Design, development, and evaluation of a method to create patient specific augmented reality model for accurate anatomical guidance and dynamic response during spine surgery.

设计、开发和评估一种方法来创建患者特定的增强现实模型，以便在脊柱手术期间实现准确的解剖引导和动态响应。

• 批准号: 561740-2021
• 负责人: Driscoll, Mark
• 金额: $ 2.19万
• 依托单位: McGill University
• 依托单位国家: 加拿大
• 项目类别: Alliance Grants
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 加拿大
• 起止时间: 2021-01-01 至 2022-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://www.nserc-crsng.gc.ca/ase-oro/Details-Detailles_eng.asp?id=722053
• 关键词: Design; development; evaluation; method; create

Conventional surgical guided procedures use a Multiview 2D screen to demonstrate the virtual anatomy of the patient while conveying surgical tool positioning in regard to patient anatomy in real-time. The benefits of this system are evident in its ability to provide augmented guidance to the surgeon regarding the relative positioning of the surgical tool in regard to non-exposed patient anatomy. However, such a format is not ideal. First, it represents the real 3-dimensional (3D) anatomy on a 2D screen outside of the surgical field of interest and forces the focus of the surgeon away from the patient. This creates a loss of direct vision towards the surgical field and increases the cognitive load on the surgeon. Second, such a system is very expensive making them seldom available outside academic hospital settings and not readily available to train early career surgeons. Third, the virtual models do not dynamically respond to anatomy-tool interactions as they are static in nature making the portrayed virtual geometry misleading as the procedure advances and patient anatomy altered. The present project seeks to rectify this unmet technological need by developing and evaluating a workflow and methodology to depict precise geometry of the spine using a mixed reality platform with accurate overlay between virtual and real-world geometry in the same field of view, inclusive of dynamic response to surgical maneuvers. Moreover, this timely and cost-effective technology will serve well both ends of the surgical training spectrum, from training residents on analogue and/or cadaveric models all the way to its use in the operating room by senior surgeons. This interdisciplinary and translational project has the strong opportunity to be disruptive to current medical training methods and surgical practices while clearing a path for others to follow suite in this sector via improved technical and regulatory standards correspondingly.#(cr)#(lf)Les procédures chirurgicales guidées conventionnelles utilisent un écran 2D pour démontrer l'anatomie virtuelle du patient tout en transmettant le positionnement de l'outil chirurgical par rapport à l'anatomie du patient en temps réel. Les avantages de ce système sont évidents dans sa capacité à fournir des informations au chirurgien concernant le positionnement relatif de l'outil chirurgical par rapport à l'anatomie du patient non exposée. Cependant, un tel format n'est pas idéal. Premièrement, il représente la véritable anatomie tridimensionnelle (3D) sur un écran 2D en dehors du champ chirurgical d'intérêt et éloigne la focalisation du chirurgien du patient. Cela crée une perte de vision directe vers le champ chirurgical et augmente la charge cognitive du chirurgien. Deuxièmement, un tel système est très coûteux, ce qui les rend rarement disponibles en dehors des hôpitaux universitaires et pas facilement disponibles pour former des chirurgiens en début de carrière. Troisièmement, les modèles virtuels ne répondent pas de manière dynamique aux interactions anatomie-outil car ils sont de nature statique, ce qui rend la géométrie virtuelle représentée trompeuse à mesure que la procédure progresse et que l'anatomie du patient est modifiée. Le présent projet vise à remédier à ce besoin technologique en développant et évaluer un flux de travail et une méthodologie pour représenter la géométrie précise de la colonne vertébrale à l'aide d'une plate-forme de réalité mixte avec une superposition précise entre la géométrie virtuelle et réelle dans le même champ de vision, y compris dynamique réponse aux manoeuvres chirurgicales. De plus, cette technologie opportune servira bien les deux extrémités du spectre de la formation chirurgicale, dont la formation des résidents sur des modèles analogiques et / ou cadavériques jusqu'à son utilisation en salle d'opération par des chirurgiens seniors. Ce projet interdisciplinaire et translationnel a la forte opportunité de perturber les méthodes de formation médicale et le

传统的手术引导程序使用多视图2D屏幕来演示患者的虚拟解剖结构，同时实时传送关于患者解剖结构的手术工具定位。该系统的优点是它能够向外科医生提供关于手术工具相对于非暴露的患者解剖的相对位置的增强指导。然而，这样的格式并不理想。首先，它在外科感兴趣的领域之外的2D屏幕上呈现真实的3维(3D)解剖结构，并迫使外科医生的焦点远离患者。这造成了对外科领域的直接视力的丧失，并增加了外科医生的认知负荷。其次，这样的系统非常昂贵，使得它们很少在学术医院以外的地方使用，也不容易用于培训早期职业外科医生。第三，虚拟模型不动态地响应解剖-工具交互，因为它们本质上是静态的，使得所描绘的虚拟几何图形随着手术的进展和患者解剖结构的改变而产生误导。本项目旨在通过开发和评估一种工作流程和方法来纠正这一未得到满足的技术需求，该工作流程和方法使用混合现实平台来描述脊柱的精确几何图形，该平台在同一视野中具有虚拟和真实世界几何图形之间的准确覆盖，包括对手术操作的动态响应。此外，这项及时且具有成本效益的技术将很好地服务于外科培训的两端，从培训住院医生的模拟和/或身体模型到高级外科医生在手术室使用它。这个跨学科和跨领域的项目有很大的机会颠覆当前的医学培训方法和外科实践，同时通过改进相应的技术和监管标准，为其他人在这一领域效仿扫清一条道路。#(Cr)#(Lf)Les Procédures ChirSurgicales Guidées Convenentionnelle Utilisent Utiisent 2D Pour démontrer L‘Paratie Virtuelle du Puten Tout en Transmetated le Potionnnement de L’outil ChirSurgicales Par a L‘And Patient en Temps Réel。L的外科手术与L的解剖关系密切相关的信息与患者的非外露。首先，这是一种可供选择的三维解剖结构(3D)Sur unécran 2D en dehors du Champ chirSurgical d‘intérèt etéloigne la FOCALIZATION DU chirurgien du病人。CELA crée une perte de vision导演Le Champ Chirsurical et Engment e la Charge du Chirurgien en.在此之前，所有的大学和公共设施都是由以前的chirurgien dé和de carrière提供的。三国关系、现代社会的发展和相互作用的动态变化和相互作用是自然统计的结果，也是过程进步和过程进步的基础，也是技术发展和技术进步的基础，也是未来的发展方向。再加上，S的技术很好地利用了老年人的身体，而不是老年人的身体。跨学科、跨专业、跨领域