Cмартфон-ассистированная технология дополненной реальности при предоперационном планировании в хирургии позвоночника

Цель исследования. Представление виртуальной трехмерной модели патологически измененных сегментов позвоночника пациента и анализ результатов ее применения при планировании хирургического вмешательства в виде дополненной реальности с использованием смартфона.

Материал и методы. Выполнили трехмерное моделирование целевого отдела предполагаемой зоны хирургического вмешательства на основе данных КТ пяти пациентов с различными деформациями позвоночника. Разработали приложение для смартфона, позволяющее выводить на экран трехмерный объект предполагаемой зоны операции в виде дополненной реальности.

Результаты. Созданные виртуальные трехмерные модели были успешно применены в пяти случаях при предоперационном планировании и проведении симуляционного тренинга перед хирургическим вмешательством, что позволило детально увидеть анатомические особенности позвоночника, расположение сосудистых структур при их контрастировании, спланировать направление винтов. Продемонстрирован потенциал применения дополненной реальности в клинической практике.

Заключение. Преимуществами метода смартфон-ассистированной технологии дополненной реальности при предоперационном планировании в хирургии позвоночника являются простота создания компьютерной модели, возможности для хирурга использования трехмерной модели для ориентирования в сложной анатомической зоне в любой момент операции, сокращение риска технических ошибок.

1. Lovo EE, Quintana JC, Puebla MC, Torrealba G, Santos JL, Lira IH, Tagle P. A novel. inexpensive method of image coregistration for applications in image-guided surgery using augmented reality. Neurosurgery. 2007;60(4 Suppl 2):366–372. DOI: 10.1227/01.NEU.0000255360.32689.FA.

2. Caudell TP, Mizell DW. Augmented reality: an application of heads-up display technology to manual manufacturing processes. In: Proceedings of the Twenty Fifth Hawaii International Conference on System Sciences, Kauai, HI, USA, Feb 7–10, 1992: Vol. 2. P. 659–669. DOI: 10.1109/HICSS.1992.183317.

3. Всемирное исследование Digital IQ за 2017 год. Цифровое десятилетие. В ногу со временем. [Electronic resource]. https://www.pwc.ru/ru/publications/globaldigital-iq-survey-rus.pdf (дата обращения: 10.11.2020). [2017 Global Digital IQ® Survey. A decade of digital. Keeping pace with transformation. [Electronic resource]. https://www.pwc.ru/ru/publications/globaldigital-iq-survey-rus.pdf. Date of access: 10.11.2020].

4. Leger E, Reyes J, Drouin S, Popa T, Hall JA, Collins DL, Kersten-Oertel M. MARIN: an open-source mobile augmented reality interactive neuronavigation system. Int J Comput Assist Radiol Surg. 2020;15:1013–1021. DOI: 10.1007/s11548-020-02155-6.

5. Кравцов А.А., Лойко В.И. Совершенствование пользовательского интерфейса визуализации трехмерных объектов при помощи технологии дополненной реальности // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2014. № 100. С. 431–445. [Kravtsov AA, Loiko VI. Improving three-dimensional object visualization user interface with augmented reality technology. Scientific Journal of KubSAU. 2014;(100):

6. –1420. In Russian].

7. Deng W, Li F, Wang M, Song Z. Easy-to-use augmented reality neuronavigation using a wireless tablet PC. Stereotact Funct Neurosurg. 2014;92:17–24. DOI: 10.1159/000354816.

8. Hou Y, Ma L, Zhu R, Chen X, Zhang J. A low-cost iPhone-assisted augmented reality solution for the localization of intracranial lesions. PLoS ONE. 2016;11:e0159185. DOI: 10.1371/journal.pone.0159185.

9. 3D Slicer. [Electronic resource]. URL: https://www.slicer.org (дата обращения: 10.11.2020). [3D Slicer. [Electronic resource]. URL: https://www.slicer.org. Date of access: 10.11.2020].

10. Ungi T, Lasso A, Fichtinger G. Open-source platforms for navigated image-guided interventions. Med Image Anal. 2016;33:181–186. DOI: 10.1016/j.media.2016.06.011.

11. Blender [Electronic resource]. URL: https://www.blender.org/download (дата обращения: 10.11.2020). [Blender [Electronic resource]. URL: https://www.blender.org/download. Date of access: 10/11/2020].

12. Vuforia [Electronic resource]. URL: https://developer.vuforia.com (дата обращения: 10.11.2020). [Vuforia [Electronic resource]. URL: https://developer.vuforia.com. Date of access: 10.11.2020].

13. Perez-Pachon L, Poyade M, Lowe T, Groning F. Image overlay surgery based on augmented reality: a systematic review. In: Rea P.M. (ed). Biomedical Visualisation. Advances in Experimental Medicine and Biology, Vol 1320. Springer, Cham, 2020:175–195. DOI: 10.1007/978-3-030-47483-6_10.

14. Unity [Electronic resource]. URL: https://unity.com/ru (дата обращения: 10.11.2020). [Unity [Electronic resource]. URL: https://unity.com/ru. Date of access 10.11.2020].

15. Guha D, Alotaibi NM, Nguyen N, Gupta S, McFaul C, Yang VXD. Augmented reality in neurosurgery: a review of current concepts and emerging applications. Can J Neurol Sci. 2017;44:235–245. DOI: 10.1017/cjn.2016.443.

16. Watanabe E, Satoh M, Konno T, Hirai M, Yamaguchi T. The trans-visible navigator: a see-through neuronavigation system using augmented reality. World Neurosurg. 2016;87:399–405. DOI: 10.1016/j.wneu.2015.11.084.

17. Aly O. Assisting vascular surgery with smartphone augmented reality. Cureus. 2020;12:e8020. DOI: 10.7759/cureus.8020.

18. Besharati Tabrizi L, Mahvash M. Augmented reality-guided neurosurgery: accuracy and intraoperative application of an image projection technique, J Neurosurg. 2015;123:206–211. DOI: 10.3171/2014.9.JNS141001.

19. Zhu M, Liu F, Chai G, Pan JJ, Jiang T, Lin L, Xin Y, Zhang Y, Li Q. A novel augmented reality system for displaying inferior alveolar nerve bundles in maxillofacial surgery. Sci Rep. 2017;7:42365. DOI: 10.1038/srep42365.