Cerrahi Sistem Sistemleri için Gerçek Zamanlı Görüntü İşleme

Cerrahide Gerçek Zamanlı Görüntü İşleme Nedir?

Cerrahi navigasyonda gerçek zamanlı görüntü işleme, 100 milisaniyenin altında anlık yakalama, analiz ve görsel verilerin geliştirilmesini ifade eder.Bu düşük gecikme süresinden dolayı, görüntü ve gerçek zamanlı cerrahi sistemler, görüntünün çerçeve oranlarında çalışır, doku hasarının riskini artırır. İşleme boru hattı genellikle 100 milisaniyenin altındaki gecikme süresine ve çok yönlü bir düzeltmeye neden olur.

Modern gerçek zamanlı görüntüleme, sensör girişlerinin bir kombinasyonunun üzerindedir - optik kameralar, fluoroskop, ultrason ve yapılandırılmış ışık tarayıcıları - ve bu verileri üç boyutlu bir şekilde hastalığa kaydedebilecek yazılım algoritmaları. Nihai hedef, cerraha alginç ile sağlamaktır:0).

Cerrahi Navigasyonda Anahtar Teknolojileri

Optik Takip Sistemleri

Optik takip, ticari cerrahi navigasyon platformlarında en yaygın kullanılan teknolojidir. İki veya daha fazla kızılötesi (IR) kameralar, cihazlara bağlı yansıtıcı işaretleyicileri tespit etmek ve hastanın anatomisini takip etmek için cerrahi alan hakkında düzenlenmiştir. Ancak, optik kamera dizi ve işaretleyicileri ile 3D uzaydaki işaretleyici pozisyonları gerektirir.

Elektromanyetik Takip

Elektromanyetik (EM) düşük frekanslı manyetik alan ve küçük sensör anahtarlarını cihazlara gömülüyor. Çünkü manyetik alanlar çoğu materyali nüfuz ediyor, EM takip, endokoskopik ve iğne bazlı prosedürler için ideal hale getiriyor[Döneticileri, temel sınırlamaları, 0,5 mm’nin bozulması gibi) Güneşli kirişlerin bozulmasına olanak sağlayan temel kısıtlamalar.

Image Kayıt

Görüntü kaydı, ameliyat öncesi görüntüleme verilerini (CT, MR, PET) intraoperatif hasta anatomisiyle uyumlulaştırma sürecidir. Kesin kayıt olmadan, navigasyon işe yaramaz. İki ana kayıt yöntemi mevcuttur:

Gerçek zamanlı işlem, hastanın taşındı veya doku deforms olarak sürekli olarak kayıt güncellemektedir. Örneğin, karaciğer cerrahisi sırasında, karaciğerin respirasyon ile şekli değişiklikleri; deformable kayıt algoritmaları, canlı ultrason veya stereo kamera görüntüleriyle eşleşmeye yardımcı olur, solunum döngüsü boyunca navigasyon doğruluğunu korur.

Artırılmış Gerçeklik Overlays

Artırılmış gerçeklik (AR) cerrahın doğal görünümünü doğrudan ameliyat edilen alana proje yaparak artırır.

Gerçek zamanlı işlem AR için gereklidir, çünkü aşırı yüklemenin yenilenme oranına göre güncellenmelidir (tipik olarak 60-90 Hz) ve baş hareketleri, enstrüman hareketi ve hasta nefes almalı çalışmalar AR- kılavuz prosedürlerinin cerrahi alandan bakması gerektiğini göstermiştir, el-akın koordinasyonu ve belirli omurga ameliyatlarında% 20'ye kadar ameliyatları azaltımı.

Robotik Bütünleşme

Robotun son efektif akış görüntülerine monte edilen, doku deformasyonu ve hatta yeni bir ROSA platformları, robotun kontrol sistemi için kapalı zaman görüntü işleme dahil ediyor.Örneğin, robotun son uçlu diz sanatları, tümleşik bir optik aracı kullanarak -tki etkileşimlerin kesmesini sağlamak için robotun kontrol sistemiyle yeniden kullanımlarını sağlıyor. Örneğin, robotun uçlu yörüngede kalınmasını sağlamak için.

Gerçek Zamanlı Görüntü İşlemenin Klinik Uygulamaları

Nöroşirurji

Nöroşirürji, her birkaç saniye boyunca gerçek zamanlı görüntü işlemenin en erken kabul edicilerinden biriydi.Rektör sırasında preoperatif MRG (DBS) elektrot yerleştirmesinde, gerçek zamanlı mikropüllü kayıtların beyin dokusundaki bozulmadan sonra tekrarlanan son işlem algoritmaları, her birkaç saniye boyunca tekrarlama algoritmalarının güncelleştirilmesine izin verdi.DBS'nin (DBS) optik diski azalttığı (DBS) elektrot yerleştirmede, gerçek zamanlı mikropiyonel kayıtların, ameliyat öncesi kayıtların bozulmasına neden oldu.

