Summary
Endovasküler tedavideki gelişmeler, karmaşık açık cerrahi prosedürlerin yerini kapak replasmanı ve anevrizma onarımı gibi minimal invaziv seçeneklerle değiştirmiştir. Bu makale, nöro-girişimsel kateterizasyon laboratuvarı prosedür planlaması için C-kol konumlandırma, açı ölçümleri ve yol haritası oluşturmaya yardımcı olmak için üç boyutlu (3D) modelleme ve sanal gerçekliğin kullanılmasını önermekte ve prosedür süresini en aza indirmektedir.
Abstract
Kompleks vasküler anomalilerin endovasküler tedavisi, açık cerrahi prosedürlerin riskini minimal invaziv endovasküler prosedürel çözümlerin yararına kaydırır. Karmaşık açık cerrahi prosedürler, pulmoner ve aort kapak replasmanı ve serebral anevrizma onarımı gibi sayısız durumun tedavisi için tek seçenekti. Bununla birlikte, kateterle verilen cihazlardaki ve operatör uzmanlığındaki gelişmeler nedeniyle, bu prosedürler (diğerleri ile birlikte) artık merkezi veya periferik ven veya arter yoluyla verilen minimal invaziv prosedürlerle gerçekleştirilebilir. Açık bir prosedürden endovasküler bir yaklaşıma geçme kararı, genellikle 3D Dijital Görüntüleme ve Tıpta İletişim (DICOM) görüntüleme veri kümelerini içeren çok modlu görüntülemeye dayanmaktadır. Laboratuvarımız bu 3D görüntüleri kullanarak patolojik anatominin 3D modellerini oluşturur ve böylece kateterizasyon laboratuvarı prosedürünün kritik bileşenlerini, yani C-kol konumlandırma, 3D ölçüm ve idealize edilmiş yol haritası oluşturmayı önceden planlamak için gerekli prosedür öncesi analize izin verir. Bu makalede, hastaya özgü patolojinin segmentlere ayrılmış 3D modellerinin nasıl alınacağı ve genelleştirilmiş C-kolu pozisyonlarının nasıl tahmin edileceği, 2D floroskopi projeksiyonlarıyla ilgili 3D yapıların kritik iki boyutlu (2D) ölçümlerinin nasıl ölçüleceği ve kateterizasyon laboratuvarı prosedürleri sırasında uygun C-kolu konumlandırmasına yardımcı olabilecek 2D floroskopi yol haritası analoglarının nasıl oluşturulacağı açıklanmaktadır.
Introduction
İntrakraniyal anevrizmaların tedavisi, nöro-girişimsel cerrahinin zorlu bir yönüdür ve optimal hasta sonuçlarını sağlamak için hassas cerrahi planlama gerektirir. Son yıllarda, sanal gerçeklik (VR) teknolojisi, cerrahlara sanal bir 3D ortamda sürükleyici, hastaya özel anatomik modellere erişim sağlayarak cerrahi planlamayı geliştirmek için umut verici bir araç haline geldi 1,2,3,4,5,6,7,8 . Bu makale, anevrizmaların tedavisi için cerrahi planlamaya yardımcı olmak için tıbbi görüntüleme ve segmentasyon, 3D modelleme, VR cerrahi planlama ve idealize edilmiş sanal yol haritası oluşturma kullanımı için kapsamlı bir protokol sunmaktadır.
Bu adımların kombinasyonu, doktorların kendilerini sanal bir ortama kaptırmalarına ve cerrahi bir prosedürden önce hastanın benzersiz anatomisi hakkında kapsamlı bir anlayış kazanmalarına olanak tanıyan sanal bir cerrahi planlama yaklaşımıyla sonuçlanır. Bu sürükleyici yaklaşım, cerrahların optimal konumlandırmayı keşfetmelerini ve çeşitli prosedür senaryolarını simüle etmelerini sağlar. Bu senaryoların kaydedilmesi, C-kol konumlandırma gibi gerçek dünyadaki cerrahi ekipmanların yerleştirilmesi hakkında fikir verebilir.
Konumlandırma açılarına ek olarak, 3D uzay için tasarlanmış ölçüm araçlarını kullanarak anatomiyi sanal ortamda ölçmek de mümkündür. Bu ölçümler, intrakraniyal anevrizma vakasında kullanılacak cihazın doğru boyutu ve şekli hakkında fikir verebilir9.
Bu protokol, cerrahi planlama sürecini geliştirmek için tıbbi görüntüleme, görüntü segmentasyonu, VR modeli hazırlama ve sanal cerrahi yol haritası oluşturmayı sorunsuz bir şekilde birleştiren kapsamlı bir süreç sunar. En son teknolojilerin bir kombinasyonunu kullanan bu protokol, ameliyathanede10 değerli zamandan tasarruf etmenin yanı sıra cerrahın güvenini ve karmaşık cerrahi vakaları anlamasını artırma fırsatları sunar 11,12,13.
Protocol
Hasta bakımı için kimliksizleştirilmiş insan DICOM'ları veya DICOM'lar, hasta bakımı için kurumsal yönergelere, 1996 Sağlık Sigortası Taşınabilirlik ve Sorumluluk Yasası'na (HIPAA) ve uygun olduğunda Kurumsal İnceleme Kurulu (IRB) ile işbirliğine uygun olarak kullanılır.
