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

Obiecującym podejściem jest zastosowanie okularów danych, które nakładają w czasie rzeczywistym dane obrazu przedoperacyjnego, np. z rezonansu magnetycznego (MRI), na rzeczywiste pole chirurgiczne. Technologia ta pozwala chirurgowi „przejrzeć ciało pacjenta”, a tym samym uzyskać bardziej precyzyjny wgląd w obszar, który ma być operowany. W przeciwieństwie do konwencjonalnych systemów nawigacji, które często są nieporęczne i drogie, okulary AR otwierają nowy wymiar orientacji przestrzennej na sali operacyjnej. Jest to szczególnie istotne w przypadku zabiegów, w których dostęp do pola operacyjnego jest ograniczony, takich jak operacje guza mózgu przeprowadzane przez nos. Ta minimalnie inwazyjna metoda jest wspierana przez lepszą wizualizację w okularach AR, co potencjalnie skutkuje mniejszym uszkodzeniem tkanek, krótszym czasem rekonwalescencji i mniejszą liczbą powikłań.

Medycyna rozwija się nieubłaganie, a szczególnie ekscytującą dziedziną jest integracja rzeczywistości rozszerzonej (AR) z salą operacyjną. Tu nie chodzi o science fiction, ale o rzeczywistość, która jest w zasięgu ręki i może sprawić, że zabiegi chirurgiczne będą bezpieczniejsze, bardziej precyzyjne i łagodniejsze dla pacjentów. W szczególności neurochirurgia, dziedzina wymagająca maksymalnej precyzji ze względu na złożoność mózgu, znacząco czerpie korzyści z postępu technologicznego.

Obiecującym podejściem jest zastosowanie okularów danych, które nakładają się na dane obrazu przedoperacyjnego w czasie rzeczywistym, takie jak obrazowanie rezonansu magnetycznego (MRI). Ta technologia umożliwia chirurgowi zobaczenie ciała pacjenta „przez ciało”, a tym samym uzyskać bardziej szczegółowy wgląd w region do obsługi. W przeciwieństwie do konwencjonalnych systemów nawigacyjnych, które są często nieporęczne i kosztowne, okulary danych AR otwierają nowy wymiar orientacji przestrzennej na sali operacyjnej. Jest to szczególnie istotne dla interwencji, w których dostęp do pola chirurgicznego jest ograniczony, takie jak operacje guzów mózgu, które mają miejsce nad nosem. Metodę minimalnie inwazyjną jest poprawa wizualizacji przez okulary AR, co może potencjalnie prowadzić do niższych uszkodzeń tkanek, krótszych czasów powrotu do zdrowia i zmniejszonych powikłań.

Aplikacja kluczem do precyzyjnej nawigacji

Sercem tej innowacyjnej technologii jest specjalnie opracowana aplikacja, która synchronizuje obraz MRI utworzony przed operacją z widokiem pola operacyjnego w czasie rzeczywistym. Rozwój ten jest wynikiem lat badań i prac rozwojowych współpracy między legendą grupy badawczej Kliniki i polikliniki ds. Neurochirurgii w szpitalu uniwersyteckim w Lipsku (UKL) i Fraunhofer Institute for Machine Tools and Reforming Technology IWU w Zittau. Aplikacja działa jako „system GPS” dla chirurga, nie tylko wskazując pozycję celu operacyjnego, ale także optymalną, tj. Najbardziej delikatną ścieżką dostępu. Ta forma pomocy nawigacyjnej jest znaczącą poprawą w porównaniu z poprzednimi metodami, które opierają się na danych statycznych obrazu i wyobraźni przestrzennej chirurga.

Kolejną główną zaletą tej nowej technologii jest możliwość zintegrowania instrumentów chirurgicznych z systemem nawigacji. Dokładnie rejestrując pozycję instrumentów w czasie rzeczywistym i ich reprezentację w okularach danych, chirurg może prowadzić je jeszcze bardziej szczegółowo i bezpiecznie. Ta reprezentacja w czasie rzeczywistym, która jest możliwa przez aplikację, minimalizuje ryzyko błędów i umożliwia chirurgowi dokładne zaplanowanie i wdrożenie jego ruchów. Ponadto ważne dodatkowe informacje, takie jak odległość do obszaru docelowego, pokazano bezpośrednio w polu widzenia chirurga, który optymalizuje przepływ informacji i umożliwia szybką i bezpieczną reakcję. To nie tylko zwiększa bezpieczeństwo interwencji, ale także potencjalnie skraca czas operacji, co prowadzi do ulgi dla pacjenta i personelu medycznego.