Ortoped Cerrahi

Ortak yedek ve omurga cerrahisinde, gerçek zamanlı navigasyon, ameliyat sonrası dislokasyon vakalarının oranını azaltır (NCT03547583), tüm hipnotizeler için, sabit bir görüntü geri yükleme işlemine izin verilen bir sabit diskteki sabitleme sistemi ile sabitlenebilir.

Otolaryngology (ENT)

Endokoskopik sinüs cerrahisi ve kafa prosedürleri gerçek zamanlı görüntü işlemeden büyük ölçüde faydalanıyor çünkü anatomi, optik sinir ve karotid arterleri gibi karmaşık ve çevrelenmiş olan kompontajlar ile birlikte, cerrahinin ameliyat öncesi tarama ile ilgili sanal uçoskop pozisyonuna olanak sağlar. Son gelişmeler, işlem sırasında elde edilen konebeam CT gibi gerçek zamanlı sinüslerin gerçek zamanlı segmentasyonunu içerir.

Cardiothoracic ve Vascular Cerrahi

En az invazif kalp cerrahisi, ön ameliyattan CTA'nın intraoperatif transesophageal ekokardiyografi (TEE) implantasyon cihazını takip etmek ve son pozisyonu tahmin etmek için, dağıtımdan önce ayarlamalar yapmak için kritiktir.Bu, ekinasyon (TAVR) ana anortik bir yedek (FEVAR) ile tam olarak uyumlu olması gerektiği yerde, gerçek zamanlı olarak geri dönüşümlü gerileme cihazı takip etmek için işlenir ve son pozisyonu tahmin eder.

Gerçek Zaman İşlemenin Cerrahisi Üzerine Avantajları

Geliştirilmiş Hassasiyet ve Hataları Azalt

Gerçek zamanlı görüntü işleme, istenen hedefle ilgili olarak enstrüman konumlarında sürekli geri bildirim verir.Bu, sinir, bir gemiyi kesmek veya sağlıklı dokuyu yeniden temizlemek anlamına gelir.Omur cerrahisinde, pedicle vidalama oranlarının gerçek zamanlı navigasyonla% 15-20'den aşağı düşmesini azaltır.

Kısa Operative Times

Biyokoskop veya ultrason görüntü satın alımı için ameliyatları ortadan kaldırma ihtiyacı ortadan kaldırmak için, gerçek zamanlı işlem genel prosedür uzunluğunu azaltır.12 çalışmaların gözden geçirilmesinde, cerrahi zaman ortalama 15 dakika kısaltıldığını tespit etti, bu da daha düşük enfeksiyon oranları ve daha kısa anestezi maruziyeti ile ilişkili karmaşık prosedürler için, gerçek zamanlı işlem, gerçek zamanlı olarak, tam zamanlı olarak, 30-40 dakika ile tedavi edilebilir.

Geliştirilmiş Güvenlik ve Komplikasyonları Azalın

Gerçek zamanlı geri bildirimler, cerrahın doğrudan görünürken kritik yapıları tanımlamasına ve kaçınmasına izin verir. Örneğin, fonksiyonel endoskopik sinüs cerrahisi (FESS), gerçek zamanlı navigasyon, ameliyat sonrası istikrarsızlığı ve revizyon cerrahi riskini azaltır.

Daha İyi Eğitim ve Eğitim

Cerrahi trenler, planlı yoldan sapma gibi ölçümler kaydedebilir ve “terör bölgelerinde harcanan zaman” hareketi ile ilgili hareketlerini karşılaştırmak için gerçek zamanlı navigasyon kullanabilir.Bu hedef veriler, öğrenme eğrisi ile mümkün olmayan geleneksel gözlemle mümkün olmayan bir geri bildirim sağlayabilir.

Meydanlar ve Sınırlar

C ⁇ Talepleri ve Latency

Gerçek zamanlı navigasyon için işlem hattı – görüntü yakalama, notlama, kayıt, segmentasyon ve uygulama – 30 fps aracılığıyla büyük bir hesaplama olmalıdır (256) 3)[Dönetici:23 )[Döneticiler) voxels) Bu tür iş yükleri için çok pahalıya mal olan yüksek çözünürlükte, ancak birçok hastane IT altyapısını talep ediyor.