1. Spesifikanatomi
- Tıbbi taramaların alınması
- Segmentasyon sürecine tıbbi taramalar sipariş eden bir doktor veya cerrahla başlayın. Bu taramalar standart hasta bakım protokolünün bir parçasıdır ve ekstra prosedürler getirmez.
- Doktor segmentasyon isteyeceğini biliyorsa, MRI veya CT tarayıcısından dışa aktarılacak ince dilimlenmiş veri setlerini istediğinden emin olun. Çoğu durumda, bu ince dilimler 1 mm'den daha kısadır; Ancak, bu çözünürlük tarayıcılar arasında değişebilir. Damar sistemi ve kan havuzlarının uygun şekilde segmentasyonunu sağlamak için kontrastlı CTA taramaları yapın.
- Veri toplama için, aşağıdaki önerilen parametrelerle MRI 3D dizisi alın: eksenel olarak çalıştırın, dilim kalınlığını ve 0,625 mm veya daha küçük, sıfır aralıklı dilimler arasındaki boşluğu sağlayın. Aşağıdaki önerilen parametrelerle CT 3D serisini edinin: sarmal modda dilim tarayıcı, dilim kalınlığı ve 0,625 mm'lik dilimler arasındaki boşluk, örneğin, Neuro: 120 Kvp, 100-740 Smart mA aralığı, .5 ms'de dönüş hızı veya Kardiyak: 70 Kvp, 201-227 Smart mA aralığı (akıllı MA modu 226), 0,28 ms'de dönüş hızı14. Her vücut parçası için kurumun sarmal parametrelerini takip edin.
NOT: 3D dizi, rekonstrüksiyonda eksenel, koronal ve sagital düzlemlerde neredeyse izotropik bir çözünürlük olacak şekilde elde edilmelidir. Çoğu durumda, en ince dilimler alınmalıdır. 3D dizi, kurumun standart görüntüleme protokolüne ek olarak çalıştırılır. Bununla birlikte, aynı anda çalıştırılır, bu nedenle klinik ekip ve hasta için minimum ek çalışma, radyasyona maruz kalma ve masraf vardır.
- Veri toplama için, aşağıdaki önerilen parametrelerle MRI 3D dizisi alın: eksenel olarak çalıştırın, dilim kalınlığını ve 0,625 mm veya daha küçük, sıfır aralıklı dilimler arasındaki boşluğu sağlayın. Aşağıdaki önerilen parametrelerle CT 3D serisini edinin: sarmal modda dilim tarayıcı, dilim kalınlığı ve 0,625 mm'lik dilimler arasındaki boşluk, örneğin, Neuro: 120 Kvp, 100-740 Smart mA aralığı, .5 ms'de dönüş hızı veya Kardiyak: 70 Kvp, 201-227 Smart mA aralığı (akıllı MA modu 226), 0,28 ms'de dönüş hızı14. Her vücut parçası için kurumun sarmal parametrelerini takip edin.
- Doktordan, segmentasyon işlemi için hangi anatominin merkezi odak noktası olacağını belirterek modelin segmentasyonunu talep etmesini isteyin (Bir doktor veya cerrah genellikle bu adımı tamamlar).
- Tarama verilerini indirin ve yerel olarak kaydedin.
- Birden fazla tarama yapıldıysa, hangi tarama kümesinin en ince dilim ayarına ve en iyi kontrasta sahip olduğunu belirlemek için taramadan elde edilen DICOM veri kümelerinin karşılaştırıldığından emin olun, çünkü bu, bölümlere ayrıldığında en yüksek çözünürlüklü 3B modelleri sağlayacaktır.
- En iyi görüntü kümesi belirlendikten sonra, segmentasyon için görüntü veritabanından indirin, anonimleştirin veya verileri korumalı sağlık bilgileriyle (PHI) olduğu gibi bırakın. Bu protokol anonimleştirilmiş bir DICOM ile çalışacaktır.
- DICOM veri kümesini segmentasyon yazılımına aktarın.
NOT: Aşağıdaki talimat seti, Materialise Mimics segmentasyon yazılımına özgü terimleri kullanır. Materialise Suite abonelik tabanlı bir yazılım olsa da, 3DSlicer gibi açık kaynaklı alternatifler vardır. Araç adları ve terminolojisi diğer segmentasyon araçlarında farklılık gösterebilir. - Kemik, kan havuzu, anevrizma vb. gibi hedef anatominin kaba bir maskesini oluşturun.
- SEGMENT sekmesi altında, Yeni Maske aracı'nı seçin.
- Çevredeki dokuların yakalanmasını sınırlarken ilgili hedef anatominin mümkün olduğunca çoğunu yakalamak için her ikisini de tıklayıp sürükleyerek üst ve alt eşik sınırlarını ayarlayın. Eşik aracındaki sınırları tıklayıp sürükleyin veya istediğiniz Hounsfield Birimini (HU) girin.
- Eşikleri ayarlarken, çevredeki dokuların aşırı seçilmesini önlemek için taramanın belirli bir alanına kırpın. Üst ve alt eşik sınırları, tarama tipine, sekans tipine, kontrast miktarına ve hastaya bağlı olarak büyük ölçüde değişir.
- Kaba maskeyi sonlandırmak için Tamam'ı tıklatın.
- Maskenin gereksiz kısımlarını çıkarmak veya gerektiğinde eksik dokuyu eklemek için SEGMENT sekmesindeki diğer araçları kullanın.
