इमेजिंग और आभासी वास्तविकता का उपयोग करके सटीक सर्जरी के लिए अग्रणी रोगी-विशिष्ट दृष्टिकोण
Summary
एंडोवास्कुलर उपचार में प्रगति ने जटिल खुली शल्य चिकित्सा प्रक्रियाओं को न्यूनतम इनवेसिव विकल्पों के साथ बदल दिया है, जैसे वाल्व प्रतिस्थापन और धमनीविस्फार की मरम्मत। यह पत्र सी-आर्म पोजिशनिंग, कोण माप, और न्यूरो-इंटरवेंशनल कैथीटेराइजेशन लैब प्रक्रियात्मक योजना के लिए रोडमैप जनरेशन, प्रक्रिया समय को कम करने में सहायता के लिए त्रि-आयामी (3 डी) मॉडलिंग और आभासी वास्तविकता का उपयोग करने का प्रस्ताव करता है।
Abstract
जटिल संवहनी विसंगतियों के एंडोवास्कुलर उपचार न्यूनतम इनवेसिव एंडोवास्कुलर प्रक्रियात्मक समाधानों के लाभ के लिए खुली शल्य चिकित्सा प्रक्रियाओं के जोखिम को स्थानांतरित करता है। जटिल खुली शल्य चिकित्सा प्रक्रियाएं फुफ्फुसीय और महाधमनी वाल्व प्रतिस्थापन के साथ-साथ मस्तिष्क धमनीविस्फार की मरम्मत जैसी स्थितियों के असंख्य के उपचार के लिए एकमात्र विकल्प हुआ करती थीं। हालांकि, कैथेटर-वितरित उपकरणों और ऑपरेटर विशेषज्ञता में प्रगति के कारण, इन प्रक्रियाओं (कई अन्य लोगों के साथ) को अब केंद्रीय या परिधीय नस या धमनी के माध्यम से वितरित न्यूनतम इनवेसिव प्रक्रियाओं के माध्यम से किया जा सकता है। एक खुली प्रक्रिया से एंडोवास्कुलर दृष्टिकोण में बदलाव का निर्णय मल्टी-मोडल इमेजिंग पर आधारित है, जिसमें अक्सर 3 डी डिजिटल इमेजिंग एंड कम्युनिकेशंस इन मेडिसिन (डीआईसीओएम) इमेजिंग डेटासेट शामिल होते हैं। इन 3 डी छवियों का उपयोग करते हुए, हमारी प्रयोगशाला पैथोलॉजिकल एनाटॉमी के 3 डी मॉडल उत्पन्न करती है, जिससे कैथीटेराइजेशन लैब प्रक्रिया के महत्वपूर्ण घटकों, अर्थात् सी-आर्म पोजिशनिंग, 3 डी माप और आदर्श रोड-मैप पीढ़ी को पूर्व-योजना बनाने के लिए आवश्यक पूर्व-प्रक्रियात्मक विश्लेषण की अनुमति मिलती है। यह लेख बताता है कि रोगी-विशिष्ट विकृति के खंडित 3 डी मॉडल कैसे लें और सामान्यीकृत सी-आर्म पदों की भविष्यवाणी करें, 2 डी फ्लोरोस्कोपी अनुमानों के लिए प्रासंगिक 3 डी संरचनाओं के महत्वपूर्ण दो-आयामी (2 डी) माप को कैसे मापें, और 2 डी फ्लोरोस्कोपी रोडमैप एनालॉग कैसे उत्पन्न करें जो कैथीटेराइजेशन प्रयोगशाला प्रक्रियाओं के दौरान उचित सी-आर्म पोजिशनिंग में सहायता कर सकते हैं।
Introduction
इंट्राक्रैनील एन्यूरिज्म का उपचार न्यूरो-इंटरवेंशनल सर्जरी का एक चुनौतीपूर्ण पहलू है, जिससे इष्टतम रोगी परिणामों को सुनिश्चित करने के लिए सटीक सर्जिकल योजना की आवश्यकता होती है। हाल के वर्षों में, आभासी वास्तविकता (वीआर) तकनीक एक आभासी 3डी वातावरण 1,2,3,4,5,6,7,8 में इमर्सिव, रोगी-विशिष्ट शारीरिक मॉडल तक सर्जनों की पहुंच प्रदान करके सर्जिकल योजना को बढ़ाने के लिए एक आशाजनक उपकरण बन गई है . यह लेख एन्यूरिज्म के उपचार के लिए सर्जिकल प्लानिंग में सहायता के लिए मेडिकल इमेजिंग और सेगमेंटेशन, 3 डी मॉडलिंग, वीआर सर्जिकल प्लानिंग और आदर्श वर्चुअल रोडमैप जनरेशन के उपयोग के लिए एक व्यापक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करता है।
