شنبه, 07 تیر 1393 ساعت 08:30

IGS=Image Guided Surgery

نوشته شده توسط
این مورد را ارزیابی کنید
(0 رای‌ها)

 

مقدمه :

با پيشرفت تكنولوژي در طول سالهاي اخير روشهاي بسياري براي بدست آوردن تصاوير سه بعدي همانند (MRI) به وجود آمده است كه از آنها براي تشخيص در پاتولوژي و برنامه ريزهاي درماني استفاده مي شود در واقع اين تصاوير به پزشك كمك مي كند تا تصوير را با دانش آناتومي و پاتولوژي خود مقايسه كند و نوع بيماري را تشخيص دهد از طرف ديگر اين تصوير برداريها نقش اساسي در هدايت روند جراحي دارند به طوري كه در حين جراحي تصميم بگيرد در كامپيوتر تحول بزرگي در زمينه هدايت جراح در جراحي بوده است تكنيكهاي تصوير برداري در نهايت به صورت وسيعي رشد پيدا كرده اند و امروزه مي توانند بر نمايش تصويرهاي سه بعدي با كيفيت بالا از آناتومي و پاتولوژي نرمال براي جراح، از حالت عروقي و عملكردي نيز تصاويري براي جراح فراهم كنند.

يك فاكتور اساسي در تكنيك IGS توانايي ثبت تصاوير گرفته شده از تصوير برداريهاي گوناگون است و جنبة ديگر آن توانايي دنبال كردن تصاوير به صورت realtime  در طول و عمل جراحي و به تصوير كشيدن آنها به صورت سه بعدي و حجم دار مي باشد. از جمله تكنيك هاي استفاده شده در IGS ،توانايي برجسته بيني (stereoscopic) و حفيقت مجازي (virtual rality) مي باشد كه به طور بسيار خوبي توانايي تصور ذهني و تجسم پزشكي را بالا مي برد. IGS علي رغم اينكه به شدت برفرضهاي بدست آمده از تصاوير پيش از جراحي تكيه دارد مورفولوژي بافت را در طول عمل جراحي به درستي نمايش مي دهد با به عرصه در آمدن تكنيك MRI و اولتراسوند و ثبت الكتروفيزيولوژي از بافت توانستند دقت تشخيص در تصاوير را بالا ببرند.

كامپيوتر يكي از بخشهاي عمده اين بخش از مهندسي پزشكي را شامل مي شود كه علاوه بر نمايش دادن واداره كردن تصاوير پزشكي در كنترل تجهيزات تصوير برداري ، بازسازي تصاوير از اطلاعات خام ، دنبال كردن ابزار و مدل سازي بافت ، ارزيابي مراحل اجراي جراحي ، كنترل رباتها و تسهيل واسطه انسان – ماشين نام برد. به طور كلي IGS با هدف بر اينكه بتواند توسط پردازش تصوير ، هدايت در هنگام عمل ، برنامه ريزي قبل از عمل تصويري را به صورت real time در هنگام جراحي به جراح ارائه دهد به وجود آمده است .

تاريخچه IGS:

ريشه هاي IGS در زمينه استريوتاكتيك (stereotaxis) مي باشد. اولين افراد      clark وHorsely            بودند كه براي تعيين موقعيت نقاط روي سرميمون ها ازlandmark         هاي ثابت شده روي جمجمه ميمون استفاده كردند كه تا مدتها اين روش پيشرفتي نكرد .

بعدها، مهندسي كه با سيستمClark كاركرده بود وسيله مشابهي براي جمجمه انسان طراحي كرد.

Speigleدر سال 1947 مجدداً تكنيك استريوتاكتيك را كشف كردند و از مفهوم سيستم مختصات كارتزين سه بعدي براي مغز انسان استفاده كردند و باقرار دادن فريم هايي(frame)  به صورت مرجع روي سر بيمار رابطه بين مغز و تصاوير راديوگرافي گرفته شده از سر بيمار را مشخص مي كردند.

انواع مختلفي از فريمهاي استريوتاكتيك وجود دارد كه ممكن است در ظاهر متفاوت باشند ولي در عمل يكسان هستند يعني داراي يك مرجع هستند كه يك سيستم مختصاتي مرتبط باlandmark قابل تشخيص در تصاوير دارند و نيز يك پايه ثابت و راهنما براي ابزار استفاده شده كه روند جراحي دارند.