- Kullanıcı tarafından seçilen bir voksele doğrudan bağlı olan maskenin tüm voksellerini ayırmak için Bölge Büyütme aracını kullanın; hem 2B hem de 3B pencereler aracılığıyla maskeye voksel eklemek veya kaldırmak için Maskeyi Düzenle'yi kullanın; birbirinden uzak dilimler arasında enterpolasyon yoluyla voksel eklemek veya kaldırmak için Birden Çok Dilim Düzenleme'yi kullanın; ve maske içinde kullanıcı tanımlı boyuttaki delikleri doldurmak için Delikleri Doldur veya Akıllı Dolgu'yu kullanın.
- 2B'den 3B'ye enterpolasyon mümkün olduğunca doğru olana kadar sekmedeki araçları kullanarak maskeyi iyileştirmeye devam edin.
- Tüm hedef anatomiler için 1.5 ve 1.6 adımlarını tekrarlayın.
- Doğruluğu sağlamak için tamamlanan segmentasyonla ilgili olarak bir doktora danışın.
- Önemli anatominin atlanmadığından ve fazla anatominin dahil edilmediğinden emin olmak için tamamlanmış maskeleri bir doktora gösterin. Çoğu durumda, kalite kontrol için segmentasyon isteyen doktora danışın. Doktor, DICOM'un her dilimde maske ile vurgulanan kısmının mümkün olduğunca doğru olmasını sağlar (bkz. Şekil 1).
- Daha fazla işlem için dışa aktarma segmentasyonu.
- Sağ taraftaki Proje Yönetimi menüsünde bulunan Parça Hesapla aracını kullanarak sonlandırılan maskeleri parçalara dönüştürün.
- Hesaplanan parçaları, Parça'ya sağ tıklayıp STL'yi Dışa Aktar'ı seçerek 3D dosyalara aktarın.
2. Modeli sanal gerçeklik için hazırlayın
- Yeni bir Blender projesi oluşturun ve varsayılan sahne öğelerini kaldırın. Tüm görünür öğeleri vurgulamak için a tuşuna basın ve ardından bunları sahneden kaldırmak için x tuşuna ve ardından Enter tuşuna basın.
NOT: Blender ücretsiz ve açık kaynaklı bir modelleme yazılımıdır. Diğer modelleme yazılımları aynı görevleri yerine getirebilse de, bu adımda kullanılan terminoloji Blender'a özgü olacaktır. - Anatomi dosyalarını Dosya > İçe Aktar > Stl (.stl) aracılığıyla içeri aktarın.
- Hastanın anatomisini dünyanın kökeni ile uyumlu hale getirin.
- Göreceli pozisyonu korumak için tüm hasta anatomisini seçin. Bunu yapmak için, tüm dosyalar içe aktarıldıktan sonra a tuşuna basın.
- Anatomiyi dünyanın kökeniyle hizalamak için Taşı ve Döndür araçlarını kullanın. Hastanın burnunun, dik eksen sırasıyla kulak bölgesine ve kafatasının üst kısmına temas edecek şekilde bir eksenle hizalandığından emin olun. Blender arayüzünün sağ üst köşesindeki widget ile etkinleştirilebilen ortografik görünümleri kullanın.
- VR iletki içe aktarın ve hastanın anatomisine uygun hale getirin. Bu açıölçer, OSF mühendislik ekibi tarafından 3B uzaydaki açılara dayalı olarak VR'de C-kol açılarının elde edilmesine yardımcı olmak için özel olarak tasarlanmıştır.
- İletki .stl dosyasını Ek Dosya 1'den içe aktarın.
- İletki üzerinde, en uzun ölçüm işaretiyle temsil edilen (0,0) hastayı burnuyla hizalayın. İletki kollarındaki boşluğu hastanın ayaklarına doğru yönlendirin.
- İletki uygun şekilde ölçeklendirin. Çoğu durumda, VR'de ölçeklendirdikten sonra ölçüm kolaylığı sağlamak için iletki oldukça küçük ölçeklendirin. Anevrizmalar söz konusu olduğunda, iletki anevrizma bölgesinin hemen dışında kalacak şekilde ölçeklendirmeye çalışın.
- Anatomi kökenlerini dünya kökeniyle hizalayın.
- Ana görüntü alanına sağ tıklayın, tıklayın ve İmleci World Origin'e Yasla>yı seçin. Bu, 3B imlecin global orijin ile hizalanmasını sağlar.
- a tuşu ile tüm görünür modelleri seçin.
- Sağ tıklayın, görüntü alanına tıklayın ve Origin > Origin'i 3D İmleç Olarak Ayarla'yı seçin. Bu, tüm modellerin 3D orijinini aynı noktaya hizalayarak, VR'ye aktarıldıklarında düzgün bir şekilde hizalanmalarını ve ölçeklenmelerini sağlar.
- VR'de daha iyi ayrım için modellere istediğiniz gibi doku veya renk ekleyin.
- Bu isteğe bağlı bir adımdır. Tek tek .stl dosyalarını seçin, ardından ekranın sağ tarafındaki Malzeme Özellikleri sekmesine tıklayın. Bu sekme altında, temel renk istenen renge ayarlanabilir. Renk eklemek için her nesne için bu adımı yineleyin.
- Sonlandırılmış modeli tek olarak dışa aktarın. glb/.gltf dosyası. Dışa aktarma penceresinin Ekle sekmesi altındaki Sınırla seçeneklerinden hiçbirinin seçili olmadığından emin olun.
