетании с обычной навигационной системой и современным мобильным устройством КЛКТ для интраоперационной визуализации в реалистичной хирургической среде.

Protocol

Процедура проводилась в обычной операционной, оснащенной рентгенопрозрачным операционным столом, навигационной платформой и мобильным аппаратом КЛКТ, обеспечивающим как 2D-рентгеноскопию, так и 3D-КЛКТ-изображения высокого качества для AR-навигации. Для этого исследования были использованы два трупа свиней длиной около 80 см и весом 45 кг. Образцы были приобретены в коммерческих целях, и их использование для этого эксперимента не требовало этического разрешения. Все устройства, приборы и программное обеспечение, используемые в описанном рабочем процессе, перечислены в таблице материалов. Для каждого образца была проведена следующая пошаговая процедура, которая была повторена. 1. Образец трупа свиньи Поместите образец трупа свиньи на операционный стол в операционной. Заверните образец трупа свиньи в стерильные чехлы. Используйте разрезную пленку, чтобы покрыть кожу в области хирургического вмешательства. 2. Идентификация интересующих уровней позвонков С помощью сканера КЛКТ определите интересующие вас уровни позвонков с помощью рентгеноскопии. Используйте беспроводной планшет управления сканером КЛКТ, чтобы переместить сканер в нужное положение, выровнять рентгеновский луч и выполнить рентгеноскопическое сканирование (рисунок 1).ПРИМЕЧАНИЕ: 2D-сканы можно сразу же просмотреть на планшете. Уровни позвонков определяются путем поиска ребер на рентгеноскопическом снимке и подсчета в большую или меньшую сторону. Прикрепите рентгенопрозрачный навигационный динамический опорный зажим к остистому отростку в интересующей области, обнажив остистый отросток и закрепив зажим с помощью специальной отвертки. Затем прикрепите отражающие сферы опорной рамки к зажиму (рисунок 2). Выполните КЛКТ-сканирование и перенесите скан на навигационную платформу (через локальную сеть) (рис. 3). Камера навигационной системы отслеживает сканер КЛКТ и динамический референсный кадр, обеспечивая автоматическую регистрацию пациента с помощью программного обеспечения Brainlab Loop-X Automatic Registration на навигационной платформе. Запустите программное обеспечение Spine & Trauma Navigation на навигационной платформе. Используйте спинномозговой указатель и 2D-навигационные виды, чтобы проверить точность регистрации пациента по анатомическим ориентирам. Рисунок 1: Планшет беспроводного управления КЛКТ-сканером. Планшет, показывающий рентгеноскопические изображения с КЛКТ. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка. Рисунок 2: Схематическое изображение зажима, прикрепленного к остистому отростку. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Рисунок 3: КЛКТ Loop-X. КЛКТ выполняет сканирование трупа свиньи с прикрепленным эталоном. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка. 3. Калибровка прибора Откалибруйте навигационную направляющую и отвертку к навигационной системе. Для этого выберите прибор в программном обеспечении Brainlab Spine & Trauma Instrument Setup, а затем представьте реальный прибор камере навигационной системы вместе с калибровочным устройством. Перемещайте прибор вращательным движением, находясь в контакте с калибровочным устройством, пока навигационная система не распознает прибор. После калибровки отслеживайте и визуализируйте прибор как на 2D-изображениях, так и на 3D-модели шлема. 4. Крепление устройства на голове Убедитесь, что каждый хирург оснащен гарнитурой Magic Leap (HMD). Убедитесь, что шлем виртуальной реальности и навигационная платформа подключены к одной сети (подключение WLAN для шлема виртуальной реальности и подключение к локальной сети для навигационной платформы). Чтобы установить связь между HMD и программным обеспечением Spine & Trauma Navigation, посмотрите на QR-код, отображаемый на экране навигационной платформы. При этом запускается соответствующее приложение смешанной реальности, работающее на шлеме виртуальной реальности, и перенос данных на шлем виртуальной реальности. Выполните выравнивание смешанной реальности, посмотрев на массив ссылок spine через шлем виртуальной реальности в течение нескольких секунд. Подождите, пока 3D-модель позвоночника, визуализированная на основе КЛКТ-сканирования, будет точно дополнена к образцу в HMD. В дополнение к 3D-наложению просмотрите 2D-виды навигации и вторую 3D-модель над 2D-видами навигации (вид при наведении), которые отображаются в шлеме виртуальной реальности. Рисунок 4: Вид через шлем виртуальной реальности. Вид хирурга через шлем виртуальной реальности, представляющий как 2D, так и 3D информацию. 