NIEDROGA RZECZYWISTOŚĆ ROZSZERZONA W CHIRURGII KRĘGOSŁUPA: BADANIE EMPIRYCZNE DOTYCZĄCE POPRAWY WIZUALIZACJI I DOKŁADNOŚCI CHIRURGICZNEJ

Iqra Aslam


Riphah International University (Pakistan)

Muhammad Jasim Saeed


Riphah International University (Pakistan)
https://orcid.org/0000-0003-4736-2263

Zarmina Jahangir


Riphah International University (Pakistan)
https://orcid.org/0009-0002-1240-1357

Kanza Zafar


Riphah International University (Pakistan)

Muhammad Awais Sattar

awais.sattar@riphah.edu.pk
Riphah International University (Pakistan)
https://orcid.org/0000-0002-2431-8182

Abstrakt

Minimalnie inwazyjna chirurgia kręgosłupa, czasami określana jako MISS, zmieniła terapię kręgosłupa, minimalizując czas potrzebny na powrót do zdrowia, a także ilość zmartwień i cierpienia, których doświadczają pacjenci. Zanim jednak będziemy mogli uznać operację za udaną, należy rozwiązać pewien krytyczny problem. Wykorzystanie technologii rozszerzonej rzeczywistości zyskuje na popularności w ciągu ostatnich kilku lat jako metoda poprawy dokładności zarządzania MISS. Niniejsze badania koncentrują się na zastosowaniach rzeczywistości rozszerzonej w minimalnie inwazyjnej chirurgii kręgosłupa. Zastosowanie technologii rzeczywistości rozszerzonej (AR), która wspiera specjalistów medycznych w wykonywaniu trudnych zabiegów kręgosłupa, pozwala na dostarczanie sugestii dotyczących umiejscowienia w czasie rzeczywistym, a także informacji specyficznych dla pacjenta. Wiąże się to z wieloma ważnymi korzyściami, z których niektóre obejmują lepsze widzenie, dokładniejsze umieszczanie narzędzi i mniej problemów. Aby włączyć rzeczywistość rozszerzoną do MISS, konieczne było posiadanie łatwego w użyciu interfejsu użytkownika, kompleksowego systemu integracji danych i niezawodnych mechanizmów rejestracji. Konieczne jest dokonanie niezbędnych modyfikacji procesu rejestracji, opóźnień i kwestii fizycznych przed wprowadzeniem go do praktyki klinicznej. Procedura ta musi zostać zakończona przed jej wdrożeniem. W kontekście tego projektu badawczego tworzona jest obecnie aplikacja na smartfony, która jest zintegrowana z rozszerzoną rzeczywistością w celu usprawnienia minimalnie inwazyjnej chirurgii kręgosłupa. „Innowacyjność tego badania polega na stworzeniu mobilnego interfejsu AR, który wypełnia lukę między dostępnością a wysokiej jakości narzędziami do wizualizacji chirurgicznej, oferując alternatywę dla tradycyjnych systemów AR”. Ta aplikacja AR na smartfony jest pierwszą tego typu, która łączy koszty, dostępność i zaawansowane funkcje wizualizacji, co skutkuje zupełnie nowym podejściem do pomocy chirurgicznej, która nie przypomina żadnej innej procedury chirurgicznej. Korzystając z Unity3D, kamery Vuforia AR i C#, oprogramowanie jest w stanie stworzyć rozszerzoną rzeczywistość (AR) na urządzenia mobilne. Cel ten jest realizowany poprzez wykorzystanie tych trzech komponentów. Technologie uważane za standardy branżowe obejmują HoloLens i wyświetlacze montowane na głowie (HMD), które są przykładami technologii rzeczywistości rozszerzonej. Z drugiej strony, zdecydowana większość osób nie jest w stanie z nich skorzystać ze względu na ogromny koszt, jaki ze sobą niosą. Jeśli chodzi o wizualizację trójwymiarowych obrazów MRI kręgosłupa, technologia ta oferuje podejście, które jest bardziej wydajne i ekonomiczne. Biorąc pod uwagę wyniki tego badania, wydaje się, że ankiety i formalne oceny wykorzystujące MISS i rzeczywistość rozszerzoną mogą być korzystne. Korzystając z rzeczywistości rozszerzonej (AR), lekarze mogą być w stanie skuteczniej widzieć ważne struktury, planować operacje chirurgiczne i identyfikować wymagany sprzęt, co ostatecznie może skutkować lepszymi wynikami pacjentów. Celem naukowców jest zwiększenie możliwości technologii rzeczywistości rozszerzonej, znalezienie dla niej nowych zastosowań i wprowadzenie usprawnień decyzyjnych opartych na sztucznej inteligencji.


