Artırılmış gerçeklik teknolojisinin spinal faset eklem enjeksiyonlarında kullanımının kadavra üzerinde araştırılması
Investigating the effectiveness of using augmented reality headset in spinal facet joint injections on human cadaver model
Yazar: ALİ EKREM ADIYAMAN
Danışman: DOÇ. DR. PULAT AKIN SABANCI
İstanbul Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Beyin ve Sinir Cerrahisi Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2022
Konu: Nöroşirürji = Neurosurgery
Dizin: Artırılmış gerçeklik = Augmented reality ; Eklemler = Joints ; Enjeksiyonlar-spinal = Injections-spinal ; Karıştırılmış gerçeklik = Mixed reality ; Omurga = Spine

Özet:
Giriş
Bel, boyun ve sırt ağrısı tüm dünyada oldukça yaygın bir halk sağlığı sorunudur. Tedavi maliyetlerinde artışa, verimlilik kaybına, engellilik ve kronik ilaç kullanımına yol açar. Her yaştan insanı etkileyebilir ve yaşam boyu prevalansı %50 ile %80 arasında değişmektedir. Omurgalar arası faset eklemlerin dejenerasyonuna bağlı olarak gelişen faset sendromu, omurga ağrılarının en sık nedenlerinden biri olarak kabul edilir. Çalışmalarda bel ağrılarının %15-45'inin, boyun ağrılarının %54-67'sinin ve sırt ağrılarının ortalama %48'inin faset sendromu ile ilişkili olduğunu belirtilmiştir. Faset sendromunun tanısında ve tedavisinde tüm dünyada kullanılan en yaygın metot faset eklem enjeksiyonlarıdır. Faset eklem enjeksiyonları klinik pratikte sıklıkla c-kollu skopi eşliğinde yapılır. C-kollu skopi cihazı X ışını yaymaktadır ve kullanımda radyasyon maruziyeti oluşmaktadır. Ayrıca iki boyutlu bir görüntü üzerinden ayrı bir ekrana bakarak işlem gerçekleştirilmektedir. Ekrandaki iki boyutlu görüntüye bakarak işlemi gerçekleştirmek tecrübe ister ve kolay değildir. Bunlara ek olarak işlemi uygulayan doktor için ayrı bir ekrana bakmak odak noktasında kaymaya yol açabilmektedir. Artırılmış gerçeklik teknolojisi, bilgisayar ortamında oluşturulan iki veya üç boyutlu görsellerin bir telefon, tablet, gözlük vb. cihaz yardımıyla gerçek dünya ile etkileşime girip kullanıcının gözüne yansıtılması teknolojisidir. Bu çalışmada faset eklem enjeksiyonlarını artırılmış gerçeklik gözlüğü ile gerçekleştirerek sonuçlarını c-kollu skopi ile karşılaştırmayı planladık.
Gereç ve Yöntemler
Çalışmamızda 5 adet disseke edilmemiş insan kadavrasını kullandık. Kadavralar işlem için özel markerlarla işaretlendikten sonra tüm spinal BT çekildi. BT verileri 3D Slicer ve Blender adlı açık kaynak kodlu programlar kullanılarak işlendi ve kadavra omurgasının 3 boyutlu modeli oluşturuldu. Unity adlı oyun geliştirme motorunda Vuforia SDK görüntü hedef sistemi kullanılarak her bir işlem için ayrı bir program geliştirildi ve bu programlar Microsoft Visual Studio kullanılarak Microsoft HoloLens 2 adlı artırılmış gerçeklik gözlüğünde çalıştırıldı. Deney grubunda iki kadavraya C7-T1'den L5-S1'e kadar bilateral 18 seviyede toplam 72, üç kadavraya da T12-L1'den L5-S1'e kadar bilateral 6 seviyede toplam 36 adet 20 G spinal iğne (Spinocan, Braun) yerleştirildi. İğneler yerleştirildikten sonra herhangi bir ilaç uygulanmadı ve sadece iğnenin yerleşim yerinin doğruluğunu denetlemek amacıyla tüm spinal BT çekildi. İğneler çıkartılarak aynı kadavralarda aynı bölgelere kontrol grubu olarak c-kollu skopiyle aynı sayıda iğneler yerleştirilerek kontrol tüm spinal BT çekildi.