NOT: . glb/.gltf dosya formatı, VR yazılımında kullanım ve NIH 3D kitaplığına yükleme için gereken dosya türünü yansıtır. Farklı yazılımlar için başka dışa aktarma türleri gerekebilir.
3. Tıp uzmanlarını sanal gerçeklik konusunda eğitmek
NOT: Aşağıdaki talimatlar, Enduvo dijital sınıf yazılımı ile kullanılmak üzere yazılmıştır. Diğer 3D görüntüleme yazılımlarını kullanmak mümkün olsa da, modelleri hareket ettirme, kameraları yerleştirme ve doktor konumlandırmasını kaydetme yeteneği, bu yazılımı bu prosedür için ideal kılan bazı özelliklerdir. Farklı VR başlıkları, denetleyicileri ve yazılım kombinasyonları farklı kontrollere sahip olabilir.
- Yeni bir ders oluşturun.
- Ders oluşturma menüsünde adım 2.7'de dışa aktarılan .gltf dosyasını içe aktarın. Yazılım şu mesajı verebilir: Yüklemeye çalıştığınız dosya türü (GLB) şu anda tam olarak desteklenmiyor. Bu mesajı yok sayın ve Onayla düğmesine tıklayın.
- Sonlandırma için dersi VR'de açın.
- Bir denetleyicinin parmak pedine veya joystick'ine basarak erişilen şeffaflık menüsünü kullanarak, hedef anatomi dışındaki tüm modelleri gizleyin. Anevrizma görünen tek model olmalıdır.
- Cerrahı veya doktoru VR'ye yerleştirin ve dersteki 3B alana, işlevlere ve anatomiye aşina olmaları için biraz zaman tanıyın.
- Cerrah anatomi konusunda rahat olduğunda, kaydetmeye başlayın.
- VR alanındaki sanal düğmeyi veya ikincil monitördeki kayıt düğmesini kullanarak kayıt işlevini başlatın.
- Cerrahın hem anteroposterior (AP) hem de lateral floroskopi görünümleri için tercih edilen görüş açılarını bulmak için hedef anatomiyi döndürmesine izin verin. Tercih edilen bir açı bulduktan sonra, cerrahtan kısa bir süre duraklamasını ve tercih edilen bir açı bulduğunu ve mevcut görüş açısının AP mi yoksa lateral mı olduğunu belirtmesini isteyin.
- Tercih edilen tüm açılar bulunduktan sonra, VR düğmesiyle veya harici monitörle kaydı durdurun.
4. VR'de floroskopi yol haritasının oluşturulması
- Kayıtlı cerrah yerleşimini kullanarak floroskopi analogları elde edin.
- Floroskopi görüntüsünün gri tonlu arka planını taklit eden bir görüntüyü sanal alanda modelin arkasına yerleştirin. Görüntüyü gerektiği gibi değiştirmek için denetleyicideki seçim düğmesini, genellikle denetleyicinin arka tarafındaki tetikleyiciyi kullanın. Bu, anatomiyi görüntülemeyi kolaylaştıran ve floroskopiyi daha iyi temsil eden tutarlı bir arka plan rengi oluşturur.
- Kamerayı, tercih edilen görüş açısı olarak beyan edilen zamanda cerrahın görüşüne uygun olarak yerleştirin ve kameranın kabaca hedef anatominin merkezine doğrultulduğundan emin olun. Cerrah, VR'de bir dizi yüzen gözlük ve iki kontrolör olarak görünecektir.
- Kamera istediğiniz konumdayken 2D anlık görüntü yakalayın. Tercih edilen her açı için adımı tekrarlayın.
- Cerrahın hareketlerini ve iletki kullanarak C-kol açılarını elde edin.
- Cerrah tercih edilen bir görüş açısı bildirdiğinde kaydedilen dersi duraklatın.
- Hızlı menüyü açmak için İzleme Dörtgeni'ni tıklatın ve modele iliştirilmiş iletki göstermek için Açık/Kapalı onay kutusunu seçin.
- Cerrahın bakış açısına uygun olarak bir işaretçi veya düz kenar seçmek ve manipüle etmek için denetleyicinin tutma düğmesini kullanın, ayrıca açıölçerin orijinden de geçin.
- Modelden bir adım geri çekilin ve açıları C kolu hareketlerine karşılık gelen ortografik bakış açılarından görüntüleyin.
- Hastanın burnu tüm C kolu eksenlerinde 0°'ye yönlendirilmiş bir nöroloji vakası için, AP açılarını sagital ve eksenel düzlemlerden alın. Koronal ve eksenel düzlemlerden yanal açıları alın. Her iki durumda da, eksenel düzlem C kolunun sağ ve sol açılarına karşılık gelirken, sagital ve koronal düzlemler kraniyal ve kaudal açılara karşılık gelir.
- Tercih edilen her açı için yukarıdaki adımları tekrarlayın.
