211service.com
Hartchirurgen als videogamers
Hartchirurgen hebben een 3D-stereoscopische beeldvormingstechnologie geleend van de videogame-industrie om hen te helpen hun instrumenten te begeleiden tijdens ingewikkelde hartoperaties. Bij tests van het nieuwe beeldvormingsapparaat kon een chirurg nauwkeuriger in de harten van varkens navigeren en vervolgens de gescheurde wanden van de harten sneller repareren. Uiteindelijk kan het stereoscopische systeem een hartoperatie efficiënter en minder gevaarlijk maken, en misschien het gebruik ervan uitbreiden naar relatief gecompliceerde hartreparaties.
3D-weergave: Onderzoekers van het Children's Hospital Boston brengen videogametechnologie naar de operatiekamer. Hartchirurg Nikolay Vasilyev laat zijn stereobril een proefdraaien terwijl hij chirurgische simulaties uitvoert. De bril, gekoppeld aan een monitor die realtime ultrasone gegevens weergeeft, biedt een stereoscopisch 3D-beeld. Vasilyev testte de technologie bij hartchirurgie aan varkensharten en ontdekte dat het hem in staat stelde een gat efficiënter te dichten dan met traditionele 3D-beeldvorming.
Voor bepaalde complexe hartprocedures, zoals klepreparaties, moet een chirurg het hart stoppen en wijd opensnijden. Deze operaties vereisen een hart-long bypass-machine en brengen aanzienlijke risico's voor de patiënt met zich mee. In de afgelopen jaren hebben sommige chirurgen ervoor gekozen om een kloppende hartoperatie te gebruiken, een minder ingrijpende benadering die de noodzaak van een hart-longbypass vaak overbodig maakt. Maar werken aan complexe, delicate interne structuren die met elke hartslag meebewegen, brengt grote uitdagingen met zich mee, vooral omdat het voor chirurgen moeilijk is om te zien wat ze doen zonder het hart te openen en het bloed af te leiden.
Sinds enkele jaren is een team bij Kinderziekenhuis Boston heeft een realtime 3D-beeldvormingssysteem ontwikkeld voor gebruik bij hartchirurgie. Een ultrasoon apparaat verzamelt een stroom van 3D-gegevens en voert deze naar een tweedimensionaal scherm, dat de diepte aangeeft met grijstinten. Door het display in de gaten te houden, kan een chirurg tijdens de operatie in het hart kijken.
Maar hoewel de eerste resultaten van de technologie, die onlangs zijn weg naar de operatiekamer heeft gevonden, veelbelovend waren, ontdekten chirurgen dat de tweedimensionale weergave hun dieptewaarneming verstoorde. Als je door een driedimensionaal gecompliceerde structuur zoals het hart navigeert, waar je bochten naar rechts en links maakt en op en neer gaat en helemaal opnieuw, maakt het gebruik van een tweedimensionaal beeld het erg moeilijk, zegt Pedro del Nido , hoofd hartchirurgie in het kinderziekenhuis en leider van het onderzoeksteam.
Voor een oplossing keek het team naar een branche die goed thuis is in het creëren van een steeds betere 3D-ervaring: videogaming. Recente ontwikkelingen in beeldverwerkingstechnologie hebben gameontwerpers in staat gesteld om 3D-omgevingen te simuleren, compleet met dieptewaarneming, met behulp van stereoscopische vision-displays. Om structurele hartziekten aan te pakken, heb je een driedimensionale kaart nodig met dieptewaarneming, zegt Marc Gillinov , Chief Experience Officer bij Hart- en vaatinstituut van Cleveland Clinic . En dat is wat de stereoscopische bril je geeft.
Een stereoscopisch zichtdisplay werkt door voor elk oog een afzonderlijk, licht gekanteld 3D-beeld te genereren. De monitor schakelt snel heen en weer tussen de twee versies, ongeveer 70 keer per seconde. Ondertussen draagt de kijker een speciale bril die afwisselend het linker- en rechteroog in hetzelfde tempo blokkeren. Het flikkeren gaat zo snel dat de ogen, die maar zo'n 25 tot 30 beelden per seconde kunnen verwerken, het niet opmerken.
Gesplitst scherm: Een ultrasoon apparaat stuurt een constante stroom van driedimensionale gegevens van het hart van de patiënt naar een computer, die het opsplitst in een paar licht gekantelde beelden - één voor elk oog. Gespecialiseerde brillen flikkeren heen en weer tussen het linker- en rechteroog, terwijl de twee beelden op een computerscherm heen en weer flikkeren. Het resultaat is verwant aan een holografische video van de innerlijke werking van het hart.
Je brein weet die informatie te integreren en geeft je automatisch dieptewaarneming, zegt del Nido. Je hoeft geen computer te hebben die je vertelt dat je tweeënhalve centimeter van het doelwit verwijderd bent - je hersenen komen daar intuïtief achter en doen het meteen. Het resultaat is een realistische, hologramachtige 3D-ervaring.
Met behulp van deze technologie heeft het team van het kinderziekenhuis een op maat gemaakt display gebouwd dat gegevens van een ultrasone sonde kan verwerken. Dan hartchirurg Nikolay Vasilyev zette een stereoscopische bril op en probeerde het scherm uit terwijl hij opereerde op de kloppende harten van varkens.
Ten eerste creëerde Vasilyev een scheur in de wand die de linker en rechter atria scheidde, wat een aandoening simuleerde die een atriumseptumdefect wordt genoemd. Daarna repareerde hij het gat met een klein stukje, en bevestigde het op zijn plaats met verschillende kleine ankers. Omdat de hele operatie werd uitgevoerd met speciaal gereedschap dat door een zeer kleine opening in het hartoppervlak kon worden ingebracht, was het niet-invasief genoeg om het hart de hele tijd te laten kloppen. In totaal heeft Vasilyev zes varkens geopereerd: drie met het stereoscopische display en drie met het reguliere 3D-display.
Bij alle zes operaties bracht Vasilyev de pleister met succes aan, zonder verschil tussen de twee groepen in termen van hoe nauwkeurig hij de ankers plaatste - misschien omdat hij uitgebreide ervaring heeft met deze specifieke procedure. Maar het nieuwe apparaat stelde hem wel in staat om zijn instrumenten nauwkeuriger naar hun bestemming te navigeren - waardoor het risico op schade aan omliggende constructies werd verminderd - en om de klus 44 procent sneller te klaren. De resultaten van het onderzoek werden gisteren bekendgemaakt in de Journal of Thoracale en Cardiovasculaire Chirurgie .
Het stereoscopische systeem kan helpen het gebruik van kloppende hartchirurgie uit te breiden, het gebruik ervan uit te breiden bij kinderen met aangeboren hartafwijkingen en bij gecompliceerde hartreparaties zoals uitgebreide gaten en defecte kleppen. Inderdaad, del Nido ziet realtime stereoscopische beeldvorming - gecombineerd met geavanceerde chirurgische instrumenten - als een platform dat uiteindelijk een revolutie teweeg kan brengen in de hartchirurgie zoals laproscopische procedures een revolutie teweegbrachten in de buikchirurgie. Wat we hier aan het ontwikkelen zijn, is echt een nieuw platform om hartreparaties op een heel andere manier uit te voeren, zegt del Nido. We hebben de eerste stap gezet: we hebben de proof of concept gedaan. Nu willen we gaan kijken hoe ver we ermee kunnen gaan.
Is het morgen klaar voor prime time? Nee, dat is het niet, zegt Gillinov. Maar zou het een hele reeks nieuwe manieren kunnen openen om dingen in het hart op te lossen? Ja.