RU2736800C1 - Method for preparation and performing of surgical operation on small pelvis organs - Google Patents
Method for preparation and performing of surgical operation on small pelvis organs Download PDFInfo
- Publication number
- RU2736800C1 RU2736800C1 RU2020120723A RU2020120723A RU2736800C1 RU 2736800 C1 RU2736800 C1 RU 2736800C1 RU 2020120723 A RU2020120723 A RU 2020120723A RU 2020120723 A RU2020120723 A RU 2020120723A RU 2736800 C1 RU2736800 C1 RU 2736800C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- organs
- model
- organ
- preoperative
- neoplasms
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
- A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
Abstract
Description
Изобретение относится к медицине, а именно к оперативной гинекологии, и может быть использовано при выполнении операций в области абдоминальной хирургии и онкологии.The invention relates to medicine, namely to operative gynecology, and can be used when performing operations in the field of abdominal surgery and oncology.
На стыке клинических специальностей и цифровых, информационных технологий разработаны и известны: моделирование хирургических вмешательств и навигационная хирургия, современные медицинские изображения, а также их обработка, компьютер-ассистированная диагностика, медицинское моделирование и электронное обучение, хирургическая навигация и робототехника, персонализированная медицина (А.А. Litvin, V.A. Kovalev, V.A. Litvin. International congress «Computer assisted radiology and surgery» (June 27-30, 2012, Pisa, Italy) Novosti Khirurgii. 2012; Vol 20 (5): 132-136).At the junction of clinical specialties and digital, information technologies, the following have been developed and known: modeling of surgical interventions and navigational surgery, modern medical images, as well as their processing, computer-assisted diagnostics, medical modeling and e-learning, surgical navigation and robotics, personalized medicine (A. A. Litvin, VA Kovalev, VA Litvin. International congress "Computer assisted radiology and surgery" (June 27-30, 2012, Pisa, Italy) Novosti Khirurgii. 2012; Vol 20 (5): 132-136).
В перечисленных технологиях недостаточно раскрыты и изучены методы построения и анализа медицинских изображений при проведении органосохраняющих хирургических вмешательств.In the listed technologies, methods for constructing and analyzing medical images during organ-preserving surgical interventions are not sufficiently disclosed and studied.
Из уровня техники также известен способ подготовки и выполнения хирургической операции с использованием дополненной реальности, включающий этапы планирования хирургической операции, хирургической навигации и хирургического вмешательства с использованием дополненной реальности, причем на этапе планирования хирургической операции пациенту проводят компьютерную или магнитно-резонансную томографию и формируют трехмерное растровое изображение индивидуальной анатомии пациента, которое передают на компьютер комплекса оборудования для осуществления хирургической операции с использованием дополненной реальности, отличающийся тем, что на этапе хирургической навигации выполняют построение контура и трехмерную реконструкцию всех анатомических структур, представляющих интерес для хирурга в предстоящей операции, путем установки трех ключевых точек на анатомических ориентирах, видимых на экране компьютера в виде трехмерной модели и также видимых или осязаемых на теле пациента, причем точки выбирают с возможностью образования ими треугольника, после чего выбирают траекторию и безопасные пределы хирургического доступа, определяют матрицу трансформации координат между системой координат стереокамеры комплекса и системой координат томографа, в котором пациент проходил диагностику, посредством установки кончиком навигационной указки комплекса на теле пациента тех же трех точек и в той же последовательности, что и на анатомической модели, и фиксации компьютером комплекса позиции точек, после установки трех ключевых точек, при необходимости устанавливают дополнительные точки, находящиеся на той же анатомической поверхности, после чего запускают процесс регистрации точек с точками на поверхности трехмерных моделей анатомии пациента, при этом на экране компьютера дополнительно отображают трехмерную модель навигационной указки, при этом положение и ориентация трехмерной модели навигационной указки относительно моделей анатомии пациента соответствует физическому положению указки относительно анатомической поверхности пациента, на этапе хирургического вмешательства используют навигационную указку для поиска интересующих анатомических структур, точки доступа к ним, направления их расположения относительно точки доступа, расстояния до них, а также для ограничения области хирургического доступа, при этом ориентируясь на изображение на экране компьютера или в очках дополненной реальности, в область хирургического доступа устанавливают навигационную указку таким образом, чтобы интересующая анатомическая структура находилась на линии продолжения указки, при этом на экране отображается расстояние до анатомической структуры в миллиметрах, а для ограничения области хирургического доступа, ориентируясь на изображение на экране компьютера или в очках дополненной реальности, перемещают