Регистрация пациентов
Регистрация пациента используется для сопоставления исходного положения виртуального трехмерных набора данных, собранного с помощью компьютерной медицинской визуализации, с исходным положением пациента. Эта процедура имеет решающее значение в компьютерной хирургии , чтобы обеспечить воспроизводимость предоперационной регистрации и клинической ситуации во время операции. Использование термина «регистрация пациента» вне данного контекста может привести к путанице с процедурой регистрации пациента в картотеке медицинского учреждения.
В компьютерной хирургии первым шагом является сбор трехмерного набора данных, который с большой точностью воспроизводит геометрию нормальных и патологических тканей в оперируемой области. В основном это достигается с помощью КТ или МРТ этой области. Роль регистрации пациентов заключается в получении близкой к идеальной эталонной воспроизводимости набора данных – для того, чтобы соотнести положение (смещение) собранного набора данных с положением пациента во время хирургического вмешательства. Регистрация пациента (1) исключает необходимость поддержания одинакового строгого положения пациента как во время предоперационного сканирования, так и во время операции, и (2) предоставляет хирургическому роботу необходимую справочную информацию для точного воздействия на пациента, даже если он был (был) переехал во время вмешательства.
Приложение
[ редактировать ]Регистрация пациентов применялась преимущественно в хирургии головы – челюстно-лицевой хирургии, нейрохирургии, отоларингологии. С появлением маркерной и безмаркерной регистрации эта концепция была распространена на абдоминальную хирургию.
Использование головных рамок
[ редактировать ]Первые попытки 3D-картирования тканей человека были предприняты В. Хорсли и Р. Кларком в 1906 г. [1] Они построили прямоугольную стереотаксическую рамку, которую нужно было прикрепить к голове. Он был основан на декартовых принципах и позволял точно и воспроизводимо направлять игольчатые электроды для нейрофизиологических экспериментов. Они экспериментировали на животных и смогли внести свой вклад в картирование мозжечка. Усовершенствованные версии аппарата Хорсли-Кларка до сих пор используются в экспериментальной нейрохирургии. [ нужна ссылка ]
Первое стереотаксическое устройство для человека было также разработано в нейрохирургии Э. Шпигелем и Х. Вайсисом в 1947 году. [2] Она использовалась для хирургического лечения болезни Паркинсона , а со временем ее применимость была расширена для хирургического лечения опухолей, сосудистых пороков развития, функциональной нейрохирургии и т. д. Система базировалась как на насадках, так и на рентгеновских изображениях, полученных во всех трех плоскостях. космос.
Дальнейшее развитие стереотаксической хирургии было сделано Брауном, Робертсом и Уэллсом в 1980 году. [3] Они разработали кольцо-ореол, которое наносили на череп во время компьютерной томографии и нейрохирургических вмешательств. Этот метод обеспечил улучшенное хирургическое руководство и фактически стал первой разработкой компьютерной хирургии.
Регистрация пациентов в области головы развивалась в течение почти двух десятилетий по одному и тому же принципу сочетания компьютерной томографии с механическими эталонными устройствами, такими как наголовные рамки или кольца гало. Но клинический опыт показал, что головные уборы очень неудобно носить и даже невозможно применять на маленьких детях из-за отсутствия у них взаимодействия; кроме того, насадки могут создавать артефакты при предоперационном сборе данных или во время операции. [ нужна ссылка ]
Справочные маркеры
[ редактировать ]Кожа
[ редактировать ]В 1986 году Робертс и Штробен разработали другой подход. [4] В качестве ориентиров они использовали несколько маркеров на коже пациента как при предоперационной КТ-регистрации, так и во время операции. Это было новое течение того времени в регистрации пациентов. Тем не менее, метод требует много времени, а точная воспроизводимость положений маркеров сомнительна.
Кость
[ редактировать ]Костные структуры могут обеспечить гораздо лучшую стабильность и воспроизводимость ориентиров для регистрации пациентов. На основе этой концепции была использована еще одна методика: имплантация временных маркеров в костные структуры, расположенные поверхностно к коже, под местной анестезией. [5] Это также сочеталось с поверхностными маркерами и регистрацией КТ. [6] Недостатком метода является то, что он требует минимальной хирургической процедуры по установке костных имплантатов с некоторым риском заражения пациента.
Маркеры для зубных шин
[ редактировать ]Зубные шины традиционно используются для переноса и воспроизведения трехмерных эталонных ориентиров для позиционирования гипсовых моделей в артикуляторах – в зубном протезировании , ортодонтии и ортогнатической хирургии. Нанесение нескольких инфракрасных маркеров на шины и использование инфракрасной камеры позволили добиться лучшей регистрации. [7]
Безмаркерная регистрация пациентов
[ редактировать ]Анатомические ориентиры
[ редактировать ]Первые попытки, основанные на выявлении анатомических ориентиров, были предприняты Каверсаччо и Цуллигером. [8] Метод основан на выявлении определенных антропометрических точек и других анатомических ориентиров на черепе во взаимосвязи с регистрацией КТ. Но ориентиры невозможно точно указать и воспроизвести во время регистрации данных пациента и операции, поэтому метод недостаточно точен.
Регистрация поверхности
[ редактировать ]
С 1998 года Мармулла и его коллеги разработали новые процедуры, использующие другой подход к проблеме. [9] [10] Как во время сбора данных КТ, так и во время хирургического вмешательства регистрация пациентов производилась путем регистрации целых площадей и поверхностей, а не отдельных поверхностных маркеров. Это было достигнуто с помощью лазерных сканеров и небольшого направляющего передатчика. Благодаря этому методу точность регистрации пациентов была значительно улучшена.
