Интраоперационная навигация трехмерной модели различных органов

Intraoperative navigation of three-dimensional model of various bodies

Grigory Volkov

student of the magistracy, Mari State University, Russian Federation, Yoshkar-Ola

Ksenia Volkova

student of the magistracy, Mari State University, Russian Federation, Yoshkar-Ola

Аннотация. В данной статье рассмотрена интраоперационная навигация трехмерной модели различных органов. Видеоассисти­рованная торакоскопическая сегментэктомия не осуществима без максимального количества всевозможных данных. При использовании современных компьютерных средств постпроцессорной обработки на основе мультиспиральной рентгеновской компьютерной томографии позволяет получать высокоинформативные трехмерные реконструкции бронхососудистых структур. Не обходят стороной и современные технологии в операциях печени, которые проводят специалисты отделения общей и абдоминальной хирургии. Первое, что необходимо сделать при создании трехмерной модели сети кровеносных сосудов печени – это бинаризация изображения. Далее проводится сегментация сосудов печени в полуавтоматическом режиме с использованием специализированной аппаратуры. Хирург на мониторе может наблюдать построенную трехмерную модель органа с сосудами. Инновационная система навигации «CAS-One» позволяет точно измерить позиции всех используемых хирургических приборов, показывая их внутри трех­мерной модели.

Abstract. In this article intraoperative navigation of three-dimensional model of various bodies is considered. The Videoassistirovanny torakoskopichesky segmentectomy isn't feasible without the maximum quantity of various data. When using the modern computer means of post-processor processing on the basis of a multispiral x-ray computer tomography allows to receive high-informative three-dimensional reconstruction of bronkhososudisty structures. Don't avoid also the modern technologies in operations of a liver which are performed by specialists of office of the general and abdominal surgery. The first that needs to be made during creation of three-dimensional model of network of blood vessels of a liver is a binarization of the image. Further segmentation of vessels of a liver in the semi-automatic mode with use of the specialized equipment is carried out. The surgeon on the monitor can observe the constructed three-dimensional model of body with vessels. The innovative system of navigation of CAS-One allows to measure precisely positions of all used surgical devices, showing them in three-dimensional model.

Ключевые слова: интраоперационная навигация; трехмерные модели органов; малоинвазивные вмешательства; трехмерные реконс­трукции; структура кровеносных сосудов; контрастное вещество; хирургическое вмешательство; компьютерная томограмма; опухолевые очаги.

Keywords: intraoperative navigation; three-dimensional models of organs; minimally invasive interventions; three-dimensional reconstruction; blood vessel structure; contrast agent; surgical intervention; computed tomogram; tumor foci.

За последние несколько лет стала очевидна тенденция к увели­чению количества малоинвазивных, органосохраняющих оперативных вмешательств в торакальной онкологии. Так, видеоассистированная торакоскопическая сегментэктомия не осуществима без максимального количества всевозможных данных о бронхо- и ангиоархитектонике в пораженном сегменте легкого.

В настоящее время при использовании современных компьютерных средств постпроцессорной обработки на основе мультиспиральной рентгеновской компьютерной томографии получаются высокоинформа­тивные трехмерные реконструкции бронхососудистых структур. Все это, несомненно, способствует повышения безопасности выполнимых вмешательств и улучшению индивидуального подхода при проведении операций [1].

Не обходят стороной и современные технологии в операциях печени, которые проводят специалисты отделения общей и абдоми­нальной хирургии. Успешно внедряется виртуальное трехмерное планирование на интересующем органе. Такое представление способно дать исчерпывающую визуальную информацию хирургу о точном расположении и структуре кровеносных сосудов, которое, в свою очередь, необходимо для успешного вмешательства по трансплантации фрагментов печени.

Первое, что необходимо сделать при создании трехмерной модели сети кровеносных сосудов печени – это бинаризация изображения. Перед проведением компьютерной томограммы в кровь пациента вводят особое контрастное вещество, которое способствует максимальному выделению сосудов при сканировании человека.

Далее проводится сегментация сосудов печени в полуавтомати­ческом режиме с использованием специализированной аппаратуры. Данный процесс позволяет построить скелетную модель сосудов. После чего по полученному скелету строят ориентированный граф, в котором каждое ребро имеет соответствие каждого сосуда. Для ориентации ребра используют направление движения крови внутри печени. Следом происходит пометка интересующего сосуда и непосред­ственная сегментация печени до указанного места.

Хирург на мониторе может наблюдать построенную трехмерную модель органа с сосудами. Для упрощения работы врач может указывать основания конкретных, интересующих его ветвей кровеносных сосудов, называть их и изменять цвета в любые произвольные. Таким образом, во время проведения операции становится легче ориентироваться на трехмерной модели печени.

Современные интраоперационные навигационные системы нашли широкое применение в отделении общей и абдоминальной хирургии во время операций на печени и в частности при ее резекции, которая осуществляется при опухолевом поражении, эхинококкозе, обширных ранениях.

Такие системы предоставляют возможность уточнить размеры основного патологического очага в печени, при этом можно выявлять и дополнительные очаги, которые не могли быть обнаружены до операции. Также можно проводить оценку взаимоотношений этих очагов с крупными кровеносными сосудами, на основе которой окончательно решаются вопросы об объеме хирургического вмешательства.

В настоящее время существует система навигации «CAS-One», которая представляет собой специальный прибор с определенными методиками. Данная система позволяет непосредственно в операционном зале визуализировать на мониторе трехмерную модель печени, которая была создана ранее на основе компьютерной томограммы. Отображение, которое наблюдает хирург, представляет собой печеночные сосуды, сегменты печени и опухолевые очаги в трехмерном изображении.

Инновационная система навигации «CAS-One» позволяет точно измерить позиции всех используемых хирургических приборов, показы­вая их внутри трехмерной модели. Вследствие этого врач без особо труда может хорошо ориентироваться внутри органа. В момент вмешательства на мониторе отображается направление, по которому хирург должен двигать свой инструмент. Это направление способствует полному удалению первичную опухоль или метастаз печени, при этом максимально сохраняются здоровые ткани [2].