इन चरणों का संयोजन एक आभासी सर्जिकल प्लानिंग दृष्टिकोण में समाप्त होता है, जिससे चिकित्सकों को एक आभासी वातावरण में खुद को विसर्जित करने और शल्य प्रक्रिया से पहले रोगी की अनूठी शारीरिक रचना की व्यापक समझ प्राप्त करने की अनुमति मिलती है। यह इमर्सिव दृष्टिकोण सर्जनों को इष्टतम स्थिति का पता लगाने और विभिन्न प्रक्रियात्मक परिदृश्यों का अनुकरण करने का अधिकार देता है। इन परिदृश्यों को रिकॉर्ड करना वास्तविक दुनिया के सर्जिकल उपकरण, जैसे सी-आर्म पोजिशनिंग के प्लेसमेंट में अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकता है।
पोजिशनिंग कोणों के अलावा, 3 डी स्पेस के लिए डिज़ाइन किए गए माप टूल का उपयोग करके आभासी वातावरण में शरीर रचना को मापना भी संभव है। ये माप एक इंट्राक्रैनील एन्यूरिज्म मामले9 में उपयोग किए जाने वाले डिवाइस के सही आकार और आकार में अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकते हैं।
यह प्रोटोकॉल एक व्यापक प्रक्रिया प्रस्तुत करता है जो सर्जिकल प्लानिंग प्रक्रिया को बढ़ाने के लिए मेडिकल इमेजिंग, इमेज सेगमेंटेशन, वीआर मॉडल तैयार करने और वर्चुअल सर्जिकल रोडमैप पीढ़ी को जोड़ती है। अग्रणी बढ़त प्रौद्योगिकियों का एक संयोजन का प्रयोग, इस प्रोटोकॉल ऑपरेटिंग कमरे10 में मूल्यवान समय बचाने के लिए अवसर प्रदान करता है, साथ ही सर्जन आत्मविश्वास और जटिल शल्य चिकित्सा मामलों 11,12,13 की समझ को बढ़ावा देने के लिए.
Protocol
Representative Results
Discussion
3 डी मॉडलिंग को 3 डी प्रिंटिंग प्रौद्योगिकियों 2,3,4,6,7,9,11 के आगमन के साथ चिकित्सा वर्कफ़्लो में पेश किया गया था, लेकिन वीआर एक भौतिक 3 डी ऑब्जेक्ट से परे 3 डी तकनीक के उपन्यास अनुप्रयोगों को प्रदान करता है। एक आभासी दुनिया में शरीर रचना विज्ञान और परिदृश्यों को दोहराने के प्रयास व्यक्तिगत रोगियों 1,2,3,4,9,11,13,16 पर व्यक्तिगत चिकित्सा पद्धति के लिए अनुमति देते हैं. यह काम न्यूनतम प्रयास के साथ डिजिटल दुनिया में नए प्री-सर्जिकल सिमुलेशन बनाने की विशाल क्षमता को प्रदर्शित करता है।
