Chirurgia automatica nella sostituzione transcatetere della valvola aortica utilizzando la realtà aumentata

Riepilogo

Questo articolo presenta la progettazione e l'implementazione di un modulo di chirurgia automatica basato sulla ricostruzione 3D basata sulla realtà aumentata (AR). Il sistema consente la chirurgia remota consentendo ai chirurghi di ispezionare le caratteristiche ricostruite e replicare i movimenti chirurgici della mano come se stessero eseguendo l'intervento chirurgico nelle immediate vicinanze.

Abstract

La realtà aumentata (AR) è molto richiesta nelle applicazioni mediche. L'obiettivo del documento è quello di fornire la chirurgia automatica utilizzando l'AR per la sostituzione transcatetere della valvola aortica (TAVR). La TAVR è la procedura medica alternativa per la chirurgia a cuore aperto. La TAVR sostituisce la valvola danneggiata con quella nuova utilizzando un catetere. Nel modello esistente, viene fornita la guida remota, mentre l'intervento chirurgico non è automatizzato in base all'AR. In questo articolo, abbiamo implementato una telecamera spazialmente allineata collegata a un motore per l'automazione dell'acquisizione delle immagini nell'ambiente chirurgico. La telecamera traccia l'immagine 2D ad alta risoluzione del cuore del paziente insieme al banco di prova del catetere. Queste immagini acquisite vengono caricate utilizzando l'app mobile su un chirurgo remoto esperto di cardiologia. Questa immagine viene utilizzata per la ricostruzione 3D dal tracciamento delle immagini 2D. Questo viene visualizzato in un HoloLens come un emulatore in un laptop. Il chirurgo può ispezionare in remoto le immagini ricostruite in 3D con funzioni di trasformazione aggiuntive come la rotazione e il ridimensionamento. Queste funzioni di trasformazione vengono abilitate tramite i gesti delle mani. La guida del chirurgo viene trasmessa all'ambiente chirurgico per automatizzare il processo in scenari in tempo reale. Il banco di prova del catetere in campo chirurgico è controllato dalla guida gestuale della mano del chirurgo remoto. Il prototipo sviluppato dimostra l'efficacia della guida chirurgica remota attraverso l'AR.

Introduzione

L'AR può sovrapporre il modello 3D in un ambiente reale. Lo sviluppo tecnologico verso l'AR ha fatto un cambiamento di paradigma in molti campi, vale a dire l'istruzione¹, la medicina², la produzione³ e l'intrattenimento⁴. La tecnologia AR, insieme alla comunicazione ultra-affidabile a bassa latenza, dimostra il suo ruolo inevitabile in campo medico. Dalla fase di apprendimento dell'anatomia umana alla guida chirurgica, le fasi di apprendimento possono essere visualizzate con software e hardware basati su AR ^5,6

Protocollo

1. Ambiente chirurgico

1. Progettare un ambiente chirurgico come mostrato nella Figura 1. Assicurati che l'ambiente abbia un piatto portaoggetti, un braccio robotico e due bracci sospesi lateralmente, uno per contenere un segnaposto della fotocamera e l'altro per avere uno sfondo bianco uniforme insieme al modulo di pesatura per la bilancia.
2. Sviluppare due driver, uno per l'istantanea dell'ambiente chirurgico in tempo reale, come indicato nei passaggi da 2.1 a 2.10, e l'altro per controllare il meccanismo di rotazione che supporta la sorveglianza a 360°, come indicato nei passaggi da 3.1 a 3.4.
3. ....

Discussione

In un lavoro esistente¹⁵, vengono esaminate le scansioni a raggi X e TC per localizzare il catetere nel cuore. Tuttavia, la sostituzione della TAVR AR stabilisce una nuova possibilità nella procedura chirurgica TAVR¹⁸ mediante l'implementazione di un modello automatizzato che utilizza la ricostruzione 3D. Come accennato nella sezione del protocollo, questo lavoro prevede cinque fasi di progettazione. La prima fase del DITF²², menzionata nella sezion.......

Materiali

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