Słowa kluczowe:

rozszerzona rzeczywistość, małoinwazyjna chirurgia kręgosłupa, precyzja chirurgiczna, wyniki leczenia pacjentów

[1] Avrumova F., Lebl D. R.: Augmented reality for minimally invasive spinal surgery. Frontiers in Surgery 9, 2023, 1086988 [https://doi.org/10.3389/fsurg.2022.1086988].
  Google Scholar

[2] Benmahdjoub M., van Walsum T., van Twisk P., Wolvius E. B.: Augmented reality in craniomaxillofacial surgery: Added value and proposed recommendations through a systematic review of the literature. Int. J. Oral Maxillofac. Surg. 50, 2021, 969–978.
  Google Scholar

[3] Brebant V., Heine N., Lamby P., Heidekrueger P. I., Forte A. J., Prantl L., Aung T.: Augmented reality of indocyanine green fluorescence in simplified lymphovenous anastomosis in lymphatic surgery. Clin. Hemorheol. Microcirc. 3, 2019, 125–133.
  Google Scholar

[4] Brockmeyer P., Wiechens B., Schliephake H.: The role of augmented reality in the advancement of minimally invasive surgery procedures: A scoping review. Bioengineering 10(4), 2023, 501 [https://doi.org/10.3390/bioengineering10040501].
  Google Scholar

[5] Butler A. J., Colman M. W., Lynch J., Phillips F. M.: Augmented reality in minimally invasive spine surgery: Early efficiency and complications of percutaneous pedicle screw instrumentation. Spine J. 23, 2023, 27–33.
  Google Scholar

[6] Chauvet P. et al.: Augmented reality with diffusion tensor imaging and tractography during laparoscopic myomectomies. J. Minim. Invasive Gynecol. 27, 2020, 973–976.
  Google Scholar

[7] Chen F., Cui X., Han B., Liu J., Zhang X., Liao H.: Augmented reality navigation for minimally invasive knee surgery using enhanced arthroscopy. Comput. Methods Programs Biomed. 201, 2021, 105952.
  Google Scholar

[8] Eckert M., Volmerg J. S., Friedrich C. M.: Augmented reality in medicine: Systematic and bibliographic review. JMIR Mhealth Uhealth. 7(4), 2019, e10967 [https://doi.org/10.2196/10967].
  Google Scholar

[9] Felix B. et al.: Augmented reality spine surgery navigation: Increasing pedicle screw insertion accuracy for both open and minimally invasive spine surgeries. Spine. 47, 2022, 865–872.
  Google Scholar

[10] Forte M. P., Gourishetti R., Javot B., Engler T., Gomez E. D., Kuchenbecker K. J.: Design of interactive augmented reality functions for robotic surgery and evaluation in dry-lab lymphadenectomy. Int. J. Med. Robot. 18, 2022, e2351.
  Google Scholar

[11] Godzik J., Farber S. H., Urakov T., Steinberger J., Knipscher L. J., Ehredt R. B., Tumialán L. M., Uribe J. S.: "Disruptive technology" in spine surgery and education: Virtual and augmented reality. Oper. Neurosurg. 21, 2021, S85–S93.
  Google Scholar