प्रस्तुत प्रोटोकॉल के दौरान, कई कदम है कि एक मामले की सफलता के लिए महत्वपूर्ण हैं. उचित संकल्प के साथ पर्याप्त परिणाम देने में सबसे महत्वपूर्ण कारक सही चिकित्सा इमेजिंग प्राप्त करना है। प्रस्तुत प्रक्रिया को रोगी पर अतिरिक्त स्कैन की आवश्यकता नहीं होती है, मानक सीटीए स्कैन का उपयोग करके जो प्रत्येक इंट्राक्रैनील एन्यूरिज्म मामले के लिए निर्धारित है। अधिकांश स्कैनर स्कैनर मॉडल और स्वास्थ्य प्रणाली प्रोटोकॉल के आधार पर थोड़े समय के लिए स्कैन स्टोर करेंगे, जिससे इमेजिंग तकनीशियन स्कैन के अधिग्रहित पतले स्लाइस अपलोड कर सकता है, आमतौर पर 1 मिमी से कम मोटी स्लाइस अक्सर भंडारण आकार के कारण कुछ दिनों से अधिक समय तक संग्रहीत नहीं होते हैं। ये पतले स्लाइस अधिक विस्तार और रक्त वाहिकाओं जैसे छोटे शरीर रचना विज्ञान को शामिल करने की अनुमति देते हैं। विभाजन होने के बाद, चिकित्सक गुणवत्ता नियंत्रण को यह सुनिश्चित करने के लिए पूरा किया जाना चाहिए कि उत्पन्न 3 डी मॉडल भविष्य के चरणों में यथासंभव सटीक रूप से रोगी शरीर रचना का प्रतिनिधित्व करते हैं। सभी मॉडलों की गुणवत्ता नियंत्रण विभाजन प्रक्रिया का एक हिस्सा होना चाहिए, प्रोटोकॉल के शेष भर में त्रुटि के प्रसार के लिए संभावना को कम करने. गुणवत्ता नियंत्रण में रक्त वाहिका की सीमाएं और धमनीविस्फार को आसपास के जहाजों से अलग से विभाजित करना शामिल है, इसी तरह यह इसके विपरीत कैसे पेश करेगा। एक चिकित्सक के साथ गुणवत्ता नियंत्रण अत्यंत महत्वपूर्ण है क्योंकि चिकित्सक मॉडल की सटीकता के लिए पूरी जिम्मेदारी रखता है, खासकर यदि मॉडल का उपयोग रोगी के उपचार के आगे निर्णय लेने में किया जाना है। कुछ परिस्थितियों में, चिकित्सक के लिए विभाजन चरण को स्वयं पूरा करना संभव या व्यावहारिक हो सकता है।
प्रोटोकॉल में अगला महत्वपूर्ण कदम स्थानिक मॉडल संरेखण को बनाए रखना है, जबकि प्रोट्रैक्टर माप उपकरण को एकीकृत करना। ब्लेंडर इस कदम के लिए एक अत्यंत उपयोगी उपकरण साबित हुआ है क्योंकि यह कई एसटीएल फ़ाइल प्रकारों के संयोजन को कई परतों के साथ एक संयुक्त फ़ाइल में अनुमति देता है, जिनमें से प्रत्येक स्थानिक रूप से संरेखित है और अतिरिक्त स्पष्टता के लिए रंगीन या बनावट हो सकती है। इसके अतिरिक्त, इस चरण के दौरान, प्रोट्रैक्टर एसटीएल जोड़ा जाता है ताकि वीआर में कोण डेटा एकत्र किया जा सके। यह प्रोट्रैक्टर मॉडल विशेष रूप से एक कंप्यूटर एडेड डिज़ाइन (सीएडी) उपकरण, सॉलिडवर्क्स का उपयोग करके विकसित किया गया था। सॉफ्टवेयर के भीतर उच्च-सटीक आयाम उपकरणों का लाभ उठाते हुए, तीनों अक्षों में प्रत्येक 5 ° को दर्शाने वाले टिक निशान वाला एक चाप बनाया गया था। प्रोट्रैक्टर में क्रॉसहेयर भी होते हैं जो उस मॉडल के वास्तविक केंद्र को दर्शाते हैं और रोगी की शारीरिक रचना के केंद्र में संरेखण की अनुमति देते हैं। मॉडल के भीतर एक बड़ी पट्टी भी है जो (0,0) को दर्शाती है और इसे रोगी की नाक के साथ संरेखित किया जाना है। साथ ही, यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि यह मैन्युअल रूप से किया गया था और त्रुटि प्रतिशत में वृद्धि हो सकती थी। सभी संभावित कोण मापों की सटीकता सुनिश्चित करने के लिए