방법 논문

Mixed Reality 보조 근치적 내시경 갑상선 절제술

DOI:

10.3791/67522

⸱

2025년 1월 31일

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1The Third Affiliated Hospital of Sun Yat-Sen University

* These authors contributed equally

이 논문에서

요약

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근치적 내시경 갑상선 절제술은 다양한 수술 합병증과 관련이 있습니다. 이 연구는 혼합 현실 기술을 활용하여 외과의가 근치적 내시경 갑상선 절제술을 수행하는 데 도움을 주어 안전성을 높이고 수술 임계값을 낮추는 것을 목표로 합니다.

초록

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근치적 내시경 갑상선 절제술(ET)은 개복 수술에 비해 우수한 미용 결과와 수술 부위의 향상된 가시성을 제공합니다. 그러나 갑상선의 독특한 생리적 기능과 주변의 복잡한 해부학적 구조로 인해 다양한 수술 합병증이 발생할 수 있습니다. 실시간 홀로그램 시각화 기술인 혼합 현실(MR)을 사용하면 현실 세계에서 매우 사실적인 3D 모델을 만들 수 있으며 여러 인간-컴퓨터 상호 작용을 촉진할 수 있습니다. MR은 수술 전 평가와 수술 중 내비게이션 모두에 활용할 수 있습니다. 먼저, 3Dslicer를 사용하여 향상된 컴퓨터 단층 촬영 이미지로부터 목의 반자동 3D 재구성을 수행합니다. 다음으로, 3D 모델을 Unity3D로 가져와 MR 헬멧 탑재 디스플레이(HMD)에 표시할 수 있는 가상 홀로그램을 만듭니다. 수술 중 외과의는 MR HMD를 착용하여 가상 홀로그램을 통해 병변 및 주변 해부학적 구조를 찾을 수 있습니다. 이 연구에서는 근치적 ET가 필요한 환자를 실험군 또는 대조군에 무작위로 배정했습니다. 외과의는 실험군에서 MR 보조 근치적 ET를 수행했습니다. 수술 결과와 저울 결과의 비교 분석이 수행되었습니다. 이 연구는 목 3D 모델과 가상 홀로그램을 성공적으로 개발했습니다. NASA Task Load Index Scale에 따르면 실험 그룹은 대조군에 비해 '자신의 성과'에서 유의하게 높은 점수와 '노력'에서 낮은 점수를 보였습니다(p = 0.002). 또한 Likert Subjective Evaluation Scale에서 모든 질문의 평균 점수가 3을 초과했습니다. 수술 합병증의 발생률은 대조군보다 실험군에서 낮았지만, 수술 결과의 차이는 통계적으로 significant.MR 되지 않았으며, 이는 수술 전후 기간 동안 수술 수행 능력을 향상시키고 외과 의사의 부담을 완화하는 데 유익했습니다. 또한 MR은 ET의 안전성을 향상시킬 수 있는 잠재력을 보여주었습니다. 따라서 MR의 수술 적용에 대한 추가 조사가 필수적입니다.

서론

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지난 10년 동안 전 세계 갑상선 결절 발병률은 29.29%로 증가하여 이전 10년에 비해 7.76% 증가했습니다. 이러한 추세로 인해 갑상선 결절은 가장 흔한 질환 중 하나로 꼽히고 있다1. 동시에 갑상선암 발병률은 100,000명당 20명에 달하여 모든 암 중 7위, 여성 암 중 3위를 차지했습니다. 근치적 수술이 여전히 선호되는 치료법이다2.

갑상선 절제술은 개복 수술, 내시경 수술, 로봇 수술로 분류할 수 있습니다. 내시경 갑상선 절제술(ET)은 내시경 기구의 길이를 사용하여 유륜, 겨드랑이, 구강 및 기타 숨겨진 부위를 절개하여 피하 터널을 만들어 목에 흉터가 없는 모양을 용이하게 하는 성형 수술의 한 형태입니다. 이 접근법은 갑상선암 환자의 대다수를 차지하는 여성에게 특히 매력적이다3. 그러나 ET는 여전히 외과적 관점에서 추가적인 최적화가 필요합니다. 첫째, ET는 제한된 수술 공간과 촉각 피드백의 부족으로 인해 수술이 복잡해지고 학습 곡선이 길어지는 데 기여합니다4. 둘째, 갑상선은 특별한 생리적 기....

