Компьютерная навигация в хирургии позвоночника
Заболевания позвоночника представляют собой значимую проблему в структуре нейрохирургической патологии. Высокий темп развития хирургических методов лечения заболеваний позвоночника обусловлен несколькими факторами. Несомненно, важное значение имеют достижения в области разработки и внедрения как диагностических, так и лечебных технологий. Увеличение средней продолжительности жизни в развитых странах и распространение методов нейровизуализации (МРТ, СКТ и др.) привело к улучшению выявляемости заболеваний позвоночника и спинного мозга и, как следствие, к увеличению числа пациентов, нуждающихся в хирургическом лечении. Сегодня невозможно представить проведение операции в спинальной нейрохирургии без использования систем интраоперационной визуализации. Арсенал имеющихся устройств достаточно велик. Наиболее распространенным в повседневной практике является электронно-оптический преобразователь (ЭОП). Электронно-оптический преобразователь позволяет получать двухмерные изображения, и применение его в последнее десятилетие стало рутинным. Большое количество вариантов хирургического лечения заболеваний позвоночника сопряжено с необходимостью установки имплантов. Правильность их положения должна обязательно контролироваться интраоперационно. Применение ЭОП не позволяет получать аксиальные снимки и является источником лучевой нагрузки на пациента и врача, что в совокупности является недостатком системы. Правильность установки имплантов минимизирует риски интраоперационных осложнений и улучшает качество хирургического лечения.
Развитие технологий визуализации позволяет сегодня проводить компьютерную томографию (КТ) непосредственно в операционной. Специально для этого разработан конусно-лучевой интраоперационный компьютерный томограф (ИКТ) «O-arm», который объединяет функции компьютерного томографа и ЭОП.
Для повышения безопасности пациента установка «O-arm» может использоваться вместе с навигационной системой или роботом-ассистентом. Наличие такого оборудования в структуре одной операционной позволяет провести исследования, направленные на изучение его эффективности и особенностей интраоперационной КТ-визуализации.
Цель исследования – оценить применение конусно-лучевого ИКТ «O-arm» и навигационной системы в хирургическом лечении заболеваний позвоночника.
Материал и методы
С августа 2013 г. в НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко РАМН для интраоперационной визуализации применяется конусно-лучевой ИКТ «O-arm». Система «O-arm» может использоваться как изолированно, так и в сочетании с навигационной системой. В период с августа по ноябрь 2013 г. в отделении спинальной нейрохирургии НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко РАМН было выполнено 43 хирургических вмешательства пациентам с дегенеративными заболеваниями позвоночника и опухолями позвоночника и спинного мозга с использованием ИКТ «O-arm» и системы навигации. Распределение пациентов по видам хирургических вмешательств представлено в таблице.
Система навигации и ИКТ «O-arm» состоит из пяти компонентов (рис. 1): платформы интраоперационной визуализации с подвижным сканирующим модулем (гентри), монитора, беспроводной мыши для дистанционного управления, навигационной станции с камерой и монитора для отображения навигации.
Рисунок 1. ИКТ «O-arm» и система навигации. а – платформа интраоперационной визуализации с подвижным сканирующим модулем (гентри); б – монитор; в – беспроводная мышь для дистанционного управления; г – навигационная станция с камерой; д – монитор для отображения навигации.
Существуют определенные требования к операционной для установки ИКТ «O-arm»: площадь операционной – не менее 35 м2; перекрытия, выдерживающие нагрузку, – не менее 440 кг на м2; высота дверного проема – не менее 1,95 м; ширина дверного проема – не менее 90 см.
Важным условием для работы с установкой «O-arm» является наличие рентгенопрозрачного операционного стола. Следует отметить, что в нашем случае было проведено дополнительное оснащение операционного стола приставками из фиброкарбонового волокна.
В ходе внедрения ИКТ «O-arm» и системы навигации мы использовали различные варианты расположения оборудования в операционной, наиболее оптимальные из которых представлены на рис. 2 и 3.
Рисунок 2. Оптимальное расположение оборудования в режиме сканирования. Сканирующий модуль находится в рабочем положении.
Рисунок 3. Оптимальное расположение оборудования при навигировании. Сканирующий модуль установлен в парковочное положение.
