使用增强现实头戴式显示器在猪模型中进行椎弓根螺钉置入

在本实验方案中，我们提供了将增强现实技术整合到猪尸体模型微创椎弓根螺钉置入手术流程中的详细指南。由于增强现实在外科手术中仍是一项相对较新的技术，为外科医生提供术中正确使用该技术的指导具有重要价值。在本研究的设置中，我们采用常规导航系统，并结合增强现实头戴设备，将导航信息直接呈现在手术视野中。

这可以避免在手术区域和独立的导航显示之间分散注意力。首先，获取用于手术的猪尸体标本的两张二维定位扫描图像。使用CBCT扫描仪Loop-X，通过透视法确定目标椎体水平。

进行透视扫描时，使用CBCT扫描仪的无线控制平板将扫描仪移动到所需位置，并在皮肤上标记该位置。将CBCT扫描仪移离手术区域。然后，佩戴头戴式显示器（HMD）的背包。

暴露棘突，并将一个透射性导航参考夹固定在目标区域的棘突上。使用专用螺丝刀将夹子拧紧。随后，使用Loop-X进行前、后及侧位扫描。

使用二维扫描图像确定三维扫描的兴趣区域。然后，进行锥形束CT（CBCT）扫描，并将扫描数据传输至导航平台。利用脊柱定位指针和重建的实时导航视图，通过解剖标志验证患者注册的准确性。

为了将导航钻孔导板和螺丝刀校准至导航系统，请在 Brainlab 脊柱与创伤器械设置软件中选择相应器械。将实际器械连同校准装置一并呈现在导航系统的摄像头前。接下来，为外科医生配备 Magic Leap 头戴设备，并确保每位外科医生准确佩戴好头戴式显示器（HMD）。

为了建立头戴式显示器（HMD）与脊柱与创伤导航软件之间的通信，请扫描导航平台屏幕上显示的二维码。相应的混合现实应用程序将在HMD上启动并开始向其传输数据。要执行混合现实配准，请通过HMD注视脊柱参考阵列数秒钟。

等待脊柱的 3D 模型准确叠加到头戴式显示器中的标本上。除了 3D 叠加图像外，还需查看 2D 导航视图以及位于 2D 导航视图上方的第二个 3D 模型。在脊柱与创伤导航软件中选择“螺钉规划”模式。

调整螺钉的长度、直径和偏移量参数。根据三维配准的增强模型规划椎弓根螺钉路径，使其与脊柱解剖结构对齐。在导航平台的触摸屏上对螺钉路径进行精细调整。

然后，根据通过头戴式显示器（HMD）可见的叠加3D模型，使用手术刀标记小切口皮肤切口，以实现微创椎弓根入路。分离软组织后，将导航钻孔导板定位并沿规划路径对齐。使用配备4.5毫米钻头的动力钻，钻入椎弓根。

进行第二次锥形束CT（CBCT）扫描，以获取钻孔后椎体的重建图像，用于准确性分析。在进行后续的准确性分析之前，确保椎体中的钻孔椎管清晰可见。术后CBCT扫描用于评估每次穿刺所需时间以及临床和技术创新的准确性。

每次穿刺的平均置入时间为141 ± 71秒。根据Gertzbein评分标准，全部33次穿刺均被认为临床定位准确。在完成的33次椎弓根穿刺中，穿刺起点的技术准确度为1.0 ± 0.5毫米。

钻孔通道底部为 0.8 ± 0.1 毫米。角度偏差为 1.5 ± 0.6 度。在本研究中，使用头戴式设备显示的增强现实技术，在该猪尸体模型中对椎弓根进行钻孔操作具有较高的临床准确性。

本研究提供了逐步指导，以促进增强现实在外科手术流程中的整合。