Zabiegi chirurgiczne z wykorzystaniem okularów rozszerzonej rzeczywistości – aplikacja łączy obrazy MRI z rzeczywistą sytuacją operacyjną

Rewolucja w neurochirurgii: okulary z rozszerzoną rzeczywistością jako system nawigacyjny na sali operacyjnej

Medycyna nieustannie się rozwija, a jednym z szczególnie ekscytujących obszarów jest integracja rzeczywistości rozszerzonej (AR) z salą operacyjną. To nie science fiction, ale rzeczywistość, która staje się coraz bardziej namacalna i ma potencjał, aby uczynić zabiegi chirurgiczne bezpieczniejszymi, precyzyjniejszymi i mniej inwazyjnymi dla pacjentów. W szczególności neurochirurgia, dziedzina wymagająca najwyższej precyzji ze względu na złożoność mózgu, czerpie znaczące korzyści z tych postępów technologicznych.

Obiecującym podejściem jest zastosowanie inteligentnych okularów, które nakładają dane obrazowe z przedoperacyjnego pola operacyjnego, takie jak obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI), na rzeczywiste pole operacyjne w czasie rzeczywistym. Technologia ta pozwala chirurgowi wirtualnie „widzieć przez” ciało pacjenta, uzyskując w ten sposób dokładniejszy obraz obszaru poddawanego operacji. W przeciwieństwie do konwencjonalnych systemów nawigacyjnych, które często są nieporęczne i drogie, inteligentne okulary AR otwierają nowy wymiar orientacji przestrzennej na sali operacyjnej. Jest to szczególnie istotne w przypadku zabiegów z ograniczonym dostępem do pola operacyjnego, takich jak usuwanie guza mózgu przez nos. Ta minimalnie inwazyjna technika jest wspierana przez ulepszoną wizualizację zapewnianą przez okulary AR, co potencjalnie prowadzi do mniejszego uszkodzenia tkanek, krótszego czasu rekonwalescencji i mniejszej liczby powikłań.

Aplikacja jako klucz do precyzyjnej nawigacji

Sercem tej innowacyjnej technologii jest specjalnie opracowana aplikacja, która synchronizuje obraz MRI uzyskany przed operacją z obrazem pola operacyjnego w czasie rzeczywistym. Rozwiązanie to jest efektem wieloletnich badań i rozwoju we współpracy grupy badawczej LEGEND z Kliniki Neurochirurgii Szpitala Uniwersyteckiego w Lipsku (UKL) oraz Instytutu Fraunhofera ds. Obrabiarek i Technologii Obróbki Plastycznej IWU w Żytawie. Aplikacja działa zasadniczo jako „system GPS” dla chirurga, pokazując nie tylko położenie celu operacyjnego, ale także optymalną, czyli najmniej inwazyjną, drogę dostępu. Ta forma pomocy nawigacyjnej stanowi znaczący postęp w porównaniu z poprzednimi metodami, które opierały się na statycznych danych obrazowych i przestrzennym rozumowaniu chirurga.

Kolejną istotną zaletą tej nowej technologii jest możliwość integracji narzędzi chirurgicznych z systemem nawigacji. Dzięki precyzyjnemu śledzeniu ich położenia w czasie rzeczywistym i wyświetlaniu ich na inteligentnych okularach, chirurg może sterować nimi z jeszcze większą precyzją i bezpieczeństwem. Wyświetlanie w czasie rzeczywistym, obsługiwane przez aplikację, minimalizuje ryzyko błędów i pozwala chirurgowi planować i wykonywać ruchy z najwyższą dokładnością. Co więcej, kluczowe informacje dodatkowe, takie jak odległość do obszaru docelowego, są wyświetlane bezpośrednio w polu widzenia chirurga, optymalizując przepływ informacji i umożliwiając szybką i bezpieczną reakcję. To nie tylko zwiększa bezpieczeństwo zabiegu, ale także potencjalnie skraca czas operacji, odciążając zarówno pacjenta, jak i personel medyczny.

Precyzja w czasie rzeczywistym: ogromny skok w neurochirurgii

Jednym z najbardziej niezwykłych osiągnięć grupy badawczej jest praktycznie natychmiastowa gotowość systemu do działania. „Nasz zespół jako pierwszy na świecie wprowadził w pełni zautomatyzowaną rejestrację do nawigacji neurochirurgicznej z wykorzystaniem obliczeń przestrzennych” – z entuzjazmem relacjonuje dr hab. Ronny Grunert, adiunkt w Fraunhofer IWU i kierownik grupy badawczej „Legend” w UKL. „Kalibracja i rejestracja są wykonywane w ciągu sekundy, a nawigacja do wykrywania pozycji instrumentów w czasie rzeczywistym jest gotowa do użycia. Opracowany system jest bardzo intuicyjny w obsłudze i bardzo przypomina wspomaganie GPS”. Ta szybkość i intuicyjność są kluczowe dla utrzymania płynności pracy na sali operacyjnej i zapewnienia chirurgom intuicyjnej i niezawodnej pomocy nawigacyjnej.