навигационную указку таким образом, чтобы линия продолжения указки двигалась вдоль контура интересующей анатомической структуры, указку двигают по линии проекции интересующей анатомической структуры на поверхности тела и очерчивают область предстоящего хирургического доступа, после чего выполняют хирургическую операцию, в ходе которой при необходимости устанавливают новую точку доступа и корректируют область доступа (RU 2707369 C1, 26.11.2019). Данный метод может быть предложен в качестве ближайшего аналога.The prior art also knows a method for preparing and performing a surgical operation using augmented reality, which includes the steps of planning a surgical operation, surgical navigation and surgical intervention using augmented reality, and at the stage of planning a surgical operation, the patient undergoes computed or magnetic resonance imaging and forms a three-dimensional raster an image of the patient's individual anatomy, which is transferred to the computer of a complex of equipment for performing a surgical operation using augmented reality, characterized in that at the stage of surgical navigation, contour and three-dimensional reconstruction of all anatomical structures of interest to the surgeon in the upcoming operation are performed by installing three key points on anatomical landmarks visible on the computer screen in the form of a three-dimensional model and also visible or tangible on the patient's body, and the points are selected from the possibility of their formation of a triangle, after which the trajectory and safe limits of the surgical access are selected, the transformation matrix of coordinates between the coordinate system of the stereo camera of the complex and the coordinate system of the tomograph in which the patient underwent diagnostics is determined by placing the tip of the navigation pointer of the complex on the patient's body of the same three points and in the same sequence as on the anatomical model, and the computer fixing the position of the points, after setting three key points, if necessary, set additional points located on the same anatomical surface, and then start the process of registering points with points on the surface of three-dimensional models of the patient's anatomy , while a three-dimensional model of the navigation pointer is additionally displayed on the computer screen, while the position and orientation of the three-dimensional model of the navigation pointer relative to the patient's anatomy models corresponds to the physical position of the pointer relative to the patient's anatomical surface, at the stage of surgical intervention, a navigation pointer is used to find the anatomical structures of interest, the access point to them, the direction of their location relative to the access point, the distance to them, as well as to limit the area of surgical access, while focusing on the image on the computer screen or in augmented reality glasses, a navigation pointer is placed in the surgical access area in such a way that the anatomical structure of interest is on the extension line of the pointer, while the distance to the anatomical structure in millimeters is displayed on the screen, and to limit the surgical access area, focusing on the image on the computer screen or in augmented reality glasses, move the navigation pointer so that the continuation line of the pointer moves along the contour of the anatomical structure of interest, the pointer moves along the line of projection of the anatomical structure of interest to body surfaces and outline the area of the forthcoming surgical access, after which a surgical operation is performed, during which, if necessary, a new access point is installed and the access area is corrected (RU 2707369 C1, 11/26/2019). This method can be proposed as the closest analogue.
Недостатком известного способа является отсутствие возможности работы с определенным органом независимо от реперных точек ориентированных по телу человека. Отсутствие динамического наложения предоперационной модели на интраоперационную модель выведенную на мониторы видеоэндоскопического комплекса для лапароскопических органосохраняющих вмешательств.The disadvantage of this method is the lack of the ability to work with a specific organ, regardless of the reference points oriented along the human body. Lack of dynamic overlay of the preoperative model on the intraoperative model displayed on the monitors of the video endoscopic complex for laparoscopic organ-sparing interventions.
Техническим результатом предложенного решения является возможность удаления новообразований органов малого таза с минимальной травмой здоровой ткани органа, не требующей или требующей минимального применения методик коагуляции для остановки кровотечения. При операциях на яичниках техническим результатом также является сохранение здоровой ткани яичника и овариального резерва.The technical result of the proposed solution is the ability to remove neoplasms of the pelvic organs with minimal trauma to healthy organ tissue, which does not require or requires minimal use of coagulation techniques to stop bleeding. In operations on the ovaries, the technical result is also the preservation of healthy ovarian tissue and ovarian reserve.