Representative Results
Sunulan protokolü takiben, hem AP hem de lateral floroskopi görünümleri için sanal cerrahi yol haritaları oluşturulabilir. Bu yol haritaları, ideal AP ve yanal görüntülerini yakalamak için cerrahın VR'deki bakış açısına bir kamera yerleştirilerek ve aynı zamanda bir floroskopi görüntüsünü daha iyi kopyalamak için hedef anatominin arkasına renkli bir arka plan yerleştirilerek oluşturulur. VR iletki bu noktada, cerrahın hedef anatomiyi görüntülediği açıyı kaydetmek için kullanılır, sağ veya sol ön eğik olarak kaydedilir (RAO/LAO - sırasıyla hastanın sağına veya soluna kamera ofseti) ve kraniyal veya kaudal anterior (CRA/CAA - sırasıyla hastanın başına veya ayaklarına doğru kamera ofseti)15. Bu süreç geliştirilirken, VR'de ölçülen açıları ameliyatta C-kollu makinelerde kullanılan gerçek açılarla karşılaştırma yeteneği sağlamak için retrospektif vakalar kullanıldı. Bu işlem için her biri farklı bir cerrahi cihazla tedavi edilmiş üç farklı retrospektif vaka seçildi. Bu üç vakanın çeşitliliği, sunulan protokolün çok yönlülüğünü göstermektedir. Cerrahtan, işlem sırasında kullanılan C-kol açılarına atıfta bulunmadan tercih edilen AP ve yanal açıları bulması istendi ve VR ölçümleri daha sonra bu önceden var olan C-kol pozisyonlarıyla karşılaştırıldı.
Durum 1'de, beyan edilen tercih edilen AP görüş açısı VR'de 16° CRA, 12° RAO olarak ölçülmüştür. Bu olgu için cerrahide kullanılan gerçek ölçümler 11° CRA ve 13° RAO idi. Bu ölçümler arasında maksimum hata kraniyal/kaudal eksende 5°'dir. Şekil 2A , cerrahın sanal gerçeklikte beyan ettiği AP görünümünü, ardından VR'de görüldüğü gibi ameliyatta kullanılan gerçek açıyı gösteren Şekil 2B'yi ve cerrahi floroskopi görüntüsünü gösteren Şekil 2C'yi göstermektedir. Üç görüntünün karşılaştırılması, VR görüntülerinin aynı açıdaki gerçek floroskopi görüntüsüne olağanüstü derecede benzer olduğunu göstermektedir.
Aynı vakanın yanal görünümü, 3D modelin yeterince gözden geçirilmemesi nedeniyle bu sürecin birçok zorluğundan birini sergiledi. Bu hatalı inceleme nedeniyle, cerraha göre, VR'deki anevrizma görüşlerini engelleyen ve hedef anatomiye bağlı olmayan ve bu nedenle VR'ye doğru bir şekilde yansıtılmayan bazı yabancı damarlar vardı. Bu tutarsızlıklar, hekimle yapılan kalite kontrol seansı sırasında gerekli hedef anatomideki yanlış iletişimin bir sonucuydu. Bu tutarsızlıklar, cerrahın beyan ettiği lateral, cerrahi floroskopi açılarına dayalı VR gösterimi ve soldan sağa gerçek floroskopi görüntülerini gösteren Şekil 2D-F'de görülebilir. Yabancı damarlar dışında, cerrahın beyan ettiği AP görüntüsü, alınan ölçümlerin koronal ve aksiyel düzlemlerde sırasıyla 6° ve 26° kapalı olmasına rağmen, gerçek floroskopi görüntüsüne çok benzer. Şekil 2E'de gösterildiği gibi, VR'deki gerçek ölçümlerin çoğaltılması, Şekil 2F'nin sağında gösterilen gerçek floroskopiye benzer bir görünümü de göstermektedir ve ana tutarsızlık anormal ekstra damarlardır. Bu durumda, iletki aletinin daha az güvenilir bir manuel yerleşimi kullanılmıştır, bu da ölçümdeki küçük farkı açıklayabilir. Gelecekteki vakalar, VR'de alınan açı ölçümlerinin maksimum doğruluğunu sağlamak için anatomiye bağlı bir iletki kullanır.
Durum 2 ve 3'te, VR'de en uygun olarak seçilen görünümler, gerçek prosedürde kullanılan görünümleri temsil etmiyordu. Bu, modellerin VR'ye ilk yerleştirilmesinin kör bir çalışma olmasının bir sonucuydu. Cerrahın, floroskopi prosedürlerinin birden fazla kabul edilebilir tedavi açısına sahip olabileceğini ve mutlaka doğru bir açı olmadığını ifade ettiğini belirtmek önemlidir. Karşılaştırma amacıyla, bildirilen cerrahi açılardan görüntüler VR'de çekildi. Şekil 3, Şekil 3A'daki VR AP görünümünü ve Şekil 3B'deki cerrahi AP görünümünü göstermektedir. Şekil 3'te, durum 2 için Şekil 3C,D'deki yanal görünümler arasında benzer bir karşılaştırma yapılabilir. Durum 3 için, Şekil 4, AP karşılaştırması Şekil 4A,B'nin yanı sıra yanal karşılaştırma Şekil 4C,D'yi göstermektedir. Bu vakaların VR ve floroskopi görüntüleri arasındaki benzerlikler, VR'nin cerrahi planlamada kullanılabileceğini daha da göstermektedir.