Kolejnym ważnym szczegółem jest łatwość obsługi systemu. Interfejs użytkownika został opracowany przez lekarzy dla lekarzy i ogranicza się do wyświetlania podstawowych informacji, minimalizując w ten sposób ryzyko błędów operacyjnych. Przykładem przejrzystej logiki wyświetlania jest zielony celownik, który wskazuje położenie końcówki instrumentu i jest idealnie zintegrowany z obrazem MRI wyświetlanym w inteligentnych okularach. Ta przejrzysta i zwięzła prezentacja jest kluczowym czynnikiem akceptacji i sukcesu systemu na sali operacyjnej, ponieważ pozwala chirurgom skupić się na tym, co najważniejsze – na pomyślnym przeprowadzeniu operacji.

Wydajność i dostępność: rewolucja dla wszystkich

Oprócz innowacji technicznych, kluczowym aspektem tego projektu jest opłacalność ekonomiczna i wynikająca z niej dostępność technologii. Podczas gdy konwencjonalne systemy nawigacyjne, odpowiednie do użytku w szpitalach, często kosztują kilkaset tysięcy euro w neurochirurgii, grupa deweloperska koncentruje się na standardowych inteligentnych okularach w cenach konsumenckich. „Te okulary kosztują ułamek ceny wspomaganych komputerowo systemów nawigacyjnych dla neurochirurgii” – wyjaśnia Grunert. Ta redukcja kosztów jest kluczowym krokiem w udostępnieniu technologii nie tylko dobrze finansowanym systemom i instytucjom opieki zdrowotnej, ale także krajom i regionom o ograniczonych zasobach. Ta demokratyzacja technologii pozwoli większej liczbie pacjentów skorzystać z precyzyjnego i małoinwazyjnego leczenia neurochirurgicznego.

Kluczowym aspektem projektu jest również opracowanie rękojeści, która mocuje instrumenty i umożliwia ich precyzyjne pozycjonowanie. W Instytucie Fraunhofera na Uniwersytecie w Lipsku opracowano specjalne znaczniki, których geometrię i wzory rozpoznają inteligentne okulary. Znaczniki te mogą przybierać różne formy, takie jak kule, prostopadłościany i inne, i służą do określania położenia instrumentów w przestrzeni trójwymiarowej. Plastikowe rękojeści są produkowane metodą druku 3D w Żytawie i Lipsku, co zapewnia wysoki stopień elastyczności i możliwości dostosowania do potrzeb chirurgów.

Droga do praktyki klinicznej: Perspektywa

Pierwszy kurs pilotażowy dotyczący szkolenia na modelu anatomicznym odbył się w Szpitalu Uniwersyteckim w Lipsku (UKL) jesienią 2024 roku. Ten krok stanowi ważny kamień milowy na drodze do klinicznego zastosowania tej technologii. Zespół koncentruje się obecnie na ukończeniu prototypu, który następnie będzie musiał przejść proces zatwierdzania zgodnie z Rozporządzeniem o Wyrobach Medycznych (MDR) dla rynku europejskiego oraz przepisami Amerykańskiej Agencji ds. Żywności i Leków (FDA) dla USA. Celem jest umożliwienie stosowania systemu u pacjentów w ciągu około dwóch lat.

Rozwój systemów nawigacyjnych opartych na rozszerzonej rzeczywistości (AR) dla neurochirurgii to nie tylko postęp technologiczny, ale także zmiana paradygmatu w praktyce medycznej. Integracja danych obrazowych w czasie rzeczywistym, precyzyjnego prowadzenia instrumentów i ekonomicznych rozwiązań ma potencjał fundamentalnej transformacji leczenia neurochirurgicznego, czyniąc je bezpieczniejszym, precyzyjniejszym i bardziej dostępnym. Z każdym etapem tego rozwoju wizja przyszłości, w której innowacyjne technologie, takie jak inteligentne okulary AR, staną się standardem na sali operacyjnej, jest coraz bliższa. Otwiera to nowe perspektywy nie tylko dla lekarzy i chirurgów, ale przede wszystkim dla pacjentów, którzy mogą skorzystać z lepszej jakości leczenia i mniej inwazyjnych procedur. Dzięki tej technologii przyszłość neurochirurgii obrała ekscytujący kierunek, w którym precyzja i innowacja idą ręka w rękę.

W związku z tym:

• Niemcy są w tym względzie liderem: rozwiązania „Iteration Metaverse” z technologiami XR, takimi jak rzeczywistość rozszerzona, rozszerzona, wirtualna i mieszana
• Rzeczywistość rozszerzona i wirtualna – w nowy wymiar