اولين استفاده ها از فريم هاي استريوتاكتيك به همراه CT به وسيلهBergstrom وGreite       در1976 گزارش شد كه انطباق CT را با جراحي استريوتاكتيك نشان مي داد.

در سال 1979،Brown       به طور رسمي شكلي از ماركرهاي ثابت را طرح ريزي كرد كه به فريم متصل مي شوند و توسط CT تصوير برداري شده و در اين تصاوير قابل تشخيص بودند.

طرح ميله هاي موازي يا اريب اطراف فريم اساس ماركرهاي ثابت استريوتاكتيك را در استفاده امروز شكل مي دهند. فريم هاي استريوتاكتيك مجهز به دو نو ماركر ثابت مي باشند. ماركر اول براي تصاوير رفته شده از CT  است و عموماً يك سري از ميله هاي z و N و V نصب شده روي فريم مي باشند اين ماركرها به طريقي نشان داده

مي شوند كه به وسيله اسلايسهاي تصوير قطع شوند و شكل آنها درهر اسلايس از تصاوير به طور واحد نشان داده شوند.

شكل ماركر ثابت ديگر براي استفاده در تصاوير  طراحي شده و شامل دو دسته از اجسام نقطه اي روي صفحات ، كه به طور عمودي روي خط مركزي پرتوx-ray      بالا مي رود و در هر طرف از فرد قرار داده شده اند ، مي باشد. هر كدام از اين نقاط به وضوح در تصوير ظاهر مي شوند و از موقعيتشان مي توان براي بازسازي دقيق هندسي تصوير استفاده كرد در ابتدا تنها روش تشخيص تصاوير راديوگرافي بودند و نمودارهايي روي تصاوير راديوگرافي براي محاسبه مختصات فريم هدف استفاده مي شوند. اگر چه، جز اينكه عمق دقيق ساختار  به طرو استقرايي شناخته شده بود اندازه گيري دقيق شكل بود با ورود CT و از زماني كه تمام ساختارها توانستند در يك اسلايس در سطح صاف معيني قرار داده شوند و مختصات در آن صفحه مستقيماً خوانده شود. به طور كامل مختصر تر و بهتر شد.

در ابتدا CT توسط فريم تصاويري به منظور راهنمايي جراحي استريوتاكتيك استفاده مي شد .

وقتي كهMRI  در مرحله استفاده بود، همان متادولوژي به كار گرفته شد. اگرچه اجزاي فلزي فريم هاي سازگار MRI براي جلوگيري از اغتشاشات ناخواسته به دليل تحت تاثير بودن درميدان مغناطيسي جايگزين شوند.

در حالي كه ماركرهاي ثابت برايCTاز مس يا آلومينيوم ساخته مي شوند برايMRI  بايد آنها را از كانالهايي در صفحات پلاستيكي پر شده از يك مايع ، معمولاً محول سولفات مس زيرا كه سيگنال واضحي در تصويرMRI مي سازد جايگزين كردن .

 

- سيستم راهنما و برنامه ريزي كامپيوتري شده :

قبل از ظهورCT،توضيح تصاوير در دسترس در آن زمان ونتريكولوگرافيx-ray  واطلسهاي مغزي بود. كارهاي اوليه در اوايل دهه 1970 توسط Betrand،      پله ها را براي در خواستهاي جراحي بر پايه كامپيوتر بعدي گشود.

1_سيستم هاي بر پايه فريم :

در اوايل دهه 1980 سيستم هاي برنامه ريزي كامپيوتري كار خود را با برنامه هاي ساده اي شروع كردند كه اين برنامه ها براي تشكيل سيستم هاي مختصات بر پايه ماركرهاي ثابتي كه در صفحات تصوير تشخيص داده مي شد بودند.

در آن زمان اسكنرهايCT وMRI باKB128-256 ميني كامپيوترهاي 16 بيتي با     حافظه كنترل مي شوند. قدم منطقي بعدي اصلاح كردن نرم افزار به گونه اي بود كه تصاوير چند كيفيتي بتوانند تركيب شوند و طرح ريزي هاي جراحي بتوانند با استفاده از اطلاعات بدست آده از تركيب CT وMRI و آنژيوگرافي حاصل شود. اين توانايي تركيب تصاوير باعث مي شود كه مسير با اطمينان از قطع كردن مغز در داخل منطقه بدون رگ انتخاب شود.

