Validation of a Mixed Reality Neuronavigation System Using Standardized 3D-Printed Skull Phantoms
Este estudio valida un sistema de neuronavegación de realidad mixta utilizando fantomas de cráneo impresos en 3D, demostrando que logra una precisión clínicamente aceptable y una baja latencia, lo que lo convierte en una alternativa viable y rentable a los sistemas ópticos convencionales.
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En el quirófano, la tarea más crítica de un neurocirujano es a menudo encontrar un objetivo diminuto y oculto en lo profundo del cerebro y extraerlo sin alterar el delicado tejido sano que lo rodea. Para hacer esto de forma segura, los cirujanos dependen de sistemas de navegación que actúan como un GPS de alta tecnología, mostrándoles exactamente dónde se encuentran sus instrumentos en relación con la anatomía del paciente. Durante décadas, estos sistemas han funcionado proyectando una imagen bidimensional en un monitor separado. Esto obliga al cirujano a apartar constantemente la vista de la cabeza del paciente para consultar la pantalla, y luego volver a mirar para operar, rompiendo su concentración y añadiendo fatiga mental. Un enfoque más reciente, conocido como realidad mixta, intenta resolver esto proyectando un holograma tridimensional del cerebro directamente en la visión del cirujano, permitiéndole ver las estructuras internas como si estuviera mirando a través del cráneo del paciente. Sin embargo, para que esta tecnología sea digna de confianza en situaciones de vida o muerte, debe demostrar ser tan precisa y sensible como los sistemas establecidos que se utilizan actualmente.
Investigadores del Hospital de la Gente de Zhuhai y sus colaboradores se propusieron probar si un sistema de navegación de realidad mixta construido a medida podría cumplir con estos estrictos estándares. En lugar de realizar pruebas en pacientes humanos, lo cual sería éticamente complejo y arriesgado para un dispositivo nuevo, crearon un entorno de prueba controlado utilizando cinco modelos de cráneos humanos impresos en 3D de alta precisión. Estos modelos fueron fabricados a partir de datos reales de escaneos médicos e incluían pequeños clavos de acero colocados en ubicaciones específicas y conocidas para servir como puntos de referencia. El equipo utilizó estos modelos para comparar su nuevo sistema de realidad mixta frente a un sistema de navegación óptica comercial estándar que ya es ampliamente utilizado en hospitales. Midieron qué tan cerca coincidía el mapa digital con el modelo físico y qué tan rápido respondía el sistema cuando el cirujano movía sus herramientas.
Los resultados mostraron que el sistema de realidad mixta funcionó notablemente bien. Cuando los investigadores midieron la distancia entre el objetivo digital y el clavo de acero real, el nuevo sistema tuvo un error promedio de 1.37 milímetros. El sistema comercial establecido fue ligeramente más preciso, con un error promedio de 1.1 milímetros. Aunque el nuevo sistema no fue tan perfecto como el tradicional, ambos se situaron dentro del margen de seguridad que los médicos consideran aceptable para la cirugía cerebral, que es generalmente inferior a 2 milímetros. Esto significa que la guía holográfica fue lo suficientemente precisa como para utilizarse de forma segura en un quirófano real.
La velocidad era otro factor crítico, ya que incluso un pequeño retraso entre el movimiento de una herramienta y el hecho de verla moverse en la pantalla podría ser peligroso. Los investigadores midieron este retraso grabando la respuesta del sistema con video de alta velocidad. Encontraron que el sistema de realidad mixta reaccionaba en unos 108 milisegundos. Esto es lo suficientemente rápido como para parecer instantáneo para un cirujano humano, asegurando que la imagen holográfica se mueva en perfecta sincronía con los instrumentos físicos. El estudio concluyó que este método de prueba mediante impresión 3D proporcionó una forma fiable de validar la tecnología, demostrando que el sistema de realidad mixta ofrece una alternativa viable, rentable y fácil de usar a las herramientas de navegación tradicionales, que son costosas y complejas. Al permitir que los cirujanos vean el cerebro en tres dimensiones sin apartar la vista, esta tecnología podría reducir la fatiga y mejorar la precisión de los futuros procedimientos neuroquirúrgicos.
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