Новаторские подходы к прецизионной хирургии с учетом особенностей пациента с использованием визуализации и виртуальной реальности

Обезличенные человеческие DICOM или DICOM для ухода за пациентами используются в соответствии с институциональными руководящими принципами по уходу за пациентами, Законом о преемственности и подотчетности медицинского страхования 1996 года (HIPAA) и в сотрудничестве с Институциональным наблюдательным советом (IRB), когда это необходимо. 1. Специфическаяанатомия Получение медицинских снимковНачните процесс сегментации с того, что врач или хирург назначит медицинское сканирование. Эти снимки являются частью стандартного протокола ухода за пациентом и не требуют дополнительных процедур. Если врач знает, что он запросит сегментацию, убедитесь, что он запрашивает наборы данных для экспорта с МРТ или КТ-сканера. В большинстве случаев эти тонкие ломтики имеют толщину менее 1 мм; Однако это разрешение может варьироваться в зависимости от сканера. Сделайте КТА с контрастом, чтобы обеспечить правильную сегментацию сосудов и бассейнов крови.Для получения данных необходимо получить 3D-последовательность МРТ со следующими предлагаемыми параметрами: выполнить в осевом режиме, обеспечить толщину среза и расстояние между срезами 0,625 мм или меньше, нулевой интервал. Приобретите серию CT 3D со следующими предлагаемыми параметрами: сканер срезов в винтовом режиме, толщина среза и расстояние между срезами 0,625 мм, например, Neuro: Kvp 120, диапазон Smart mA 100-740, скорость вращения 0,5 мс или Cardiac: Kvp 70, диапазон Smart mA 201-227 (режим Smart MA 226), скорость вращения 0,28 мс14. Следуйте спиральным параметрам учреждения для каждой части тела.ПРИМЕЧАНИЕ: 3D-последовательность должна быть получена таким образом, чтобы при реконструкции было почти изотропное разрешение в аксиальной, корональной и сагиттальной плоскостях. В большинстве случаев следует приобретать самые тонкие ломтики. 3D-последовательность выполняется в дополнение к стандартному протоколу визуализации учреждения. Тем не менее, он проводится в одно и то же время, поэтому дополнительная работа, лучевая нагрузка и расходы для клинической бригады и пациента минимальны. Попросите врача запросить сегментацию модели, указав, какая анатомия будет в центре внимания процесса сегментации (этот шаг обычно выполняет врач или хирург). Загрузите данные сканирования и сохраните их локально.Если было сделано более одного сканирования, убедитесь, что наборы данных DICOM из сканирования сравниваются, чтобы определить, какой набор сканов имеет самый тонкий срез и наилучшую контрастность, так как это обеспечит 3D-модели с самым высоким разрешением при сегментации. После определения наилучшего набора изображений загрузите его из базы данных изображений для сегментации, анонимизации или оставьте данные без изменений вместе с защищенной медицинской информацией (PHI). Этот протокол будет работать с анонимизированным DICOM. Импортируйте набор данных DICOM в программное обеспечение для сегментации.ПРИМЕЧАНИЕ: В следующем наборе инструкций используются термины, специфичные для программного обеспечения для сегментации Materialise Mimics. Несмотря на то, что Materialise Suite является программным обеспечением, основанным на подписке, существуют альтернативы с открытым исходным кодом, такие как 3DSlicer. Названия и терминология инструментов могут отличаться в зависимости от других инструментов сегментации. Создайте грубую маску целевой анатомии, такой как кость, лужа крови, аневризма и т. д.На вкладке СЕГМЕНТ выберите инструмент Новая маска . Установите верхнюю и нижнюю границы порога, щелкнув и перетащив обе границы, чтобы захватить как можно большую часть соответствующей анатомии мишени, ограничивая захват окружающих тканей. Щелкните и перетащите границы в пределах порогового инструмента или введите требуемую единицу измерения Хаунсфилда (HU). При установке пороговых значений выполняйте обрезку по определенной области сканирования, чтобы избежать избыточного выделения окружающих тканей. Верхняя и нижняя пороговые границы сильно различаются в зависимости от типа сканирования, типа последовательности, количества контраста и пациента. Нажмите кнопку ОК , чтобы завершить работу над грубой маской. Используйте другие инструменты на вкладке СЕГМЕНТ , чтобы удалить ненужные части маски или добавить недостающую ткань по мере необходимости.