Чрескожная нефролитотрипсия используя iPad и маркерную навигацию

Данная статья, в первую очередь, будет интересна урологам. Описан перкутанный доступ к почке: выполнена чрескожная нефролитотрипсия, используя маркерную навигацию при помощи iPad.

Вступление.

Уже существует подобный опыт работы используя компьютеры для лапароскопических операций на простате и почках.
На основе алгоритмов, разработанных для компьютерной маркерной навигации (эндоскопическая слежение), авторы немного изменили этот метод, чтобы использовать iPad для навигации во время чрескожной операции на почке. При перкутанных операциях адекватный доступ к ЧЛС представляет наиболее важным определяющим фактором успешности выполнения операции.

Материалы и методы.

Аппаратные средства —

• Стандартный компьютер — сервер,
• iPad с функцией WiFi,
• Цветные металлические навигационные средства (маркеры) — модифицированные электроды для снятия ЭКГ;
• Стандартный аппарат КТ.

Программное обеспечение

• Алгоритм для вычисления положения и ориентации навигационных средств,
• программа для сегментирования снимков, полученных при помощи КТ.

Принцип 

— использование IPad в качестве камеры, компьютера и экрана во время проведения ЧНЛТ.
При выполнении МСКТ особенность заключалась в том, что  пациент укладывался таким образом для выполнения исследования, в каком положении пациент подавался в операционную для ЧНЛТ.

Техника выполнения.

1. После КТ выполнялась фиксация пяти цветных рентген-контрастых маркеров вокруг области, выбранной для пункционного прокола почки, используя те снимки, которые были получены при КТ, причём снимки должны быть выполнены во время того, как пациент совершал вдох.
2. Затем выполнялась сегментация компьютерных снимков (КТ) с упором на анатомические ориентиры (рёбра, ободочная кишка, печень, селезенка, паренхима почки, ЧЛС, камни, рентгенконтрастные маркеры).
3. Затем выполнялось позиционирование пациента и рефиксация маркеров под наркозом в точности, как при предоперационной МСКТ.
4. После этого выполнялось слияние предоперационных снимков МСКТ с реальным интраоперационным изображенияем (тем, что видно на iPad), причём одновременно должно быть видно как минимум 4 рентген-контрастных маркера, все данные должны быть синхронизированы по Wi-Fi с компьютером-сервером.
5. Выполнение прокола почки на вдохе под контролем виртуального 3Д изображения, и рентгеноскопии (для окончательной корректировки).

Подготовка пациента.

Визуально-контролируемая операция включает в себя предоперационное выполнение снимков МСКТ, подготовку к операции, интраоперационную визуализацию и отслеживание.

При мочекаменной болезни предоперационная визуализация включает в себя выполнение МСКТ. Также необходимо использовать специальные программы для трёхмерной визуализации КТ снимков.

Во время сегментирования снимков все анатомические ориентиры должны быть определены и отмечены на снимках. Любой из этих анатомических ориентиров в процессе операции можно будет выборочно отобразить в трёхмерном режиме и использовать соответствующий орган в качестве ориентира для выбора места доступа при ЧЛНТ. Интраоперационное получение изображения обязательно для хирургического доступа. Так же обязательно условие, что КТ пациенту должно быть выполнено в таком же положении, в каком он будет лежать на операционном столе во время операции.

5 цветных рентгеноконтрастных маркеров овоидной формы фиксируются на компьютере и на мониторе, чтобы обозначить виртуальное пространство вокруг области, где планируется выполнить чрескожный доступ, а все снимки выполняются в то время, когда пациент выполняет вдох.

Принцип работы.

Трекер слежения использует изображения с любого источника видео выхода — это может быть видеоскоп, фотоаппарат, iPad. Зная размещение средств навигационного оборудования, положение и ориентацию камеры (т.е., iPad) можно рассчитать расположение относительно к органу-мишени. С помощью этой информации сегментированные виртуальные изображения, полученные до операции, могут быть наложены на интраоперационные изображения, выполненные в реальном времени, записанные на камеру iPad.

Чрескожная нефролитотрипсия при помощи маркерной навигации и iPad.

iPad используется в качестве источника видеовыхода и, одновременно, в качестве компьютера и монитора, чтобы показать  виртуальное пространства рабочей поверхности — задняя камера iPad захватывает изображение и предает его по Wi-Fi на сервер, расположенный в соседней комнате. Сервер считывает изображение, рассчитывает положение маркеров относительно айпада, сравнивает с теми данными, которые были получены при МСКТ до операции. Для этого, по крайней мере, 4 маркера из 5 должны попасть в объектив камеры iPad. В итоге сервер создаёт виртуальное пространство и отправляет его на экран iPad, тем самым обеспечивая виртуальное представление анатомии пациента.

