画像とバーチャルリアリティを使用した精密手術のための患者固有のアプローチの先駆者

匿名化されたヒトDICOMまたは患者ケアのためのDICOMは、患者ケアに関する施設ガイドライン、1996年の医療保険の相互運用性と説明責任に関する法律(HIPAA)、および必要に応じて治験審査委員会(IRB)との協力に従って使用されます。 1. Segment patient-specificの解剖学的構造 メディカルスキャンの取得セグメンテーションプロセスは、医師または外科医が医療スキャンを注文することから開始します。これらのスキャンは、標準的な患者ケアプロトコルの一部であり、追加の手順を導入するものではありません。 医師がセグメンテーションを要求することがわかっている場合は、MRIまたはCTスキャナーからエクスポートする薄切りデータセットを必ず要求してください。ほとんどの場合、これらの薄切りの厚さは1mm未満です。ただし、この解像度はスキャナーによって異なる場合があります。血管系と血液プールの適切なセグメンテーションを確実にするために、造影剤でCTAスキャンを行います。データ取得では、次の推奨パラメータでMRI 3Dシーケンスを取得します:軸方向に実行し、スライスの厚さとスライス間の間隔を0.625 mm以下、間隔をゼロにします。次の推奨パラメータでCT 3Dシリーズを取得します:ヘリカルモードのスライススキャナー、スライスの厚さとスライス間のスペースは0.625mm、例:Neuro:Kvp120、Smart mA範囲100-740、回転速度は.5ms、または心臓:Kvpは70、Smart mA範囲は201-227(スマートMAモード226)、回転速度は0.28 ms14。各身体部位の機関のらせんパラメータに従ってください。注:3Dシーケンスは、再構成において、軸面、冠面、矢状面でほぼ等方性の分解能が得られるように取得する必要があります。ほとんどの場合、最も薄いスライスを取得する必要があります。3Dシーケンスは、イメージングのための施設の標準プロトコルに加えて実行されます。しかし、同時に行われるため、臨床チームと患者の追加作業、放射線被曝、費用は最小限に抑えられます。 医師にモデルのセグメンテーションを依頼し、セグメンテーションプロセスの中心的な焦点となる解剖学的構造を指定します(通常、医師または外科医がこのステップを完了します)。 スキャンデータをダウンロードしてローカルに保存します。複数のスキャンが行われた場合は、スキャンのDICOMデータセットを比較して、セグメント化時に最高の解像度の3Dモデルを提供するため、どのスキャンセットが最も薄いスライス設定と最高のコントラストを持つかを判断してください。 最適な画像セットが決定されたら、画像データベースからダウンロードしてセグメンテーションするか、匿名化するか、保護医療情報(PHI)とともにデータをそのまま残します。このプロトコルは、匿名化されたDICOMで動作します。 DICOMデータセットをセグメンテーションソフトウェアにインポートします。注:以下の命令セットでは、Materialise Mimicsセグメンテーションソフトウェアに固有の用語を使用しています。Materialise Suiteはサブスクリプションベースのソフトウェアですが、3DSlicerなどのオープンソースの代替品もあります。ツール名と用語は、他のセグメンテーション ツールでは異なる場合があります。 [セグメント]タブ内の他のツールを使用して、必要に応じてマスクの不要な部分を削除したり、欠落している組織を追加したりします。領域拡大ツールを使用して、ユーザーが選択したボクセルに直接接続されているマスクのすべてのボクセルを分離します。[マスクの編集]を使用して、2Dウィンドウと3Dウィンドウの両方を使用してマスク内のボクセルを追加または削除します。複数スライス編集(Multiple Slices Edit)を使用して、遠く離れたスライス間の補間によってボクセルを追加または削除します。をクリックし、「穴を埋める」または「スマートフィル」を使用して、マスク内のユーザー定義サイズの穴を埋めます。 2D から 3D への補間ができるだけ正確になるまで、タブのツールを使用してマスクを調整し続けます。 すべてのターゲット解剖学的構造について、手順1.5と1.6を繰り返します。 正確性を確保するために、完了したセグメンテーションについて医師に相談してください。完成したマスクを医師に見せて、重要な解剖学的構造が省略されていないこと、余分な解剖学的構造が含まれていないことを確認してください。ほとんどの場合、品質管理のためにセグメンテーションを要求する医師に相談してください。医師は、各スライスのマスクによって強調表示されたDICOMの部分が可能な限り正確であることを確認します( 図1を参照)。 さらに処理するためにセグメンテーションをエクスポートします。右側の[プロジェクト管理]メニューにある[パーツを計算]ツールを使用して、完成したマスクをパーツに変換します。 計算されたパーツを3Dファイルにエクスポートするには、 パーツ を右クリックして [STLをエクスポート]を選択します。 2. バーチャルリアリティ用のモデルを準備する 新しいBlenderプロジェクトを作成し、デフォルトのシーン要素を削除します。 a キーを押して表示されているすべての要素をハイライト表示し、 x キーを押してから Enter キーを押してシーンから削除します。注:Blenderは無料のオープンソースモデリングソフトウェアです。他のモデリングソフトウェアでも同じタスクを実行できる場合がありますが、このステップで使用される用語はBlenderに固有のものです。 [ファイル]>[インポート> Stl (.stl)]を使用して解剖学的ファイルをインポートします。 患者の解剖学的構造を世界の起源に合わせます。相対的な位置を維持するために、すべての患者の解剖学的構造を選択します。これを行うには、すべてのファイルがインポートされた後にaキーを押します。 