ההתקדמות בטיפול אנדו-וסקולרי החליפה הליכים כירורגיים פתוחים מורכבים באפשרויות זעיר פולשניות, כמו החלפת מסתם ותיקון מפרצת. מאמר זה מציע להשתמש במידול תלת מימדי (3D) ובמציאות מדומה כדי לסייע במיקום זרוע C, מדידות זווית ויצירת מפת דרכים לתכנון פרוצדורלי של מעבדת צנתורים נוירו-התערבותית, תוך מזעור זמן ההליך.
טיפול אנדוסקולרי באנומליות כלי דם מורכבות מעביר את הסיכון להליכים כירורגיים פתוחים לטובת פתרונות פרוצדורליים אנדו-וסקולריים זעיר פולשניים. הליכים כירורגיים פתוחים מורכבים היו בעבר האפשרות היחידה לטיפול במספר עצום של מצבים כמו החלפת מסתם ריאתי ואבי העורקים, כמו גם תיקון מפרצת מוחית. עם זאת, בשל ההתקדמות במכשירים המועברים בצנתרים ומומחיות המפעיל, הליכים אלה (יחד עם רבים אחרים) יכולים להתבצע כעת באמצעות הליכים זעיר פולשניים המועברים דרך וריד או עורק מרכזי או היקפי. ההחלטה לעבור מהליך פתוח לגישה אנדו-וסקולרית מבוססת על הדמיה רב-מודאלית, הכוללת לעתים קרובות מערכי נתונים של הדמיה דיגיטלית תלת-ממדית ותקשורת ברפואה (DICOM). באמצעות תמונות תלת-ממדיות אלה, המעבדה שלנו מייצרת מודלים תלת-ממדיים של האנטומיה הפתולוגית, ובכך מאפשרת את הניתוח הפרה-פרוצדורלי הדרוש לתכנון מראש של רכיבים קריטיים של הליך מעבדת הצנתור, כלומר, מיקום זרוע C, מדידה תלת-ממדית ויצירת מפת דרכים אידיאלית. מאמר זה מתאר כיצד לקחת מודלים תלת-ממדיים מפולחים של פתולוגיה ספציפית למטופל ולחזות מיקומים כלליים של זרוע C, כיצד למדוד מדידות דו-ממדיות קריטיות (2D) של מבנים תלת-ממדיים הרלוונטיים להקרנות פלואורוסקופיה דו-ממדית, וכיצד ליצור אנלוגים דו-ממדיים של מפת דרכים פלואורוסקופית שיכולים לסייע במיקום נכון של זרוע C במהלך הליכי מעבדת צנתור.
הטיפול במפרצות תוך גולגולתיות הוא היבט מאתגר של ניתוחים נוירו-התערבותיים, המחייב תכנון כירורגי מדויק כדי להבטיח תוצאות אופטימליות למטופל. בשנים האחרונות, טכנולוגיית מציאות מדומה (VR) הפכה לכלי מבטיח לשיפור התכנון הכירורגי על ידי מתן גישה למנתחים למודלים אנטומיים אימרסיביים ספציפיים למטופל בסביבה תלת-ממדית וירטואלית 1,2,3,4,5,6,7,8 . מאמר זה מציג פרוטוקול מקיף לשימוש בדימות וסגמנטציה רפואית, מידול תלת ממדי, תכנון ניתוחי VR ויצירת מפת דרכים וירטואלית אידיאלית כדי לסייע בתכנון כירורגי לטיפול במפרצות.
השילוב של צעדים אלה מגיע לשיאו בגישת תכנון כירורגי וירטואלי, המאפשרת לרופאים לטבול את עצמם בסביבה וירטואלית ולקבל הבנה מקיפה של האנטומיה הייחודית של המטופל לפני הליך כירורגי. גישה אימרסיבית זו מאפשרת למנתחים לחקור מיקום אופטימלי ולדמות תרחישים פרוצדורליים שונים. הקלטת תרחישים אלה יכולה לספק תובנה לגבי המיקום של ציוד כירורגי בעולם האמיתי, כגון מיקום זרוע C.
