Validation of a Mixed Reality Neuronavigation System Using Standardized 3D-Printed Skull Phantoms
Questo studio valida un sistema di neuronavigazione in realtà mista utilizzando phantom cranici stampati in 3D, dimostrando che raggiunge un'accuratezza clinicamente accettabile e una bassa latenza, rendendolo un'alternativa fattibile ed economica ai sistemi ottici convenzionali.
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In sala operatoria, il compito più critico di un neurochirurgo è spesso quello di individuare un bersaglio minuscolo e nascosto in profondità nel cervello e rimuoverlo senza disturbare il delicato tessuto sano circostante. Per farlo in sicurezza, i chirurghi si affidano a sistemi di navigazione che agiscono come un GPS ad alta tecnologia, mostrando esattamente dove si trovano i loro strumenti in relazione all'anatomia del paziente. Per decenni, questi sistemi hanno funzionato proiettando un'immagine bidimensionale su un monitor separato. Ciò costringe il chirurgo a distogliere costantemente lo sguardo dalla testa del paziente per controllare lo schermo, per poi guardare di nuovo verso il paziente per operare, interrompendo la sua concentrazione e aggiungendo sforzo mentale. Un approccio più recente, noto come realtà mista, tenta di risolvere questo problema proiettando un ologramma tridimensionale del cervello direttamente nella visuale del chirurgo, permettendogli di vedere le strutture interne come se guardasse attraverso il cranio del paziente. Tuttavia, affinché questa tecnologia possa essere ritenuta affidabile in situazioni di vita o di morte, deve essere dimostrato che sia altrettanto accurata e reattiva rispetto ai sistemi consolidati attualmente in uso.
I ricercatori dell'Ospedale del Popolo di Zhuhai e i loro collaboratori si sono posti l'obiettivo di testare se un sistema di navigazione a realtà mista costruito su misura potesse soddisfare questi rigorosi standard. Invece di testarlo su pazienti umani, il che sarebbe eticamente complesso e rischioso per un nuovo dispositivo, hanno creato un campo di prova controllato utilizzando cinque modelli di teschi umani stampati in 3D con alta precisione. Questi modelli sono stati fabbricati partendo da dati reali di scansioni mediche e includevano piccoli chiodi d'acciaio posizionati in punti specifici e noti per fungere da punti di riferimento. Il team ha utilizzato questi modelli per confrontare il loro nuovo sistema di realtà mista con un sistema di navigazione ottica commerciale standard, già ampiamente utilizzato negli ospedali. Hanno misurato quanto fosse vicino il mappamondo digitale al modello fisico e quanto velocemente il sistema rispondesse quando il chirurgo muoveva i suoi strumenti.
I risultati hanno mostrato che il sistema di realtà mista ha performato in modo notevole. Quando i ricercatori hanno misurato la distanza tra il bersaglio digitale e l'effettivo chiodo d'acciaio, il nuovo sistema presentava un errore medio di 1,37 millimetri. Il sistema commerciale consolidato era leggermente più preciso, con un errore medio di 1,1 millimetri. Sebbene il nuovo sistema non fosse perfetto quanto quello tradizionale, entrambi rientravano ampiamente nel margine di sicurezza che i medici considerano accettabile per la neurochirurgia, che è generalmente inferiore a 2 millimetri. Ciò significa che la guida olografica era abbastanza accurata da poter essere utilizzata in sicurezza in una vera sala operatoria.
Anche la velocità era un fattore critico, poiché anche un minuscolo ritardo tra il movimento di uno strumento e la visualizzazione del suo movimento sullo schermo potrebbe essere pericoloso. I ricercatori hanno misurato questo ritardo registrando la risposta del sistema con un video ad alta velocità. Hanno scoperto che il sistema di realtà mista reagiva in circa 108 millisecondi. Questo è abbastanza veloce da sembrare istantaneo per un chirurgo umano, garantendo che l'immagine olografica si muova in perfetta sincronia con gli strumenti fisici. Lo studio ha concluso che questo metodo di test tramite stampa 3D ha fornito un modo affidabile per validare la tecnologia, dimostrando che il sistema di realtà mista offre un'alternativa valida, economica e facile da usare rispetto ai costosi e complessi strumenti di navigazione tradizionali. Consentendo ai chirurghi di vedere il cervello in tre dimensioni senza distogliere lo sguardo, questa tecnologia potrebbe ridurre la fatica e migliorare la precisione delle future procedure neurochirurgiche.
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