संरेखण अत्यंत महत्वपूर्ण है। एक बार ठीक से संरेखित होने के बाद, मॉडल वीआर के लिए तैयार है, जहां मॉडल के चिकित्सक प्लेसमेंट की रिकॉर्डिंग उन कोणों के भविष्य के निर्धारण की अनुमति देती है जिन पर मॉडल रखा गया है। रिकॉर्डिंग के दौरान, वर्चुअल स्पेस के भीतर सब कुछ एक दूसरे के संदर्भ में दर्ज किया जाता है, सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि चिकित्सक का दृष्टिकोण (पीओवी) और मॉडल के आंदोलन और घुमाव। इस रिकॉर्डिंग और पॉज़ फीचर का पूरा लाभ उठाते हुए, प्रोट्रैक्टर मॉडल के क्रॉसहेयर के माध्यम से चिकित्सक के पीओवी से एक सीधा किनारा रखा जाता है, और माप को वास्तविक प्रोट्रैक्टर के उपयोग के समान उल्लेखनीय तरीके से देखा जा सकता है।
इस पद्धति की कुछ सीमाएँ हैं। ऐसी ही एक सीमा यह है कि फ्लोरोस्कोपी में इसे देखते समय धमनीविस्फार के लिए एक भी सही अभिविन्यास नहीं है। इसने अलग-अलग देखने के कोणों के कारण कई सत्यापन प्रयासों का नेतृत्व किया। इस सीमा को परिप्रेक्ष्य से संभावित लाभ के रूप में देखा जा सकता है कि 3 डी मॉडल में हेरफेर करने से आने वाली अतिरिक्त परिचितता के साथ, यह संभव है कि चिकित्सक को ऑपरेटिंग सूट के भीतर कोणों को निर्धारित करने की वर्तमान विधि की तुलना में एक इष्टतम दृश्य मिलेगा। इस प्रोटोकॉल की एक और संभावित सीमा यह है कि वीआर में एक देखने के कोण को निर्धारित करना संभव है जो वास्तव में सी-आर्म्स के लिए संभव नहीं होगा। इस सीमा को वीआर में चिकित्सक द्वारा ध्यान में रखा जाएगा और जाना जाएगा ताकि विनिर्देशों को बनाया जा सके यदि यह सर्जिकल योजना का हिस्सा बन गया। गुणवत्ता नियंत्रण कदम के महत्व को साबित करने वाली एक और सीमा यह है कि कुछ उदाहरणों में, वाहिकाएं जो धमनीविस्फार के बाहर हैं, वास्तव में, फ्लोरोस्कोपी प्रक्रियाओं में प्रमुखता से नहीं देखी जाती हैं क्योंकि वे वीआर में मॉडल में शामिल होने पर होंगे। यह चिकित्सक को एक पोत के प्रति सचेत रहने के लिए मजबूर कर सकता है जो वीआर में प्रक्रिया के दौरान जरूरी नहीं होगा, जिससे वीआर में एक उप-देखने का कोण उत्पन्न हो सकता है। विभाजन में, अधिकांश रक्त वाहिकाओं और ब्याज के क्षेत्र को विभाजित करना संभव है; हस्तक्षेपकर्ता जहाजों के मॉडल के बीच टॉगल करना चुन सकता है ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि उनके देखने के कोण में कोई अतिरिक्त जहाज नहीं होगा, अनुबंध का उपयोग इस जोखिम को भी कम करता है।