Технический результат достигается благодаря тому, что способ подготовки и выполнения органосохраняющей хирургической операции на органах малого таза с применением программно-аппаратного комплекса в составе медицинского оборудования, вычислительного оборудования и систем управления ими и специального программного обеспечения, включает этапы создания предоперационной персонифицированной трехмерной математической и графической модели (модель 1) органов и новообразований в них, планирования - симуляции органосохраняющей хирургической операции, хирургического вмешательства с импортом предоперационной трехмерной модели создавая интраоперационную модель (модель 2), в процессе оперативного вмешательства интраоперационная модель адаптируется к изменениям размеров органов и их топографии в реальном времени, причем на этапе планирования органосохраняющей хирургической операции пациенту проводят ультразвуковое исследование (УЗИ) или компьютерную (КТ) или магнитно-резонансную (МРТ) томографию и формируют предоперационную трехмерную математическую и графическую модель органов и новообразований в них, и план операции с хирургической навигацией, далее предоперационная модель во время хирургического вмешательства адаптируется на интраоперационные параметры органов и новообразований и формируется интраоперационная модель с хирургической навигацией, отличающийся тем, что на этапе построения предоперационной персонифицированной трехмерной математической и графической модели органов и новообразований в них, проводится моделирование новообразований в органах, имеющее интерес для хирурга в планируемой операции, благодаря чему возможно определить степень внедрения опухоли в здоровую ткань органа, границы новообразования относительно здоровой ткани органа, визуализировать подтканевые структуры, локализацию сосудистой сети вокруг новообразований, провести количественную и качественную оценку кровотоков вокруг новообразований, определить расположение органа с новообразованием относительно других органов в малом тазу, затем формируется предварительный план операции с обозначением навигационных меток для проведения разреза и удаления новообразования с минимальной травмой здоровой ткани органа, после чего проводится органосохраняющее лапароскопическое вмешательство, которое начинается с оценки топографии и размеров органов и новообразований в них и адаптации предоперационной трехмерной модели на интраоперационные параметры органов и новообразований, после которой с использованием программно-аппаратного комплекса на мониторах видеоэндоскопического комплекса предоставляется возможность оценить объемно новообразование в органе в режиме диалога, с визуализацией невидимых подтканевых структур и сосудов, после чего на адаптированной трехмерной модели появляются метки навигации, с помощью которых позиционируется место проведения разреза, после чего выполняют удаление новообразования из органа, в процессе оперативного вмешательства при пространственном смещении органов или изменении их геометрии вследствие удаления новообразований, повторная привязка модели происходит автоматически через фиксированные моменты времени, или с помощью системы управления компьютером вручную.The technical result is achieved due to the fact that the method of preparing and performing organ-preserving surgery on the pelvic organs using a hardware and software complex as part of medical equipment, computing equipment and control systems for them and special software, includes the stages of creating a preoperative personified three-dimensional mathematical and graphic model (model 1) organs and neoplasms in them, planning - simulation of organ-preserving surgery, surgical intervention with the import of a preoperative three-dimensional model, creating an intraoperative model (model 2), in the process of surgery, the intraoperative model adapts to changes in the size of organs and their topography in real time, moreover, at the stage of planning an organ-preserving surgery, the patient undergoes an ultrasound scan (ultrasound) or computed tomography (CT) or magnetic resonance imaging (MRI) tomography and the preoperative three-dimensional mathematical and graphic model of organs and neoplasms in them, and the operation plan with surgical navigation, then the preoperative model during the surgical intervention is adapted to the intraoperative parameters of organs and neoplasms and an intraoperative model with surgical navigation is formed, characterized in that at the stage of constructing the preoperative personalized three-dimensional mathematical and graphic model of organs and neoplasms in them, modeling of neoplasms in organs is carried out, which is of interest to the surgeon in the planned operation, due to which it is possible to determine the degree of tumor penetration into healthy organ tissue, the boundaries of the neoplasm relative to healthy organ tissue, visualize sub-tissue structures, localization vascular network around neoplasms, to conduct a quantitative and qualitative assessment of blood flow around neoplasms, to determine the location of an organ with a neoplasm relative to another organs in the small pelvis, then a preliminary plan of the operation is formed with the designation of navigation marks for the incision and removal of the neoplasm with minimal trauma to the healthy tissue of the organ, after which organ-preserving laparoscopic intervention is performed, which begins with an assessment of the topography and size of organs and neoplasms in them and adaptation of the preoperative a three-dimensional model for the intraoperative parameters of organs and neoplasms, after which, using the hardware-software complex on the monitors of the video endoscopic complex, it is possible to evaluate the volumetric neoplasm in the organ in a dialogue mode, with visualization of invisible sub-tissue structures and vessels, after which navigation marks appear on the adapted three-dimensional model, with the help of which the site of the incision is positioned, after which the neoplasm is removed from the organ, in the process of surgical intervention with spatial displacement of organs or changes their geometry due to the removal of neoplasms, the re-binding of the model occurs automatically at fixed points in time, or using a computer control system manually.