Чрескожная нефролитотрипсия при помощи маркерной навигации и iPad.

Этот процесс происходит непрерывно в зависимости от того, как расположен iPad по отношению к маркерам.

Чрескожная нефролитотрипсия при помощи маркерной навигации и iPad.

Чрескожная нефролитотрипсия.

Два пациента со коралловидными камнями в почках, требующих ЧНЛТ, были полностью проинформированы о предстоящей операции, получено их согласие. За день до операции пациентам выполнена МСКТ в положении лёжа на животе на подушке. Каждому пациенту были установлены маркеры (модифицированные электроды для снятия ЭКГ). После исследования навигационные средства были удалены, а их места расположения были отмечены перманентным маркером. В качестве анатомических ориентиров при КТ использовались рёбра, ободочная кишка, печень, селезенка, паренхима почки, ЧЛС, камни, рентгенконтрастные маркеры.

Перед операцией пациентам устанавливали мочеточниковый катетер для обеспечения введения контрастного препарата.

Во время операции пациента укладвали на подушку для ЧНЛТ таким образом, как он лежал при предоперационной КТ. Вместо традиционного УЗ контроля использовали 3D виртуальное пространство, которое выводилось на экран iPad. Пункция была проведена в соответствии с отображаемым на iPad изображением почки, а так же использовался рентгенологический контроль. Во время прокола анестезиолога попросили задержать вентиляцию легких на высоте вдоха пациента. В этот момент под контролем рентгеноскопии выбранная чашечка была пунктирована.

Знание анатомических особенностей соседних органов оказалось очень полезным для определения идеального места пункции, учитывая данные виртуальной реальности и рентгеноскопии. После пункции был вставлен гидрофильный проводник, а затем выполнено бужирование, используя набор Alken.

Чрескожная нефролитотрипсия при помощи маркерной навигации и iPad.

Обсуждение

Адекватный доступ очень важен для успеха ЧНЛТ. Основные подходы к пункции ЧЛС включают рентгеноскопию и ультразвуковой контроль. Так же разработаны роботизированные устройства (PAKY-RCM, AcuBot) для обеспечения безопасного и точного прокалывания. Такие роботы являются весьма дорогостоящими и еще не показали превосходства над традиционными методами ЧНЛТ.

Главной проблемой для хирургов во время пункции почки является определение точного местоположения органа. УЗИ информирует о почечной оси, обеспечивая горизонтальные и продольные изображения почки, но оно представляет только одну плоскость изображения, и важные анатомические структуры показаны неполностью. Дальнейшие ограничения ультразвукового наведения иглы зависят от разного стечения обстоятельств. Например, игла довольно трудно визуализируется во время продвижения,особенно у пациентов с избыточной массой тела.

C помощью iPad-навигации, дополненной 3D визуализацией, можно отобразить все необходимые анатомические особенности одновременно. При использовании этого метода не создаётся помех, как, например, тени рёбер при УЗИ. Важно, что на iPad отображается полностью операционное поле, и хирург это всё может видеть.

Дистанционные системы доступа к почке имеют преимущество в том, что они могут снизить время и частоту рентгеноскопии при операции, однако пациенту необходимо всегда выполнять МСКТ перед такой операцией. Однако, такие системы стоят дорого, и не могут быть выполняемы в режиме реального времени.

Адекватное 3D моделирование является трудоёмким и не может быть выполнено во время операции. Трехмерная модель, построенная через iPad, так же не обеспечивает реального времени 3D-визуализации, однако, в то же время можно синхронизировать выполнение снимков с дыханием пациента во время операции, и это будет соответствовать тем снимкам, что были выполнены на КТ до операции, тем самым, делая пространственные ошибки минимальными. Если пункцию делать на высоте вдоха, то положение почки будет стабильным, и не будет отличаться от того положения, в котором пациенту выполнялась КТ перед операцией. Окончательная корректировка иглы непосредственно проводится при помощи рентгеноскопии в тот момент, когда игла находится максимально близко к почке. Для опытных хирургов 3D моделирования почечной анатомии на iPad оказалось достаточно, чтобы оценить расположение почки и выполнить адекватный доступ.

Выводы

Использование iPad-ассоциированного 3д моделирования оказалось полезным во время чрескожного доступа к почке при ЧНЛТ. Эта методика является простой, и экономически эффективной. В будущих исследованиях необходимо сравнить этот подход со стандартной техникой выполнения чрескожных операций, а также с роботизированными операциями или дорогими методами с использованием радиологических устройств.

Оригинальная статья была опубликована в книге «Guided Urologic Surgery» и доступна по ссылке: Augmented Reality for Percutaneous Renal Interventions

Перевод: Сёмаш Константин Олесьевич.