בנוסף לזוויות המיקום, ניתן גם למדוד אנטומיה בסביבה וירטואלית באמצעות כלי מדידה המיועדים למרחב תלת ממדי. מדידות אלה יכולות לספק תובנה לגבי הגודל והצורה הנכונים של המכשיר שישמש במקרה של מפרצת תוך גולגולתית9.
פרוטוקול זה מציג תהליך מקיף המשלב בצורה חלקה הדמיה רפואית, פילוח תמונה, הכנת מודל VR ויצירת מפת דרכים כירורגית וירטואלית כדי לשפר את תהליך התכנון הניתוחי. באמצעות שילוב של טכנולוגיות מתקדמות, פרוטוקול זה מספק הזדמנויות לחסוך זמן יקר בחדר ניתוח10, כמו גם חיזוק לביטחון המנתח ולהבנה של מקרים כירורגיים מורכבים 11,12,13.
מידול תלת-ממדי הוצג בתהליכי עבודה רפואיים עם כניסתן של טכנולוגיות הדפסה תלת-ממדית 2,3,4,6,7,9,11, אך מציאות מדומה מאפשרת יישומים חדשניים של טכנולוגיית תלת-ממד מעבר לאובייקט תלת-ממדי פיזי. מאמצים לשכפל אנטומיה ותרחישים בעולם וירטואלי מאפשרים פרקטיקה רפואית מותאמת אישית על מטופלים בודדים 1,2,3,4,9,11,13,16. עבודה זו מדגימה את היכולת הרחבה של יצירת סימולציות טרום ניתוחיות חדשות בעולם דיגיטלי במינימום מאמץ.
לאורך הפרוטוקול המוצג, ישנם מספר שלבים קריטיים להצלחת התיק. הגורם החשוב ביותר בהפקת תוצאות נאותות עם רזולוציה נכונה הוא רכישת הדמיה רפואית נכונה. התהליך המוצג אינו דורש סריקות נוספות על המטופל, באמצעות סריקת CTA סטנדרטית המתוזמנת לכל מקרה של מפרצת תוך גולגולתית. רוב הסורקים יאחסנו סריקות לזמן קצר, בהתאם לדגם הסורק ולפרוטוקול מערכת הבריאות, מה שיאפשר לטכנאי ההדמיה להעלות את הפרוסות הדקות שנרכשו של הסריקות בדרך כלל פרוסות בעובי של פחות מ-1 מ”מ לרוב אינן מאוחסנות יותר מכמה ימים בגלל גודל האחסון. פרוסות דקות אלה מאפשרות פירוט רב יותר והכללת אנטומיה קטנה יותר, כגון כלי דם. לאחר ביצוע הסגמנטציה, יש להשלים את בקרת האיכות של הרופאים כדי להבטיח שהמודלים התלת-ממדיים שנוצרו מייצגים את האנטומיה של המטופל בצורה מדויקת ככל האפשר בצעדים עתידיים. בקרת האיכות של כל המודלים צריכה להיות חלק מתהליך הסגמנטציה, תוך מזעור הפוטנציאל להפצת טעויות לאורך שאר הפרוטוקול. בקרת האיכות כוללת את גבולות כלי הדם ופילוח המפרצת בנפרד מכלי הדם הסובבים אותה, בדומה לאופן שבו היא הייתה מוצגת בניגוד. בקרת איכות עם רופא היא בעלת חשיבות עליונה מכיוון שהרופא נושא במלוא האחריות לדיוק המודלים, במיוחד אם המודלים ישמשו בהמשך קבלת ההחלטות של הטיפול בחולה. בנסיבות מסוימות, ייתכן שיהיה זה ריאלי או מעשי עבור הרופא להשלים את שלב הפילוח בעצמו.