Используйте инструмент Region Grow , чтобы отделить все вокселы маски, напрямую связанные с вокселом, выбранным пользователем; используйте Редактировать маску для добавления или удаления вокселей в маске как в 2D, так и в 3D окнах; используйте функцию «Редактирование нескольких фрагментов » для добавления или удаления вокселей путем интерполяции между фрагментами, находящимися дальше друг от друга; и используйте команду «Заполнить отверстия » или «Интеллектуальная заливка » для заполнения отверстий заданного пользователем размера в маске. Продолжайте уточнять маску, используя инструменты на вкладке до тех пор, пока интерполяция 2D в 3D не станет максимально точной. Повторите шаги 1.5 и 1.6 для всех целевых анатомий. Проконсультируйтесь с врачом по поводу выполненной сегментации, чтобы убедиться в точности.Покажите готовые маски врачу, чтобы убедиться, что важная анатомия не была пропущена и не была включена лишняя анатомия. В большинстве случаев проконсультируйтесь с врачом, который запрашивает сегментацию для контроля качества. Врач следит за тем, чтобы часть DICOM, выделенная маской на каждом срезе, была максимально точной (см. рисунок 1). Сегментация экспорта для дальнейшей обработки.Преобразуйте завершенные маски в детали с помощью инструмента «Вычислить деталь », расположенного в меню «Управление проектами » справа. Экспортируйте рассчитанные детали в 3D-файлы, щелкнув правой кнопкой мыши на The Part и выбрав Export STL. 2. Подготовьте модель для виртуальной реальности Создайте новый проект Blender и удалите элементы сцены по умолчанию. Нажмите клавишу a , чтобы выделить все видимые элементы, а затем x , а затем Enter , чтобы удалить их из сцены.ПРИМЕЧАНИЕ: Blender — это бесплатное программное обеспечение для моделирования с открытым исходным кодом. В то время как другие программы для моделирования могут выполнять те же задачи, терминология, используемая на этом этапе, будет специфичной для Blender. Импортируйте файлы анатомии через Файл > Импорт > Stl (.stl). Согласуйте анатомию пациента с происхождением мира.Выберите всю анатомию пациента, чтобы сохранить относительное положение. Для этого нажмите клавишу a после того, как все файлы будут импортированы. Используйте инструменты «Перемещение » и «Поворот », чтобы выровнять анатомию по исходной точке мира. Убедитесь, что нос пациента выровнен по одной оси, при этом перпендикулярная ось соприкасается с областью уха и верхней частью черепа соответственно. Используйте ортогональные виды, которые можно активировать с помощью виджета в правом верхнем углу интерфейса Blender. Импортируйте транспортир VR и выровняйте его по анатомии пациента. Этот транспортир был специально разработан командой инженеров OSF для помощи в получении углов С-дуги в виртуальной реальности, основанных на углах в 3D-пространстве.Импортируйте STL-файл транспортира из дополнительного файла 1. Совместите (0,0) на транспортире, представленном самой длинной измерительной меткой, с носом пациента. Расположите зазор в плечах транспортира по направлению к ногам пациента. Масштабируйте транспортир соответствующим образом. В большинстве случаев масштаб транспортира достаточно маленький, чтобы обеспечить удобство измерения после масштабирования в VR. В случае аневризмы постарайтесь расположить транспортир таким образом, чтобы он находился за пределами области аневризмы. Приведение анатомических истоков в соответствие с мировым происхождением.Щелкните правой кнопкой мыши в главном окне просмотра и выберите Привязать курсор > к началу координат. Это гарантирует, что 3D-курсор будет выровнен по глобальному началу координат. Выделите все видимые модели с помощью клавиши a . Щелкните правой кнопкой мыши, щелкните на видовом экране и выберите “Задать начало координат > начало координат” на “3D-курсор”. Это позволяет выровнять начало координат всех 3D-моделей в одной точке, гарантируя, что они будут правильно выровнены и масштабированы при импорте в VR. Добавьте текстуру или цвет к моделям по желанию для лучшего различения в виртуальной реальности.