211service.com
Programmatūra ķirurģiskai plānošanai
Džordžijas Tehnikas un Emory universitātes pētnieki ir izstrādājuši novatorisku datorprogrammu, lai palīdzētu sirds ķirurgiem optimizēt ķirurģiskās procedūras pirms ieiešanas operāciju zālē. Uz attēlu balstītā ķirurģiskās plānošanas programmatūra ļauj ķirurgiem manipulēt ar pacienta sirds trīsdimensiju datormodeli. Kad ārsts ir mainījis modeli tā, lai tajā būtu iekļauta vēlamā asinsvadu konfigurācija, ko viņš vai viņa vēlas izveidot operācijas laikā, programma izmanto skaitļošanas šķidruma dinamiku, lai palaistu asins plūsmas simulāciju, kas parāda, cik labi modificētā sirds darbosies.
Pētnieks, kurš izmanto uz attēlu balstītu ķirurģiskās plānošanas sistēmu, manipulē ar pacienta asinsvadu sistēmas modeli ar ievades ierīcēm, kas veidotas kā skalpeļi. Kad viņa iecerētais dizains būs pabeigts, tiks pārbaudīta tā asins plūsmas efektivitāte.
Projekta mērķis ir izstrādāt pilnīgu sistēmu, kas apmierina sirds un asinsvadu ķirurģijas plānošanas un novērtēšanas sarežģītās vajadzības. Adžits Joganatans , projekta galvenais pētnieks un asociētais priekšsēdētājs Biomedicīnas inženierijas katedra Džordžijas Tehnoloģijā un Emory universitātē. Programma tika izveidota, lai pārbaudītu vienu no visizplatītākajām un sarežģītākajām iedzimtajām sirds problēmām: viena kambara defektu.
Bērniem ar šo stāvokli ir tikai viens sirds kambaris (kreisais), nevis divi, lai sūknētu ar skābekli bagātas un deoksigenētas (netīras) asinis visā ķermenī. Veseliem pacientiem labais kambaris sūknē deoksigenētās asinis caur artērijām uz plaušām, bet kreisais kambara saņem ar skābekli bagātinātās asinis pa vēnām un izšauj tās uz visiem ķermeņa orgāniem.
Asins maisījums vienā kambarī ievērojami apdraud cirkulāciju visā ķermenī, saka Šiva Šarma, privāts bērnu kardiologs. Ķirurga uzdevums ir atdalīt asinsriti, proti, deoksigenētās asinis tieši un vienmērīgi novirzīt uz plaušām, vienlaikus samazinot pretestību plūsmai, ko sauc par Fontan remontu.
Ir svarīgi izveidot labāko savienojumu, jo pārāk liela pretestība var paaugstināt asinsspiedienu un izraisīt dažādas dzīvībai bīstamas komplikācijas, skaidro. Pedro del Nido , sirds ķirurģijas vadītājs Bostonas Bērnu slimnīcā. Ķirurģiskās procedūras ir balstītas uz ķirurga personīgo pieredzi, eksperimentiem un, atklāti sakot, daudziem izmēģinājumiem un kļūdām. Nav tieša veida, kā uzzināt, vai mēs esam uzlabojuši situāciju vai arī nelielas izmaiņas mūsu tehnikā kaut ko mainīs vai nē.
Pirms uz attēlu balstītas ķirurģiskas plānošanas ķirurgi nedaudz strādāja kā brīvroku mākslinieki, jo viņi aplūkoja anatomiju un pēc tam izstrādāja operācijas plānu, piebilst Šarma.
Joganatana un viņa kolēģu izstrādātā programma darbojas, izveidojot trīsdimensiju sirds datormodeli, izmantojot datus no bērna magnētiskās rezonanses (MRI) skenēšanas dažādos sirds cikla laikos. Pēc attēlu apskatīšanas un dažu plānu izstrādes ķirurgs apsēžas pie datora un manipulē ar modeli, izmantojot ievades ierīces, kas izskatās kā skalpeļi, skaidro Joganatans.