Bu protokolün önemli bir faydası, bir VR ortamında 3D modellerden yararlanarak cerrahi planlamanın iyileştirilmesidir. Karmaşık onkolojik vakalar için cerrahi planlamada VR'nin etkinliği üzerine yapılan önceki bir çalışma, VR kullanımını kullanan vakaların yaklaşık %50'sinin cerrahi yaklaşımı yalnızca 2D veri kümeleri kullanılarak yapılan plandan değiştirdiğini göstermiştir9. VR'nin ayrıca karaciğer tümörü rezeksiyonu16,17 için cerrahi planlama sürecinde ve ayrıca baş ve boyun patolojisini içeren prosedürlerde yararlı olduğu kanıtlanmıştır18. Bu protokolün oluşturulmasına katılan cerrah şunları söyledi: VR'de [anatomiyi] çok daha iyi görebiliyorum ve bu da VR'nin endovasküler beyin cerrahisi uygulamaları için faydasını gösteriyor.
Şekil 1: Segmentasyon yazılımının içinden ekran görüntüsü. Ekran görüntüsü, Maskelere dayalı olarak vurgulanan anatomiyi gösterir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: Durum 1. (A) Ameliyat eden cerrah tarafından VR'ye yerleştirilen Vaka 1'in ön-arka görünümü. (B) Ameliyat sırasında alınan açı ölçümlerine dayalı olarak VR'de Vaka 1'in ön-arka görünümü. (C) Ameliyat sırasında yakalanan anteroposterior floroskopi görüntüsü. (D) Ameliyat eden cerrah tarafından VR'ye yerleştirilen Vaka 1'in yanal görünümü. (E) Ameliyat sırasında alınan açı ölçümlerine dayalı olarak VR'de Vaka 1'in yanal görünümü. (F) Ameliyat sırasında yakalanan lateral floroskopi görüntüsü. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: Durum 2. (A) Ameliyat sırasında alınan açı ölçümlerine dayalı olarak VR'de Vaka 2'nin ön-arka görünümü. (B) Ameliyat sırasında yakalanan Vaka 2'nin anteroposterior floroskopi görünümü. (C) Ameliyat sırasında alınan açı ölçümlerine dayalı olarak VR'de Vaka 2'nin yanal görünümü. (D) Ameliyat sırasında yakalanan Vaka 2'nin lateral floroskopi görünümü. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: Durum 3. (A) Ameliyat sırasında alınan açı ölçümlerine dayalı olarak VR'de Vaka 3'ün ön-arka görünümü. (B) Ameliyat sırasında yakalanan Vaka 3'ün anteroposterior floroskopi görüntüsü. (C) Ameliyat sırasında alınan açı ölçümlerine dayalı olarak VR'de Vaka 3'ün yanal görünümü. (D) Ameliyat sırasında yakalanan Vaka 3'ün lateral floroskopi görünümü. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Dosya 1: Protokol için STL dosya formatında bir 3B açıölçer modeli geliştirildi ve kullanıldı. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Discussion
3D modelleme, 3D baskı teknolojilerinin ortaya çıkmasıyla tıbbi iş akışlarınatanıtıldı 2,3,4,6,7,9,11, ancak VR, fiziksel bir 3D nesnenin ötesinde 3D teknolojisinin yeni uygulamalarını sağlar. Anatomi ve senaryoları sanal bir dünyada çoğaltma çabaları, bireysel hastalar üzerinde kişiselleştirilmiş tıbbi uygulamalara izin verir 1,2,3,4,9,11,13,16. Bu çalışma, dijital bir dünyada minimum çabayla yeni cerrahi öncesi simülasyonlar yaratmanın geniş yeteneğini göstermektedir.
Sunulan protokol boyunca, bir vakanın başarısı için kritik olan birkaç adım vardır. Doğru çözünürlükte yeterli sonuç elde etmenin en önemli faktörü doğru tıbbi görüntülemenin elde edilmesidir. Sunulan süreç, her intrakraniyal anevrizma vakası için planlanan standart CTA taramasını kullanarak hasta üzerinde ek taramalar gerektirmez. Çoğu tarayıcı, tarayıcı modeline ve sağlık sistemi protokolüne bağlı olarak taramaları kısa bir süre için saklar ve görüntüleme teknisyeninin taramaların elde edilen ince dilimlerini yüklemesine olanak tanır, tipik olarak 1 mm'den daha az kalınlıktaki dilimler, depolama boyutu nedeniyle genellikle birkaç günden daha uzun süre saklanmaz. Bu ince dilimler, daha fazla ayrıntıya ve kan damarları gibi daha küçük anatominin dahil edilmesine izin verir. Segmentasyon gerçekleştikten sonra, oluşturulan 3D modellerin gelecekteki adımlarda hasta anatomisini mümkün olduğunca doğru bir şekilde temsil etmesini sağlamak için doktor kalite kontrolü tamamlanmalıdır. Tüm modellerin kalite kontrolü, segmentasyon sürecinin bir parçası olmalı ve protokolün geri kalanı boyunca hatanın yayılma potansiyelini en aza indirmelidir. Kalite kontrol, kan damarı sınırlarını ve anevrizmanın kontrastla nasıl ortaya çıkacağına benzer şekilde çevredeki damarlardan ayrı olarak bölümlere ayrılmasını içerir. Bir hekimle kalite kontrolü son derece önemlidir, çünkü hekim, özellikle modeller hastanın tedavisinin daha ileri karar vermesinde kullanılacaksa, modellerin doğruluğundan tüm sorumluluğu üstlenir. Bazı durumlarda, hekimin segmentasyon adımını kendisinin tamamlaması mümkün veya pratik olabilir.