3D-наложение показывает планируемые 3D-винты с выступающими линиями траектории, помогающими выравнивать прибор. Нижняя 3D-модель дополнена на позвоночнике свиньи; Дополнительная информация представлена в 2D и 3D представлениях, плавающих выше, которые можно свободно размещать в виртуальном пространстве, а также включать и выключать. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. 5. Планирование размещения транспедикулярного винта Спланируйте траектории транспедикулярных винтов на основе 3D-зарегистрированной дополненной модели, совместив их с анатомией позвоночника, и визуализируйте их в шлеме виртуальной реальности (рис. 5). Выполните тонкую настройку винтовых траекторий на сенсорном экране навигационной платформы. Рисунок 5: Планирование траектории движения транспедикулярного винта. Траектории для транспедикулярных винтов планируются с помощью шлема виртуальной реальности и навигационного указателя. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка. 6. Начало установки педикулярного винта Сделайте небольшие разрезы кожи длиной около 2 см скальпелем для минимально инвазивного доступа к ножкам на основе наложенной 3D-модели, видимой через шлем виртуальной реальности (рис. 6). Используя минимально инвазивную технику, рассекают мягкие ткани и расширяют канал с помощью расширителей до тех пор, пока не будет достигнута точка входа ножки на поверхность позвонка. Отрегулируйте глубину направляющей сверла в соответствии с длиной винта, запланированной для ножки. Планируемая длина шнека отображается на экране навигационной системы. Расположите и выровняйте направляющую сверления с навигацией по запланированной траектории. Просверлите ножку с помощью электродрели со сверлом 4,5 мм (рисунок 7). Бурение по намеченной траектории; Направляющая не позволяет сверлу углубляться глубже, чем на запланированную глубину. Оцените время от разреза кожи до сверления канала для каждой ножки. Рисунок 6: Минимально инвазивные разрезы. Труп свиньи сверху, демонстрирующий минимально инвазивные разрезы вдоль позвоночника. Справа – референс с отражательными сферами, прикрепленными к остистому отростку. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка. Рисунок 7: Сверление цветоножек. Педикула сверлится с помощью электродрели с использованием навигации, видимой через HMD, чтобы выровнять направляющую сверла по заранее намеченной траектории. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка. 7. Визуализация размещения шнека ПРИМЕЧАНИЕ: Винты не были установлены, чтобы избежать металлических артефактов во время оценки. Выполните повторную КЛКТ, чтобы получить рентгеновские снимки просверленных позвонков для анализа точности. Убедитесь, что просверленный канал в позвонке хорошо виден, прежде чем использовать его для последующего анализа точности. 8. Канюляция позвоночника Повторите описанную выше процедуру, описанную в разделах 2, 4, 6 и 7, чтобы покрыть следующую интересующую область, пока не будет канюлирован весь позвоночник. Повторите ту же процедуру (разделы 1-8) со вторым образцом. 9. Анализ изображений Сопоставьте полученные снимки КЛКТ с навигационным планом и внесите коррективы в соответствии с лабораторными записями, сделанными во время процедуры. Попросите независимого рецензента оценить все изображения и оценить канюляции по шкале Герцбейна от 0 до 3. Оценки 0 или 1 считаются точными. Оценки 2 или 3 считаются неточными. Соедините траектории намеченных траекторий и канюляций и определите техническую точность как отклонение от траектории на входе и цели. Измерьте угловое отклонение.

