Дополненная реальность снижает дозу рентгеновского излучения при контролируемом перемещении иглы
Автор Эрик Барнс, AuntMinnie.com штатный писатель

28 апреля 2016 г. – Исследователи из Огайо использовали прототип системы дополненной реальности, чтобы совместить виртуальную иглу с рентгеновским изображением для контролируемого перемещения во время интервенционных процедур, что позволило существенно снизить дозу по сравнению с традиционным флюороскопическим контролем направления, как говорится в статье в разделе Радиология.
Система совместила имеющиеся данные конусно-лучевой КТ с видео в режиме реального времени, чтобы контролировать прохождение иглы к заданной точке на позвоночнике свиньи. До проведения процедуры были получены анатомические данные, а после завершения процедуры было получено однократное рентгеновское изображение, чтобы проверить точность расположения иглы в модели свиньи.
Данная техника позволила снизить общую лучевую нагрузку на 37%, а для компонента навигационной системы, изучаемого в исследовании, такое снижение было еще больше.
«Точность системы можно сравнить с эталонной, то есть с контролируемой рентгеноскопией с использованием данных 3D из конусно-лучевой КТ. Кроме того, лучевая нагрузка была снижена», – сообщил ведущий исследователь Д-р Джон Ракадио, профессор радиологии и педиатрии в Детском медицинском центре Цинциннати (Радиология, 18 апреля 2016 г.).

