拡張現実が整形外科を変革する方法

仮想現実、拡張現実、複合現実は整形外科の訓練、手術、リハビリテーションを再形成しています。

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KSSTAの最近の論文で、著者らはXR技術が整形外科のトレーニング、術中の精度、リハビリ成果を著しく向上させることを示しました。

医療と整形外科におけるXR技術

医療分野では、XR技術が仮想環境と現実環境を接続し、医療教育を再構築し、手技の精度を向上させ、患者ケアを強化することで、医療実践の運用方法を変革しています。例えば、VRシミュレーターは、臨床医が手術スキルを開発するのに効果的であり、早期の実地臨床経験に伴うリスクを軽減し、遺体を使ったトレーニングの必要性をなくします。

整形外科手術において、ARナビゲーションシステムはコンポーネントのアライメントを改善し、術中の誤差を減らすことで、人工膝関節および股関節置換術の手技精度を向上させ、長期的な患者転帰の改善に繋がっています。

整形外科におけるデジタルツインとAI

これらの進歩の中で、デジタルツイン技術は整形外科におけるXRの革新的な応用として現れ、複数のデータソースと計算シミュレーションを組み合わせて、個別の手術計画、リアルタイムのリハビリ監視、筋骨格障害の予測モデリングを可能にします。

これらのXRの発展と並行して、ChatGPTのような大規模言語モデルやDeepSeekのような新興のマルチモーダルAIシステムが、医療言語へのアクセス性を高め、原稿作成を簡素化し、臨床意思決定や文献レビューのための革新的なツールを提供することで整形外科研究の形を作っています。

AIをXRプラットフォームに統合することで、個別の予測を可能にし、手術トレーニングを支援することにより、整形外科手術をさらに強化する可能性があります。

スポーツ外傷学および関節鏡におけるXR

スポーツ外傷学および関節鏡手術の分野で、XR技術は明確かつ臨床的に意義のある利点を提供します。

VRベースの関節鏡シミュレーターは、受講者が安全で管理された環境で肩や膝の手技を繰り返し練習できるようにし、スキル習得を促進しリスクを低減します。

手術中、AR誘導ナビゲーションはACL再建におけるトンネル配置を改善し、多靭帯修復中の透視使用を減少させ、複雑な肩の手術における視覚化を向上させることができます。

手術後、バーチャルおよびARベースのリハビリツールが患者の遵守を促進し、遠隔監視を可能にし、復帰に関するより効率的な意思決定をサポートします。

レビューの範囲と目的

このレビューは、整形外科ケアにおいてXR統合が手技の成果、患者の安全性、アクセス性を向上させる方法について臨床医志向の視点を提供します。３つの柱に焦点を当てています：

没入型技術を用いた整形外科手術トレーニング

手術トレーニングにVRベースのシミュレーターを使用するという考えは、ビデオゲーム経験のある外科医が間接的な視覚化と正確な運動協調を要する作業により迅速に適応することを観察したことから生まれました。特に関節鏡や腹腔鏡手術において。

VRシミュレーターは、解剖学的解剖から関節鏡、骨折修復、関節形成術などの複雑な手術まで、幅広いスキルを安全で管理されたリスクのない環境で練習する機会を研修医に提供します。

VRシミュレーターの種類と利点

画面ベースのVRシミュレーター
これらのシステムは物理モデル、ハプティックフィードバック、高解像度スクリーンを組み合わせています。通常はトラッキングされた器具を使用しますが、VRヘッドセットには依存しません。

完全没入型ヘッドセットベースのVRシミュレーター
これらはVRヘッドセットとハンドコントローラーを使用して完全な仮想トレーニング環境を作り出します。

手術訓練におけるARとMR

Source: Aksoy ME, Kocaoglu B, Izzetoglu K, Agrali A, Yoner SI, Polat MD, et al. Assessment of learning in simulator-based arthroscopy training with the diagnostic arthroscopy skill score (DASS) and neurophysiological measures. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2023; 31: 5332–5345.

ARおよびMRは、位置トラッカーやヘッドマウントディスプレイなど、仮想コンポーネントを現実世界の環境に統合するための専門的なデバイスを必要とします。これらのデバイスは、低いパススルー解像度などの制限があるものの、術中画像誘導、データ監視、手術トレーニングを可能にします。ARは研修医の関与を高め、リアルタイムフィードバックを提供し、ハンズフリーのガイダンスとリモートメンタリングを可能にします。

外科教育におけるメタバースの可能性

いわゆるメタバースは、学生の関与向上、安全な意思決定環境、ゲーミフィケーション、ブロックチェーン検証などの利点を提供します。将来的なバーチャルトレーニングは、高度にリアルで複雑なシミュレーションへと進化し、整形外科のカリキュラムに不可欠になる可能性があります。課題にはデジタルアクセスの格差、高コストのデバイス、プラットフォームの断片化が含まれます。

整形外科手術における応用

Source: Aksoy ME, Kocaoglu B, Izzetoglu K, Agrali A, Yoner SI, Polat MD, et al. Assessment of learning in simulator-based arthroscopy training with the diagnostic arthroscopy skill score (DASS) and neurophysiological measures. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2023; 31: 5332–5345.

VRとARは術前計画、術中ナビゲーション、および術後リハビリテーションを変革しました。VRは手術の精度と計画を高め、ARは術中のガイダンス、インプラントの位置決め、可視化を改善します。

以下の表は、骨折固定、関節鏡検査、関節形成術におけるXR技術の特有の臨床価値を示しながら、外科の各フェーズにおける主要な応用をまとめています。

外科におけるAIとXRの統合

AIやVR/ARと組み合わせることで、XR技術は手術計画や意思決定のための適応的ソリューションを提供し、トレーニングを支援し、新米医師と専門医の経験ギャップを埋めることができます。課題には患者データの倫理的懸念やまれな状況やデータ不足の場合のAI性能の制限が含まれます。

筋骨格リハビリテーションにおけるXR

XRベースのリハビリテーションは、遠隔医療やIMUのようなウェアラブル機器を通じて臨床環境を超えたケアを拡張し、関節運動や歩行の継続的なモニタリングを可能にします。VRは完全没入型の環境を提供し、ARは現実の運動に仮想ガイダンスを重ね合わせます。研究は、遵守率の向上、機能回復、疼痛軽減、および対面理学療法と同等の効果を示しています。

リハビリテーションの将来的な方向性と研究ニーズ

XRリハビリテーションは慢性疾患、急性疼痛管理、幻肢痛にも適用されています。XRの応用が拡大するにつれて、今後の研究ではプロトコルの最適化、介入の個別化、長期的な成果の評価を行い、日常の整形外科実践における臨床効果を確立する必要があります。

パーソナライズされた予測的整形外科ケアに向けて

XR技術は整形外科診療の不可欠な一部となり、教育、手術、リハビリテーションのギャップを埋めています。VRシミュレーターは安全な環境で技能向上を加速させ、ARとMRは術中の精度を高め、XRベースのリハビリテーションツールは臨床の枠を越えたケアを提供します。AIとデジタルツインの統合可能性により、これらの技術はより個別化され、予測的で効率的な整形外科ケアを約束します。