System wspomagania śródoperacyjnej lokalizacji guzów w chirurgii

Nr wniosku: 191295, nr raportu: 19588. Kierownik (z rap.): prof. dr hab. inż. Ewa Krystyna Piętka
System wspomagania śródoperacyjnej lokalizacji guzów w chirurgii małoinwazyjnej jamy
brzusznej
Zabieg chirurgiczny jamy brzusznej wykonany w technice małoinwazyjnej polega na przeprowadzaniu
operacji narzędziami wprowadzonymi przez sztucznie wytworzone niewielkie otwory w powłokach brzusznych.
W trakcie takiego zabiegu pole operacyjne widoczne jest jedynie na ekranie monitora dzięki specjalnej kamerze
włożonej do wnętrza jamy brzusznej poprzez jeden z otworów. Zabiegi takie nazywane są operacjami
laparoskopowymi. Choć zabiegi laparoskopowe posiadają wiele zalet w porównaniu do operacji klasycznych,
otwartych, a medyczne wskazania do ich stosowania są coraz szersze, to wciąż technika operacji laparoskopowych
wymaga rozwiązania wielu problemów. Jednym z najważniejszych jest ograniczony widok pola operacyjnego.
Systemy śledzenia pozwalają na uzupełnienie widoku z kamery, komputerową wizualizacją elementów związanych
z operacją.
Działanie systemów śledzenia polega na sprowadzeniu do jednego układu współrzędnych danych
pochodzących z wielu różnych źródeł. Są to: przedoperacyjny obraz tomografii komputerowej, śródoperacyjny
obraz ultrasonograficzny, a także ciało pacjenta czy narzędzia chirurgiczne. Wszystkie te elementy są na żywo
wyświetlane we wspólnej wirtualnej scenie, a ich lokalizacja jest prezentowana względem trójwymiarowego
modelu ciała pacjenta.
Tomografia komputerowa jest badaniem, które pozwala uwidocznić wnętrze ciała pacjenta w postaci serii
dwuwymiarowych przekrojowych obrazów. Obrazy te mają określone wymiary geometryczne, przez co na ich
podstawie możliwe jest odtworzenie trójwymiarowego kształtu powłok skórnych, poszczególnych narządów
wewnętrznych i zmian patologicznych. Tworzą one przedoperacyjny spersonalizowany model pacjenta, który
w wirtualnej scenie jest kalibrowany z położeniem pacjenta podczas operacji.
Ruch anatomiczne w obrebie jamy brzusznej (np. oddech, perystaltyka jelit) powodują, że model
przedoperacyjny nie odzwierciedla położenia narządów wewnętrznych w czasie zabiegu. Korektę modelu zapewnia
obrazowanie śródoperacyjne, wykonane głowica ultrasonograficzną.
Położenie głowicy ultrasonograficznej, wykorzystanej w trakcie trwania zabiegu, jest rejestrowane na
żywo przez system śledzenia, dzięki czemu możliwe jest nałożenie obrazu USG na model pacjenta. W podobny
sposób są śledzone i wyświetlane wirtualne modele narzędzi chirurgicznych. Finalnie system umożliwia
dopasowanie obrazu USG do przedoperacyjnego modelu TK. Ponieważ obrazowanie USG jest wykonywane w
trakcie zabiegu, możliwe jest poprawienie przedoperacyjnego spersonalizowanego modelu do rzeczywistego
położenia pacjenta w trakcie zabiegu. Wówczas możliwe jest precyzyjniejsze wskazanie na wirtualnym obrazie
ciała lokalizacji guza wewnątrz narządu miąższowego jamy brzusznej.
W trakcie realizacji niniejszego projektu opracowano technologię tworzenia fantomów jamy brzusznej
człowieka, które można było wielokrotnie obrazować w technice USG i TK uzyskując dokładne obrazy. System
śledzenia w pełni realizowano z wykorzystaniem tych fantomów, przez co nie było konieczności przeprowadzania
eksperymentów na pacjentach.
Celem projektu było opracowanie podstawowych elementów systemu wspomagania lokalizacji guzów
w chirurgii laparoskopowej podczas zabiegów jamy brzusznej. Elementami tymi, składającymi się na stworzony
system, są:
1. Moduł automatycznego generowania modelu pacjenta
2. Moduł fuzji obrazów śródoperacyjnych i modelu pacjenta
3. Moduł wizualizacji
Zadaniem pierwszego modułu jest wygenerowanie wirtualnego trójwymiarowego modelu pacjenta. Model
taki rozumiany jest jako zbiór modeli poszczególnych struktur anatomicznych istotnych ze względu na charakter
przeprowadzanego zabiegu. Na tym etapie bardzo ważne jest poprawne odwzorowanie narządów, które decyduje o
jakości modelu pacjenta.
Celem drugiego modułu jest zapewnienie zgodności położenia modelu pacjenta z obrazami
śródoperacyjnymi. Obrazy pozyskiwane w trakcie zabiegu muszą się jak najdokładniej pokrywać z modelem
pacjenta w obszarze zainteresowania. stanowiąc dodatkową informację uzupełniającą obraz z kamery.
Zadaniem trzeciego modułu jest przedstawienie wszystkich informacji dostarczanych przez system
w sposób jak najbardziej przyjazny dla zespołu wykonującego zabieg.
Opracowana metodologia jest rozwijana w kolejnych projektach badawczych.