Dekstroskop
Dextroskop to system sprzętu medycznego, który tworzy środowisko rzeczywistości wirtualnej (VR), w którym chirurdzy mogą planować zabiegi neurochirurgiczne i inne zabiegi chirurgiczne.
szczegółowego pokazania relacji anatomicznych i patologii pacjenta w 3D . Chociaż jego głównym celem jest planowanie operacji, dekstroskop okazał się również przydatny w badaniach w kardiologii , radiologii i edukacji medycznej.
Historia
Dextroscope powstał jako projekt badawczy w połowie lat 90. w instytucie badawczym Kent Ridge Digital Labs (część Singapurskiej Agencji ds. Nauki, Technologii i Badań (A*STAR)). Początkowo nosił nazwę Virtual Workbench i został skomercjalizowany w 2000 roku przez firmę Volume Interactions Pte Ltd pod nazwą Dextroscope. Dextroskop został wybrany w 2021 roku przez A*STAR jako jedna z 30 innowacji i wynalazków, które przesunęły naukowe granice, wywarły wpływ ekonomiczny lub poprawiły jakość życia w ciągu 30-letniej historii firmy (A*STAR@30: 30 innowacji i wynalazków w ciągu trzech dekad ) .
Dextroskop pomyślany został jako praktyczna odmiana Wirtualnej Rzeczywistości, która wprowadziła alternatywę dla panującego w latach 90. trendu pełnego immersji. Zamiast zanurzyć całego użytkownika w wirtualnej rzeczywistości, po prostu zanurzył neurochirurga w danych pacjenta.
Opis
Dextroskop umożliwia użytkownikowi intuicyjną interakcję z wirtualnym pacjentem . Ten Wirtualny Pacjent składa się z wygenerowanych komputerowo wielomodalnych obrazów 3D uzyskanych z dowolnych danych tomograficznych DICOM , w tym CT, MRI , MRA , MRV , funkcjonalnego MRI i CTA, PET , SPECT i Tractography . Dextroskop może współpracować z dowolną kombinacją multimodalności, obsługując również siatki wielokątne.
Chirurg siedzi przy konsoli interakcji Dextroscope 3D i manipuluje Wirtualnym Pacjentem obiema rękami, podobnie jak w prawdziwym życiu. Za pomocą stereoskopowych wizualizacji wyświetlanych w lustrze chirurg widzi Wirtualnego Pacjenta unoszącego się za lustrem, ale w zasięgu ręki. Chirurg wykorzystuje elastyczne ruchy dłoni 3D do obracania i manipulowania obiektem zainteresowania. Dextroskop umożliwia wirtualną segmentację narządów i struktur, wykonywanie dokładnych pomiarów 3D itp.
W jednej ręce chirurg trzyma uchwyt z przełącznikiem, który po naciśnięciu pozwala na swobodne przesuwanie obrazu 3D, tak jakby był obiektem trzymanym w rzeczywistej przestrzeni. W drugiej ręce trzyma rysik w kształcie ołówka , za pomocą którego chirurg wybiera narzędzia z wirtualnego panelu kontrolnego i wykonuje szczegółowe manipulacje na trójwymiarowym obrazie.
Chirurg nie widzi bezpośrednio rysika, rękojeści ani dłoni, gdyż są one schowane za taflą lustra. Zamiast tego widzi wirtualny uchwyt i rysik skalibrowany tak, aby pojawiały się dokładnie w tej samej pozycji, co prawdziwy uchwyt i rysik. Wirtualny uchwyt może służyć jako narzędzie wiertnicze, narzędzie pomiarowe, nóż itp.
Dekstroskop umożliwia chirurgom interakcję z Wirtualnym Pacjentem i manipulowanie nim, na przykład symulowanie międzyoperacyjnych punktów widzenia lub usuwanie kości i tkanek miękkich. Chirurg jest w stanie sięgnąć do wnętrza i manipulować wnętrzem obrazu.