Краткое описание фигур и чертежей.Brief description of figures and drawings.
Фиг. 1 Принципиальная схема программно-аналитического комплекса для моделирования и хирургической навигации при лапароскопии.FIG. 1 Schematic diagram of a software-analytical complex for modeling and surgical navigation in laparoscopy.
Фиг. 2. Принципиальная схема математической модели.FIG. 2. Schematic diagram of the mathematical model.
Возможность осуществления предложенного способа поясняется следующим примером.The possibility of implementing the proposed method is illustrated by the following example.
Для планирования оперативного вмешательства и интраоперационной хирургической навигации предложен программно-аналитический комплекс (ПАК) в составе медицинского оборудования, вычислительного оборудования и систем управления ими (Оборудование) и специального программного обеспечения (СПО). Комплекс состоит из двух взаимосвязанных частей (ПАК-1 и ПАК-2, см. Фиг. 1): ПАК-1=Оборудование-1+СПО-1, ПАК-2=Оборудование-2+СПО-2.For the planning of surgical intervention and intraoperative surgical navigation, a software-analytical complex (PAK) is proposed as part of medical equipment, computing equipment and their control systems (Equipment) and special software (SSS). The complex consists of two interconnected parts (PAK-1 and PAK-2, see Fig. 1): PAK-1 = Equipment-1 + SPO-1, PAK-2 = Equipment-2 + SPO-2.
ПАК-1 позволяет создавать персонифицированную трехмерную математическую и графическую модель органов и новообразований в них и поэтапный план операции до ее фактического проведения (Модель-1), т.е. проводить предварительную симуляцию операции. ПАК-2 импортирует Модель-1 на интраоперационном этапе (создавая Модель-2), в процессе оперативного вмешательства адаптирует Модель-2 к изменениям органов в реальном времени, и накладывает Модель-2 на видеоизображение на экране видеоэндоскопического комплекса или на дополнительных мониторах, осуществляя хирургическую интраоперационную видеонавигацию. Использование во время операции готовой персонифицированной модели позволяет получить наложение изображений за приемлемое время без высоких требований к производительности оборудования.PAK-1 allows you to create a personalized three-dimensional mathematical and graphic model of organs and neoplasms in them and a step-by-step plan of the operation before its actual performance (Model-1), i.e. conduct a preliminary simulation of the operation. PAK-2 imports Model-1 at the intraoperative stage (creating Model-2), in the process of surgical intervention adapts Model-2 to changes in organs in real time, and superimposes Model-2 on the video image on the screen of the video endoscopic complex or on additional monitors, performing a surgical intraoperative video navigation. The use of a ready-made personalized model during the operation allows you to obtain an overlay of images in an acceptable time without high requirements for equipment performance.
Первая часть предлагаемого ПАК (ПАК-1, см. Фиг. 1) состоит из системы УЗИ или КТ или МРТ, компьютера, монитора, систем управления ими (Оборудование-1) и специального программного обеспечения (СПО-1). Системы управления включают в себя: клавиатуру, стилус, мышь, графический планшет. Основная задача первой части - моделирование новообразований, локализованных в органах, и планирование этапов оперативного вмешательства. Для этого с помощью СПО-1 создается пациент-специфическая персонифицированная трехмерная математическая и графическая модель органов и новообразований, на которых планируется операция (Модель-1). Разработка Модели-1 проводится на основе данных УЗИ или КТ или МРТ, которые представлены в формате DICOM (стандарт DICOM - медицинский отраслевой стандарт, регламентирующий создание, хранение, передачу и визуализацию цифровых медицинских изображений и метаданных, [https://www.dicomstandard.org/about/]) или в других стандартах. Преобразование изображения из медицинского отраслевого формата DICOM (или других медицинских форматов [Гогина, О.А. Основные стандарты и модели интеграции медицинских информационных систем / О.А. Гогина. - Текст: непосредственный // Молодой ученый. - 2017. - №18 (152). - С. 8-11. - URL: https://moluch.ru/archive/152/43122/ (дата обращения: 11.06.2020)]) в Модель-1 производится с помощью методов анализа и распознавания изображений, в том числе нейросетевых методов.The first part of the proposed PAK (PAK-1, see Fig. 1) consists of an ultrasound or CT or MRI system, a computer, a monitor, their control systems (Equipment-1) and special software (SPO-1). Control systems include: keyboard, stylus, mouse, graphic tablet. The main task of the first part is modeling of neoplasms localized in organs and planning the stages of surgical intervention. For this, using SPO-1, a patient-specific personified three-dimensional mathematical and graphic model of organs and neoplasms on which the operation is planned is created (Model-1). The development of Model-1 is carried out on the basis of ultrasound or CT or MRI data, which are presented in the DICOM format (DICOM standard is a medical industry standard that regulates the creation, storage, transfer and visualization of digital medical images and metadata, [https: //www.dicomstandard. org / about /]) or other standards. Conversion of images from the medical industry format DICOM (or other medical formats [Gogina, OA Basic standards and models for the integration of medical information systems / OA Gogina. - Text: direct // Young scientist. - 2017. - No. 18 ( 152). - pp. 8-11. - URL: https://moluch.ru/archive/152/43122/ (date of access: 06/11/2020)]) in Model-1 is performed using methods of analysis and image recognition, including neural network methods.
