Pionierskie podejścia do precyzyjnej chirurgii dostosowanej do potrzeb pacjenta z wykorzystaniem obrazowania i rzeczywistości wirtualnej

Celem tego retrospektywnego studium przypadku było zweryfikowanie dokładności stosowania kątomierzy w środowisku rzeczywistości wirtualnej. Było to ślepe badanie, w którym umieszczenie chirurga w VR zostało porównane z rzeczywistym ustawieniem stosowanym w chirurgii. Obecnie optymalna wizualizacja tętniaków mózgu i innych wewnątrzczaszkowych malformacji naczyniowych dla celów leczenia i planowania wymaga wykonania angiogramów rotacyjnych 3D na początku zabiegu.

Naraża to pacjenta na promieniowanie i wydłuża czas zabiegu. Segmentacja w rzeczywistości wirtualnej zwiększa pewność siebie chirurga i zwiększa zrozumienie złożonych przypadków chirurgicznych. Ludzkie ciało istnieje w przestrzeni 3D, a zatem oglądanie go w przestrzeni 3D znacznie bardziej wskazuje na anatomię patologiczną niż oglądanie tomografii komputerowej 2D lub rezonansu magnetycznego.

Odkrycia te mają wpływ na badania i medycynę, skracając czas planowania określania kąta nachylenia sprzętu do obrazowania na sali operacyjnej. Obecnie pacjenci muszą być skanowani z obrotem 360 stopni, aby można było określić pozycję ramienia C. Wierzymy, że możemy skrócić czas sedacji pacjenta i jego narażenie na promieniowanie, oferując sugestie dotyczące ułożenia ramienia C przed operacją. Segmentacja to czynność polegająca na odtwarzaniu modeli 3D anatomii specyficznej dla pacjenta na podstawie obrazów medycznych.

Jest to najbardziej krytyczny krok, ale wymaga dużych zasobów zarówno pod względem wymagań dotyczących oprogramowania, jak i wiedzy ludzkiej. W związku z tym naszym głównym celem badawczym jest automatyzacja segmentacji, wykorzystująca techniki uczenia maszynowego w celu zmniejszenia bariery wejścia do wdrożenia tej technologii na dużą skalę. Aby rozpocząć, uzyskaj cyfrowy obrazowanie i komunikację 3D w medycynie lub zestaw danych DICOM i zaimportuj go do oprogramowania do segmentacji.

Aby utworzyć zgrubną maskę anatomii celu, przejdź do zakładki Segment, wybierz Nowe narzędzie Maska. Aby ustawić górną i dolną granicę progu, kliknij je i przeciągnij, aby uchwycić maksimum odpowiedniej anatomii celu. Możesz też wprowadzić żądaną jednostkę Hounsfielda i kliknąć przycisk OK, aby sfinalizować maskę zgrubną.

Na karcie Segment wybierz opcję Wzrost regionu, aby oddzielić wszystkie woksele maski bezpośrednio połączone z żądanym wokselem i użyj opcji Edytuj maskę, aby dodać lub usunąć woksele zarówno w oknach 2D, jak i 3D. Korzystanie z wielu plasterków Edytuj, dodawaj lub usuwaj woksele poprzez interpolację między plasterkami oddalonymi od siebie, a następnie użyj inteligentnego wypełnienia, a następnie wypełnij otwory, aby wypełnić otwory o określonym rozmiarze w masce. Po zweryfikowaniu dokładności modeli 3D od lekarza, przekonwertuj uzyskaną maskę na części 3D, a na koniec wyeksportuj ją jako plik stl.

Zaimportuj wszystkie pliki anatomiczne za pomocą FileImport.stl. Za pomocą narzędzi Przesuwanie i Obracanie wyrównaj anatomię z początkiem świata. Po wyrównaniu nosa pacjenta z prostopadłą osią zawierającą ucho i czubek czaszki, aktywuj widoki ortograficzne z widżetu w prawym górnym rogu interfejsu Blendera.

Aby uzyskać kąty ramienia C w rzeczywistości wirtualnej, zaimportuj kątomierz. plik stl. Skaluj kątomierz dość mały, aby ułatwić pomiar i skaluj kątomierz tuż na zewnątrz w przypadku tętniaków.

Ustaw zero stopni na kątomierzu z nosem pacjenta i ustaw szczelinę w ramionach kątomierza w kierunku stóp pacjenta i wyeksportuj jako glb. Na początek przygotuj anatomię segmentową specyficzną dla pacjenta i model VR. Zaimportuj sfinalizowany model jako plik gltf w menu Tworzenie lekcji i kliknij przycisk Potwierdź w wyskakującym okienku, informując, że typ pliku nie jest w pełni obsługiwany.

Po wciśnięciu joysticka w dół przejdź do menu Przezroczystość i ukryj wszystkie modele z wyjątkiem docelowej anatomii tętniaka. Ustaw lekarza w VR i zapoznaj go z lekcją anatomii. Rozpocznij nagrywanie w przestrzeni VR i pozwól chirurgowi obrócić anatomię docelową, aby znaleźć preferowane kąty zarówno dla przednio-tylnej, jak i bocznej fluoroskopii.

Następnie naciśnij przycisk Stop. Umieść obraz naśladujący tło obrazu fluoroskopowego za modelem w przestrzeni wirtualnej. Chirurg pojawi się w VR jako zestaw unoszących się w powietrzu okularów i dwóch kontrolerów. Ustaw kamerę w jednej linii z polem widzenia chirurga, kierując się mniej więcej na środek docelowej anatomii.

Następnie zrób migawkę 2D w żądanej pozycji i powtórz dla każdego preferowanego kąta. Aby uzyskać kąty ramienia C, zatrzymaj nagraną lekcję, gdy chirurg zadeklaruje preferowany kąt widzenia. Kliknij ścieżkę wstecz, aby otworzyć menu podręczne i zaznacz pole wyboru włączania/wyłączania kątomierza.

Za pomocą przycisku Chwyć kontroler wybierz i manipuluj wskaźnikiem lub prostą krawędzią w linii z punktem widzenia chirurga, aby przejść przez początek kątomierza. Cofnij się od modelu i wyświetl kąty z prostopadłych punktów widzenia odpowiadających ruchom ramienia C. Uzyskaj kąty przednio-tylne od płaszczyzny strzałkowej i osiowej, a następnie kąty boczne od płaszczyzny czołowej i osiowej.

Płaszczyzna osiowa odpowiada prawemu i lewemu kątowi ramienia C, podczas gdy płaszczyzna strzałkowa i czołowa odpowiadają kątom czaszkowym i ogonowym. Kąty przednio-tylne deklarowane przez chirurga w VR były podobne do pomiarów kąta wykonanych podczas operacji i rzeczywistego obrazu fluoroskopii chirurgicznej, podczas gdy w tym samym przypadku zaobserwowano rozbieżności w widokach bocznych.