移動ツールと回転ツールを使用して、解剖学的構造をワールドの原点に合わせます。患者の鼻が1つの軸に揃い、垂直軸がそれぞれ耳の領域と頭蓋骨の上部に接触していることを確認してください。ブレンダーインターフェースの右上隅にあるウィジェットでアクティブ化できる正投影ビューを使用します。 VR分度器をインポートし、患者の解剖学的構造に合わせます。この分度器は、3D空間の角度に基づいて、VRでCアームの角度を取得するのを支援するために、OSFエンジニアリングチームによって特別に設計されました。分度器の .stl ファイルを 補足ファイル 1 からインポートします。 最も長い測定マークで表される分度器の(0,0)を患者の鼻に合わせます。分度器アームの隙間を患者の足に向けます。 それに応じて分度器を拡大縮小します。ほとんどの場合、VRでスケーリングした後の測定を容易にするために、分度器を非常に小さくスケーリングします。動脈瘤の場合は、分度器が動脈瘤領域のすぐ外側にあるようにスケーリングするようにしてください。 解剖学の原点をワールド原点に位置合わせします。メイン ビューポートで右クリック をクリックし、[カーソルを ワールド原点にスナップ>]を選択します。これにより、3D カーソルがグローバル原点に位置合わせされます。 表示されているすべてのモデルを a キーで選択します。 右クリックしてビューポート内をクリックし、[ 原点を 3D カーソル>原点に設定]を選択します。これにより、すべてのモデルの 3D 原点が同じポイントに位置合わせされ、VR にインポートされたときに適切に整列およびスケーリングされます。 必要に応じてモデルにテクスチャや色を追加して、VRで区別しやすくします。これはオプションの手順です。個々の .stl ファイルを選択し、画面の右側にある [材料特性 ]タブをクリックします。このタブでは、ベースカラーを希望の色に調整できます。オブジェクトごとにこの手順を繰り返して、色を追加します。 完成したモデルを 1 つのモデルとしてエクスポートします。glb/.gltf ファイルを作成します。エクスポート ウィンドウの [含める] タブにある [制限] オプションが選択されていないことを確認します。注:です。glb/.gltf ファイル形式は、VR ソフトウェアでの使用や NIH 3D ライブラリへのアップロードに必要なファイル タイプを反映しています。ソフトウェアによっては、他のエクスポートタイプが必要になる場合があります。 3. バーチャルリアリティによる医療従事者のトレーニング 注意: 次の手順は、Enduvoデジタルクラスルームソフトウェアで使用するために書かれています。他の3D表示ソフトウェアを使用することは可能ですが、モデルの移動、カメラの配置、医師の位置の記録などの機能は、このソフトウェアをこの手順に理想的なものにします。VRヘッドセット、コントローラー、ソフトウェアの組み合わせが異なれば、コントロールも異なる場合があります。 新しいレッスンを作成します。手順 2.7 でエクスポートした .gltf ファイルをレッスン作成メニューにインポートします。ソフトウェアは、次のメッセージを生成する場合があります:アップロードしようとしているファイルタイプ(GLB)は、現在完全にはサポートされていません。このメッセージを無視して、[ 確認 ]ボタンをクリックします。 レッスンを VR で開いて確定します。1つのコントローラーのサムパッドまたはジョイスティックを押し下げてアクセスする透明度メニューを使用して、ターゲットの解剖学的構造を除くすべてのモデルを非表示にします。動脈瘤は目に見える唯一のモデルでなければなりません。 外科医や医師をVRに配置し、レッスンで3D空間と機能、解剖学に慣れる時間を与えます。 外科医が解剖学的構造に慣れたら、記録を開始します。VR空間の仮想ボタンまたはセカンダリモニターの録画ボタンを使用して録画機能を開始します。 外科医にターゲットの解剖学的構造を回転させ、前後(AP)と側方の両方の透視図で好ましい視野角を見つけてもらいます。好みの角度を見つけたら、外科医に少し間を置いて、好みの角度を見つけたことと、現在の視野角がAPか横方向かを述べるように依頼します。 すべての優先アングルが見つかったら、VRボタンまたは外部モニターで録画を停止します。 4. VRにおける透視ロードマップの生成 記録された外科医の配置を使用してX線透視アナログを取得します。透視画像の灰色の背景を模倣した画像を仮想空間のモデルの背後に配置します。コントローラーの選択ボタン(多くの場合、コントローラーの背面にあるトリガー)を使用して、必要に応じて画像を操作します。これにより、一貫した背景色が作成され、解剖学的構造が見やすくなり、透視をより代表的なものになります。 カメラを外科医の視野に合わせ、カメラがターゲットの解剖学的構造のほぼ中央に向けられるようにします。外科医は、VRに浮かぶメガネと2つのコントローラーのセットとして登場します。 カメラを目的の位置に置いて2Dスナップショットをキャプチャします。好みの角度ごとに手順を繰り返します。 外科医の動きと分度器を使用してCアームの角度を取得します。外科医が希望の視野角を宣言したら、記録されたレッスンを一時停止します。 トラックパッドをクリックしてクイックメニューを開き、[オン/オフ]チェックボックスをオンにして、モデルにアタッチされている分度器を再表示します。 コントローラーのグラブボタンを使用して、分度器の原点を通過しながら、外科医の視点に沿ってポインターまたは直定規を選択して操作します。 モデルから後退し、C アームの動きに対応する正投影の視点から角度を表示します。 患者の鼻がすべてのCアーム軸で0°を向いている神経科の場合、矢状面と軸面からAP角度を取ります。冠状平面と軸面からの横方向の角度を取ります。どちらの場合も、軸面はCアームの右角と左角に対応し、矢状面と冠状面は頭蓋角と尾角に対応します。 好みの角度ごとに上記の手順を繰り返します。