Bulgular
Bağımsız bir nöroradyolog tarafından deney grubu ve kontrol grubundaki her bir iğne yerleşim yeri açısından başarısız, başarılı ve mükemmel şeklinde üç aşamalı bir skorlamayla, körlemesine değerlendirilmiştir. Toplam 216 iğnenin 33 tanesi (%15,3) başarısız, 109 tanesi (%50,5) başarılı, 74 tanesi (%34,3) mükemmel şekilde olarak değerlendirilmiştir. Bağımsız örneklem t testi kullanılarak yapılan istatistiksel değerlendirmede kontrol grubundaki 108 enjeksiyona (X̄ = 2.12, SS = 0.66) kıyasla deney grubundaki 108 enjeksiyondaki başarı oranı (X̄ = 2.25, SS = 0.68) çok az daha yüksek olmakla birlikte iki grup arasında istatistiksel olarak anlamlı bir fark bulunamamıştır, t(214) = 1.51, p = .13.
Sonuç
Artırılmış gerçeklik gözlüğü yardımıyla yapılan faset eklem enjeksiyonu tekniği, klasik yöntem olan c-kollu skopi tekniğiyle kıyaslandığında; kadavralarda uygulamamızda istatistiksel anlamlı fark olmaksızın aynı başarı ve güvenilirlik oranını sağlamaktadır. Artırılmış gerçeklik teknolojisinin klinik kullanımıyla c-kollu skopi ihtiyacı azalabilir. Böylece işlemi uygulayan doktorun ve sağlık personelinin radyasyon maruziyeti azaltılabilir, işlem iki boyutlu bir görüntüden üç boyutlu bir görüntüye taşınarak kolaylaştırılabilir, işlemi uygulayanın tecrübesinin işlemin başarısında oynadığı rol azaltılabilir ve odak kayması problemi ortadan kaldırılabilir.

Abstract:
Introduction
Spinal pain is an important public health issue leading to a substantial increase in treatment costs, loss of productivity, disability, and drug use. Spinal pain can affect people of all ages, from adolescents to the elderly; and the lifetime prevalence ranges from 50% to 80%. Facet syndrome, which develops due to degeneration of facet joints, can be considered one of the most common causes of the spinal pain. Studies have found that 15-45% of low back pain, 54-67% of neck pains, and an average of 48% of back pain are associated with facet syndrome. The most common method used in the diagnosis and treatment of facet syndrome worldwide is facet joint injections. Facet joint injections are often performed with c-arm fluoroscopy in clinical practice. The c-arm fluoroscopy device emits X-rays, and radiation exposure occurs in use. In addition, the process is performed by looking at a separate screen on a two-dimensional image. Operating by looking at the two-dimensional image on the screen requires experience and is not easy, and it may shift the doctor's focus. Augmented reality technology, interacting with the real world, can reflect three-dimensional images created in the computer environment to the user's eye. Our study aims to perform facet joint injections with augmented reality headset compared to c-arm fluoroscopy.
Materials and Methods
We used five human cadavers. After the cadavers were marked with unique markers for the procedure, spinal CT was performed. CT data were processed using open-source programs called 3D Slicer and Blender, and a 3D model of the cadaver spine was created. A separate program was developed for each injection using the Unity and Vuforia Engine SDK image target system. These programs were run on the Microsoft HoloLens 2 augmented reality headset. Next, in the experimental group, a total of 72 needles (20 G, Spinocan, Braun) at 18 levels from C7-T1 to L5-S1 for two cadavers and 36 needles for three cadavers at six levels from T12-L1 to L5-S1 were placed. After the needles were placed, no medication was injected, and we performed a spinal CT to test the accuracy of the needle placements. After the needles were removed from the cadavers, facet joint injections were performed using the c-arm fluoroscopy in the control group, and then we performed a spinal CT.
Results
Neuroradiologists independently evaluated each needle placements in the experimental and control groups based on the following scoring: unsuccessful, successful, and excellent. The independent sample t-test indicated that the success rate in 108 injections in the experimental group (X̄ = 2.25, SS = 0.68) was slightly higher compared to the 108 injections in the control group (X̄ = 2.12, SS = 0.66) but there was no statistically significant difference among two groups, t(214) = 1.51, p = .13.
Conclusion
Compared to the c-arm fluoroscopy, the facet joint injections performed with the augmented reality headset provided no statistically significant differences in the success and safety rate in human cadavers. The study can act as a proof of concept to show the feasibility of using AR in facet joint injections. Furthermore, the procedure can be facilitated by moving it from a two-dimensional image to a three-dimensional image. Benefiting from these advantages, AR headsets can effectively improve the quality of the procedure, reduce the dependence on the experience of surgeons by eliminating the problem of focus switching, and reduce the intensity of the radiation exposure of the patient and healthcare personnel.