Narzędzia wirtualne
Dextroskop zapewnia wirtualne narzędzia do manipulowania obrazem 3D. Chirurg może ich użyć w wirtualnej osobie, aby wyodrębnić chirurgicznie istotne struktury, takie jak kora mózgowa lub guz , wyodrębnić naczynia krwionośne lub dostosować kolor i przezroczystość wyświetlanych struktur, aby zajrzeć głęboko do wnętrza pacjenta. Chirurg może symulować usuwanie kości za pomocą symulowanego narzędzia do wiercenia czaszki.
Typowe struktury, które można podzielić na segmenty, to guzy, naczynia krwionośne, tętniaki , części podstawy czaszki i narządy . Segmentacja jest dokonywana automatycznie (gdy struktury są wyraźnie odgraniczone dzięki wyjątkowej intensywności obrazu – na przykład kora mózgowa) lub poprzez interakcję użytkownika (przy użyciu na przykład narzędzia do rysowania w celu ręcznego zdefiniowania zasięgu struktury).
Wirtualne narzędzie „pick” umożliwia użytkownikowi wybranie segmentowanego obiektu i odłączenie go od otoczenia w celu dokładniejszego zbadania. Narzędzie pomiarowe zapewnia dokładny pomiar prostych i zakrzywionych struktur 3D, takich jak skóra głowy , oraz pomiar kątów, takich jak między naczyniami lub strukturami kostnymi (na przykład podczas planowania wprowadzenia śruby do kręgosłupa).
Planowanie neurochirurgii – studia przypadków i ewaluacje
Zgłoszono użycie Dextroskopu w kilku neurochirurgicznych scenariuszach klinicznych;
- malformacje tętniczo-żylne mózgu
- tętniaki
- odbarczenie nerwu czaszkowego (w przypadku neuralgii nerwu trójdzielnego i skurczu połowiczej twarzy)
- oponiaki (wypukłe, kolczaste lub przystrzałkowe)
- wyściółczaki lub podwyściółczaki
- separacja bliźniąt craniopagus
- podejścia przez dziurkę od klucza
- i wiele różnych guzów głębokiego mózgu i podstawy czaszki ( gruczolaki przysadki , czaszkogardlaki , torbiele pajęczynówki , torbiele koloidowe, jamiste, naczyniaki zarodkowe , struniaki, naskórkowe , glejaki , nerwiaki nerwu szyjnego , zwężenie wodociągu , zwężenie otworu Monro, stwardnienie hipokampa ).
Oceniano nie tylko patologie mózgu, ale także kręgosłupa, takie jak złamania kręgosłupa szyjnego , jamistość rdzenia i nerwiaki korzeni nerwów krzyżowych .
Informacje o innych zastosowaniach Dextroskopu w neurochirurgii można znaleźć w rozdziale .
Inne specjalizacje chirurgiczne
Dextroskop został zastosowany również poza neurochirurgią, aby przynieść korzyści każdemu pacjentowi, który stanowi wyzwanie chirurgiczne: złożoność anatomiczna lub strukturalna, która wymaga planowania podejścia chirurgicznego (lub interwencyjnego), na przykład ortopedia laryngologiczna, chirurgia urazowa i twarzowo - czaszkowa , chirurgia kardiochirurgiczna i resekcji wątroby .
Dekstroskopia i diagnostyka obrazowa
Dextroskop nie jest przeznaczony tylko dla chirurgów – używają go również radiolodzy. Szybki wzrost liczby rutynowo dostępnych multimodalnych danych diagnostycznych ogromnie zwiększył ich obciążenie pracą. Używając Dextroskopu, radiolodzy mogą rekonstruować multimodalne modele z dużej ilości przekrojów 2D – ułatwiając w ten sposób lepsze zrozumienie struktur anatomicznych 3D i pomagając w postawieniu diagnozy.
Co więcej, środowisko rzeczywistości wirtualnej Dextroscope pomaga wypełnić lukę między radiologią a chirurgią – umożliwiając radiologowi łatwe zademonstrowanie chirurgom ważnych struktur 3D w sposób znany chirurgom. Ta możliwość demonstracji sprawia, że jest on również przydatny jako baza dla nauczycieli medycyny, w której można przekazywać studentom informacje 3D. Aby dotrzeć do większej grupy osób w klasie lub auli, wyprodukowano wersję o nazwie Dextrobeam .
