Kardiochirurgowie jako gracze wideo

Kardiochirurdzy pożyczyli technologię trójwymiarowego obrazowania stereoskopowego z branży gier wideo, aby pomóc im kierować narzędziami podczas skomplikowanych operacji bijącego serca. W testach nowego urządzenia do obrazowania chirurg był w stanie dokładniej nawigować w sercach świń, a następnie szybciej naprawić rozdarte ściany serca. Ostatecznie system stereoskopowy może sprawić, że operacja serca bijącego stanie się skuteczniejsza i mniej niebezpieczna, być może rozszerzając jego zastosowanie na stosunkowo skomplikowane naprawy serca.

Widok 3D: Naukowcy z Children's Hospital w Bostonie wprowadzają technologię gier wideo na salę operacyjną. Kardiochirurg Nikołaj Wasiljew testuje swoje gogle stereo podczas przeprowadzania symulacji chirurgicznych. Gogle w połączeniu z monitorem wyświetlającym dane USG w czasie rzeczywistym zapewniają stereoskopowy widok 3D. Wasiljew przetestował technologię w chirurgii bijącego serca na sercach świń i odkrył, że pozwala mu to załatać dziurę skuteczniej niż w przypadku tradycyjnego obrazowania 3D.

W przypadku niektórych skomplikowanych zabiegów serca, takich jak naprawa zastawek, chirurg musi zatrzymać serce i szeroko je rozciąć. Operacje te wymagają urządzenia omijającego płuco-serce i wiążą się ze znacznym ryzykiem dla pacjenta. W ostatnich latach niektórzy chirurdzy decydują się na operację serca bijącego, mniej inwazyjne podejście, które często może wyeliminować potrzebę pomostowania płuc i serca. Jednak praca nad złożonymi, delikatnymi strukturami wewnętrznymi, które poruszają się z każdym uderzeniem serca, stanowi poważne wyzwanie – zwłaszcza, że ​​bez otwarcia serca i przekierowania krwi chirurgom trudno jest zobaczyć, co robią.

Od kilku lat zespół w Szpital Dziecięcy w Bostonie opracowuje system obrazowania 3D w czasie rzeczywistym do zastosowania w chirurgii bijącego serca. Urządzenie ultradźwiękowe gromadzi strumień danych 3D i przekazuje je na dwuwymiarowy wyświetlacz, wskazując głębię odcieniami szarości. Obserwując wyświetlacz, chirurg może zajrzeć do wnętrza serca podczas operacji.

Jednak podczas gdy wczesne wyniki tej technologii, która niedawno trafiła na salę operacyjną, są obiecujące, chirurdzy odkryli, że dwuwymiarowy wyświetlacz zakłócał ich percepcję głębi. Jeśli poruszasz się po trójwymiarowej skomplikowanej strukturze, takiej jak serce, w której skręcasz w prawo i w lewo, poruszasz się w górę i w dół i dookoła, użycie dwuwymiarowego obrazu bardzo to utrudnia, mówi Pedro del Nido , ordynator kardiochirurgii w Szpitalu Dziecięcym i kierownik zespołu badawczego.

Aby znaleźć rozwiązanie, zespół spojrzał na branżę, która jest dobrze zorientowana w tworzeniu coraz lepszych wrażeń 3D: gry wideo. Ostatnie postępy w technologii przetwarzania obrazu pozwoliły projektantom gier symulować środowiska 3D – wraz z percepcją głębi – za pomocą stereoskopowych wyświetlaczy wizyjnych. Aby zająć się strukturalną chorobą serca, potrzebujesz trójwymiarowej mapy z percepcją głębi, mówi Marc Gillinov , dyrektor ds. doświadczenia w Instytut Serca i Naczyń Cleveland Clinic . I to właśnie dają Ci okulary stereoskopowe.