[12] Gholizadeh M. et al.: Minimally invasive and invasive liver surgery based on augmented reality training: a review of the literature. J Robot Surg. 17(3), 2023, 753–763 [https://doi.org/10.1007/s11701-022-01499-2].
  Google Scholar

[13] Gribaudo M., Piazzolla P., Porpiglia F., Vezzetti E., Violante M. G.: 3D augmentation of the surgical video stream: Toward a modular approach. Comput. Methods Programs Biomed. 191, 2020, 105505.
  Google Scholar

[14] Hersh A. et al.: Augmented reality in spine surgery: A narrative review. HSS J. 17(3), 2021, 351–358 [https://doi.org/10.1177/15563316211028595].
  Google Scholar

[15] Huang X. et al.: Augmented reality surgical navigation in minimally invasive spine surgery: A preclinical study. Bioengineering 10, 2023, 1094 [https://doi.org/10.3390/bioengineering10091094].
  Google Scholar

[16] Hussain R., Lalande A., Guigou C., Bozorg-Grayeli A.: Contribution of augmented reality to minimally invasive computer-assisted cranial base surgery. IEEE J. Biomed. Health Inform. 24, 2020, 2093–2106.
  Google Scholar

[17] Jia T., Taylor Z. A., Chen X.: Long term and robust 6DoF motion tracking for highly dynamic stereo endoscopy videos. Comput. Med. Imaging Graph. 94, 2021, 101995.
  Google Scholar

[18] Lecointre L. et al.: Robotically assisted augmented reality system for identification of targeted lymph nodes in laparoscopic gynecological surgery: A first step toward the identification of sentinel node. Surg. Endosc. 36, 2022, 9224–9233.
  Google Scholar

[19] Lee C., Wong G. K.: Virtual reality and augmented reality in the management of intracranial tumors: A review. J. Clin. Neurosci. 62, 2019, 14–20 [https://doi.org/10.1016/j.jocn.2018.12.036].
  Google Scholar

[20] Lee D., Yi J. W., Hong J., Chai Y. J., Kim H. C., Kong H. J.: Augmented reality to localize individual organ in surgical procedure. Healthc Inform Res. 24(4), 2018, 394-401 [https://doi.org/10.4258/hir.2018.24.4.394].
  Google Scholar

[21] Liang S.: Research proposal on reviewing augmented reality applications for supporting ageing population. Procedia Manufacturing 3, 2015, 219-226 [https://doi.org/10.1016/j.promfg.2015.07.132].
  Google Scholar

[22] Li R. et al.: Accurate and robust feature description and dense point-wise matching based on feature fusion for endoscopic images. Comput. Med. Imaging Graph. 94, 2021, 102007.
  Google Scholar

[23] Pelargos P. E. et al.: Utilizing virtual and augmented reality for educational and clinical enhancements in neurosurgery. J. Clin. Neurosci. 35, 2017, 1–4 [https://doi.org/10.1016/j.jocn.2016.09.002].
  Google Scholar

[24] Pratt P., Arora A.: Transoral robotic surgery: Image guidance and augmented reality. ORL J. Otorhinolaryngol. Relat. Spec. 80, 2018, 204–212.
  Google Scholar

[25] Rush A. J. 3rd., Shepard N., Nolte M., Siemionow K., Phillips F.: Augmented reality in spine surgery: Current state of the art. Int. J. Spine Surg. 16, 2022, S22–S27.
  Google Scholar

[26] Spirina Y., Samoilova I., Kazimova D., Selezneva R., Polupan K.: Using the Unity 3D environment and the Vuforia plugin to develop an AR application. Trudy Universiteta 1(90), 2023, 378–384 [https://doi.org/10.52209/1609-1825_2023_1_378].
  Google Scholar

[27] Stewart C. L. et al.: Study on augmented reality for robotic surgery bedside assistants. J. Robot. Surg. 16, 2022, 1019–1026.
  Google Scholar