2-سيستم هاي بدون فريم

با وجود اينكه فريم استريوتاكتيك مزاياي زيادي دارد ولي بيشتر شان شامل يك جراحي تهاجمي كوچك براي بستن آنها به بيماري باشد (چه با ايجاد سوراخهايي به عمق        1-2mm و3-4 در مغز با مته هاي پيچي براي گذاشتن گيره هاي كند و بي نوك يا گيره هاي تيزي كه تحت فشار در جمجمه گذاشته مي شوند.

بنابراين خواست عمومي است كه در صورت امكان فريم حذف شود اگرچه بدون فريم براي گذاشتن ماركرهاي ثابت به ابزارهاي ديگري بايد براي ثبت تصوير بيمار به كار گرفته شود.

 

3-ثبت و مكان يابي

اگر تصاوير در طرح ريزي يا راهنمايي كردن روند جراحي مفيد مي باشند، بايد با بيمار تطبيق داده شود به اين طريق كه فضاي تصوير (تعريف شده به وسيله آرايه سه بعدي و كسل ها ) به سيستم مختصاتي دنياي واقعي بيمار ربط داده مي شود. ابتدا نقاط همولوگوس (نظير) يا سطحي بايد در تصوير و بيمار معين شوند و سپس اين اطلاعات بايد براي تخمين ماتريسي تبديلي كه سيستم مختصات تصوير را به سيستم مختصات بيمار مرتبط مي سازد استفاده شوند.

4-انطباق نقطه اي

يك راه استفاده از كامپيوتري است كه پوينتر را براي شناسايي و تعيين ماركرها دنبال مي كند مثل گوشه خارجي چشمها،targus گوشها وnaison سپس اين ساختارهاي مشابه  با استفاده از يك كرسر حركت شونده توسط موس در داخل تصاوير سه بعدي بيمار تعيين مي شوند.

5- انطباق سطحي

بعضي از سيستم هاي از روش انطباق سطحي براي كامل شدن متد انطباق نقطه اي استفاده مي كنند. استفاده از سطوح اقتباس شده از تصوير سه بعدي بيمار مي باشد. صحت بدست آمده از اين نوع نزديك شدن، به علت عدم تطبيق منحصر به فرد جفت نقاط هومولوگوس روي بيمار و تصاوير كاهش مي يابد. درحالي كه اين ممكن است براي بسياري از اهداف جراحي مغز و اعصاب مناسب باشد. پس در مراحل كه احتياج به دقت بالا دارند استفاده نمي شود.

6-ماركرهاي استفاده شده روي استخوان

صحت و دقت روند تطبيق نقطه اي مي تواند تا حدي با استفاده از ماركرهاي سطحي چسبيده روي پوست بيمار افزايش يابد در اين مورد محلهايشان مي تواند با استفاده از پوينتر با دقت بيشتري تعيين شود و مي توانند به طور اتوماتيكي در داخل تصاوير سه بعدي بيمار شناسائي شوند.

Maurer با دلايل متقاعد كننده نشان داد كه

تنها راه رسيدن به انطباق بيمار به تصوير با همان صحت كه مي تواند با فريم استريوتاكتيك به دست آيد استفاده از ماركرهاي ثابت نصب

شده روي استخوان است . حتي با وجود اينكه كاشتن اين ماركرها مرجع ، روندي را تشكيل مي دهد كه تقريباً به همان نسبت فريم استريوتاكتيك تهاجمي است، با اين حال تحت بيهوشي موضعي انجام مي شود. نشان داد كه صحت هدف به دست آمده با ماركرها طراحي شده مناسب ، مي تواند در حدود 5% تا 5/1 ميليمتر باشد.