При операциях на грудном и пояснично-крестцовом отделах позвоночника навигационная станция и ее монитор располагаются у ножного конца операционного стола. Оптимальное расстояние от навигационной камеры до операционной раны ~1,7 м. Пациент лежит на операционном столе с максимально вытянутыми вперед и вверх руками. Перед началом работы на системе «O-arm» сохраняются положения сканирования и парковки. Проводится визуальный контроль перемещения подвижного сканирующего модуля для предотвращения столкновений с операционным столом. При переходе от положения сканирования в положение парковки сканирующий модуль смещается к изголовью операционного стола.
При операциях на шейном отделе позвоночника навигационная станция и ее монитор располагаются у изголовья операционного стола. Оптимальное расстояние от навигационной камеры до операционной раны ~1,5-1,7 м. Пациент лежит на операционном столе с приведенными к туловищу руками. Перед началом работы на системе «O-arm» сохраняются положения сканирования и парковки, выполняется проверка этих позиций. При переходе от положения сканирования к положению парковки сканирующее устройство смещается к ножному концу операционного стола.
Для освоения алгоритма применения ИКТ «O-arm» и системы навигации (схема 1) в течение 1-го месяца все хирургические вмешательства на позвоночнике и спинном мозге выполнялись в присутствии специалиста компании-производителя.
Схема 1. Алгоритм применения ИКТ «O-arm» и системы навигации
В операционной перед хирургическим вмешательством в условиях эндотрахеального наркоза с помощью ИКТ «O-arm» проводится выполнение интраоперационного КТ-исследования в режимах 2D- и/или 3D-сканирования для точности определения зоны хирургического вмешательства. После завершения хирургического доступа осуществляется установка навигационной рамки и с помощью ИКТ «O-arm», помещенного в стерильный чехол, выполняется КТ-исследование в режимах 2D- и 3D-сканирования. Далее производится передача данных КТ-изображений на навигационную станцию и осуществляется основной этап операции.
Важно отметить, что основной этап выполняется с использованием специальных навигационных инструментов. Дополнительное сканирование на этом этапе не производится. После завершения основного этапа операции выполняется контрольное КТ-исследование с 3D-реконструкцией.
При выполнении транскутанных вмешательств алгоритм применения ИКТ «O-arm» и системы навигации несколько отличается (схема 2).
Схема 2. Алгоритм применения ИКТ «O-arm» и системы навигации при транскутанных вмешательствах
В операционной, перед хирургическим вмешательством, производится установка навигационной рамки в области хирургического доступа. Следует отметить, что при транскутанных вмешательствах фиксация навигационной рамки осуществлялась с помощью самоклеющейся стерильной пленки (рис. 4).
Рисунок 4. Этап фиксации навигационной рамки с помощью самоклеющейся стерильной пленки.
Следующим этапом выполняется КТ-исследование в режимах 2D- и 3D-сканирования. Производится передача данных КТ-изображений на навигационную станцию и под местной анестезией осуществляется перкутанное хирургическое вмешательство с применением навигационных инструментов без дополнительного сканирования. После завершения операции выполняется контрольное КТ-исследование с 3D-реконструкцией.
В качестве клинического примера приводим случай проведения вертебропластики с применением ИКТ «O-arm» у пациента С., с гемангиомой ThI позвонка (рис. 5).
Рисунок 5. КТ шейного и верхнегрудного отделов позвоночника. а – сагиттальная проекция; б – аксиальная проекция.
После выполнения интраоперационного КТ-исследования в режиме 2D становится очевидным неинформативность использования в данном случае стандартного флюороскопа ввиду невозможности визуализации зоны операции (рис. 6).
Рисунок 6. Интраоперационное КТ-исследование в режиме 2D. а – прямая проекция; б – боковая проекция.
Произведено хирургическое лечение – вертебропластика ThI позвонка из переднего шейного доступа (рис. 7).
Рисунок 7. Интраоперационное КТ-исследование шейно-грудного отдела позвоночника в режиме 3D-сканирования. а – на этапе определения положения иглы для введения цемента; б – контрольное сканирование после выполнения вертебропластики.
Рассмотрим клинический пример применения ИКТ «O-arm» при удалении опухоли позвоночника.