Dextroskop został zainstalowany (m.in. w instytucjach medycznych i badawczych) w:
| Instytucja medyczna/badawcza | Główne zastosowanie |
|---|---|
| Szpital Hirslanden (Zurych, Szwajcaria) | Neurochirurgia |
| Szpital Uniwersytecki St Louis (St Louis, USA) | Neurochirurgia |
| Centrum Medyczne Uniwersytetu Stanforda (San Francisco, USA) | Neurochirurgia i chirurgia czaszkowo-szczękowo-twarzowa |
| Szpital Johnsa Hopkinsa (Baltimore, USA) | Badania radiologiczne |
| Rutgers New Jersey Medical School (Newark, USA) | Neurochirurgia, laryngologia |
| Szpital Uniwersytetu Pensylwanii (Filadelfia, USA) | Neurochirurgia i radiologia układu krążenia |
| Centrum Mózgu i Kręgosłupa Weill Cornell (Nowy Jork, USA) | Neurochirurgia |
| Uniwersytet Jana Gutenberga w Moguncji (Niemcy) | Neurochirurgia i edukacja medyczna |
| Hospital del Mar (Barcelona, Hiszpania) | Neurochirurgia |
| Université Catholique de Louvain, Cliniques Universitaires St-Luc (Bruksela, Belgia) | Neurochirurgia |
| Istituto Neurologico C. Besta (Mediolan, Włochy) | Neurochirurgia |
| Royal London Hospital (Londyn, Wielka Brytania) | Neurochirurgia |
| Wydział Lekarski Uniwersytetu w Barcelonie (Barcelona, Hiszpania) | Badania neurochirurgiczne i neuroanatomia |
| Inselpital (Berno, Szwajcaria) | ENT |
| School of Medicine, University of Split (Split, Chorwacja) | Badania neurofizjologiczne |
| Narodowy Instytut Neurologii (Singapur) | Neurochirurgia |
| Instytut SINAPSE (Singapur) | Badania neurochirurgiczne |
| Szpital Księcia Walii (Hongkong) | Neurochirurgia i ortopedia |
| Szpital Hua Shan (Szanghaj, Chiny) | Neurochirurgia |
| Centrum Szkolenia Zaawansowanej Chirurgii Narodowego Szpitala Uniwersyteckiego (Singapur) | Edukacja medyczna |
| Fujian Medical University (Fuzhou, Chiny) | Neurochirurgia i chirurgia szczękowo-twarzowa |
Dekstroskop na sali operacyjnej: DEX-Ray
Dextroskop był systemem planowania przedoperacyjnego, który tworzył wirtualne modele 3D specyficzne dla pacjenta. Aby wprowadzić pacjenta na salę operacyjną, w szczególności na neurochirurgię, w latach 2006-2008 opracowano neurochirurgiczny system nawigacji rozszerzonej rzeczywistości DEX-Ray. DEX-Ray nałożył wirtualne informacje o pacjencie 3D na strumień wideo uzyskany z zastrzeżonej, zaprojektowanej przez firmę, ręcznej sondy wideo ze śledzeniem. Pozwoliło to na prowadzenie obrazu poprzez wyświetlanie współzarejestrowanych danych planowania na rzeczywistych obrazach pacjenta widzianych przez kamerę wideo, tak aby klinicysta miał „przezroczystą” wizualizację na głowie pacjenta i pomógł zaplanować kraniotomię i prowadzić podczas interwencji . DEX-Ray został przetestowany klinicznie w Singapore National Neuroscience Institute (Singapur) oraz w Hospital Clinic w Barcelonie (Hiszpania). Nie został wydany jako produkt komercyjny.
Komercjalizacja
Dextroscope i Dextrobeam były produktami Volume Interactions Pte Ltd (członka Bracco Group ), firmy wydzielonej z instytutu badawczego Kent Ridge Digital Labs w Singapurze. Otrzymały dopuszczenie USA FDA 510(K) - klasa II (2002), oznakowanie CE - klasa I (2002), rejestrację China SFDA - klasa II (2004) oraz rejestrację na Tajwanie - typ P (radiologia) (2007). Wyczerpujący przegląd Dekstroskopu znajduje się w Springer International Publishing .