 

- جراحي هدايت شده از طريق تصاوير:

-سيستم هاي دنبال كردن

تبديل روند جراحي استريوتاكتيك بر پايه فريم به بدون فريم ، توسط دسترس به قدرت كافي كامپيوترها براي مهارت انجام دادن و نشان دادن تصاوير پزشكي سه بعدي و نيز به وسيله پيشرف سيستم هايي كه به پروبها و تجهيزات اجازه حركت به وسيله كامپيوتر در طور روند را مي دهند، ممكن ساخته شد. بسياري از روشها براي انجام راهنمايي جراحي براي عملهاي داخلي مي باشند. بعضي از آنها پروبي را كه به طور فيزيكي با بازوي چند مفصلي براي تجهيزات نگه داشتن سر بيمار متصل شده و موقعيت پروب با تشخيص زواياي هر مفصل تعيين مي شوند، به كار مي گيرند. بقيه از روشهاي اولتراسوند ، نوري يا مغناطيس براي تعيين موقعيت پروب استفاده مي كنند.

هر سيستم مزايا و اشكالات خود را دارد. سيستم مكانيكي هميشه در ارتباط با كامپيوتر است و نيازي به ادامه دادن خطوط بينايي پروب و مبدل سيگنال ندارد. از طرف ديگر بزرگ است و به زور داخل اتاق عمل مي شود.

روشهاي اولتراسوند ، الكترومغناطيس و نوري اجازه رها شدن از سيستم مكانيكي را مي دهند اما در مورد سيستمهاي اولتراسوند و نوري – هميشه بايد خطا نوري بين سنسورهاي روي پروب و بعضي از قسمتهاي انتقال بدون قطع شدن ، وجود داشته باشد. سيستم هاي الكترومغناطيسي اين اشكال را ندارند ، اما كارشان اغلب با حضور قسمتهاي فلزي در نزديكي سنسور موقعيت ، محدود مي شود . تلاشهايي براي تركيب بخشهاي نوري و الكترو مغناطيسي براي ساختن تجهيزاتي صورت گرفته است كه از يك سيستم دنبال كننده نوري براي دوباره كاليبره كردن دنبال كنندة بر پايه مغناطيسي به صورت      استفاده مي كند كه بنابراين دنبال كننده مغناطيسي مي تواند كار سيستم نوري را هنگامي كه خطوط نوري شكسته مي شود ، بدست گيرد .

به طور متداول هر دو دسيستم هاي مكانيكي و نوري به طور روتين در پروسه         به كارگرفته مي شوند و اين بخشها عموماً صحت و دقتي بهتر از 1mm        در روش دنبال كردن به دست مي دهند.

بعضي از سيستمهاي نوري اخيراً از تكنولوژي دنبال كردن غير فعال استفاده مي كنند كه اشياي منعكس شده به دست آمده از پروبها به وسيله سيستم تصويربرداري نوري چند گيرنده اي تشخيص داده مي شوند. اخيراً ، هيچ راه حل رضايتبخشي

براي مشكل دنبال كردن  يك شي ( براي مثال نوك كتتريا اندوسكوپي قابل انعطاف ) در داخل بدن وجود ندارد مگر با به كارگيري سيستم تصوير برداريrealtime مثل MRI   ،اولتراسوند يا فلورسكوپي.
يك تكنولوژي كه نويدي براي استفاده در شرايط دنبال كردن به طور عمومي در اندوسكوپي انعطاف پذير و كتترهاي دقيق را مي دهد، به كارگيري فيبر نوري مي باشد. به خصوص رفتار فيبرهاي نوري مي تواند در چنين راهي  كه عبور نور ، وظيفه شعاع انحناي فيبر مي باشد. ساخته شود.

مختصات تبديل :

موفقيت مركزي سيستمهاي        ، توانايي شرح اندازه گيريهاي بدست آمده در يك سيستم مختصات ( با فريم مرجع) به يكي ديگر است . وقتي كه در فريم استريوتاكتيك،باسر( و تصوير) سروكار داريم ، اين به طور نسبي درست است ، به شرطي كه سيستم مختصاتي تصاوير با سيستم مختصاتي فريم در يك رديف قرار گيرد.

در يك درخواست نوعي ، براي مثال دنبال كردن يك مبدل اولتراسوند ، ممكن است چندين تبديل مختصات داشته باشد كه بايد قبل از ثبت تصاوير بوسيله مبدلي كه مي تواند با تصوير بيمار ثبت شود ، تخمين زده شود.

