Approcci pionieristici specifici per il paziente per la chirurgia di precisione utilizzando l'imaging e la realtà virtuale
5 aprile 2024
I progressi nel trattamento endovascolare hanno sostituito le complesse procedure chirurgiche a cielo aperto con opzioni minimamente invasive, come la sostituzione della valvola e la riparazione dell'aneurisma. Questo documento propone di utilizzare la modellazione tridimensionale (3D) e la realtà virtuale per facilitare il posizionamento dell'arco a C, le misurazioni dell'angolo e la generazione di roadmap per la pianificazione procedurale del laboratorio di cateterismo neurointerventistico, riducendo al minimo i tempi della procedura.
1 Lo scopo di questo caso di studio retrospettivo2 era quello di convalidare l'accuratezza dell'uso 3 dei goniometri in un ambiente di realtà virtuale. 4 Si trattava di uno studio in cieco in cui il posizionamento del chirurgo 5 in VR è stato confrontato con il posizionamento effettivo 6 utilizzato in chirurgia. 7 Attualmente, la visualizzazione ottimale degli aneurismi cerebrali8 e di altre malformazioni vascolari intracraniche 9 per il trattamento o la pianificazione richiede l'esecuzione di angiogrammi rotazionali 3D 10 all'inizio della procedura.
11 Questo espone il paziente alle radiazioni 12 e aumenta i tempi procedurali. 13 La segmentazione nella realtà virtuale aumenta la fiducia del chirurgo14 e aumenta la comprensione di casi chirurgici complessi. 15 Il corpo umano esiste in uno spazio 3D e quindi visualizzarlo 16 nello spazio 3D è molto più indicativo dell'anatomia patologica 17 rispetto alla visualizzazione di una TC o di una risonanza magnetica 2D.
18 Questi risultati hanno un impatto sulla ricerca e sulla medicina, 19 riducendo i tempi di pianificazione per determinare 20 l'angolo dell'apparecchiatura di imaging in sala operatoria.21 Attualmente, i pazienti devono essere scansionati con una rotazione a 360 22 in modo da poter determinare la posizione dell'arco a C. 23 Crediamo di poter ridurre il tempo in cui il paziente 24 viene sedato e la sua esposizione alle radiazioni offrendo 25 i suggerimenti per il posizionamento dell'arco a C prima dell'intervento chirurgico. 26 La segmentazione è l'atto di ricreare modelli3D 27 di anatomia specifica del paziente da immagini mediche.
28 È il passaggio più critico, ma richiede molte risorse 29 sia per quanto riguarda i requisiti software che le competenze umane. 30 Pertanto, il nostro obiettivo principale di ricerca 31 è l'automazione della segmentazione, 32 l'utilizzo di tecniche di apprendimento automatico 33 per ridurre la barriera all'ingresso 34 per l'implementazione di questa tecnologia su larga scala.
Panoramica
Questo studio esplora l'uso della realtà virtuale (VR) e della modellazione 3D per migliorare le procedure neuro-interventistiche. Automatizzando la segmentazione e migliorando il posizionamento del C-arm, la ricerca mira a ridurre l'esposizione dei pazienti alle radiazioni e i tempi procedurali.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Neurochirurgia
- Realtà Virtuale
- Immagini mediche
Sfondo
- Le procedure attuali per la visualizzazione degli aneurismi cerebrali richiedono angiogrammi rotazionali tridimensionali.
- Queste procedure espongono i pazienti a radiazioni e aumentano i tempi operatori.
- La segmentazione in realtà virtuale può migliorare la sicurezza e la comprensione da parte del chirurgo nei casi complessi.
- L'automatizzazione della segmentazione potrebbe ridurre le barriere all'implementazione della tecnologia negli ambienti clinici.
Scopo dello studio
- Verificare l'accuratezza dei goniometri in un ambiente di realtà virtuale per la pianificazione chirurgica.
- Ridurre il tempo di sedazione del paziente e l'esposizione alle radiazioni durante le procedure.
- Migliorare l'efficienza del posizionamento del C-arm prima dell'intervento chirurgico.
Metodi Utilizzati
- Condotta una studio in cieco che confronta il posizionamento in realtà virtuale con il posizionamento chirurgico effettivo.
- Utilizzate tecniche di apprendimento automatico per automatizzare la segmentazione dell'anatomia del paziente.
- Sviluppato un modello di realtà virtuale per visualizzare e misurare gli angoli per il posizionamento del C-arm.