Для снижения степени травматичности оперативного вмешательства при создании Модели-1 применяются параметры оценки кровотока в органах вокруг новообразований. Поэтому, необходимым элементом Модели-1 является трехмерная математическая и графическая подмодель сосудистой сети, с оценкой кровотока в ней, вокруг и внутри рассматриваемых органов и вокруг новообразований в рассматриваемом органе, см. Фиг. 2. При 2D УЗ изображении оценивается размер, УЗ показатели структуры новообразования, локализация сосудов вокруг новообразования и по возможности их диаметр. При 3D УЗ изображении дополнительно оцениваются по внешний и по возможности внутренний диаметры сосудов, а также линейная и объемная скорости кровотока в них, эти параметры учитываются при построении Модели-1. При использовании 3D УЗИ модель сосудистой сети строится на основании качественных и количественных параметров кровотока: VI (индекс объемной васкуляризации), FI (объемный индекс потока) и VFI (интегральный перфузионный показатель). При 3D ультразвуковом сканировании матки и яичников для определения сосудистого кровотока, с помощью экспертных УЗ приборов с использованием трансабдоминального и трансвагинального датчиков 3,5 и 9,0 МГц проводят 3D сканирование сначала в серошкальном представлении, применяя технологию VCI модуль объемной визуализации с контрастированием, затем технологию HD-Flow и получают четкую прорисовку сосудов как в режиме серошкального представления, так и в режиме GlassBody 3D - реконструкцию изображения сосудов в режиме цветового допплеровского, после чего оценивают сосудистую архитектонику зоны интереса. Первым этапом исследования органов малого таза (матки и придатков) проводят 2D ультразвуковое исследование. При эхографии проводят серию продольных, поперечных и косых сканирований в режиме реального времени. Зону интереса подвергают детальному исследованию по оценке васкуляризации методом HD-Flow (высокочувствительная двунаправленная допплерография для исследования кровотока). Вторым этапом исследования проводят 3D сканирование сначала в серошкальном представлении, применятся технология VCI (модуль объемной визуализации с контрастированием, опция OmniView), что повышает контрастное разрешение и улучшает визуализацию области интереса в любой плоскости сечения, даже при исследовании структур неправильной формы. Модель кровеносной сети накладывается на модель соответствующих органов и новообразований. В результате получается управляемая персонифицированная 3D модель органов с новообразованиями и показателями кровотока (Модель-1, см. Фиг. 2).To reduce the severity of surgical intervention, when creating Model-1, parameters for assessing blood flow in organs around neoplasms are used. Therefore, a necessary element of Model-1 is a three-dimensional mathematical and graphic submodel of the vascular network, with an assessment of blood flow in it, around and inside the organs under consideration and around neoplasms in the organ under consideration, see Fig. 2. 2D ultrasound imaging evaluates the size, ultrasound parameters of the structure of the neoplasm, the localization of the vessels around the neoplasm and, if possible, their diameter. In 3D ultrasound images, the external and, if possible, internal diameters of the vessels are additionally evaluated, as well as the linear and volumetric blood flow velocities in them, these parameters are taken into account when constructing Model-1. When using 3D ultrasound, the vascular network model is built on the basis of qualitative and quantitative blood flow parameters: VI (volumetric vascularization index), FI (volumetric flow index) and VFI (integral perfusion index). With 3D ultrasound scanning of the uterus and ovaries to determine vascular blood flow, using expert ultrasound devices using transabdominal and transvaginal transducers 3.5 and 9.0 MHz, 3D scanning is performed first in a gray-scale representation, using VCI technology, a volumetric imaging module with contrast, then technology HD-Flow and get a clear drawing of the vessels in both the gray-scale view and in the GlassBody 3D mode - the reconstruction of the image of the vessels in the color Doppler mode, after which the vascular architectonics of the area of interest is assessed. The first stage of the study of the pelvic organs (uterus and appendages) is performed by 2D ultrasound. With echography, a series of longitudinal, transverse and oblique scans are performed in real time. The area of interest is examined in detail to assess vascularization by HD-Flow (high-sensitivity bi-directional Doppler ultrasonography for blood flow). The second stage of the study is 3D scanning, first in gray-scale representation, VCI technology (volumetric imaging module with contrast, OmniView option) is applied, which increases the contrast resolution and improves visualization of the region of interest in any section plane, even when examining irregularly shaped structures. The model of the circulatory network is superimposed on the model of the corresponding organs and neoplasms. The result is a controlled personified 3D model of organs with neoplasms and blood flow parameters (Model-1, see Fig. 2).