Пациент Ю., с диагнозом: опухоль (остеобластома) дужек СII, СIII позвонков. Продолженный рост. В январе 2013 г. пациент оперирован по месту жительства, выполнена операция – удаление опухоли дужек СII, СIII позвонков. Гистологический диагноз: остеобластома. На контрольном КТ-исследовании выявлен продолженный рост опухоли (рис. 8).
Рисунок 8. МРТ шейного отдела позвоночника перед операцией. а – сагиттальная проекция; б – аксиальная проекция. КТ шейного отдела позвоночника: аксиальная проекция СIII позвонка (в).
Произведено хирургическое лечение – удаление опухоли дужек СII, СIII позвонков (рис. 9).
Рисунок 9. Интраоперационный контроль объема удаляемой опухоли с помощью КТ-исследования в режиме 3D-сканирования. а – до удаления опухоли дужек CII, CIII позвонков; б – после удаления опухоли.
В качестве клинического примера приводим случай установки 4-винтовой системы и межтелового импланта с применением ИКТ «O-arm» и системы навигации у пациентки А., 56 лет, с дегенеративным стенозом позвоночного канала на уровне LIV-LV позвонков и нестабильностью сегмента LIV-LV(рис. 10).
Рисунок 10. МРТ пояснично-крестцового отдела позвоночника. а – сагиттальная проекция; б – аксиальная проекция.
Произведено оперативное лечение – декомпрессия на уровне LIV-LV, межтеловая стабилизация, транспедикулярная стабилизация указанного сегмента с применением навигационной системы (рис. 11, 12).
Рисунок 11. Интраоперационный поэтапный контроль установки межтелового импланта (а) и транспедикулярных винтов (б) на уровне LIV-LV позвонков с применением системы навигации.
Рисунок 12. Интраоперационный КТ-контроль пояснично-крестцового отдела позвоночника после установки межтелового импланта и транспедикулярных винтов на уровне LIV-LV позвонков. а – режим 3D-сканирования; б – режим 3D-реконструкции.
Результаты и обсуждение
Проведен анализ основных возможностей и преимуществ при использовании ИКТ «O-arm» с системой навигации в хирургическом лечении заболеваний позвоночника и спинного мозга. В ходе работы осуществлялся мониторинг длительности операций. Продолжительность первых хирургических вмешательств с использованием ИКТ и навигационной системы была высокой, что связано с освоением управления и алгоритма системы. Однако в процессе обучения в течение 1 мес была отмечена тенденция к уменьшению длительности операции.
Пациентам с опухолями позвоночника и спинного мозга интраоперационное КТ-исследование в режиме 2D выполнялось непосредственно перед операцией для разметки операционного поля. В ряде случаев при локализации опухоли в анатомически труднодоступной области, не визуализируемой на двухмерных снимках, осуществлялось 3D-сканирование, что улучшало точность при осуществлении оперативного доступа. При наличии костных опухолей интраоперационное КТ-исследование выполнялось для контроля радикальности удаления.
При проведении стабилизирующего этапа операций, требующего установки межтеловых имплантов и транспедикулярных винтов, в том числе и при перкутанных методиках, ИКТ «O-arm» и система навигации применялись для определения зоны вмешательства, интраоперационного контроля точности установки имплантов и контроля зон декомпрессии. После завершения операции выполнялось 3D-сканирование и 3D-реконструкция. На наш взгляд, применение ИКТ «O-arm» с системой навигации особенно актуально в тех случаях, когда хирургическое лечение проводится в сложных анатомических условиях (тонкий корень дуги позвонка, сколиотическая или посттравматическая деформации позвоночника) и использование двухмерных снимков не обеспечивает визуализации зоны операции.
Важно отметить, что в нашей серии наблюдений не было осложнений, связанных с применением использованной техники. Поэтому применение ИКТ «O-arm» и системы навигации полезно для нейрохирургов в клиниках, где стандартные стабилизирующие операции и перкутанные методики редки или только начинают осваиваться.
Выводы
1. Применение ИКТ «O-arm» с системой навигации в хирургическом лечении заболеваний позвоночника и спинного мозга обеспечивает высокое качество лечения и является безопасным для пациента.
2. Применение ИКТ «O-arm» позволяет проводить хирургические вмешательства в сложных анатомических условиях.