השלב החשוב הבא בפרוטוקול הוא שמירה על יישור מודל מרחבי תוך שילוב כלי המדידה של מד האורך. בלנדר הוכיח את עצמו ככלי מועיל ביותר לשלב זה מכיוון שהוא מאפשר שילוב של סוגי קבצי STL מרובים לקובץ משולב אחד עם שכבות מרובות, שכל אחת מהן מיושרת מרחבית וניתן לצבוע או למרקם לבהירות נוספת. בנוסף, במהלך שלב זה, STL המושך מתווסף כך שניתן לאסוף נתוני זווית ב- VR. מודל זה פותח במיוחד באמצעות כלי תכנון בעזרת מחשב (CAD), SolidWorks. תוך ניצול כלי ממד מדויקים בתוך התוכנה, נוצרה קשת עם סימני טיק המציינים כל 5° בכל שלושת הצירים. למוביל יש גם כוונת המציינת את המרכז האמיתי של אותו מודל ומאפשרת יישור למרכז האנטומיה של המטופל. יש גם פס גדול בתוך המודל המסמן (0,0) והוא אמור להיות מיושר עם אף המטופל. כמו כן, חשוב לציין כי הדבר נעשה באופן ידני ויכול היה להגדיל את אחוז השגיאה. היישור הוא בעל חשיבות עליונה כדי להבטיח את הדיוק של כל מדידות הזווית הפוטנציאליות. לאחר יישור נכון, המודל מוכן למציאות מדומה, כאשר רישום מיקום הרופא של המודל מאפשר קביעה עתידית של הזוויות שבהן הוצב המודל. במהלך ההקלטה, כל מה שנמצא בתוך המרחב הווירטואלי נרשם בהתייחסות זה לזה, ובעיקר נקודת המבט של הרופא (POV) והתנועות והסיבובים של המודלים. תוך ניצול מלא של הקלטה זו ותכונת ההשהיה, קצה ישר ממוקם מה- POV של הרופא דרך הכוונת של דגם המוביל, וניתן לצפות במדידות באופן דומה להפליא לשימוש במד הפניה.
למתודולוגיה זו יש כמה מגבלות. מגבלה אחת כזו היא שאין בהכרח כיוון נכון אחד למפרצת בעת צפייה בה בפלואורוסקופיה. זה הוביל לניסיונות אימות מרובים פשוט בגלל זוויות הצפייה השונות. מגבלה זו יכולה להיתפס כיתרון אפשרי מנקודת המבט שעם היכרות נוספת הנובעת ממניפולציה של המודל התלת ממדי, ייתכן שהרופא ימצא ראייה אופטימלית בהשוואה לשיטה הנוכחית לקביעת זוויות בתוך חדר הניתוח. מגבלה פוטנציאלית נוספת של פרוטוקול זה היא שניתן לקבוע זווית צפייה במציאות מדומה שלמעשה לא תהיה אפשרית עבור זרועות C להגיע אליה. מגבלה זו תילקח בחשבון ותהיה ידועה על ידי הרופא ב- VR כך שניתן יהיה לבצע מפרטים אם זה יהפוך לחלק מהתכנון הניתוחי. מגבלה נוספת, המוכיחה את חשיבותו של שלב בקרת האיכות, היא שבמקרים מסוימים, כלי דם שהם דיסטליים של המפרצת, במציאות, אינם נתפסים באופן בולט בפרוצדורות פלואורוסקופיה כפי שהיו נראים אם היו נכללים במודל במציאות מדומה. זה יכול לאלץ את הרופא להיות מודע לכלי שלא בהכרח יפריע במהלך ההליך ב- VR, מה שמוביל לזווית צפייה לא אופטימלית שנוצרת ב- VR. בסגמנטציה ניתן לפלח את רוב כלי הדם ואת תחום העניין; המתערב יכול לבחור לעבור בין דגמים של כלי שיט כדי להבטיח שלא יהיו כלי שיט נוספים בזווית הצפייה שלהם, השימוש בחוזה ממזער גם סיכון זה.