Stereoskopowy wyświetlacz wizyjny działa poprzez generowanie oddzielnego, lekko pochylonego obrazu 3D dla każdego oka. Monitor szybko przeskakuje między tymi dwiema wersjami około 70 razy na sekundę. Tymczasem widz nosi specjalistyczne okulary, które na przemian blokują lewe i prawe oko w tym samym tempie. Migotanie jest na tyle szybkie, że nie zauważają go oczy, które mogą przetwarzać tylko od 25 do 30 klatek na sekundę.

Podzielony ekran: Urządzenie ultradźwiękowe wysyła ciągły strumień trójwymiarowych danych z serca pacjenta do komputera, który dzieli go na parę lekko przechylonych obrazów – po jednym dla każdego oka. Wyspecjalizowane okulary migoczą tam iz powrotem między lewym a prawym okiem, podczas gdy oba obrazy migoczą w tę iz powrotem na ekranie komputera. Rezultat jest podobny do holograficznego filmu przedstawiającego wewnętrzne działanie serca.

Twój mózg wie, jak zintegrować te informacje i automatycznie dać ci percepcję głębi, mówi del Nido. Nie musisz mieć komputera, który powie ci, że jesteś dwa i pół centymetra od celu – twój mózg intuicyjnie to rozpoznaje i robi to w locie. Rezultatem jest realistyczne, przypominające hologram wrażenia 3D.

Wykorzystując tę ​​technologię, zespół Szpitala Dziecięcego zbudował dostosowany do potrzeb wyświetlacz, który może przetwarzać dane z sondy ultradźwiękowej. Następnie kardiochirurg Nikołaj Wasiljew założył stereoskopowe okulary i wypróbował wyświetlacz, operując na bijących sercach świń.

Najpierw Wasiljew stworzył rozdarcie w ścianie dzielące lewy i prawy przedsionek, symulując stan zwany ubytkiem przegrody międzyprzedsionkowej. Potem naprawił dziurę malutką łatką, mocując ją kilkoma malutkimi kotwami. Ponieważ cała operacja została wykonana przy użyciu specjalistycznych narzędzi, które można było wprowadzić przez bardzo mały otwór w powierzchni serca, była na tyle nieinwazyjna, że ​​serce biło cały czas. W sumie Wasiljew operował na sześciu świniach: trzech ze stereoskopowym wyświetlaczem i trzech ze zwykłym wyświetlaczem 3D.

We wszystkich sześciu operacjach Wasiljew z powodzeniem umieścił łatę, bez różnicy między tymi dwiema grupami pod względem dokładności umieszczenia kotwic – być może dlatego, że ma duże doświadczenie w tej konkretnej procedurze. Ale nowe urządzenie pozwoliło mu na bardziej precyzyjne nawigowanie swoimi instrumentami do miejsca docelowego – zmniejszając ryzyko uszkodzenia otaczających struktur – i wykonanie pracy o 44% szybciej. Wyniki badania zostały ogłoszone wczoraj w Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery .

System stereoskopowy może pomóc w rozszerzeniu zastosowań chirurgii bijącego serca, rozszerzając jej zastosowanie u dzieci z wrodzonymi wadami serca oraz w skomplikowanych naprawach serca, takich jak rozległe dziury i wadliwe zastawki. Rzeczywiście, del Nido postrzega obrazowanie stereoskopowe w czasie rzeczywistym – w połączeniu z najnowocześniejszymi narzędziami chirurgicznymi – jako platformę, która może ostatecznie zrewolucjonizować chirurgię serca, tak jak procedury laproskopowe zrewolucjonizowały chirurgię jamy brzusznej. To, co tutaj rozwijamy, to naprawdę nowa platforma do wykonywania napraw serca w zupełnie inny sposób, mówi del Nido. Zrobiliśmy pierwszy krok: dokonaliśmy weryfikacji koncepcji. Teraz chcemy zobaczyć, jak daleko możemy się z tym posunąć.

Czy jutro będzie gotowy na prime time? Nie, nie jest, mówi Gillinov. Ale czy może to otworzyć całą masę nowych sposobów na naprawę rzeczy w sercu? Tak.

ukryć