Вторая часть предлагаемого ПАК (ПАК-2, см. Фиг. 1) состоит из видеоэндоскопического комплекса для лапароскопических вмешательств, компьютера, необходимого количества мониторов для комфортного визуального проведения операции, систем управления (Оборудование-2) и специального программного обеспечения (СПО-2). Системы управления включают в себя: клавиатуру, графический планшет, стилус, педаль, мышь, лапароскопический инструментарий, позволяющий выполнить функции указки. СПО-2 способна анализировать потоковое видеоизображение, передающееся с видеоэндоскопического комплекса на компьютер и монитор, с помощью методов анализа и распознавания изображений, в том числе нейросетевых методов. На интраоперационном этапе ПАК-2 импортирует Модель-1, созданную ПАК-1, создавая Модель-2 и адаптируя ее на интраоперационные параметры органов и новообразований в них. Во время проведения органосохраняющего лапароскопического вмешательства СПО-2 адаптирует Модель-2 к изменениям органов в процессе удаления новообразований, накладывает Модель-2 на видеоизображение на экране видеоэндоскопического комплекса (или на дополнительном мониторе - по выбору пользователя), демонстрируя хирургу подтканевые структуры и сосуды для проведения разрезов и удаления новообразований по заранее созданному в Модели-1 плану операции.The second part of the proposed PAK (PAK-2, see Fig. 1) consists of a video endoscopic complex for laparoscopic interventions, a computer, the required number of monitors for a comfortable visual operation, control systems (Equipment-2) and special software (SPO-2) ... Control systems include: keyboard, graphic tablet, stylus, pedal, mouse, laparoscopic instrumentation that allows you to perform pointer functions. SPO-2 is capable of analyzing a streaming video image transmitted from a video endoscopic complex to a computer and a monitor using image analysis and recognition methods, including neural network methods. At the intraoperative stage, PAK-2 imports Model-1 created by PAK-1, creating Model-2 and adapting it to the intraoperative parameters of organs and neoplasms in them. During organ-preserving laparoscopic intervention, SPO-2 adapts Model-2 to changes in organs during the removal of neoplasms, superimposes Model-2 on the video image on the screen of the video endoscopic complex (or on an additional monitor - at the user's choice), showing the surgeon the subtissue structures and vessels for conducting incisions and removal of neoplasms according to the operation plan previously created in Model-1.
Использование предлагаемого ПАК осуществляется следующим образом. На предоперационном этапе пациенту проводится диагностика: УЗИ или КТ или МРТ. Ставятся реперы, или метки сегментации (МС), отмечающие контуры и размеры органов и новообразований. В результате исследования Оборудование-1 формирует файлы, содержащие геометрические параметры, необходимые для построения Модели-1: размеры органов и новообразований в серии продольных, поперечных и косых сечений; наборы МС в сечениях; данные по локализации сосудов; количественные и качественные параметры кровотока в сосудистой сети вокруг новообразований. Файлы данных представляют трехмерное изображение в медицинском отраслевом формате DICOM, либо подобные изображения в других форматах. Набор файлов передается на компьютер с установленным СПО-1 для формирования Модели-1 (см. Фиг. 1). СПО-1 имеет возможность формировать 3D Модель-1 также и в случае представления 2D изображений УЗ исследований на предоперационном этапе.The use of the proposed PAK is carried out as follows. At the preoperative stage, the patient undergoes diagnostics: ultrasound or CT or MRI. Reference points, or segmentation marks (MS) are placed, marking the contours and sizes of organs and neoplasms. As a result of the study, Equipment-1 generates files containing the geometric parameters necessary for constructing Model-1: dimensions of organs and neoplasms in a series of longitudinal, transverse and oblique sections; sets of MS in sections; data on the localization of blood vessels; quantitative and qualitative parameters of blood flow in the vasculature around neoplasms. Data files represent 3D images in the medical industry DICOM format, or similar images in other formats. A set of files is transferred to a computer with SPO-1 installed to form Model-1 (see Fig. 1). SPO-1 has the ability to generate 3D Model-1 also in the case of presentation of 2D images of ultrasound studies at the preoperative stage.
