Интраоперационная навигационная система

Intraoperative navigation system

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 рассмотрены системы интра­операционной навигации. Также описаны методы и способы, благодаря которым становится возможным использование данных систем. Интраоперационная визуализация направлена в первую очередь на работу с пациентом во время проведения операции. Наиболее острыми проблемами применения интраоперационных методов будут определённые требования для подготовки данных пациента и процедуры регистрации положения пациента. Системы интраоперационной навигации совместно с обычным методом проведения операции предоставляют визуализацию подготовленных данных навигационной системы.

Abstract. In this article the systems of intraoperative navigation are considered. Methods and ways thanks to which there is possible use of these systems are also described. Intraoperative visualization is directed first of all to work with the patient during operation. Particular requirements for preparation of data of the patient and registration procedure of position of the patient will be the most burning issues of application of intraoperative methods. The systems of intraoperative navigation together with a routine method of carrying out operation provide visualization of the prepared data of the navigation system.

Ключевые слова: интраоперационная навигационная система; интраоперационная навигация; навигационная система; медицинская визуализация; интраоперационная визуализация; анатомические струк­туры; интраоперационные методы; регистрация положения пациента; положение хирургического инструмента; оптические системы отслеживания.

Keywords: intraoperative navigation system; intraoperative navigation; navigation system; medical visualization; intraoperative visualization; anatomical structures; intraoperative methods; filing of position of the patient; provision of a surgical instrument; optical systems of tracking.

Медицинская визуализация необходима не только во время диагностики и предоперационного планирования, но и во время проведения операции. Перед проведением хирургических вмешательств необходима адаптация отображения объектов в соответствии с пациентом. Таким образом, необходима фокусировка на определённых анатомических структурах. Также стоит учитывать, что остальные объекты сцены могут служить лишь дополнением до общей картины и могут быть отображены не явно.

Интраоперационная визуализация направлена в первую очередь на работу с пациентом во время проведения операции. Это накладывает определенную сложность и для последующей навигации. Наиболее острыми проблемами применения интраоперационных методов будут определённые требования для подготовки данных пациента и процедуры регистрации положения пациента.

Проблемы первого метода заключаются в том, что важная информация представляет огромный массив всевозможных данных, которые должны быть отображены хирургу. Регистрация положения осложнятся тем, что она должна быть довольно точной, так как должно происходить совмещение заранее подготовленной модели с реальным органом пациента.

После удачной регистрации положений и проведения проверки на точность подготовленных данных происходит изменение визуали­зации с учетов выше перечисленных параметров. К тому же регистрация может совмещать положение хирургического инструмента с пациентом, при условии того, что инструмент может быть отслежен навигационной системой [1].

Таким образом, навигационная система представляет собой неотъемлемую часть интраоперационной навигации. Основная функция такой системы заключается в том, чтобы определять координаты всех объектов, которые в той или иной степени могут повлиять на создание конечной визуализации.

Для примера рассмотрим применение интраоперационной визуализации в УЗИ. Кроме стандартного, традиционного вида отображения УЗИ на монитор можно выводить изображение текущей плоскости исследования относительно исследуемого органа. Еще одним преимуществом использования этой системы будет то, что она дает возможность отслеживать положение ультразвукового датчика в системе координат пациента.

Итак, для трекинга положения инструментов в навигационной системе можно использовать оптические системы отслеживания. Это необходимо при проведении операции на черепе, так как для вмешательства нужно обязательно знать точное расположение всех хирургических инструментов. В таких операциях используют отражающие сферы в качестве оптической системы, которые крепятся на инструменты. Эти сферы позволяют отслеживать положение в системе координат, которые связаны непосредственно с пациентом [2].

Так системы интраоперационной навигации совместно с обычным методом проведения операции предоставляют визуализацию подготов­ленных данных навигационной системы. Также при использовании хирургического инструмента, его схематическое изображение должно появляться на многоплоскостном ортогональном виде. К сожалению, данные системы имеют существенные недостатки. Первый минус – это ограничение области видимости пациента. Еще одним значительным недостатком будет тот факт, что существуют реальное и виртуальное изображения, которые заставляют хирурга переключать внимание, что может быть весьма опасным.

Решением этих проблем может быть применение методов, которые совмещают реальные и виртуальные изображения в дополненной реальности. Она предоставляет возможность совмещения данных нескольких источников в единое изображение, таким образом, хирургу не нужно будет переключать свое внимание между несколькими визуализациями. Также это избавит хирурга от мысленного совмещения всех данные в единую картину, что позволит ему концентрироваться непосредственно на самой операции.

Таким образом, становится возможным применение навигационных систем с дополненной реальностью для расширения зрения лапароскопа. Изображение, полученное от лапароскопической камеры, можно допол­нить виртуальной моделью пациента, что будет дополнять информацию о местонахождении камеры и хирургического инструмента [3].

Также в интраоперационных навигационных системах может применяться иллюстративное отображение. Оно представляется собой такое выделение интересующих структур, при котором их форма и положение становятся различимы. К таким способам относятся:

• выделение силуэтов и характерных линий,
• затенение от холодных к тёплым цветам,
• использование вырезов.

Первый способ обозначает контуры объектов. Так как они несут в себе важную часть информации, поэтому четкое выделение границ позволяет улучшить восприятие объёма и взаимного расположения интересующих объектов. Другие части объектов имеют высокую степень прозрачности, следовательно, выделяются как силуэты. Данные метод может быть использован в нейрохирургии [4].

Следующий способ затемняет от холодных к тёплым цветам интересующие структуры. Это способствует повышению наглядности общей картинки.

И последний способ позволяет отрисовывать перекрытый объект. Это достигается за счет того, что у объекта поверх нужного увели­чивается прозрачность, а также дополнительно применяется первый способ – выделение силуэтов.

В заключении, необходимо добавить, что при построении систем интраоперационной навигации применяют практически все описанные способы и методы для повышения надежности работы всей системы в целом и улучшения наглядности картинки во время хирургического вмешательства.