Počítačové vidění a 3D tisk mohou pomoci při zavádění nitrodřeňových hřebů u zlomenin dlouhých kostí

Technika volné ruky

Jednou z nejběžněji používaných metod uchycení hřebu v jeho distální části technika volné ruky. Podle autorů studie je však tato metoda méně přesná a vyžaduje navíc několikanásobné fluoroskopické snímkování, které výrazně zvyšuje radiační zátěž zákroku.

Tým pod vedením Zakaria Chabihiho z Traumatologického a ortopedického oddělení Univerzitní nemocnice v Marrákeši se proto ve své studii, publikované v časopisu 3D Printing in Medicine, zaměřil na vytvoření nové metody, která zkrátí dobu zákroku, zvýší přesnost a sníží radiační zátěž při operaci.

Výsledkem výzkumu je systém, který se skládá ze zaměřovacího zařízení z části vytištěného na 3D tiskárně a speciálního softwaru, který využívá počítačové vidění a algoritmy umělé inteligence.

Zaměřovací zařízení

Základem celého systému je zaměřovací zařízení, které tvoří 4 části: hlavní teleskopické rameno, univerzální chirurgické svorky, rameno hledáčku a kontrastní zaměřovací kříž. Zařízení je navrženo tak, aby bylo kompatibilní s většinou používaných hřebů a snadno se s ním manipulovalo. Použití 3D tisku pro jeho výrobu podle autorů navíc umožnilo rychlou výrobu několika prototypů i rychlé úpravy jejich konstrukce.

Základnu zařízení tvoří univerzální chirurgická svorka, která je uchycena k proximálnímu konci hřebu a zajišťuje stabilitu celé soustavy. Na svorku je uchyceno teleskopické rameno, které představuje vodorovnou osu X a umožňuje nastavení vzdálenosti od chirurgické svorky k hledáčku. Lze jej vysunout nebo zasunout a pomocí šroubového upínacího mechanismu se tak přizpůsobit všem délkám hřebů.

Jako osa Y slouží svorka hledáčku, která umožňuje nastavení výšky a úhlu zaměřovacího mechanismu. Samotný hledáček je pak tvořen kruhovým otvorem, který navádí chirurga k zarovnání vrtáku s distálním otvorem hřebu.

Softwarové řešení v mobilu

Software systému byl vyvinut jako mobilní aplikace a pracuje na principech počítačového vidění. Jako vstupní data využívá snímky z C-ramene, na jejichž základě určí pomocí algoritmů pro detekci hran, Houghovy transformace, perspektivní interpolace a vektorových výpočtů, jak má být zaměřovací soustava správně nastavena a zkalibrována.

Výsledky a limity

Jak nová metoda funguje v praxi, vědci ověřovali na základě několika různých kritérií, například času od začátku kalibrace do zahájení zákroku nebo přesnosti výsledného zaměření. Závěry výzkumu pak podle jeho autorů ukázaly, že zařízení vykazuje slibné výsledky v časové efektivitě i vysoké přesnosti provedených zákroků. Velkou výhodu pak vidí také v nízkých nákladech na výrobu i údržbu.

I přes slibné výsledky ale výzkumníci upozorňují i na některé limity svého zařízení. Možné slabiny vidí například v riziku zkreslení výpočtů vlivem nedostatečně nasvětlených vstupních snímků nebo dalších proměnných, které do celého procesu vstupují.

(jko)

Zdroj: Chabihi, Z., Nouidi, N., Demnati, B. et al. Fast and accurate distal locking of interlocked intramedullary nails using computer-vision and a 3D printed device. 3D Print Med 10, 28 (2024), doi: 10.1186/s41205-024-00221-2.