Оператор использует видео управление в виртуальной реальности, чтобы направить иглу в заданную точку в околопозвоночные мышцы свиньи. Фотография из архива Д-ра Джона Ракадио.
Визуализация в реальном времени – но при более высокой дозе
Для сбора данных 3D изображения может использоваться конусно-лучевая КТ с С-дугой, которая обеспечивает одновременную регистрацию рентгеновских данных с 3D изображениями с любого угла. Затем программное обеспечение накладывает рентгеновские изображения перемещения иглы на изображения конусно-лучевой КТ, как отмечает группа ученых. Виртуальные графические изображения могут использоваться для того, чтобы обнаружить оптимальную точку на коже для введения иглы и соединить ее с внутренней анатомической целевой точкой. Графические изображения совмещаются с рентгеновским изображением, чтобы отслеживать процесс перемещение иглы в режиме реального времени.
Однако данная техника сопряжена с двумя проблемами. Во-первых, как рентгеноскопия с конусно-лучевой КТ, так и отслеживание иглы подвергают пациента облучению. Во-вторых, пациент должен оставаться совершенно неподвижным, чтобы данные КТ и виртуальные графические пути совпадали с анатомией.
Данные ограничения можно преодолеть, используя прототип системы дополненной реальности, настроенной таким образом, чтобы налагать цифровую и виртуальную информацию на направление иглы в режиме реального времени, объясняют авторы. Помимо снижения дозы облучения, можно также использовать компенсацию движения маркерами отслеживания на пациенте, чтобы обеспечить регистрацию конусно-лучевой КТ и графического изображения иглы в режиме реального времени для улучшения навигации.
В данном исследовании сравнивалась навигационная точность и доза облучения во время попадания иглы в заданные цели с коррекцией движения и без нее при использовании системы виртуальной реальности и направления конусно-лучевой КТ у свиней.
В исследовании три оператора локализировали цели от 2 до 4 мм костных фрагментов в околопозвоночных мышцах девяти йоркширских свиней. Контроль направления иглы использовался для размещения 15 целей толщиной примерно 7 см в околопозвоночных мышцах, используя троакар 11 размера. Для определения движения животного были установлены эталонные маркеры.
Прототипная система была построена с использованием программного обеспечения и четырех небольших видеокамер, встроенных в раму рентгеновского детектора с С-дугой (Allura, выпуск 8.1;Philips Healthcare).
Чтобы получить изображения, оператор поворачивал С-дугу к точке ввода для рентгеноскопии с КТ, которая налагалась на центр мишени в точке ввода. Затем рентгеновские изображения налагались на изображения КТ и центр мишени, а оператор размещал кровоостанавливающий зажим над центром графического изображения, чтобы обозначить место ввода на коже.
В процессе контролируемого направления, который заменил виртуальную реальность, видео изображение точки ввода использовалось для определения дерматомического места путем выравнивая конца кровоостанавливающего зажима с центром графического изображения. Остальной процесс остался без изменений, и за каждым отдельным размещением следовало подтверждение в виде изображения конусно-лучевой КТ для проверки точности.
В исследовании сравнивалась глубина мишени, точность и доза облучения, основанная на произведении дозы на площадь (DAP) для обеих процедур для проверки соотношения между точностью и глубиной мишени.
Одинаковая точность
Согласно полученным результатам, корреляцию между глубиной мишени и точностью выявлена не была – несмотря на возможное снижение точности по мере увеличения расстояния от кожи до цели. Но, как отметил Ракардио и его коллеги, точность не снижалась, показывая, что использование данной системы не зависит от опыта оператора в данной модели. Добавление контроля движения также не изменяло точность.
Однако различия в дозе облучения были существенными. Дозы облучения составляли 10,4 Гр • см2 ± 10,6 для конусно-лучевой КТ, 2,3 Гр • см2 ± 2,4 для дополненной реальности, и 3,3 Гр • см2 ± 4,6 для дополненной реальности с контролем движения (p < 0,05). Разница в общей дозе процедуры показала аналогичные различия. Использование дополненной реальности, с коррекцией движения или без нее, позволило «существенно снизить дозу облучения, сохранив при этом точность рентгеноскопии с конусно-лучевой КТ», - пишут авторы. Традиционный контроль конусно-лучевой КТ уже показал значительное снижение доз по сравнению с процедурами с контролем по КТ, далее снижение дозы может обеспечиваться использованием виртуальной реальности для размещения и продвижения иглы, от чего выигрывают как операторы, так и пациенты, поясняют авторы. Восемьдесят четыре процента облучения при рентгеновском сканировании наблюдается при получении изображения точки ввода – этапа, который можно пропустить при использовании дополненной реальности, потому что размещение иглы выполняется при помощи видеокамеры, используемой как линии прямой видимости. Видео процесс также позволяет оператору устанавливать иглу, не беспокоясь о рассеянном излучении, воздействующем на тело и руки. «Самым важным стало появление системы, на которую можно положится в вопросе видеоконтроля вместо рентгеновского излучения, со сниженной дозой облучения для пациента и, естественно, также для оператора», - сказал Ракадио AuntMinnie.com. С эргономичной точки зрения дополненная реальность была гораздо проще в реализации, чем традиционный флюороскопический контроль направления, - добавил он. «Если я выполняю рентгеноскопию с контролем направления, то мне либо нужно использовать держатель для иглы или я вынужден продвигать иглу без флюороскопического контроля, затем убирать руку и использовать флюороскопический контроль, чтобы скорректировать положение иглы», - говорит он. Еще одним существенным преимуществом является избавление от громоздкого свинцового экрана. Тем не менее, эталонные маркеры усложнили виртуальную реальность. Чтобы коррекция движения работала должным образом, как минимум три маркера должны быть видимы всеми четырьмя видеокамерами, но во время продвижения иглы руки оператора иногда их заслоняют, - пишет группа. Исследование также было ограничено знанием оператора используемой ими системы. В перспективе система могла бы изменить многие процедуры, - сказал Ракадио. «Теперь наше внимание сосредоточено на операциях на позвоночнике; на самом деле мы уже провели несколько исследований на человеческих трупах по установке транспедикулярного винта в позвоночнике, и результаты впечатляют», - сказал он. Несомненно, чем больше мы приближаемся к анатомическим структурам, находящимся в быстром движении, например, сердце, тем сложнее возникающие перед нами задачи, - говорит Ракадио. Общая доза облучения зависит от того, что вы измеряете, - сообщает со-автор исследования кандидат наук Рами Начабе. «Если вы будете смотреть только на навигацию, то это снижение дозы на 74%, - говорит Начабе. – Если вы принимаете во внимание комплект данных 3D, который используется для определения навигационного пути, то это 50%. Тридцать семь процентов – на такую величину происходит снижение, если вы также принимаете в расчет конечную конусно-лучевую КТ для оценки точности. Но с клинической точки зрения вам вряд ли потребуется подтверждение, потому что вы доверяете результату, поэтому [общая] доза облучения снизится на 50%» Начабе – клинический исследователь и ученый в компании Philips, который построил прототип навигационной системы. Как сообщают авторы, со-авторам, не являющимся сотрудниками компании Philips, были предоставлены все данные исследования.

30.09.2016