Интраоперационная навигация: современные методы и применение в хирургии.

Введение

Изображение-управляемая хирургия (IGS) – это любая хирургическая процедура, в которой хирург использует отслеживаемые хирургические инструменты в сочетании с предоперационными или интраоперационными изображениями для непосредственного или опосредованного направления хода операции. Системы изображение-управляемой хирургии используют камеры, ультразвук, электромагнитные поля или их комбинацию для захвата и передачи анатомии пациента и точных движений хирурга относительно пациента на компьютерные мониторы в операционной или в гарнитуры дополненной реальности (технология хирургической навигации с использованием дополненной реальности). Обычно это выполняется в режиме реального времени, хотя возможны задержки в секунды или минуты в зависимости от используемого метода и области применения. Изображение-управляемая хирургия помогает хирургам проводить более безопасные и менее инвазивные операции и стала общепризнанным стандартом лечения при заболеваниях, включая краниальные, оториноларингологические, заболевания позвоночника, ортопедические и сердечно-сосудистые.

Преимущества

Преимущества хирургии, контролируемой визуализацией, включают в себя более точный контроль хирургической процедуры, обратную связь в реальном времени об эффекте вмешательства, снижение травмы тканей и уменьшение повреждений при доступе к анатомическим структурам. Хирургия, контролируемая визуализацией, позволяет: снизить частоту послеоперационных неврологических дефицитов и неблагоприятных явлений, связанных с эндовенозной лазерной абляцией, а также более эффективно удалять опухоли головного мозга, которые ранее считались неоперабельными из-за их размера или расположения.

Приложения

Во время хирургической операции, основанной на визуализации, процедура выполняется под контролем предоперационной или интраоперационной визуализации. Хирургия, направляемая изображением, применяется при операциях на различных органах, таких как мозг, позвоночник, таз/бедренный сустав, колено, легкие, молочная железа, печень и предстательная железа. Являясь частью более широкой области компьютерно-ассистированной хирургии, хирургия, направляемая изображением, может проводиться в гибридных операционных с использованием интраоперационной визуализации. Гибридная операционная – это хирургический блок, оснащенный современными медицинскими визуализационными устройствами, такими как стационарные С-дуги, компьютерные томографы или магнитно-резонансные томографы. Большинство хирургических процедур, направляемых изображением, являются малоинвазивными. Интервенционная радиология – это область медицины, которая стала пионером и специализируется на малоинвазивной хирургии, направляемой изображением. Ручной хирургический зонд является важным компонентом любой системы хирургии, направляемой изображением, поскольку он предоставляет хирургу карту целевой области. В ходе хирургической процедуры система IGS отслеживает положение зонда и отображает анатомию под ним, например, в виде трех ортогональных изображений на рабочей станции трехмерной визуализации. Существующие системы IGS используют различные методы отслеживания, включая механические, оптические, ультразвуковые и электромагнитные. Если в таких устройствах используется флуоресцентная методика, то эта техника также называется флуоресцентной хирургией, направляемой изображением. Хирургия, направляемая изображением, с использованием медицинского ультразвука использует звуковые волны и, следовательно, не требует защиты и мер предосторожности, необходимых при использовании ионизирующего излучения, такого как флюороскопия, КТ, рентген и томография. Оптическая топографическая визуализация с использованием структурированного света и стереоскопических камер машинного зрения применяется в нейрохирургических навигационных системах для снижения использования интраоперационного ионизирующего излучения. Современные системы хирургии, направляемой изображением, часто комбинируются с робототехникой. Недавние достижения в области ультразвука, включая внутрисосудистый ультразвук (IVUS), позволяют осуществлять картирование сосудов и окружающих тканей в режиме реального времени с поперечным сечением, предоставляя откалиброванные измерения диаметров сосудов, контуров и морфологии. Хирургия, направляемая изображением, изначально была разработана для лечения опухолей головного мозга с использованием стереотаксической хирургии и радиохирургии, которые направляются с помощью компьютерной томографии (КТ), магнитно-резонансной томографии (МРТ) и позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) с использованием технологий, таких как N-локализатор и локализатор Sturm-Pastyr. Системы хирургии, направляемой изображением, также используются в хирургии позвоночника для контроля размещения имплантатов и предотвращения повреждения близлежащих нервно-сосудистых структур.

During image guided surgery, the procedure is guided by preoperative or intraoperative imaging. Image guided surgery has been applied to procedures involving on multiple organs such as the brain, spine, pelvis/hip, knee, lung, breast, liver, and prostate. Part of the wider field of computer assisted surgery, image guided surgery can take place in hybrid operating rooms using intraoperative imaging. A hybrid operating room is a surgical theatre that is equipped with advanced medical imaging devices such as fixed C Arms, CT scanners or MRI scanners. Most image guided surgical procedures are minimally invasive. A field of medicine that pioneered and specializes in minimally invasive image guided surgery is interventional radiology. A hand held surgical probe is an essential component of any image guided surgery system as it provides the surgeon with a map of the designated area. During the surgical procedure, the IGS tracks the probe position and displays the anatomy beneath it as, for example, three orthogonal image slices on a workstation based 3D imaging system. Existing IGS systems use different tracking techniques including mechanical, optical, ultrasonic, and electromagnetic. When fluorescence modality is adopted to such devices, the technique is also called fluorescence image guided surgery. Image guided surgery using medical ultrasound utilises sounds waves and as such does not require the protection and safety precautions necessary with ionising radiation modalities such as fluoroscopy, CT, X Ray and tomography. Optical topographic imaging using structured light and machine vision stereoscopic cameras has been applied in neurosurgical navigation systems to reduce the use of intraoperative ionising radiation as well. Modern image guided surgery systems are often combined with robotics. Recent advancements in ultrasound, including intravascular ultrasound (IVUS) allow for real time cross sectional mapping of vessels and lateral tissues providing calibrated measurements of vessel diameters, contours and morphology. Image guided surgery was originally developed for treatment of brain tumors using stereotactic surgery and radiosurgery that are guided by computed tomography (CT), magnetic resonance imaging (MRI) and positron emission tomography (PET) via technologies such as the N localizer and Sturm Pastyr localizer. Image guided surgery systems are also used in spine surgery to guide the placement of implants and avoid damaging the nearby neurovascular structures.

Ортопедия

Разработана миниатюрная оптическая навигационная система, осуществляющая измерения в реальном времени для помощи хирургам при проведении тотального эндопротезирования тазобедренного сустава. Эта система навигации на основе изображения включает в себя камеру, закрепленную на пациенте, и трекер для определения положения камеры при ее установке на хирургические инструменты или анатомические ориентиры.

Урология

Для проведения биопсии простаты используется хирургия, навигация которой осуществляется с помощью МРТ. Навигация по изображению помогает хирургам определять анатомические ориентиры и хирургические плоскости между простатой и нервно-сосудистыми пучками при нервосберегающих операциях. Это может способствовать снижению негативных последствий вмешательства, таких как сексуальная дисфункция и недержание мочи.