Mēs esam izstrādājuši sistēmu, kas ļauj satvert ģeometrijas tā, it kā jūs tās turētu rokās, un pēc tam tās pagriezt, pagriezt un pārvietot kā trīsdimensiju modeļus sev priekšā. Džereks Rossignaks , viens no sistēmas dizaineriem un Džordžijas Tehnikas Datortehnikas koledžas profesors. Rezultāts ir jauns trīsdimensiju modelis, kas atspoguļo konkrētu formu, ko ķirurgs paredz operācijai.
Jaunais anatomiski modificētais trīsdimensiju modelis tiek nemanāmi eksportēts un savienots ar skaitļošanas šķidruma dinamikas analīzi (CFD). Izmantojot CFD, tiek izveidota asins plūsmas simulācija tikko konfigurētajā sirdī, ko ķirurgs var skatīt ekrānā. Pēc tam, kad ir izstrādāti un pārbaudīti vairāki viltus modeļi, ķirurgs var izlemt, kura operācija izrādījās optimāla konkrētajam pacientam. Līdz šim piecu pacientu sirdis ir izstrādātas un pārbaudītas operācijai, izmantojot trīsdimensiju modeli.
Šobrīd sistēmu izmanto tikai neliela pētījumā iesaistīto ķirurgu grupa. Joganatans saka, ka tehnoloģija ir trīs līdz piecus gadus, kopš tā ir gatava vispārējai lietošanai, un joprojām ir jāpārvar daži izaicinājumi. Viņš saka, ka plūsmas dinamika ir ļoti datorietilpīga un ietver sarežģītas formulas. Ģeometriju pārveidošana atpakaļ skaitļošanas tīklā ir ļoti lēna.
Šobrīd datoru inženieri liek ķirurgiem izstrādāt dizainu un pēc tam inženieri manuāli ievadīt ģeometrijas. Tas ir ļoti apgrūtinošs process, saka Joganatans. Mēs strādājam pie tādu rīku izstrādes, kuriem pēc ģeometrijas uzzīmēšanas skaitļošanas tīkls analīzei tiktu veikts automātiski, lai nebūtu iesaistīti inženieri.
Nav arī precīzu matemātisku formulu anatomiskām formām, kuras ir organiskas un kurām ir interesantas materiāla īpašības, tāpēc atdarināšana, kā tās varētu attīstīties, ir jauns izaicinājumu kopums, skaidro Rossignac.
Pētnieki vēlas nodrošināt lietotājam draudzīgu cilvēka formas saskarnes tehnoloģija , kas ļautu ķirurgiem intuitīvi un efektīvi manipulēt ar formām; šobrīd ķirurgiem nepieciešamas divas līdz trīs stundas, lai manipulētu ar pacienta sirdi līdz vizualizētajai konfigurācijai. Tomēr, pēc del Nido domām, šīs formas rediģēšanas tehnoloģijas ir diezgan vienkārši lietojamas un intuitīvas ikvienam, kas ir spēlējis datorspēles.
Galu galā pētnieki vēlas, lai programmatūra nodrošinātu optimālu sirds problēmas risinājumu.
Grupa Stenfordas Universitātē, kuru vadīja Čārlzs Teilors , strādā arī pie uz attēliem balstītām ķirurģiskas plānošanas sistēmām. Nesen viņa laboratorija atvēra Stenfordas slimnīcas Medicīnas simulācijas centru, lai koncentrētos uz sirds un asinsvadu iejaukšanās ķirurģisko plānošanu bērniem ar iedzimtu sirds slimību un pieaugušajiem ar aterosklerozi un aneirismu.
Pēc Teilora teiktā, uz simulāciju balstīta sirds un asinsvadu ārstēšanas plānošana var samazināt saslimstību un mirstību, samazināt reoperācijas biežumu un samazināt laiku operāciju zālē.
Galu galā uz attēlu balstītai ķirurģiskajai plānošanai būs milzīga ietekme uz ķirurģiskajām procedūrām, uzlabojot ne tikai bērnu, bet arī pieaugušo dzīves kvalitāti, saka del Nido.