روند رسيدن به تصوير شامل سلسله اي از تبديلات  منحصر به فرد است . به علاوه ، هر باريكي از تبديلات به نمايش تصوير بخش دنبال شونده در داخل يك تصوير دو بعدي و يك تصوير سه بعدي MRI      است. اين روند شامل استفاده از يك ماتريس تبديل هموگولوس مي باشد كه يك تبديل چند به يك را وقتي كه بين تصاوير سه بعدي و دو بعدي حركت مي كند انجام مي دهد(يعني چند نقطه اي در تصوير سه بعدي به تك نقطه اي در تصوير دو بعدي).

به طور معكوس يك تبديل يك به چند وقتي در جهت معكوس حركت مي شود ، تخمين زده مي شود (يعني يك نقطه در تصوير دو بعدي به يك خط در تصوير سه بعدي ترسيم شود.)

- تصويربرداري چند كيفيتي

اگر چهCT نخستين تصويربرداري به كار گرفته شده براي جراحي استريوتاكتيك بود، به زودي آشكار شد كه ساير تصوير برداريها مي توانند اطلاعات CT را كامل كنند. به خصوص و آنژيوگرافي تفاضلي ديجيتالي ، اطلاعاتي را كه توسط         قابل دسترسي نمي باشند، فراهم مي كنند. به اين خاطر سيستمهاي نمايش و آناليز «تصوير چند كيفيتي » براي اجازه دادن به طرح ريزي و راهنمايي عمل براي چيدن ديتاي چند تصوير به طور همزمان پيشرفته شدند.

علاوه بر استفاده از اطلاعات اناتومي در تصويربرداريهاي مختلف (براي مثال استخوان ازCT و بافت نرم ازMRI) كامل كردن و تمام كردن تصاوير عملكردي در تصويربرداري تشديد مغناطيسي ، عملكردي ، توموگرافي انتشار پزيترونPET ، يا توموگرافي انتشار تك فوتونSPECT          ،ممكن است .

يكپارچگي اطلاعات عملكردي و آناتومي عموماً براي شناسايي ناحيه فعال در مغز كه در طول جراحي بايد از آن پرهيز شود ، به كار گرفته مي شود. اگر چهCT وMRI سيستمهاي تصوير برداري سه بعدي و آنژيوگرافي ديجيتالي ، دو بعدي مي باشد، با اين وجود امكان نمايش طرح نقطه شناسايي شده در تصوير سه بعدي ، داخل آنژيوگرام دو بعدي است. به علاوه يك نقطه مدخل آنژيوگرام سطحي ، مي تواند به عنوان خطي داخل    يا      نمايان شود.

اين تكنيك چند كيفيتي به طور ويژه اي به دو روش مهم بود: وقتي كه مسيرها به ساختارهاي عميق مغز طرح ريزي مي شوند يا وقتي كه الكترودهاي ثبتECG در طول روند محلي كردن كانون هاي مربوط به حمله ناگهاني صرع كاشته مي شدند.

ويدئو:

تصوير برداري ويدئويي مي تواند اطلاعات زيادي را به روند        اضافه كند اغلب يكپارچگي تصاوير ويدئويي كه به طور زنده در طول پروسه جراحي به دست مي آيند، با تصوير سه بعدي قبل ازعمل تقويت مي شود.

اين روش جراح را قادر مي سازد كه پوست بيمار را در محل عمل ببيند و بهترين حالت كرانيوتومي را براي نزديك شدن به هدف پيدا كند.

از زناني كه بسياري از روندهاي جراحي شامل استفاده از يك ميكروسكوپ عمل هستند، يكپارچگي تصاوير ميكروسكوپ با تصاوير بدست آمده ازCT وMRI قبل از عمل مزاياي آشكاري دارد. در اين مورد تصاوير ميكروسكوپ ، مي توانند به صورت الكترونيكي ، در يك مد ديجيتال يا آنالوگ ، با تصاوير تركيب شده اي كه روي ويدئو يا مانيتور كامپيوتر نشان داده مي شوند كامل شوند.

-حركت بافت در طول روندIGS      :

روندIGS   به طور طبيعي به دو دسته مجزا تقسيم مي شود: 1- روش استريوتاكتيك رايج كه عمق هدف داخل مغز توسط پروبي كه با دريل پيچي يا سوراخ شدن هب وسيله خار حاصل مي شود. 2- بازكردن كراينوتومي در روش اول حتي اتلاف مايع مغزي – نخاعي     مي تواند دليل شيفت بافت باشد و بايد از آن جلوگيري كرد.