- Registrati gli angoli di visione preferiti in realtà virtuale per la pianificazione chirurgica.
Risultati principali
- Gli angoli dichiarati dal chirurgo in realtà virtuale corrispondevano strettamente alle misurazioni chirurgiche effettive.
- La segmentazione automatizzata ha migliorato l'accuratezza e l'efficienza della pianificazione.
- La visualizzazione in realtà virtuale ha potenziato la comprensione delle strutture anatomiche complesse.
- Sono stati ottenuti tempi procedurali ridotti e una minore esposizione alle radiazioni.
Conclusioni
- La realtà virtuale e la modellazione 3D possono migliorare in modo significativo le procedure neuro-interventistiche.
- L'automazione della segmentazione è fondamentale per una diffusione più ampia nella pratica clinica.
- Questo approccio ha il potenziale di migliorare i risultati chirurgici e la sicurezza del paziente.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale Direttiva
Le immagini 3D specifiche per il paziente e la modellazione in realtà virtuale stanno trasformando la pianificazione pre-intervento per interventi endovascolari complessi. Queste tecnologie consentono una visualizzazione anatomica precisa, supportando decisioni critiche che riducono il rischio procedurale e ottimizzano l'allocazione delle risorse. L'integrazione della segmentazione automatica e delle misurazioni basate sulla realtà virtuale migliora la fiducia predittiva in punti critici dello sviluppo delle terapie basate su dispositivi.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Bersaglio
- Permette un'analisi dettagliata di ipotesi anatomiche specifiche per il paziente al fine di indirizzare il posizionamento del dispositivo.
- Supporta la riduzione dei rischi meccanicistici chiarificando le relazioni spaziali nelle patologie vascolari complesse.
- Migliora l'affidabilità predittiva nella pianificazione delle procedure e nell'adeguatezza del dispositivo.
Sviluppo di screening e saggi
- Permette la creazione di modelli anatomici tridimensionali validati per flussi di lavoro di simulazione e test dei dispositivi.
- Standardizza la misurazione di caratteristiche anatomiche critiche per la valutazione riproducibile dei dispositivi.
- Consente la valutazione quantitativa del posizionamento del dispositivo e della fattibilità delle procedure.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Allinea i test preclinici dei dispositivi a scenari anatomici clinicamente rilevanti.
- Supporta la continuità traslazionale collegando i dati di imaging alla simulazione delle procedure.
- Riduce i rischi nelle decisioni di avanzamento fornendo informazioni anatomiche quantitative e specifiche per il paziente.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Questo flusso di lavoro integra l'acquisizione dei dati di imaging fino alla segmentazione, alla modellizzazione 3D e alla pianificazione procedurale basata sulla realtà virtuale, sostenendo la scoperta precoce fino alla valutazione traslazionale del dispositivo.
- Biologia della scoperta: Fornisce modelli anatomici ad alta fedeltà per la verifica di ipotesi e l'analisi spaziale.
- Screening: Fornisce misurazioni quantitative e riproducibili per la valutazione dell'adattamento del dispositivo e la simulazione delle procedure.
- Analisi: Consente misurazioni precise di angoli e posizioni per confrontare diverse opzioni procedurali.
- Ricerca traslazionale: Collega modelli derivati da immagini alla pianificazione di procedure precliniche e cliniche.
- Riutilizzo aziendale: Stabilisce una piattaforma scalabile per la modellizzazione specifica per il paziente in diversi programmi di dispositivi.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva e riduce l'ambiguità anatomica nella pianificazione del dispositivo.
- Valore operativo: Standardizza la segmentazione e la misurazione, migliorando la riproducibilità e la scalabilità.
- Valore strategico: Permette decisioni più informate sul proseguimento o meno del progetto e riduce il rischio procedurale nelle fasi avanzate.
- Impatto sul portafoglio: Supporta la priorizzazione dei candidati dispositivo e delle strategie procedurali in base al rischio.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze specialistiche in imaging medico, segmentazione e modellazione in realtà virtuale.
- Necessita di un'infrastruttura software robusta per l'elaborazione e la visualizzazione di dati tridimensionali.
- Richiede protocolli standardizzati per garantire riproducibilità tra diversi gruppi di lavoro e condivisione dei dati.
- L'adattamento a contesti anatomici e procedurali diversi potrebbe richiedere una personalizzazione del flusso di lavoro.
- La segmentazione rimane intensiva in termini di risorse, anche se gli sforzi di automazione stanno migliorando la scalabilità.