एक 3 डी मॉडल प्रोट्रैक्टर और एक प्रोटोकॉल का विकास जो वीआर के भीतर कई अक्षों में कोण माप प्रदान कर सकता है, अत्यधिक महत्व रखता है और संभावित अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला का वादा करता है। लाभ बहुआयामी साबित हो सकते हैं, संभावित रूप से वास्तुकला और इंजीनियरिंग से विनिर्माण और सैन्य अनुप्रयोगों तक विभिन्न उद्योगों को बढ़ा सकते हैं। हालांकि, जैसा कि इस प्रोटोकॉल में दिखाया गया है, इसकी असली क्षमता स्वास्थ्य देखभाल के दायरे में चमकती है, सीधे रोगी देखभाल के सर्जिकल प्लानिंग भागों के भीतर। सर्जन इस उपकरण का उपयोग वीआर में सीधे कोणों की कल्पना और माप करने में सक्षम होने के द्वारा सभी प्रकार की प्रक्रियाओं का सावधानीपूर्वक आकलन और योजना बनाने के लिए कर सकते हैं। इस तकनीक कार्डियक कैथीटेराइजेशन19 के लिए किए गए काम के समान है। विशेष कोणों की पूर्व-प्रक्रिया को जानने का एक प्रत्यक्ष लाभ फ्लोरोस्कोपी के दौरान पूर्ण 360-डिग्री स्पिन की आवश्यकता में महत्वपूर्ण कमी है, जो धमनीविस्फार मरम्मत के दौरान आमतौर पर नियोजित इमेजिंग तकनीक है। वर्चुअल सर्जिकल रोडमैप की नकल करने के लिए आवश्यक कोणों का निर्धारण करके, सर्जन उपकरण को अधिक सटीक रूप से स्थिति में ला सकते हैं, इस प्रकार रोगी को विकिरण जोखिम को कम कर सकते हैं। यह न केवल विकिरण जोखिम से जुड़े जोखिमों को कम करके रोगी की सुरक्षा में योगदान देता है बल्कि सर्जिकल प्रक्रिया को भी सुव्यवस्थित करता है। फ्लोरोस्कोपी समायोजन पर कम समय बिताने के साथ, सर्जिकल टीमें अधिक कुशलता से काम कर सकती हैं, अंततः कम प्रक्रिया के समय की ओर अग्रसर होती हैं।
3 डी मॉडलिंग और आभासी वास्तविकता प्रौद्योगिकी में हाल की प्रगति चिकित्सा कर्मचारियों को सभी लेकिन सबसेजरूरी मामलों में ऑपरेशन से पहले एक मरीज की आंतरिक शारीरिक रचना की गहरी समझ प्राप्त करके सर्जरी के दौरान कामचलाऊ सोच से बचने के लिए अनुमति 1,2,3,4,6,9,11,13,16 . यदि समय अनुमति देता है, तो चिकित्सा कर्मचारियों को रोगी को ऑपरेटिंग टेबल पर रखने से पहले मामले की अपनी समझ को आगे बढ़ाने के लिए चिकित्सा छवि विभाजन और वीआर डायग्नोस्टिक्स के उपयोग का लाभ उठाना चाहिए। यह अंततः प्रत्येक अद्वितीय रोगी की बेहतर समझ के साथ-साथ संज्ञाहरण के तहत सर्जरी के समय और समय को कम करेगा।
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
हम समीक्षा समिति को उनकी व्यावहारिक प्रतिक्रिया के लिए, और इस लेख की लेखन प्रक्रिया के दौरान उनकी अमूल्य टिप्पणियों, विशेषज्ञता, मार्गदर्शन और समर्थन के लिए संपादकीय को विशेष धन्यवाद देते हैं। हम ओएसएफ हेल्थकेयर सिस्टम में मिशन पार्टनर्स द्वारा बढ़ावा दिए गए सहयोगी वातावरण की बहुत सराहना करते हैं, जिसने इस काम की गुणवत्ता को बढ़ाया। संसाधनों और सहायता प्रदान करने के लिए OSF हेल्थकेयर सिस्टम और उनकी सहायता के लिए जंप सिमुलेशन और शिक्षा केंद्र में उन्नत इमेजिंग और मॉडलिंग लैब के लिए धन्यवाद।
Materials
| 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 |
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