در مورد دوم ، اگر چه به محض اينكه كرانيوتومي انجام شود، بافت مغزي مي تواند به طور قابل توجهي تغيير شكل دهد، تمام سيستمهاي IGS مرسوم ، بر اين فرض كه در حال عمل شدن است مي تواند به عنوان عضو صلبي كه شكلش در بين تصوير برداري قبل از عمل و هنگام عمل تغيير نمي كند رفتار كند.

بنابراين ارتباط رزولشن تصوير، صحت ثبت و دنبال كردن  ، همراه با اغتشاش هندسي تصاوير ، تنها نصف مشكل است.

 

 

اندازه گيري شيفت مغزي

در سالهاي اخير توجه بيشتري بر معلوم كردن اثر فشار پتانسيلي شيفت مغز در طول مغز و اعصاب شده است . وابستگي پروسه به شيفت بافت تا 20 ميلي متر ، تحت شرايط معمولي جراحي مشاهده مي شود.

از تصاوير MRI در حين عمل براي تشخيص وسعت حركت بافت به وسيله مقايسه اين تصاوير با تصاوير قبل از عمل استفاده كرد. آنها شيفت مغز را تا5mm و تغييرات حجم ونتيريكولار را تا 44% مشخص كردند.

مطالعات مشعابعي توسط Hill Etal          انجام شد كه براي مشاهده تغيير مكان نقاط مرجع روي كورتكس بعد از كرانيوتومي با ميكروسكوپ جراحي بود كه مكان بافت هاي مياني را براي 5 بيمار نمونه تا 4/7 گزارش دار ولي مطالعات اخير تغيير مكان ميانگين را mm15 و شيفتيهاي تا mm 24 گزارش داده اند.

 

تصحيح شيفت مغز در حين جراحي :

همزمان با تلاش براي اندازه گيري شيفت بافت ، تعداد زيادي از مولفين شروع كردند به تحقيق كردن درمورد ميانگين تصحيح براي اغتشاشاتي كه در طول روند جراحي كرانيوتومي روي مي دهد. سه جهت مجزا به وجود آمد دو مورد از آنها در مورد پيش بيني تغييرات حجمي بر پايه اثري كه در داروها انتظار مي روند از يك طرف و تغييرات قابل مشاهده سطح قشري از طرف ديگر بررسي مي كند.

MIga، مدلهاي آلماني محدودي از بافت مغز را به كار گرفت كه از خواص مكانيكي و روشي كه مايع را نگه مي دارد تركيب مي شود. در انتهاي ديگر طيف ، روشي است كه سطح كورتكس را با ليزر پيدا كننده محدوده          اسكن مي كند و سطح اندازه گيري شده را با سطح قشري كه از تصوير       قبل از عمل تعيين شده به تطبيق مي دهد.

سومين روش براي رفع اين مشكلات كسب تصاوير از مغز كه در طول روند جراحي و يا استفاده از اين تصاوير به طور مستقيم براي هدايت جراحي يا به كارگيري آنها براي تصحيح قبل از عمل براي مطابقت دادنشان با مشاهدات در حين عمل مي پردازد. اين روشها ، اولتراسوند وMRI در حين عمل را به كار مي برند تا شامل افزايش صحت تصويربرداري ملاحظه اي شوند.

 

سيستمهاي نمايش

ماهيت         بخش دنبال كننده آن است اگر چه بخش مهم ديگر ، نمايش آن است كه بايد قادر به نمايش تصوير در سه بعدي به وسيله صفحات عمودي كه موقعيت پروب دنبال شوند را در تفسير سه بعدي تصوير بيمار دنبال مي كند باشد و براي اينكه وسيله موثري در اتاق عمل مي باشد ، بايد به درستي و به خوبي اثر متقابل داشته باشد.