[28] Thabit A. et al.: Augmented reality navigation for minimally invasive craniosynostosis surgery: A phantom study. Int. J. Comput. Assist. Radiol. Surg. 17, 2022, 1453–1460.
  Google Scholar

[29] Wang R., Zhang M., Meng X., Geng Z., Wang F.Y.: 3-D tracking for augmented reality using combined region and dense cues in endoscopic surgery. IEEE J. Biomed. Health Inform. 22, 2018, 1540–1551.
  Google Scholar

[30] Wendler T., van Leeuwen F. W. B., Navab N., van Oosterom M. N.: How molecular imaging will enable robotic precision surgery: The role of artificial intelligence, augmented reality, and navigation. Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging. 48, 2021, 4201–4224.
  Google Scholar

[31] Wild C. et al.: Telestration with augmented reality for visual presentation of intraoperative target structures in minimally invasive surgery: A randomized controlled study. Surg. Endosc. 36, 2022, 7453–7461.
  Google Scholar

[32] Xu L. et al.: Information loss challenges in surgical navigation systems: From information fusion to AI-based approaches. Inf. Fusion. 92, 2023, 13–36.
  Google Scholar

[33] Yuk F. J., Maragkos G. A., Sato K., Steinberger J.: Current innovation in virtual and augmented reality in spine surgery. Ann. Transl. Med. 9, 2021, 94.
  Google Scholar


Opublikowane
2024-12-21

Cited By / Share

Aslam, I., Saeed, M. J., Jahangir, Z., Zafar, K., & Sattar, M. A. (2024). NIEDROGA RZECZYWISTOŚĆ ROZSZERZONA W CHIRURGII KRĘGOSŁUPA: BADANIE EMPIRYCZNE DOTYCZĄCE POPRAWY WIZUALIZACJI I DOKŁADNOŚCI CHIRURGICZNEJ. Informatyka, Automatyka, Pomiary W Gospodarce I Ochronie Środowiska, 14(4), 154–163. https://doi.org/10.35784/iapgos.6715

Autorzy

Iqra Aslam 

Riphah International University Pakistan

Holds an M.Sc. in computer science from Riphah International University, Lahore Campus, and a B.Sc. in computer science from Lahore College for Women University, Lahore. With a solid academic background, her key interests include application development, computer vision, and machine learning. Passionate about using her skills in these areas to create new technology solutions and support research in computer science.


Autorzy

Muhammad Jasim Saeed 

Riphah International University Pakistan
https://orcid.org/0000-0003-4736-2263

Received the M.Sc. degree in computer science from Liverpool John Moores University, U.K., and the Ph.D. degree in computer communications and networks from Manchester Metropolitan University, U.K. Currently, he holds the position of an assistant professor and the Head of the Department of Computing, Riphah International University, Lahore Campus, Pakistan.


Autorzy

Zarmina Jahangir 

Riphah International University Pakistan
https://orcid.org/0009-0002-1240-1357

Has an extensive background in computer science with an M.Sc. degree from FAST-NU and a Ph.D. scholar specializing in Software Engineering from COMSATS. With a strong academic foundation and a passion for research, her key interests lie in Software Engineering and Machine Learning.

 


Autorzy

Kanza Zafar 

Riphah International University Pakistan

A Ph.D. Scholar in Computing at Riphah International University. She has done B.Sc. and M.Sc. in Computer Engineering from Sir Syed University of Engineering Technology, Karachi. Currently, she is serving as Senior Lecturer at Riphah International University, Lahore Campus. Her research areas are Computer Networks and Information & Cyber Secuirty.


Autorzy

Muhammad Awais Sattar 
awais.sattar@riphah.edu.pk
Riphah International University Pakistan
https://orcid.org/0000-0002-2431-8182

Statystyki

Abstract views: 5
PDF downloads: 5


Licencja

Creative Commons License

Utwór dostępny jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 4.0 Międzynarodowe.