Это необязательный шаг. Выберите отдельные файлы .stl, затем перейдите на вкладку «Свойства материала » в правой части экрана. На этой вкладке базовый цвет можно настроить на нужный цвет. Повторите этот шаг для каждого объекта, чтобы добавить цвет. Экспортируйте окончательную модель как единую. glb/.gltf файл. Убедитесь, что ни один из параметров Ограничить до на вкладке Включить окна экспорта не выбран.ПРИМЕЧАНИЕ: В. Формат файла glb/.gltf отражает тип файла, необходимый для использования в программном обеспечении VR, а также для загрузки в библиотеку NIH 3D. Для другого программного обеспечения могут потребоваться другие типы экспорта. 3. Обучение медицинских работников виртуальной реальности ПРИМЕЧАНИЕ: Следующие инструкции написаны для использования с программным обеспечением цифрового класса Enduvo. Несмотря на то, что можно использовать и другое программное обеспечение для 3D-просмотра, возможность перемещать модели, размещать камеры и записывать положение врача — вот некоторые функции, которые делают это программное обеспечение идеальным для этой процедуры. Различные гарнитуры виртуальной реальности, контроллеры и комбинации программного обеспечения могут иметь разные элементы управления. Создайте новый урок.Импортируйте файл .gltf, экспортированный на шаге 2.7, в меню создания урока. Программное обеспечение может выдать сообщение о том, что тип файла (GLB), который вы пытаетесь загрузить, в настоящее время поддерживается не полностью. Проигнорируйте это сообщение и нажмите кнопку Подтвердить . Откройте урок в VR для доработки.Используя меню прозрачности, доступ к которому можно получить, нажав на большой палец или джойстик одного из контроллеров, скройте все модели, кроме целевой анатомии. Аневризма должна быть единственной видимой моделью. Поместите хирурга или терапевта в виртуальную реальность и дайте ему некоторое время, чтобы ознакомиться с 3D-пространством, функциями и анатомией на уроке. Как только хирург освоится с анатомией, начните запись.Запустите функцию записи с помощью виртуальной кнопки в пространстве VR или кнопки записи на дополнительном мониторе. Позвольте хирургу повернуть анатомию мишени, чтобы найти предпочтительные углы обзора как для переднезаднего (AP), так и для бокового рентгеноскопического обзоров. После того, как вы найдете предпочтительный угол, попросите хирурга сделать короткую паузу и сообщить, что он нашел предпочтительный угол обзора и является ли текущий угол обзора AP или боковым. После того, как все предпочтительные ракурсы будут найдены, остановите запись с помощью кнопки VR или внешнего монитора. 4. Создание дорожной карты рентгеноскопии в виртуальной реальности Приобретите аналоги рентгеноскопии с помощью записанного хирурга.Поместите изображение, имитирующее серый оттенок фона рентгеноскопического изображения, позади модели в виртуальном пространстве. Используйте кнопку выбора на геймпаде, часто триггер на задней стороне геймпада, чтобы манипулировать изображением по мере необходимости. Это создает однородный цвет фона, который облегчает обзор анатомии и является более репрезентативным для рентгеноскопии. Расположите камеру на одной линии с взглядом хирурга в указанное в качестве предпочтительного угла обзора, убедившись, что камера направлена примерно в центр целевой анатомии. Хирург появится в виде набора плавающих очков и двух контроллеров в виртуальной реальности. Сделайте 2D-снимок, зафиксировав камеру в нужном положении. Повторите шаг для каждого предпочтительного угла. Приобретайте углы С-дуги, используя движения хирурга и транспортир.Приостановите записанный урок, когда хирург объявит предпочтительный угол обзора. Нажмите трекпад, чтобы открыть быстрое меню, и установите флажок «Вкл./Выкл.», чтобы отобразить транспортир, прикрепленный к модели. Используйте кнопку захвата контроллера, чтобы выбрать и манипулировать указателем или линейкой в соответствии с точкой зрения хирурга, также проходя через начало координат транспортира. Отойдите от модели и посмотрите углы с ортогональных точек зрения, соответствующие движениям С-дуги. В неврологическом случае, когда нос пациента ориентирован на 0° по всем осям С-дуги, возьмите углы AP из сагиттальной и осевой плоскостей. Возьмите боковые углы из корональной и осевой плоскостей. В обоих случаях осевая плоскость соответствует правому и левому углам С-дуги, в то время как сагиттальная и корональная плоскости соответствуют краниальному и каудальному углам. Повторите шаги, описанные выше, для каждого предпочтительного угла.