نمايش تصوير چند وجهي

نمايش تصوير چند وجهي بر همان ميزان گرفتن تصوير توموگراني قديمي است و حتي وقتي كه رزولوشن سيستمهاي اوليه از خواص فيزيكي فاصله داشت با دليل ثابت شد كه ديتاي اسلايسهاي عمودي در هدايت از ميان تصاوير در سه بعد ، سفيد بودند.
حتي وقتي اندازه و كسلهاي سيستمهاي تصوير برداري اولي mm  13×5/1×5/1 بود، نمايش چند وجهي پذيرفته شد. امروزه باCT وMRI به دست آوردن ديتا با mm1 و كسل ، ممكن است در حاليكه سيستمهاي كامپيوتري اوليه تنها قادر به بريدن ديتا در طول محورهاي قائم بودند، سيستمهاي امروزي قادرند برشهاي دلخواهي از تصامير بزنند.

 
نمايش سه بعدي

اندازه هاي  مرسوم نمايش تصاوير پزشكي ، فيلم روي يك         viewbox بود و حتي با ظهور تكنيكهاي تصويربرداي سه بعد مثلCT وMRI تا تصويرهاي اخير ، هنوز نمايش اسلايس به اسلايس بود چه بافيلمهاي رويlightbox استاندارد يا روي نمايش كامپيوتر ، اگر چه ، چنانچه حجم ديتا در تصوير نمونه افزايش مي يافت لزوم نمايش حجم به صورت تك ورودي نسبت به مجموعه اي از اسلايسها نيز افزايش يافت.

نمايش اين ديتا (حجمي يا وكسلي) با طرح ريزي سطها در حجم يا وارد كردن خود حجم به داخل صفحه نمايش به دست مي آيد. اين دو روش نمايش به عنوان انتقال سطح و انتقال حجم شناخته شده اند. انتقال سطح در خواست مي كند سطوح ساختارهاي مورد بحث ، در داخل حجم معين شوند (به وسيله روشهاي رنگي كردن دستي يا اتوماتيكي) و رايج ترين روش تصاوير سه بعدي پزشكي است .

 

نمايش برجسته بيني :

استفاده عمومي تصوير برداري استروسكوپي در راديولوژي تشخيصي خيلي قديمي نيست.

اگر چه مراكزي هست كه هنوز به طور روتين آن را به كا رمي گيرند در حالي كه بقيه تك و توك از آن استفاده مي كنند. تجسم فكري استروسكوپي در اتاق عمل به وسيله تيم جراحي در موسسه مغز و اعصاب مونترال براي چند سال به كار گرفته شده است كه به طور ابتدايي براي يكپارچگي آنژيوگرافي تفاضلي ديجيتالي با        و        براي اهداف جراحي بود. اخيراً تجسم فكري استروسكوپي براي درمان بيماري پاركنسيون گسترش يافته است.

 

واقعيت مجازي

با توجه به اين حقيقت كهIGS     بر مبناي استفاده از نمايش مجازي بدن يا عضو خاصي در شكل تصاوير پزشكي است . تمام تكنيكهاي ذكر شده شامل المانهاي «حقيقت مجازي » مي باشند . در حالي كه ديد عمومي از حقيقت مجازي به طور اساسي در مركز صنعت سرگرمي قرارگرفت كاربردهاي منحصر بفردي در زمينه هاي بسيار دارد كه شامل رباتيك  است . درIGS ، نقشهاي مهم حقيقت مجازي به عنوان تاكيدي بر كاهش روندهاي تهاجمي ، رو به افزايش مي باشند. از هنگامي كه تجسم فكري مستقيم از ميدان جراحي ، با كوچكتر شدن قسمتهاي باز شد و جراحي ، سخت تر و سخت تر شد، جهت و سير طبيعي جستجو براي تشخيص بر پايه مدل ساختارهاي به دست آمد ازCT وMRI فراهم شد و ميدان ديد اندوسكوپي كه پديدار مي شود، اولين مورد از اين مي باشد. روشهاي انتقال سطحي و نيز انتقال حجمي به طور رايج در اين زمينه به كار گرفته مي شود و تجسم فكري استروسكوپي اغلب براي ماكزيمم كردن مزاياي تصوير سه بعدي نمونه به كار گرفته مي شود.

زماني كه بقيه مولفين به يكپارچگي تصاوير ميكروسكوپي بانمايش محدوده عمل توجه مي كردندDaveyوPisani تصاوير ويدئويي زنده و استروسكوپي را با سه بعدي تركيب كردند.

 

نمايش بر پايه سر

پيشرفت كامپيوتر و تكنولوژي تصوير برداري به سمت پيشرفته كردن           و هدايت شده است. چنين بخشي نمايش بر پايه سر HMDاست كه مي تواند تجسم فكري استروسكوپي را با ديد مستقيم و تصاوير مدل كامپيوتر ، يكي كند.

