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 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.

Aplikacja kluczem do precyzyjnej nawigacji

Sercem tej innowacyjnej technologii jest specjalnie opracowana aplikacja, która synchronizuje obraz MRI powstały przed zabiegiem z obrazem pola operacyjnego w czasie rzeczywistym. Rozwój ten jest wynikiem wieloletnich prac badawczo-rozwojowych prowadzonych we współpracy pomiędzy grupą badawczą LEGEND w Klinice i Poliklinice Neurochirurgii Szpitala Uniwersyteckiego w Lipsku (UKL) a Instytutem Fraunhofera ds. Obrabiarek i Technologii Formowania IWU w Zittau. Aplikacja pełni dla chirurga funkcję „systemu GPS”, pokazując mu nie tylko położenie celu operacyjnego, ale także optymalną, czyli najłagodniejszą drogę dostępu. Ta forma pomocy nawigacyjnej stanowi znaczny postęp w porównaniu z poprzednimi metodami, które opierały się na statycznych danych obrazowych i wyobraźni przestrzennej chirurga.

Kolejną istotną zaletą tej nowej technologii jest możliwość integracji narzędzi chirurgicznych z systemem nawigacji. Precyzyjnie rejestrując położenie instrumentów w czasie rzeczywistym i wyświetlając je w okularach, chirurg może nimi kierować jeszcze precyzyjniej i bezpieczniej. Ta wizualizacja w czasie rzeczywistym, możliwa dzięki aplikacji, minimalizuje ryzyko błędów i pozwala chirurgowi precyzyjnie planować i wykonywać swoje ruchy. Ponadto ważne dodatkowe informacje, takie jak odległość do obszaru docelowego, są wyświetlane bezpośrednio w polu widzenia chirurga, optymalizując przepływ informacji i umożliwiając szybką i bezpieczną reakcję. Zwiększa to nie tylko bezpieczeństwo zabiegu, ale także potencjalnie skraca czas operacji, odciążając pacjenta i personel medyczny.

Precyzja w czasie rzeczywistym: skok kwantowy w neurochirurgii

Jednym z najbardziej znaczących osiągnięć grupy badawczej jest niemal natychmiastowa gotowość operacyjna systemu. „Nasz zespół jako pierwszy na świecie osiągnął w pełni zautomatyzowaną rejestrację do neurochirurgicznej nawigacji przestrzennej” – mówi PD Dr. hab. Z entuzjazmem donosi Ronny Grunert, pracownik naukowy w Fraunhofer IWU i szef grupy badawczej „Legenda” na UKL. „Kalibracja i rejestracja są zakończone w ciągu sekundy, a nawigacja w celu wykrywania pozycji instrumentu w czasie rzeczywistym jest gotowa do rozpoczęcia. Opracowany system jest bardzo intuicyjny w obsłudze i bardzo przypomina korzystanie z pomocy GPS.” Ta szybkość i intuicja są kluczowe, aby nie zakłócać pracy na sali operacyjnej i zapewnić chirurgom intuicyjną i niezawodną pomoc w nawigacji.

Kolejnym ważnym szczegółem jest łatwość obsługi systemu. Interfejs użytkownika został opracowany przez lekarzy dla personelu medycznego i ogranicza się do wyświetlania niezbędnych informacji, minimalizując w ten sposób błędy obsługi. Przykładem przejrzystej logiki wyświetlania jest zielony krzyżyk, który wskazuje położenie końcówki instrumentu i jest doskonale zintegrowany z obrazem MRI wyświetlanym w inteligentnych okularach. Ta jasna i zwięzła prezentacja ma decydujące znaczenie dla akceptacji i powodzenia systemu na sali operacyjnej, ponieważ chirurdzy mogą skoncentrować się na tym, co ważne – pomyślnym wykonaniu operacji.

Ekonomia i dostępność: rewolucja dla wszystkich

Oprócz innowacji technicznych kolejnym centralnym aspektem tego projektu jest opłacalność ekonomiczna i związana z nią dostępność technologii. Podczas gdy konwencjonalne systemy nawigacji w neurochirurgii, nadające się do stosowania w klinikach, często kosztują kilkaset tysięcy euro, grupa badawcza opiera się na standardowych okularach do transmisji danych, których ceny są w sektorze konsumenckim. „Te okulary kosztują ułamek kosztów wspomaganych komputerowo systemów nawigacji w 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. Demokratyzacja technologii oznacza, że ​​więcej pacjentów może skorzystać z zalet precyzyjnego i delikatnego leczenia neurochirurgicznego.

Ważnym aspektem projektu jest również opracowanie rękojeści utrzymującej instrumenty i umożliwiającej ich precyzyjne pozycjonowanie. W Fraunhofer IWU opracowano specjalne znaczniki, których geometrię i wzory rozpoznają okulary danych. Znaczniki te mogą mieć różne kształty, takie jak kule, prostopadłościany lub inne ciała i służą do rejestrowania położenia instrumentów w przestrzeni trójwymiarowej. Rękojeści z tworzywa sztucznego produkowane są w Zittau i Lipsku przy użyciu druku 3D, co zapewnia wysoki poziom elastyczności i możliwości dostosowania do potrzeb chirurgów.

Droga do praktyki klinicznej: perspektywy

Pierwszy pilotażowy kurs szkolenia na modelu anatomicznym odbył się w UKL jesienią 2024 roku. Ten krok jest ważnym kamieniem milowym na drodze do klinicznego zastosowania technologii. W kolejnym kroku zespół skupia się na skompletowaniu prototypu, który następnie musi przejść proces zatwierdzenia zgodnie z rozporządzeniem dotyczącym wyrobów medycznych na rynek europejski lub zgodnie z przepisami amerykańskiej Agencji ds. Żywności i Leków (FDA) dla USA. Celem jest umożliwienie stosowania systemu u pacjentów za około dwa lata.

Rozwój systemów nawigacji wspieranych przez AR dla neurochirurgii to nie tylko postęp technologiczny, ale także zmiana paradygmatu w praktyce medycznej. Integracja danych obrazowych w czasie rzeczywistym, precyzyjne prowadzenie instrumentu i ekonomiczne rozwiązania mogą zasadniczo zmienić leczenie neurochirurgiczne, czyniąc je bezpieczniejszym, bardziej precyzyjnym i bardziej dostępnym. Wizja przyszłości, w której innowacyjne technologie, takie jak okulary AR będą standardem na sali operacyjnej, przybliża się z każdym krokiem tego rozwoju. Otwiera to nowe perspektywy nie tylko dla lekarzy i chirurgów, ale przede wszystkim dla pacjentów, którzy mogą skorzystać na lepszej jakości leczenia i delikatniejszej procedurze. Dzięki tej technologii przyszłość neurochirurgii obrała ekscytujący kierunek, w którym precyzja i innowacja 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