Precyzja w czasie rzeczywistym: skok kwantowy w neurochirurgii

Jednym z najbardziej niezwykłych osiągnięć w grupie badawczej jest niemal opóźniona gotowość operacyjna systemu. „Dzięki w pełni zautomatyzowanej rejestracji w neurochirurgicznej nawigacji przestrzennej, nasz zespół udało się nowością na całym świecie” - powiedział PD Dr. Habil. Ronny Grunert, asystent badawczy w Fraunhofer Iwu i szef grupy badawczej »Legenda« w UKL, informuje entuzjastycznie. „Kalibracja i rejestracja są zakończone w ciągu sekundy, a nawigacja do wykrywania pozycji instrumentu w czasie rzeczywistym jest gotowa. Opracowany system jest bardzo intuicyjny i jest bardzo zbliżony do użycia pomocy GPS. Ta prędkość i intuicja są kluczowe, aby nie zakłócać przepływu pracy na sali operacyjnej i zaoferować chirurgom intuicyjną i niezawodną pomoc nawigacyjną.

Kolejnym ważnym szczegółem jest przyjazność dla użytkownika systemu. Interfejs użytkownika został opracowany przez lekarzy dla lekarzy i jest ograniczony do wyświetlania podstawowych informacji, które minimalizują błędy operacyjne. Przykładem logiki wyświetlacza jest zielony celownik, który pokazuje pozycję końcówki instrumentu i jest doskonale zintegrowana z obrazem MRI, który jest pokazany w okularach danych. Ta jasna i jasna prezentacja jest decydującym czynnikiem przyjęcia i sukcesu systemu na sali operacyjnej, ponieważ chirurdzy mogą skoncentrować się na podstawowych rzeczach - pomyślnym wdrożeniu operacji.

Ekonomia i dostępność: rewolucja dla wszystkich

Oprócz innowacji technicznych kolejnym centralnym aspektem tego projektu jest gospodarka i związana z tym dostępność technologii. Podczas gdy konwencjonalne systemy nawigacyjne odpowiednie do stosowania w klinikach często kosztują kilkaset tysięcy euro w neurochirurgii, grupa rozwojowa opiera się na standardowych okularach danych, których ceny znajdują się w obszarze konsumenckim. „Te okulary kosztują ułamek systemów nawigacyjnych uwzględnionych komputerowo dla neurochirurgii” -wyjaśnia Grunert. Ta redukcja kosztów jest kluczowym krokiem, aby technologia była dostępna dla silnych finansowo systemów i instytucji opieki zdrowotnej, ale także w krajach i regionach o ograniczonych zasobach. Ta demokratyzacja technologii może skorzystać z zalet precyzyjnego i łagodnego leczenia neurochirurgicznego.

Opracowanie ręki, który zajmuje instrumenty i umożliwia dokładne ustalenie pozycji, jest również ważnym aspektem projektu. Specjalne markery zostały opracowane w Fraunhofer IWU, których geometrie i wzorce są rozpoznawane przez okulary danych. Markery te mogą występować w różnych kształtach, takich jak kule, prostytutki lub inne ciała i służyć do przechwytywania pozycji instrumentów w przestrzeni trójwymiarowej. Plastikowe rękodzieło są produkowane w Zittau i Lipsku w procesie drukowania 3D, co umożliwia wysoką elastyczność i możliwość dostosowania się do potrzeb chirurgów.

Sposób do praktyki klinicznej: perspektywy

Pierwszy pilotaż na szkolenie w modelu anatomicznym miał miejsce jesienią 2024 r. W UKL. Ten krok jest ważnym kamieniem milowym w drodze do klinicznego zastosowania technologii. W następnym etapie zespół koncentruje się na zakończeniu prototypu, który następnie musi przejść proces zatwierdzenia zgodnie z regulacją urządzenia medycznego (rozporządzeniem urządzenia medycznego) na rynek europejski lub zgodnie z postanowieniami FDA American Health Authority FDA dla USA. Celem jest wykorzystanie systemu u pacjenta za około dwa lata.

Rozwój opartych na AR systemów nawigacji dla neurochirurgii jest nie tylko postępem technologicznym, ale także zmianą paradygmatu w praktyce medycznej. Integracja danych obrazu w czasie rzeczywistym, precyzyjne zarządzanie instrumentami i rozwiązania ekonomiczne mogą zasadniczo zmienić leczenie neurochirurgiczne i uczynić je bezpieczniejszymi, precyzyjnymi i dostępnymi. Wizja przyszłości, w której innowacyjne technologie, takie jak okulary danych AR, są częścią standardu na sali operacyjnej z każdym etapem tego rozwoju. To nie tylko otwiera nowe perspektywy dla lekarzy i chirurgów, ale szczególnie dla pacjentów, którzy mogą skorzystać z lepszej jakości leczenia i delikatniejszych interwencji. Dzięki tej technologii przyszłość neurochirurgii podjęła ekscytujący kierunek, w którym precyzja i innowacje idą w parze.

Nadaje się do:

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