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프로토콜

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이 프로토콜은 Sun Yat-Sen University의 인간 연구 윤리 위원회의 지침을 따릅니다. 이 치료는 일상적인 임상 치료에서 수행되었기 때문에 특별한 윤리 승인이 필요하지 않습니다.

1. 3D 재건

  1. 350 Huunsfield 단위(HU)의 창 너비와 40 HU의 창 수준을 활용하여 목 강화 CT 스캔의 DICOM 데이터를 3DSlicer10으로 가져옵니다.
  2. 반자동 접근 방식을 사용하여 목 3D 모델을 분할하고 재구성합니다.
    1. Threshold와 Hollow 함수를 사용하여 스킨을 분할하고 재구성합니다. 먼저 Threshold 함수를 사용하여 -250HU보다 큰 CT 값에 대한 분할을 만듭니다. 그런 다음 Hollow 함수를 사용하여 이 분할의 내부를 제거합니다.
    2. 동맥 또는 정맥기 이미지를 기반으로 Grow from seeds 기능을 사용하여 갑상선, 병변, 기관 및 식도를 분할하....

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결과

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이 연구는 PTC 환자의 목 3D 모델을 성공적으로 구축하고(그림 1) MR 보조 근치적 ET 14건을 수행했습니다(그림 2).

수술 후 NASA-TLX 및 Likert Subjective Rating Scale(표 1 및 표 2)을 완료한 선임 외과의가 총 32회의 ET를 수행했습니다. NASA-TLX에서 실험군은 대조군에 비해 유의하게 높은 OP 점수와 낮은 EF 점수를 보였는데(p=0.002), 이는 외과의가 MR 보조 근치적 ET에서 더 나은 성능을 달성하는 것이 더 쉽다고 느꼈음을 나타냅니다. 리커트 주관적 평가 척도(Likert Subjective Rating Scale)에서 모든 질문의 평균 점수가 3점을 초과했는데, 이는 외과의가 이 프로토콜이 실현 가능하고 효과적이라고 생각했음을 시사합니다.

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토론

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MR은 다양한 알고리즘 모델과 센싱 장치를 기반으로 하는 최첨단 AI 기술입니다. 이 프로토콜의 목적은 MR을 활용하여 급진적 ET를 지원하는 것입니다. 또한 핵심 절차는 넥 3D 모델과 가상 홀로그램을 구성하는 것입니다. 주관적 척도는 긍정적인 결과를 나타내며, 이는 MR이 외과의가 근치적 ET를 쉽게 수행하는 데 도움이 된다는 것을 보여줍니다. 또한 MR은 ET와 관련된 합병증을 예방하는 데 잠재적인 이점을 보여줍니다. 그러나 표본 크기가 작기 때문에 모든 수술 결과에서 관찰되는 차이의 중요성이 제한됩니다.

MR은 넥 3D 모델의 실시간 표현 방법으로 사용됩니다. 이 프로토콜은 두 가지 3D 재구성 방법12을 통합하는데, 하나는 갑상선 혈관을 효과적으로 표시하는 볼륨 렌더링(volume rendering)이고, 다른 하나는 병변 및 림프절과 같은 작은 구조를 정확하게 표시하.......

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공개 사항

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저자는 이 연구가 잠재적인 이해 상충으로 해석될 수 있는 상업적 또는 재정적 관계가 없는 상태에서 수행되었다고 선언합니다.

감사의 글

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이 연구는 중산대학교 제3부속병원의 국립자연과학재단 육성 프로그램(2023GZRPYMS08)과 광저우 과학기술프로젝트(SL2023A03J01216)의 자금 지원을 받았다. 저자는 또한 쑨원대학교(Sun Yat-sen University)의 제3부속병원(Third Affiliated Hospital)과 차오저우 중앙병원(Chaozhou Central Hospital)의 공동 자금 지원 프로젝트에 감사를 표한다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
3DSlicer슬라이서https://www.slicer.org/
HoloLens2Microsoft, 혼합 현실 헬멧 탑재 디스플레이 유형
https://www.microsoft.com/en-us/hololens/hardware#document-experiences
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참고문헌

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Mu, C., et al. Mapping global epidemiology of thyroid nodules among general population: A systematic review and meta-analysis. Front Oncol. 12, 1029926(2022).
  2. Bray, F., et al.

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재인쇄 및 허가

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태그

3DCTUnity 3D

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