הפיתוח של מודל-תלת-ממד ופרוטוקול שיכול לספק מדידות זווית במספר צירים בתוך VR הוא בעל חשיבות עצומה ומבטיח מגוון רחב של יישומים פוטנציאליים. היתרונות יכולים להתגלות כרב פנים, ועשויים לשפר תעשיות שונות מארכיטקטורה והנדסה ועד ייצור ויישומים צבאיים. עם זאת, כפי שניתן לראות בפרוטוקול זה, הפוטנציאל האמיתי שלו זורח בתחום הבריאות, ישירות בתוך חלקי התכנון הכירורגי של הטיפול בחולה. מנתחים יכולים להשתמש בכלי זה כדי להעריך ולתכנן בקפידה את כל סוגי ההליכים על ידי היכולת לדמיין ולמדוד זוויות ישירות ב- VR. טכניקה זו דומה לעבודה הנעשית עבור צנתור לב19. אחד היתרונות הישירים של הכרת זוויות מסוימות לפני ההליך הוא ההפחתה המשמעותית בצורך בסחרור מלא של 360 מעלות במהלך פלואורוסקופיה, טכניקת הדמיה נפוצה במהלך תיקון מפרצת. על ידי קביעת הזוויות הדרושות לחיקוי מפת הדרכים הכירורגית הווירטואלית, המנתחים יכולים למקם את הציוד בצורה מדויקת יותר, ובכך למזער את החשיפה לקרינה למטופל. זה לא רק תורם לבטיחות המטופל על ידי מזעור הסיכונים הקשורים לחשיפה לקרינה, אלא גם מייעל את ההליך הכירורגי. עם קיצור הזמן המושקע בהתאמות פלואורוסקופיה, צוותי ניתוח יכולים לפעול ביעילות רבה יותר, מה שמוביל בסופו של דבר לזמני הליך קצרים יותר.
ההתקדמות האחרונה במידול תלת ממדי ובטכנולוגיית מציאות מדומה מאפשרת לצוות הרפואי להימנע מחשיבה מאלתרת במהלך ניתוחים על ידי הבנה מעמיקה של האנטומיה הפנימית של המטופל לפני הניתוח בכל המקרים מלבד הדחופים ביותר 1,2,3,4,6,9,11,13,16 . אם הזמן מאפשר, על הצוות הרפואי למנף את השימוש בפילוח תמונה רפואית ואבחון VR כדי לקדם את הבנתם את המקרה לפני הנחת המטופל על שולחן הניתוחים. זה יוביל בסופו של דבר להבנה טובה יותר של כל מטופל ייחודי, כמו גם קיצור זמן הניתוח תחת הרדמה.
The authors have nothing to disclose.
אנו מודים במיוחד לוועדת הביקורת על המשוב המעמיק, ולמאמר המערכת על הערות, מומחיות, הדרכה ותמיכה שלא יסולא בפז לאורך כל תהליך כתיבת מאמר זה. אנו מעריכים מאוד את הסביבה השיתופית שטופחה על ידי שותפי המשימה במערכת הבריאות OSF, אשר שיפרה את איכות העבודה הזו. תודה למערכת הבריאות OSF על מתן משאבים ותמיכה ולמעבדת הדימות והמידול המתקדמת במרכז הסימולציה והחינוך ג’אמפ על עזרתם.
3D Slicer | N/A | Open source segmentation software | |
Blender | N/A | Open-source CAD software that can import and edit organic models created through segmentation | |
Enduvo | Enduvo | N/A | A proprietary VR viewer built for education, and our VR viewer of choice |
McKesson PACS Change Healthcare Radiology Solution | McKesson | N/A | Any Picture Archiving and Communication System should be suffiecient, McKessen is simply our PACS software solution of choice. |
Mimics | Materialise | N/A | Segmentation software |
Quest | Oculus | N/A | Virtual Reality Headset |
Steam VR | Steam | N/A | Computer to headset connection software. |
VR capable computer | See Steam VR for minimal requirements. | ||
VR-STL-Viewer | GitHub | N/A | A open-source VR viewer capable of importing and viewing .stl and can be used, however we cannot guarantee all functionalities mentioned in this paper will be available |