Protokoldeki bir sonraki önemli adım, açıölçer ölçüm aracını entegre ederken uzamsal model hizalamasını korumaktır. Blender, birden çok STL dosya türünün, her biri uzamsal olarak hizalanmış ve daha fazla netlik için renklendirilebilen veya dokulu olabilen birden çok katmana sahip tek bir birleşik dosyada birleştirilmesine izin verdiği için bu adım için son derece yararlı bir araç olduğunu kanıtlamıştır. Ek olarak, bu adım sırasında, açı verilerinin VR'de toplanabilmesi için iletki STL eklenir. Bu açıölçer modeli, bilgisayar destekli tasarım (CAD) aracı olan SolidWorks kullanılarak özel olarak geliştirilmiştir. Yazılım içindeki yüksek hassasiyetli boyutlandırma araçlarından yararlanılarak, her üç eksende de her 5°'yi gösteren tik işaretli bir yay oluşturuldu. İletki ayrıca, bu modelin gerçek merkezini gösteren ve hastanın anatomisinin merkezine hizalanmaya izin veren artı işaretlerine sahiptir. Ayrıca model içinde (0,0) yazan ve hasta burnu ile aynı hizada olacak büyük bir çubuk vardır. Ayrıca, bunun manuel olarak yapıldığını ve hata yüzdesini artırabileceğini unutmamak önemlidir. Tüm potansiyel açı ölçümlerinin doğruluğunu sağlamak için hizalama son derece önemlidir. Düzgün bir şekilde hizalandıktan sonra model, modelin doktor yerleşiminin kaydedilmesinin, modelin yerleştirildiği açıların gelecekte belirlenmesine izin verdiği VR için hazırdır. Kayıt sırasında, sanal alandaki her şey, en önemlisi doktorun bakış açısı (POV) ve modellerin hareketleri ve rotasyonları birbirine göre kaydedilir. Bu kayıttan ve duraklatma özelliğinden tam olarak yararlanılarak, doktorun bakış açısından iletki modelinin artı işaretine düz bir kenar yerleştirilir ve ölçümler, gerçek bir iletki kullanımına oldukça benzer bir şekilde gözlemlenebilir.
Bu metodolojinin bazı sınırlamaları vardır. Böyle bir sınırlama, floroskopide görüntülenirken anevrizma için tek bir doğru yönelim olması gerekmemesidir. Bu, yalnızca farklı görüş açıları nedeniyle birden fazla doğrulama girişimine yol açtı. Bu sınırlama, 3D modelin manipüle edilmesinden gelen ek aşinalıkla, doktorun ameliyathane içindeki açıları belirlemeye yönelik mevcut yönteme kıyasla en uygun görünümü bulmasının mümkün olduğu perspektifinden olası bir fayda olarak görülebilir. Bu protokolün bir başka potansiyel sınırlaması, VR'de C-kollarının ulaşması gerçekten mümkün olmayan bir görüş açısı belirlemenin mümkün olmasıdır. Bu sınırlama VR'de doktor tarafından dikkate alınacak ve bilinecek, böylece cerrahi planlamanın bir parçası haline gelirse spesifikasyonlar yapılabilecektir. Kalite kontrol adımının önemini kanıtlayan bir diğer sınırlama, bazı durumlarda, anevrizmanın distali olan damarların, gerçekte, floroskopi prosedürlerinde, VR'deki modele dahil edildiğinde olacağı kadar belirgin bir şekilde görülmemesidir. Bu, doktoru VR'deki prosedür sırasında mutlaka yolda olmayacak bir damara dikkat etmeye zorlayabilir ve bu da VR'de optimal olmayan bir görüş açısının oluşmasına neden olabilir. Segmentasyonda, kan damarlarının çoğunu ve ilgilenilen alanı bölümlere ayırmak mümkündür; Müdahaleci, görüş açılarında ek gemi olmamasını sağlamak için gemi modelleri arasında geçiş yapmayı seçebilir, sözleşmenin kullanılması bu riski de en aza indirir.
Bir 3D model iletki ve VR içinde birden fazla eksende açı ölçümleri sağlayabilen bir protokolün geliştirilmesi büyük önem taşıyor ve çok çeşitli potansiyel uygulamalar vaat ediyor. Faydaların çok yönlü olduğu kanıtlanabilir ve potansiyel olarak mimarlık ve mühendislikten imalat ve askeri uygulamalara kadar çeşitli endüstrileri geliştirebilir. Bununla birlikte, bu protokolde gösterildiği gibi, gerçek potansiyeli sağlık hizmetleri alanında, doğrudan hasta bakımının cerrahi planlama bölümlerinde parlamaktadır. Cerrahlar, açıları doğrudan VR'de görselleştirip ölçerek her türlü prosedürü titizlikle değerlendirmek ve planlamak için bu aracı kullanabilir. Bu teknik, kalp kateterizasyonu için yapılan çalışmaya benzer19. Prosedür öncesi belirli açıları bilmenin doğrudan bir yararı, anevrizma onarımı sırasında yaygın olarak kullanılan bir görüntüleme tekniği olan floroskopi sırasında tam 360 derecelik bir dönüş ihtiyacındaki önemli azalmadır. Cerrahlar, sanal cerrahi yol haritasını taklit etmek için gereken açıları belirleyerek ekipmanı daha doğru bir şekilde konumlandırabilir ve böylece hastanın radyasyona maruz kalmasını en aza indirebilir. Bu, yalnızca radyasyona maruz kalmayla ilişkili riskleri en aza indirerek hasta güvenliğine katkıda bulunmakla kalmaz, aynı zamanda cerrahi prosedürü de kolaylaştırır. Floroskopi ayarlamaları için harcanan zamanın azalmasıyla, cerrahi ekipler daha verimli çalışabilir ve sonuçta daha kısa işlem sürelerine yol açar.