3. Использование ИКТ «O-arm» с современной системой навигации снижает величину лучевой нагрузки как на пациента, так и на оперирующую бригаду.
Комментарий
Представленная работа посвящена актуальной проблеме – повышению безопасности пациентов и улучшению качества хирургического лечения за счет использования средств интраоперационной визуализации. Наиболее распространенным на сегодняшний день является электронно-оптический преобразователь (ЭОП). Однако практика показывает, что в анатомически сложных условиях информации, получаемой с помощью ЭОП, может оказаться недостаточно. Анализ литературы показывает, что процент интраоперационных осложнений в спинальной нейрохирургии по-прежнему достаточно велик – около 16-20%. По данным A. Carl, H. Khanuja (1997), неврологические осложнения возникают в 1,5-6% случаев, биомеханически неадекватная фиксация наступает в 31%. Процент осложнений, вызванных неправильным проведением винтов, варьирует от 4 (McAffe и соавт., 1991) до 21% (Weinstein и соавт., 1998). Повреждение нервных элементов, по сообщению Graham и соавт. (1996), возникает в 14% случаев.
Одним из инструментов, направленных на повышение точности хирургических вмешательств, является конусно-лучевой интраоперационный компьютерный томограф «O-arm». Улучшение качества лечения достигается, в том числе, за счет возможности его одновременного использования с навигационной системой. В статье авторы показали, что возможности применения интраоперационного КТ-контроля и системы навигации не ограничиваются лишь обеспечением высокой точности установки имплантов. Система «O-arm» может также использоваться для оценки степени декомпрессии при дегенеративных заболеваниях, оценки радикальности удаления отдельных опухолей позвоночника, а также для проведения пункционных вмешательств (вертебропластики, биопсии и т.д.). Статья содержит четкие рекомендации по внедрению в практику описанных устройств, представлены требования к операционной и хирургическому столу. Опыт работы авторов с системой «O-arm» и навигационным оборудованием позволяет предложить читателям готовую схему для оптимального расположения всех компонентов системы в стандартной операционной.
Таким образом, представленная статья посвящена актуальной теме, обладает практической значимостью и, безусловно, заслуживает публикации в журнале.
А.О. Гуща (Москва)
Источник
Широкое внедрение и развитие эндоскопических методик при выполнении вмешательств на околоносовых пазухах и основании черепа значительно расширили показания к их выполнению, потеснив открытые доступы, в том числе и при онкологических заболеваниях. В данном контексте хирургические системы навигации становятся незаменимым помощником в операционной.
Появление в практике и активное использование хирургических навигационных систем при данных видах вмешательств, повышающих точность их проведения, дополнительно способствует развитию эндоназальной эндоскопической хирургии и расширяет сферы ее применения.
Несмотря на технические современные решения, которые реализованы в существующих навигационных станциях, не стоит забывать, что это лишь вспомогательный инструмент и ведущая роль остается за хирургом.
Система хирургического навигационного контроля является средством интраоперационной визуализации, позволяющим в режиме реального времени получать информацию об анатомических особенностях пациента, расположении инструментов, состоянии патологии при планировании и в ходе операции. Навигационный контроль -это клинически зарекомендовавшая себя технология, представленная на сегодняшний момент в большинстве ведущих ЛОР и нейрохирургических центрах по всему миру, в том числе России и странах СНГ.
Визуальный контроль положения инструмента при удалении остеомы
Технология обеспечивает высокую эффективность и безопасность операций, за счет снижения риска возникновения интраоперационных и отсроченных осложнений, сокращения времени самой операции и послеоперационного периода. Это является принципиальным моментом при выполнении хирургических вмешательств в условиях сложной или нарушенной анатомии:
Реоперации после полипотомии носа
Операции на клиновидной пазухе
Операции на лобной пазухе со сложной анатомией
Новообразования околоносовых пазух
Эндоназальный доступ в условиях аномального развития лицевого скелета
Отохирургия в условиях нарушенных анатомических ориентиров
Хирургия основания черепа (новообразования)
В основе работы присутствующих в настоящее время на рынке хирургических навигационных систем положен электромагнитный либо оптический принцип действия.
