Colmare la lacuna nella validazione del tracciamento senza marcatori: integrazione nel flusso di lavoro delle radiografie intraoperatorie

Abstract degli autori

Il tracciamento intraoperatorio senza marcatori dell’anatomia vertebrale mediante sensori RGB-D è una promettente alternativa ai marcatori fiduciali invasivi ancorati all’osso, ma nessun dataset clinico esistente offre una verità di riferimento indipendente per le strutture sottostanti con cui validare questi metodi. Colmiamo questa lacuna con una procedura applicabile in ambito clinico che ricava la posa a 6 gradi di libertà di ciascuna vertebra dalle immagini fluoroscopiche acquisite di routine con un arco a C durante l’intervento e la coregistra con il sistema di riferimento della fotocamera RGB-D mediante una matrice di marcatori fiduciali multimodali rilevabile in entrambe le modalità di imaging. È fondamentale che la procedura non richieda esposizione aggiuntiva alle radiazioni, strumentazione aggiuntiva né modifiche al normale flusso di lavoro chirurgico: utilizza soltanto le immagini fluoroscopiche già acquisite durante i controlli di routine del livello vertebrale. Una catena calibrata di trasformazioni collega la posa vertebrale ricavata mediante registrazione 2D-3D multivista dalla TC alla fluoroscopia al sistema di coordinate RGB-D, consentendo di confrontare direttamente qualsiasi stima di registrazione senza marcatori con un riferimento delle strutture sottostanti. La validazione ex vivo su vertebre ovine tracciate otticamente conferma un’accuratezza dell’intera procedura di 2,06 +- 0,29 mm e 3,35 +- 0,93 gradi, sufficiente a fungere da verità di riferimento indipendente per metodi con errori sensibilmente maggiori. Dimostriamo l’utilità della procedura valutando due strategie di registrazione senza marcatori su dati clinici relativi a 11 vertebre e 1.500 fotogrammi provenienti da tre sequenze chirurgiche: è la prima valutazione di questo tipo condotta in ambito clinico rispetto a un riferimento indipendente delle strutture sottostanti. Il framework proposto offre un’infrastruttura riutilizzabile per valutare mediante benchmark i nuovi metodi di tracciamento senza marcatori su dati chirurgici reali.