3D modelleme ve sanal gerçeklik teknolojisindeki son gelişmeler, en acil durumlar dışındaki tüm durumlarda ameliyattan önce hastanın iç anatomisi hakkında derin bir anlayış elde ederek sağlık personelinin ameliyatlar sırasında doğaçlama düşünmekten kaçınmasına olanak tanır 1,2,3,4,6,9,11,13,16 . Zaman kalırsa, sağlık personeli, hastayı ameliyat masasına yerleştirmeden önce vakayı daha iyi anlamak için tıbbi görüntü segmentasyonu ve VR teşhisinin kullanımından yararlanmalıdır. Bu, sonuçta her bir benzersiz hastanın daha iyi anlaşılmasına ve ayrıca ameliyat süresinin ve anestezi altında geçen sürenin azalmasına yol açacaktır.
Disclosures
Matthew Bramlet, Enduvo, Inc.'in kurucu ortağıdır. Kalan yazarlar, bu yazıda açıklanan araştırmayla ilgili veya maddi mali çıkarları olmadığını beyan ederler.
Acknowledgments
İnceleme komitesine anlayışlı geri bildirimleri için ve bu makalenin yazım süreci boyunca paha biçilmez yorumları, uzmanlıkları, rehberlikleri ve destekleri için editöre özel bir teşekkür ederiz. OSF HealthCare System'deki Misyon Ortakları tarafından teşvik edilen ve bu çalışmanın kalitesini artıran işbirlikçi ortamı çok takdir ediyoruz. Kaynak ve destek sağlayan OSF HealthCare System'e ve yardımları için Jump Simulation and Education Center'daki Gelişmiş Görüntüleme ve Modelleme Laboratuvarı'na teşekkür ederiz.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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 |
References
- Xia, J., et al. Three-dimensional virtual reality surgical planning and simulation workbench for orthognathic surgery. Int J Adult Orthodon Orthognath Surg. 15 (4), 265-282 (2000).
- Boedecker, C., et al. Using virtual 3D-models in surgical planning: workflow of an immersive virtual reality application in liver surgery. Langenbecks Arch Surg. 406, 911-915 (2021).
- Reitinger, B., Bornik, A., Beichel, R., Schmalstieg, D. Liver surgery planning using virtual reality. IEEE Comput Graph Appl. 26 (6), 36-47 (2006).
- Robiony, M., et al. Virtual reality surgical planning for maxillofacial distraction osteogenesis: The role of Reverse Engineering Rapid Prototyping and cooperative work. J Oral Maxillofacial Surg. 65 (6), 1198-1208 (2007).
- Xia, J., et al. Three-dimensional virtual-reality surgical planning and soft-tissue prediction for orthognathic surgery. IEEE Trans Info Tech Biomed. 5 (2), 97-107 (2001).
- Kim, Y., Kim, H., Kim, Y. O. Virtual reality and augmented reality in plastic surgery: A Review. Arch Plastic Surg. 44 (3), 179-187 (2017).
- Ayoub, A., Pulijala, Y. The application of virtual reality and augmented reality in oral & maxillofacial surgery. BMC Oral Health. 19 (1), 238 (2019).
- Ulbrich, M., et al. Advantages of a training course for surgical planning in virtual reality for oral and maxillofacial surgery: Crossover study. JMIR Serious Games. 11, e40541 (2023).
- Lyuksemburg, V., et al. Virtual reality for preoperative planning in complex surgical oncology: A single-center experience. J Surg Res. 291, 546-556 (2023).
- Macario, A. What does one minute of operating room time cost. J Clin Anesth. 22 (4), 233-236 (2010).
- Bramlet, M., et al. Virtual reality visualization of patient specific heart model. J Cardiovasc Mag Res. 18 (1), 13 (2016).
- Guillot, A., et al. Relationship between spatial abilities, mental rotation and functional anatomy learning. Adv Health Sci Edu. 12 (4), 491-507 (2006).
- Juhnke, B., et al. Use of virtual reality for pre-surgical planning in separation of conjoined twins: A case report. Proc Inst Mech Eng H. 233 (12), 1327-1332 (2019).
- Mattus, M. S., et al. Creation of patient-specific silicone cardiac models with applications in pre-surgical plans and hands-on training. J Vis Exp. (180), e62805 (2022).
- Kern, M. Angiographic projections made simple: An easy guide to understanding oblique views. Cath Lab Digest. 19 (8), (2011).
- Reinschluessel, A. V., et al. Virtual reality for surgical planning - evaluation based on two liver tumor resections. Front Surg. 9, 821060 (2022).
- Tang, R., et al. Augmented reality technology for preoperative planning and intraoperative navigation during Hepatobiliary Surgery: A review of current methods. Hepatobiliary Pancreat Dis Int. 17 (2), 101-112 (2018).
- Manzie, T., et al. Virtual reality digital surgical planning for jaw reconstruction: A usability study. ANZ J Surg. 93 (5), 1341-1347 (2023).
- Corren, Y. B., et al. CT-based Simulation of Projection Angiography Using the SlicerHeart Virtual Cath Lab [Poster Presentation]. World Congress of Pediatric Cardiology and Cardiac Surgery. , (2023).