Representative Results

Всего было выполнено 33 навигационные канюляции. Время на канюлю, а также клинико-техническую точность оценивали на послеоперационных КЛКТ-снимках (рис. 8). Рисунок 8: Послеоперационное сканирование канюли Герцбейна 0-й степени. Сканирование включает в себя хирургический план канюляции ножки, представленный в корональном, аксиальном и сагиттальном видах. Обратите внимание на близкое совмещение виртуального винта и канюлированного канала. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка. Среднее время введения на одну канюляцию составило 141 с ± 71 с (медиана [диапазон]: 151 [43-471]; Рисунок 9). Рисунок 9: Гистограмма и квадрат распределения времени канюляции на ножке. Вверху, гистограмма распределения времени канюляции на ножке (n = 33); внизу, соответствующая ящичковая диаграмма, показывающая медиану, межквартильный размах и выброс. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка. Все 33 канюляции были признаны клинически точными по шкале Герцбейна (32 балла 0; 1 степень 1; Таблица 1). Герцбайн Класс 0 Герцбайн 1 класс Герцбайн 2 класс Герцбайн 3 класс Клиническая точность Клинически неточный Точность Количество винтов 32 1 0 0 33 0 100% Таблица 1: Клиническая точность имплантированных винтов по шкале Герцбейна. Оценки 0 или 1 считались точными. Оценки 2 или 3 считались неточными. Для оценки технической точности измерялось отклонение каждой канюляции от запланированной траектории на входе в кость и на дне бурового канала (рис. 10). 3D-измерения проводились путем слияния интраоперационного сканирования, включая запланированные пути канюляции, с послеоперационным сканированием канюляций. На основе этих данных было рассчитано угловое отклонение. Рисунок 10: Обзор измерительной модели для технической точности. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Этот метод был ранее описан Frisk et al.12. Для 33 выполненных канюляций на ножке техническая точность составила 1,0 мм ± 0,5 мм (медиана [диапазон]: 1,0 [0,4-3,3]) в точке входа (рис. 11) и 0,8 мм ± 0,1 мм (медиана [диапазон]: 0,8 [0,6-4,6]) на дне бурового канала (рис. 12). Угловое отклонение составило 1,5° ± 0,6° (медиана [диапазон]: 1,5 [0,3-5,0]; Рисунок 13). Рисунок 11: Техническая точность в точке входа кости. Топ, техническая точность при входе; внизу, соответствующая ящичковая диаграмма, показывающая медиану, межквартильный размах и выброс. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка. Рисунок 12: Техническая точность на цели (оконечности бурильного канала). Верхняя, техническая точность на цели (оконечности бурового канала); внизу, соответствующая ящичковая диаграмма, показывающая медиану, межквартильный размах и выбросы. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка. Рисунок 13: Угловое отклонение по сравнению с запланированной траекторией. Отклонение вершины, угла от намеченной траектории; внизу, соответствующая ящичковая диаграмма, показывающая медиану и межквартильный размах. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.

Discussion

В этом исследовании описан новый рабочий процесс для минимально инвазивной установки транспедикулярного винта с использованием шлема виртуальной реальности в стерильных условиях и оценена его точность. Существует несколько научных докладов о системах HMD для краниальной и спинальной навигации, два из которых получили одобрение FDA для клинического использования^17,18. Другие исследования показали многообещающие результаты в отношении удобства использования шлемов виртуальной реальности в стерильных средах^19,20, а также хорошей точности в фантомных и трупных исследованиях 12,13,21. Результаты настоящего исследования подтверждают полезность и осуществимость рабочего процесса в стерильной среде и могут служить важной основой для клинического внедрения данного устройства.

Данное исследование отличается пошаговым описанием процедуры в операционной. Используя интегрированную навигационную концепцию, включающую интраоперационную КЛКТ и HMD, регистрация пациента и наложение изображений могут быть автоматизированы, чтобы сэкономить время и усилия в операционной. После того, как настройка завершена и хирурги оснащены шлемом виртуальной реальности, откалиброванным по глазам, все остальные этапы могут быть выполнены без проблем. Большим преимуществом предварительного планирования винтовых траекторий является то, что любое отклонение от правильной траектории может быть немедленно визуализировано и скорректировано.

Когда планирование будет завершено, траектории будут видны через ножки и будут совпадать с анатомическими углами ножек. Любые траектории, не совпадающие с углами наклона других, становятся очевидными, и хирург может исправить их, чтобы облегчить последующую установку стержня. Запланированные траектории сохраняются, и их можно использовать для оценки технической точности после спондилодеза с послеоперационными снимками. В этом контексте техническая точность представляет собой комбинацию входящей ошибки навигационной системы и способности хирурга придерживаться запланированного пути. Важно отметить, что возможность проведения подтверждающей КЛКТ позволяет провести интраоперационную ревизию любого винта, который, несмотря на навигацию, может быть неправильно установлен.

КЛКТ является хорошо известным и широко используемым устройством визуализации для интраоперационной навигации и послеоперационной верификации. КЛКТ позволяет получать 3D-изображения более высокого качества по сравнению с 2D-изображениями, полученными с помощью С-дуги, устройства, обычно используемого в хирургии позвоночника. Качество изображения и диагностическая точность КЛКТ сравнимы с обычной КТ. Время, необходимое для установки и стерильной драпировки, аналогично стандартной С-дуге, но с гораздо более качественной диагностической визуализацией 22,23,24,25.