Kayıt Drift ve Tound Deformation

Gerçek zamanlı güncellemelerle bile, kayıt, hastanın pozisyonundaki değişiklikler nedeniyle sürüklenebilir, solunum hareketi veya cerrahın yumuşak dokuların manipülasyonu.Seks, beyin ve böbrekler özellikle de problemlidir, çünkü prosedür boyunca silinebilir kayıt algoritmaları hesaplamalı ağırdır ve gerçekten gerçek zamanlı kullanım için yeterince yakın olmayabilir.Sonuç olarak, birçok klinik yeniden kayıt işlemine yeniden kayıt yaptırır (her 5-10 dakika), bu da zaman ve böbrekler için potansiyel içerir.

Kalibrasyon ve Sistem Entegrasyonu

Her enstrüman tam olarak takip sistemine kadar kalibre edilmelidir, örneğin, bir iyi iğne veya gevşek bir işarettir - mevcut hastane görüntüleme ekipmanları ile entegrasyon (CT, MRG) standart protokolleri ve arayüzlerle birlikte, bu hala gelişmekte olan evrensel donanım ve yazılım standartların eksikliği, farklı satıcılardan gelen navigasyon sistemleri genellikle verileri veya çalışma saatleri ile birlikte paylaşamaz.

Maliyet ve Accessability

Gerçek zamanlı navigasyon sistemleri satın almak ve korumak için pahalı kalır. Küçük hastaneler ve düşük gelirli ülkelerde ameliyat merkezleri genellikle yüksek hacimli akademik merkezlerde ve yüksek hacimli yönlendirme hastanelerinde bile, küresel bakımda daha geniş etkisini sınırlandırır.

Future Yol ve Gelişen Araştırma

Yapay Zeka ve Makine Öğrenme

AI, mevcut sınırlamaların çoğunu ele almak için vaat ediyor. Derin öğrenme modelleri, organların, tümörlerin ve gemilerin milisaniyelerde hammaddeden oluşan segmentasyonlarını gerçekleştirebilir, bu modeller, beyin geçişlerine dayanan doku deformasyonunu da tahmin edebilir.Örneğin, her özel hasta ve cerrahi için kayıt parametrelerini otomatik olarak optimize edebilir.

Bulut ve Edge Computing

Yerel konsoldan ağır işlem yüklemek için, bulut tabanlı navigasyon geliştirilmektedir. ORTA'daki ince bir müşteri, yerel bir cihazda işlem hattını çalıştıran ve sonuçları geri alan yüksek performanslı bulut sunucusuna gönderir.5G ağları ile alt-10 mstry[-FLT ve Medtronic) ile, bir sonraki nesil navigasyon platformlarında işlem yapan yüksek performanslı bir bulut sunucusuna otomatik olarak pahalı navigasyon çözümleri önerebilir.

Giyilebilir ve İletişimsiz Ekranlar

Cerrahın arayüzü, gözlem tabanlı ekranlardan kullanılabilir AR gözlüklerini giymek için gelişiyor ve hatta kontakt holografik görüntülerle temassız holografik görüntülerle bu sistemler, cerrahın kafa hareketiyle senkronize edilebilir, ki bu da genellikle kameralarla takip edilebilir.Yeni mikro-LED ve lazer tarama teknolojileri, cerrahın elinize doğru bir hedef veya uzak bir tehlike alanına doğru yol açan bir geri bildirimde bulunabiliyor.

Özerk bir Navigation

Daha ileri bakmak, gerçek zamanlı görüntü işleme, anatomi hareket ederse, yarı-yaşlı bir ameliyat robotları insan gözetimi ile önceden planlanmış bir yörüngeyi yürüten bir ameliyata olanak sağlayabilir. Robot sürekli olarak engelleme kamera görüntüleriyle engeller, hızlarını ayarlamayı ve hatta anatomi hareket ettirebilir.En büyük düzenleyici ve güvenlik engelleri hızla büyüyorsa, teknik fizibilite hızla büyüyor.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Gerçek zamanlı görüntü işleme modern cerrahi navigasyonun kalbinde yatıyor, bu tür problemler için genetik, güvenlik ve verimlilik, nörosurgery'den veyatopediklerden gelen prosedürlere yol açıyor.Bilgesel maliyet, kayıt, ve entegrasyon karmaşıklığı, AI'daki hızlı ilerlemeler, bulut bilişim ve AR donanımlar onları aşmak için hazır hale geliyor.Bu teknolojiler olgunlaşır ve daha uygun fiyatlı, gerçek zamanlı görüntü kılavuzluk cerrahisi dünya çapındaki sorunları azaltmak, her yıl milyonlarca hasta için komplikasyonları azaltmak ve geliştirmek gibi sorunlar haline gelecektir.