Разработка трехмерной математической и графической Модели-1 проводится автоматически с возможностью ручного управления и контроля пользователем промежуточных и итоговых результатов. Ручное управление заключается в возможности уточнения модели (изменение контуров органов и новообразований и показателей кровотоков) в получаемой Модели-1. Изменение данных модели включает изменение сетки и графов, представляющих органы с локализованными в них новообразованиями и сосудистой сетью.The development of a three-dimensional mathematical and graphic Model-1 is carried out automatically with the possibility of manual control and user control of intermediate and final results. Manual control consists in the possibility of refining the model (changing the contours of organs and neoplasms and indicators of blood flow) in the resulting Model-1. Changing model data includes changing the mesh and graphs representing organs with localized neoplasms and vasculature.
Следующим этапом построения Модели-1 является моделирование операционного разреза (рассечения) на органе, что делается посредством установления указателей - меток навигации (МН). Предусмотрено моделирование нескольких вариантов разрезов посредством создания отдельных наборов МН, что позволяет сравнивать различный ход операции при ее планировании.The next stage in the construction of Model-1 is the modeling of the operating incision (dissection) on the organ, which is done by setting the pointers - navigation markers (MN). Simulation of several options for sections is provided by creating separate sets of MH, which allows you to compare the different course of the operation when planning it.
Построение Модели-1 завершается постановкой меток привязки (МП), с помощью которых будет осуществляться наложение модели на видеоизображение органов во время хирургического вмешательства. МП могут представлять собой системы точек, линий и контуров на видимых поверхностях органов и/или новообразований, с возможным обозначением топографии сосудов. Постановка и коррекция МП возможна автоматически или в ручном режиме во время или после создания Модели-1 (на любом этапе при подготовке к операции) с помощью системы управления компьютером.The construction of Model-1 is completed by setting anchor marks (MT), with the help of which the model will be superimposed on the video image of organs during a surgical intervention. MPs can be systems of points, lines and contours on the visible surfaces of organs and / or neoplasms, with possible designation of the topography of the vessels. The setting and correction of the MP is possible automatically or in manual mode during or after the creation of Model-1 (at any stage in preparation for the operation) using a computer control system.
При построении Модели-1 пользователь может управлять визуальными характеристиками модели, выделением границ новообразований и представлением топографии кровеносной сети. Включена возможность супервизии на каждом этапе. На основе построенной 3D Модели-1 хирург формирует этапы оперативного вмешательства с целью удаления новообразования при минимальной травматизации здоровых тканей органа.When building Model-1, the user can control the visual characteristics of the model, the selection of the boundaries of neoplasms and the representation of the topography of the circulatory network. The possibility of supervision at each stage is included. On the basis of the constructed 3D Model-1, the surgeon forms the stages of surgical intervention in order to remove the neoplasm with minimal trauma to the healthy tissues of the organ.