Разница в технической точности между точкой входа и целевой точкой является результатом того, что точность в точке входа сильно зависит от анатомии в выбранной точке входа. Если точка входа расположена на склоне на поверхности кости, всегда есть риск скольжения^26,27. При введении ножки жесткие стенки коры головного мозга будут направлять устройство, и, следовательно, отклонение от цели будет меньше из-за отсутствия места для покачивания.

HMD предоставляет 3D-модель, которая визуализируется на основе интраоперационной КЛКТ или предоперационной визуализации и дополняется на реальном позвоночнике. Кроме того, он отображает 2D-изображения в аксиальной, сагиттальной и корональной плоскостях, а также вторую 3D-модель, которую хирург может вращать и позиционировать в любом месте виртуального пространства, исходя из личных предпочтений. Взаимодействие с программным обеспечением дисплея в настоящее время осуществляется с помощью пульта дистанционного управления. Чтобы использовать этот пульт дистанционного управления в стерильной среде, его необходимо поместить в стерильный пластиковый пакет. Это стандартная практика для некоторых нестерильных портативных устройств, которые должны использоваться в стерильной среде. Тем не менее, в клинических условиях предпочтение отдается жестам рук или голосовым командам. Во время навигации виртуальные представления отслеживаемых инструментов в 2D и 3D видах обеспечивают визуальную обратную связь, чтобы помочь хирургу.

Сам шлем эволюционировал, и второе поколение Magic Leap стало легче и имеет большее поле зрения. Поле зрения является важным фактором при использовании шлемов виртуальной реальности и представляет собой одну из функций, которая постоянно совершенствуется. Поле зрения Magic Leap было полностью эффективно для проведения этого эксперимента и не создавало никаких ограничений для рабочего процесса. Каждый HMD имеет свой собственный небольшой компьютер, который хирург должен носить под стерильным халатом. Связь между шлемом виртуальной реальности и навигационной системой осуществляется через Wi-Fi, и ограничения сети могут привести к задержке. Несмотря на то, что этот продукт является первым прототипом, текущие результаты указывают на превосходную клиническую точность и субмиллиметровую техническую точность.

Ограничениями этого исследования являются небольшой размер выборки и модель свиньи, трупа. Возможное влияние дыхания и кровотечения на точность оценить не удалось. Несмотря на то, что была использована минимально инвазивная техника, винты не были введены. Тем не менее, винтовые каналы были хорошо видны и позволяли точно оценить точность без помех от металлических артефактов. В заключение, в этом документе приводится подробное описание нового рабочего процесса для навигации HMD AR. При использовании минимально инвазивных канюляций на ножке в модели свиньи может быть достигнута субмиллиметровая техническая точность и 100% клиническая точность.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Никакой.