На основе этой концепции одной и той же командой было построено несколько систем регистрации и навигации. Навигатор хирургического сегмента (SSN и SSN++) — такая система, впервые разработанная для челюстно-лицевой хирургии . Эта система сопоставляет три различных набора координат: набор данных КТ, набор данных поверхностного лазерного сканирования и набор данных, создаваемый небольшим направляющим передатчиком, помещенным на голову пациента. Лабораторный блок компьютерной хирургии (LUCAS) используется для планирования операции в лаборатории. Этот технологический и хирургический прогресс позволил отказаться от механических систем наведения и повысить точность определений и, следовательно, хирургического действия.
Исследовательская группа из Университета Райерсона (ныне Столичный университет Торонто) разработала метод использования оптической топографической визуализации (OTI) для создания 3D-модели поверхности открытых хирургических участков и выполнения регистрации поверхности в КТ и МРТ наборах данных для нейрохирургической навигации . [11] [12] Технология OTI лицензируется компанией 7D Surgical для их навигационной платформы. [12]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Кларк Р.Х., Хорсли V (1906). «О методе исследования глубоких ганглиев и путей центральной нервной системы (мозжечка)». Британский медицинский журнал . 2 : 1799–1800.
- ^ Шпигель Э.А., Вайсис Х.Т., Маркс М., Ли А.Дж. (октябрь 1947 г.). «Стереотаксический аппарат для операций на мозге человека». Наука . 106 (2754): 349–50. Бибкод : 1947Sci...106..349S . дои : 10.1126/science.106.2754.349 . ПМИД 17777432 .
- ^ Хайльбрун М.П., Робертс Т.С., Апуццо М.Л., Уэллс Т.Х., Сабшин Дж.К. (август 1983 г.). «Предварительный опыт работы с системой стереотаксического наведения компьютерной томографии Брауна-Робертса-Уэллса (BRW)». Журнал нейрохирургии . 59 (2): 217–22. дои : 10.3171/jns.1983.59.2.0217 . ПМИД 6345727 .
- ^ Робертс Д.В., Стробен Дж.В., Хэтч Дж.Ф., Мюррей В., Кеттенбергер Х. (октябрь 1986 г.). «Безрамная стереотаксическая интеграция компьютерной томографии и операционного микроскопа». Журнал нейрохирургии . 65 (4): 545–9. дои : 10.3171/jns.1986.65.4.0545 . ПМИД 3531430 .
- ^ Альп М.С., Дуйовны М., Мисра М., Чарбель Ф.Т., Аусман Дж.И. (январь 1998 г.). «Методы регистрации головы в хирургии под визуальным контролем». Неврологические исследования . 20 (1): 31–7. дои : 10.1080/01616412.1998.11740481 . ПМИД 9471100 .
- ^ Маурер-младший CR, Обанос ГБ, Давант Б.М., Марголин Р.А., Мачюнас Р.Дж., Фитцпатрик Дж.М. (май 1995 г.). «Регистрация КТ и МРТ изображений головного мозга с использованием комбинации точек и поверхностей». Медицинская визуализация . Том. 2434. Международное общество оптики и фотоники. стр. 109–123.
- ^ Хассфельд С., Мюлинг Дж., Цоллер Дж. (февраль 1995 г.). «Интраоперационная навигация в челюстно-лицевой хирургии». Международный журнал челюстно-лицевой хирургии . 24 (1 Пт 2): 111–9. дои : 10.1016/s0901-5027(05)80871-9 . ПМИД 7782645 .
- ^ Каверсаччо М., Зуллигер Д., Бэхлер Р., Нольте Л.П., Хойслер Р. (ноябрь 2000 г.). «Практические аспекты оптимальной регистрации (сопоставления) на латеральном основании черепа с помощью оптической бескаркасной компьютерной указочной системы». Американский журнал отологии . 21 (6): 863–70. ПМИД 11078077 .
- ^ Мармулла Р., Нидердельманн Х. (декабрь 1998 г.). «Компьютерная навигация по костным сегментам». Журнал черепно-челюстно-лицевой хирургии . 26 (6): 347–59. дои : 10.1016/s1010-5182(98)80067-x . ПМИД 10036650 .
- ^ Мармулла Р., Лют Т., Мюлинг Дж., Хассфельд С. (июль 2004 г.). «Безмаркерная лазерная регистрация в челюстно-лицевой хирургии под визуальным контролем». Журнал челюстно-лицевой хирургии . 62 (7): 845–51. дои : 10.1016/j.joms.2004.01.014 . ПМИД 15218564 .
- ^ Якубович Р., Гуха Д., Гупта С., Лу М., Живрадж Дж., Стэндиш Б.А. и др. (октябрь 2018 г.). «Высокоскоростная интраоперационная 3D-оптическая топографическая визуализация с высокой плотностью изображений и эффективной регистрацией на МРТ и КТ для краниоспинальной хирургической навигации» . Научные отчеты . 8 (1): 14894. Бибкод : 2018NatSR...814894J . дои : 10.1038/s41598-018-32424-z . ПМК 6173775 . ПМИД 30291261 .
- ^ Перейти обратно: а б Гуха Д., Якубович Р., Алотаиби Н.М., Деорадж Р., Гупта С., Фелингс М.Г. и др. (август 2019 г.). «Оптическая топографическая визуализация для интраоперационной трехмерной навигации в шейном отделе позвоночника: начальная доклиническая и клиническая осуществимость» . Клиническая хирургия позвоночника . 32 (7): 303–308. дои : 10.1097/BSD.0000000000000795 . ПМИД 30839418 .