Любая хирургическая система навигации состоит из интегрируемых модулей, принадлежностей и программного обеспечения, дифференцируемого по областям применения. Несмотря на существующие различия принцип работы у всех навигационных станций единый. В любой системе различают излучатель (оптический или электромагнитный), трекер пациента и навигируемый инструментарий. Различия заключаются в способе генерации сигнала и соответственно этому особенностям самих компонентов. В случае оптической – это пассивное отражение от инфракрасного излучателя, поэтому инструмент и трекер пациента снабжен специальными стеклянными сферами, а источником сигнала выступает инфракрасная камера, при работе с электромагнитной- поле создается специальным генератором, поэтому используются инструменты с э/м датчиками, которые подключены к специальному блоку.
Инфракрасная оптическая камера:
Электромагнитный излучатель:
Инструмент для оптической системы:
Инструмент для э/магнитной системы:
Каждый из принципов действия обладает известными преимуществами и несовершенствами.
При наличии металлоконструкций, имплантов, металлосодержащих инородных тел могут возникнуть сложности с регистрацией пациента и точностью работы электромагнитной системы, однако нет ограничений при выполнении сложных ассистированных вмешательств несколькими операторами в условиях малого операционного поля.
Оптические системы более прецизионны, но зависимы от прямого непрерывного визуально-оптического контакта системы.
Данные особенности необходимо учитывать при эксплуатации систем.
При установке электромагнитного генератора и регистрации пациента важно, что бы все железные предметы (инструментальный столик) были отодвинуты, мобильные телефоны выключены, так ка это может создать помехи для регистрации. После окончания регистрации все можно вернуть на свои места.
При монтаже оптической камеры важно, что бы она «смотрела» на трекер пациента Оптимальным положением для навигационной камеры будет такое, при котором расстояние до трекера пациента составляет 80–120 см, а на линии обзора нет посторонних предметов.
Система работает с КТ и МРТ данными пациента, которые могут быть записаны на практически любой носитель (DVD/CD, USB, PACS- системы), обычно это DICOM формат с толщиной среза 1-1.5 мм, с захватом изображения от середины лба до верхней губы (в случае хирургии пазух и основания черепа). После загрузки данных система автоматически выстраивает трехмерное изображение пациента, с детализацией по трем основным плоскостям (сагитальная, фронтальная, аксиальная), кроме этого возможна одновременная интеграция эндоскопического изображения.
Трекер пациента, как для оптической, так и для э/м системы фиксируется для внутриносовых вмешательств на лоб пациента, он должен быть правильно ориентирован. Для дополнительной фиксации можно использовать двусторонний скотч, очень важно, что бы в момент операции трекер не смещался относительно пациента, это приведет к появлению ошибки навигации. Сам трекер может быть не стерильным, стерильным должно быть оголовье. В случае работы э/м системы трекер, равно как и все инструменты соединяются со специальным блоком.
Фиксация оптического и э/магнитного трекера пациента:
Блок для э/магнитных инструментов:
После загрузки данных, для совмещения виртуальной модели с реальным пациентом, необходима регистрация, системе необходимо четыре контрольных точки, которые необходимо отметить на модели, а потом повторить на пациенте. Выбор этих точек очень важен для дальнейшей работы, а именно для точности навигации. Точки должны быть установлены на не смещаемых участках кожи и привязаны к неким ориентирам, которые потом будет легко повторить. Кроме того существует многоточечная система регистрации по поверхности.
Стандартные точки регистрации на 3D модели:
«Повторение» выбранных точек на пациенте:
После завершения процесса регистрации система переходит в режим хирургии.
Что же является важным для хирурга при выборе системы навигации?
Быстрая и удобная регистрация пациента
Точность системы
Отслеживание полной геометрии инструмента
Интуитивно понятный интерфейс
Отсутствие расходных материалов
Возможность стандартной стерилизации
Эргономичность и мобильность системы
Совместимость с имеющимся эндоскопическим оборудованием
Техническая поддержка производителя
Все эти условия реализованы в хирургических системах навигации KARL STORZ, за последние восемь лет на Российском рынке инсталлировано 15 навигационных станций, активно используемых в ЛОР и нейрохирургических отделениях.
Программное обеспечение постоянно совершенствуется, появляются дополнительные возможности, которые становятся доступны нашим пользователям после обновления софта.
Информация о последней версии программного обеспечения доступна в брошюре.
Автор: Полякова Елена, специалист компании KARL STORZ
Источник