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

References

Kosmopoulos, V., Schizas, C. Pedicle screw placement accuracy: A meta-analysis. Spine. 32 (3), 111-1120 (2007).
Perdomo-Pantoja, A., et al. Accuracy of current techniques for placement of pedicle screws in the spine: A comprehensive systematic review and meta-analysis of 51,161 screws. World Neurosurgery. 126, 664-678 (2019).
Elmi-Terander, A., et al. Augmented reality navigation with intraoperative 3D imaging vs fluoroscopy-assisted free-hand surgery for spine fixation surgery: A matched-control study comparing accuracy. Scientific Reports. 10, 707 (2020).
Deyo, R. A., et al. Trends, major medical complications, and charges associated with surgery for lumbar spinal stenosis in older adults. JAMA. 303 (13), 1259-1265 (2010).
Lee, D. G., Park, C. K., Lee, D. C. Clinical and radiological comparison of 2 level anterior lumbar interbody fusion with posterolateral fusion and percutaneous pedicle screw in elderly patients with osteoporosis. Medicine. 99 (10), 19205 (2020).
Shamji, M. F., Goldstein, C. L., Wang, M., Uribe, J. S., Fehlings, M. G. Minimally invasive spinal surgery in the elderly: Does it make sense. Neurosurgery. 77, 108-115 (2015).
Bourgeois, A. C., et al. Improved accuracy of minimally invasive transpedicular screw placement in the lumbar spine with 3-dimensional stereotactic image guidance: A comparative meta-analysis. Journal of Spinal Disorders and Techniques. 28 (9), 324-329 (2015).
Innocenzi, G., Bistazzoni, S., D’Ercole, M., Cardarelli, G., Ricciardi, F. Does navigation improve pedicle screw placement accuracy? Comparison between navigated and non-navigated percutaneous and open fixations. Acta Neurochirurgica. Supplement. 124, 289-295 (2017).
Fomekong, E., Safi, S. E., Raftopoulos, C. Spine navigation based on 3-dimensional robotic fluoroscopy for accurate percutaneous pedicle screw placement: A prospective study of 66 consecutive cases. World Neurosurgery. 108, 76-83 (2017).
Yu, E., Khan, S. N. Does less invasive spine surgery result in increased radiation exposure? A systematic review. Clinical Orthopaedics and Related Research. 472 (6), 1738-1748 (2014).
Burström, G., Persson, O., Edström, E., Elmi-Terander, A. J. A. N. Augmented reality navigation in spine surgery: A systematic review. Acta Neurochirurgica. 163 (3), 843-852 (2021).
Frisk, H., et al. Feasibility and accuracy of thoracolumbar pedicle screw placement using an augmented reality head mounted device. Sensors. 22 (2), 522 (2022).
Liebmann, F., et al. Pedicle screw navigation using surface digitization on the Microsoft HoloLens. International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery. 14 (7), 1157-1165 (2019).
Molina, C. A., et al. Augmented reality-assisted pedicle screw insertion: A cadaveric proof-of-concept study. Journal of Neurosurgery. Spine. 31 (1), 139-146 (2019).
Yanni, D. S., et al. Real-time navigation guidance with intraoperative CT imaging for pedicle screw placement using an augmented reality head-mounted display: A proof-of-concept study. Neurosurgical Focus. 51 (2), 11 (2021).
Liu, H., et al. Percutaneous placement of lumbar pedicle screws via intraoperative CT image-based augmented reality-guided technology. Journal of Neurosurgery. Spine. 32 (4), 542-547 (2019).
Bhatt, F. R., et al. Augmented reality-assisted spine surgery: An early experience demonstrating safety and accuracy with 218 screws. Global Spine Journal. , (2022).
Felix, B., et al. Augmented reality spine surgery navigation: Increasing pedicle screw insertion accuracy for both open and minimally invasive spine surgeries. Spine. 47 (12), 865-872 (2022).
Dennler, C., et al. Augmented reality in the operating room: A clinical feasibility study. BMC Musculoskeletal Disorders. 22 (1), 451 (2021).
Cofano, F., et al. Augmented reality in medical practice: From spine surgery to remote assistance. Frontiers in Surgery. 8, 657901 (2021).
Muller, F., et al. Augmented reality navigation for spinal pedicle screw instrumentation using intraoperative 3D imaging. Spine Journal. 20 (4), 621-628 (2020).
Burström, G., et al. Intraoperative cone beam computed tomography is as reliable as conventional computed tomography for identification of pedicle screw breach in thoracolumbar spine surgery. European Radiology. 31 (4), 2349-2356 (2020).
Edström, E., Burström, G., Nachabe, R., Gerdhem, P., Elmi Terander, A. A novel augmented-reality-based surgical navigation system for spine surgery in a hybrid operating room: Design, workflow, and clinical applications. Operative Neurosurgery. 18 (5), 496-502 (2020).
Feng, W., Wang, W., Chen, S., Wu, K., Wang, H. O-arm navigation versus C-arm guidance for pedicle screw placement in spine surgery: A systematic review and meta-analysis. International Orthopaedics. 44 (5), 919-926 (2020).
Cewe, P., Vorbau, R., Omar, A., Elmi-Terander, A., Edstrom, E. Radiation distribution in a hybrid operating room, utilizing different X-ray imaging systems: Investigations to minimize occupational exposure. Journal of Neurointerventional Surgery. 14 (11), 1139-1144 (2021).
Su, B. W., et al. An anatomical study of the mid-lateral pars relative to the pedicle footprint in the lower lumbar spine. Spine. 34 (13), 1355-1362 (2009).
Burström, G., Nachabe, R., Persson, O., Edstrom, E., Elmi Terander, A. Augmented and virtual reality instrument tracking for minimally invasive spine surgery: A feasibility and accuracy study. Spine. 44 (15), 1097-1104 (2019).

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite This Article

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).

Automatically Generated