The introduction of image-guided surgical navigation (IGSN) has greatly benefited technically demanding surgical procedures by providing real-time support and guidance to the surgeon during surgery. To develop effective IGSN, a careful selection of the information provided to the surgeon is needed. However, identifying optimal feedback modalities is challenging due to the broad array of available options. To address this problem, we have developed an open-source library that facilitates the development of multimodal navigation systems in a wide range of surgical procedures relying on medical imaging data. To provide guidance, our system calculates the minimum distance between the surgical instrument and the anatomy and then presents this information to the user through different mechanisms. The real-time performance of our approach is achieved by calculating Signed Distance Fields at initialization from segmented anatomical volumes. Using this framework, we developed a multimodal surgical navigation system to help surgeons navigate anatomical variability in a skull-base surgery simulation environment. Three different feedback modalities were explored: visual, auditory, and haptic. To evaluate the proposed system, a pilot user study was conducted in which four clinicians performed mastoidectomy procedures with and without guidance. Each condition was assessed using objective performance and subjective workload metrics. This pilot user study showed improvements in procedural safety without additional time or workload. These results demonstrate our pipeline's successful use case in the context of mastoidectomy.


翻译:通过向外科医生提供实时支持和指导,引入图像引导外科外科导航(IGSN)在技术上要求很高的外科手术程序大有裨益。为了开发有效的IGSN,需要仔细选择向外科医生提供的信息。然而,由于现有各种选择,确定最佳反馈模式具有挑战性。为了解决这一问题,我们开发了一个开放源库,在依赖医学成像数据的广泛外科程序的基础上,促进多式导航系统的发展。为了提供指导,我们的系统计算外科手术仪器与解剖学之间的最短距离,然后通过不同机制向用户提供这一信息。我们的方法的实时性能是通过从分解解剖量初始化时计算签署的远程场实现的。我们利用这个框架开发了一个多式外科手术导航系统,帮助外科医生在头骨骼外科手术模拟环境中处理解剖变情况。我们探索了三种不同的反馈模式:视觉、听觉和机能。为了评估拟议的系统,我们进行了试点用户研究,4名临床医师在不作任何指导的情况下,在试验的情况下,在试验中用测试性工作量中用这些测试结果。每个条件都用实验性地展示了测试性工作量。</s>

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