На интраоперационном этапе происходит импорт Модели-1 в ПАК-2 и создание Модели-2 путем наложения Модели-1 на текущее интраоперационное видеоизображение и совмещения соответствующих МП. МП при текущем видеоизображении на мониторе отмечаются (касанием стилусом или мышью) в соответствии с аналогичными МП, выставленными на первом этапе при создании Модели-1. Предусмотрено также выставление МП с применением лапароскопического инструментария в брюшной полости на оперируемых органах и новообразованиях для передачи пространственных 3D координат в ПАК-2. В процессе операции при пространственном смещении органа или изменении его геометрии вследствие удаления новообразования повторная привязка модели происходит автоматически через фиксированные моменты времени, либо с помощью системы управления компьютером вручную.At the intraoperative stage, Model-1 is imported into PAK-2 and Model-2 is created by superimposing Model-1 on the current intraoperative video image and combining the corresponding MPs. MPs for the current video image on the monitor are marked (by touching with a stylus or mouse) in accordance with the analogous MPs set at the first stage when creating Model-1. It is also provided for the exposure of the MP with the use of laparoscopic instrumentation in the abdominal cavity on the operated organs and neoplasms for the transfer of spatial 3D coordinates to the PAK-2. During the operation, with a spatial displacement of an organ or a change in its geometry due to the removal of a neoplasm, the re-binding of the model occurs automatically at fixed points in time, or using a computer control system manually.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020120723A RU2736800C1 (en) | 2020-06-23 | 2020-06-23 | Method for preparation and performing of surgical operation on small pelvis organs |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020120723A RU2736800C1 (en) | 2020-06-23 | 2020-06-23 | Method for preparation and performing of surgical operation on small pelvis organs |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2736800C1 true RU2736800C1 (en) | 2020-11-20 |
Family
ID=73460789
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020120723A RU2736800C1 (en) | 2020-06-23 | 2020-06-23 | Method for preparation and performing of surgical operation on small pelvis organs |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2736800C1 (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2707369C1 (en) * | 2019-02-27 | 2019-11-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Method for preparing and performing a surgical operation using augmented reality and a complex of equipment for its implementation |
-
2020
- 2020-06-23 RU RU2020120723A patent/RU2736800C1/en active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2707369C1 (en) * | 2019-02-27 | 2019-11-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Method for preparing and performing a surgical operation using augmented reality and a complex of equipment for its implementation |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| КОЛСАНОВ А.В. и др. Виртуальное моделирование операции на печени на основе данных компьютерной томографии. АННАЛЫ ХИРУРГИЧЕСКОЙ ГЕПАТОЛОГИИ, 2016, т.21, no.4, сс.16-22. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11547499B2 (en) | Dynamic and interactive navigation in a surgical environment | |
| CN110010249B (en) | Augmented reality operation navigation method and system based on video superposition and electronic equipment | |
| Kersten-Oertel et al. | The state of the art of visualization in mixed reality image guided surgery | |
| WO2015161728A1 (en) | Three-dimensional model construction method and device, and image monitoring method and device | |
| CN107067398B (en) | Completion method and device for missing blood vessels in three-dimensional medical model | |
| JP4786307B2 (en) | Image processing device | |
| US9622831B2 (en) | Method and apparatus to provide updated patient images during robotic surgery | |
| Samei et al. | A partial augmented reality system with live ultrasound and registered preoperative MRI for guiding robot-assisted radical prostatectomy | |
| JP2003033349A (en) | Method and equipment for extracting and displaying specific field of internal organ | |
| CN110537980A (en) | puncture surgery navigation method based on motion capture and mixed reality technology | |
| CN113679470A (en) | Computer-aided puncture path planning method and device for craniocerebral puncture operation and storage medium | |
| JP2001276066A (en) | Three-dimensional image processor | |
| Kalia et al. | Evaluation of a marker-less, intra-operative, augmented reality guidance system for robot-assisted laparoscopic radical prostatectomy | |
| KR102213412B1 (en) | Method, apparatus and program for generating a pneumoperitoneum model | |
| RU2736800C1 (en) | Method for preparation and performing of surgical operation on small pelvis organs | |
| US9552663B2 (en) | Method and system for volume rendering of medical images | |
| US20220354579A1 (en) | Systems and methods for planning and simulation of minimally invasive therapy | |
| Schenkenfelder et al. | Elastic registration of abdominal MRI scans and RGB-D images to improve surgical planning of breast reconstruction | |
| Meinzer et al. | Medical imaging: examples of clinical applications | |
| US11657547B2 (en) | Endoscopic surgery support apparatus, endoscopic surgery support method, and endoscopic surgery support system | |
| Condino et al. | Single feature constrained manual registration method for Augmented Reality applications in gynecological laparoscopic interventions | |
| Dubrovin et al. | Preoperative planning and intraoperative navigation, based on 3D modeling for retroperitoneal procedures | |
| Hirai et al. | Image-guided neurosurgery system integrating AR-based navigation and open-MRI monitoring | |
| Raposio et al. | An “augmented-reality” aid for plastic and reconstructive surgeons | |
| RU2816071C1 (en) | Combined intraoperative navigation system using ray tracing ultrasound image generation |