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。

基本信息

  • 批准号:
    561740-2021
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.19万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Alliance Grants
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2022-01-01 至 2023-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

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.
传统的外科手术引导程序使用多视图2D屏幕来展示患者的虚拟解剖结构,同时实时传达关于患者解剖结构的外科手术工具定位。该系统的优势在于其能够为外科医生提供关于手术工具相对于未暴露患者解剖结构的相对定位的增强引导。然而,这样的格式并不理想。首先,它在感兴趣的手术野之外的2D屏幕上表示真实的三维(3D)解剖结构,并迫使外科医生的焦点远离患者。这造成了对手术区域的直接视觉的损失,并增加了外科医生的认知负荷。第二,这种系统非常昂贵,使得它们在学术医院环境之外很少可用,并且不容易用于培训早期职业外科医生。第三,虚拟模型不会动态响应解剖结构-工具相互作用,因为它们本质上是静态的,使得所描绘的虚拟几何结构随着手术的推进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种未满足的技术需求,以使用混合现实平台来描绘脊柱的精确几何形状,该平台在同一视野中具有虚拟和真实世界几何形状之间的精确叠加,包括对手术操作的动态响应。此外,这种及时且具有成本效益的技术将很好地服务于外科培训范围的两端,从模拟和/或尸体模型的住院医生培训到高级外科医生在手术室中的使用。这个跨学科和翻译项目有很大的机会颠覆目前的医疗培训方法和手术实践,同时通过相应的改进技术和监管标准为其他人在该领域的后续套件扫清道路。

项目成果

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