جراح مي تواند كه ديد مستقيمي از عمل داشته باشد در حالي كه درهمان زمان تصاوير مجازي ثبت شده (براي مثال از MRI     سه بعدي )  درtrack ميدان ديدش است. در همان مدتي كه سر به طور درست در طول روند Track  مي شود. تصاوير صرفنظر از موقعيت سر جراح باقي مي ماند. يكي از بزرگترين مزاياي اين روش اين است كه تصاويري را كه به طور نرمال روي مونيتور كامپيوتري كه به طور ناجور قرار گرفته در همه زمانها در ميدان ديد جراح نمايش مي دهند ، نگه مي دارد. با اين سيستم تصاوير به دست آمده از مطالعات قبل از عمل، هميشه ، در ديد مي باشند. تصاوير اندوسكوپي بر پايه ويدئو          بدون نياز به منحرف كردن از محل عمل ، در دسترس جراح هستند.

 

كوچك كردن تكنيكهاي تهاجمي

پروبهايي كه درOTS استفاده مي شوند. نمي توانند دقت زيادي داشته باشند چون دقت آنها وابسته به سخت افزار و تكنولوژي مي باشد كه آنها نيز محدوديتهايي

دارند. همين طور دقت پروبها وابسته به محدوديت تكنيكهايي است كه تصوير را با بيمار تطبيق مي دهند و نيز شيفت مغز را در طور جراحي حساب نمي كنند و اين سبب مي شود كه            IGS   به سمتي سوق داده شود كه سيستمهايMRI            و اولتراسوند در طول عمل  به طور همزمان استفاده شود و نيز اسكن كردن تمام قشر سطحي بيمار در هنگام جراحي توسيط ليزر انجام شود.

استفاده از اطلسها

بعضي  ضايعه ها مانند زخم و التهاب هستند كه در MRI وCT به طور دقيق نمايان نمي شود و يا اندازه آنها دقيقاً مشخص نخواهد شد براي اينكه كاملاً مطمئن شويم كه ضايعه در مسيري مي باشد كه داريم داخل مي شويم ، پزشكان از اندازه گيري الكتروفيزيولوژيكي استفاده مي كنند. براي آنكه الكترودهاي تحريك الكتريكي را در محلهاي مناسب قرار دهند، از اطلسهاي thalamus يا     استفاده مي كردند. در اين اطلسها اطلاعات بسيار  كاملي آمده است. اما مشكل اصلي اطلسها ، اين است كه روي تصويري مغز هر دو كار كرده اند و اطلاعات فوق از مغز هر دو گرفته شده است در نتيجه اطلاعات فوق با بيمار واقعي فرق مي كرد. اما پزشكان به طور دستي تصاوير گرفته شده از بيمار را توسط اطلاعات اطلس ها تقسيم بندي مي كردند و با آن تطبيق مي دادند كه كار بسيار ظريفي و سختي بود. اكنون توسط اين اطلاعات مي توان پروب و ضايعه را سه بعدي كرد و از هر جهت نمايش داد و اين كمك بزرگي براي جراحان بود. با وجود آن بايد گفت كه هنوز جاي واقعي ضايعه توسط تصاوير به طور دقيق نشان داده نشده است . يعني ممكن است دقت خلي عالي نداشته باشد براي همين مي توان در طول عمل با استفاده از اطلاعات سه بعدي الكترودها را نصب كرده و مكان ضايعه را تست كرد و اين كار در قبل از عمل انجام مي شود.

 

سيستمهاي تصوير برداري تداخلي

مهمترين قسمت IGS كه بسيار بحث برانگيز است ، تصاوير استفاده شده مي باشد در كل اساسIGS و موفقيت آن وابسته به تصاوير آن است . با تغيير تصاوير مورفولوژي كه از آنها ساخته مي شود تغيير خواهد كرد.

MRI:

سه نوع تصوير برداري به روش MRI وجود دارد.

1- سيستمهاي ابررسانا 5/0 تسلا كه براي اتاق عمل اختصاصي شده اند و داراي طراحي باز مي باشند كه به پزشك اجازه دسترسي وسيعي را به بيمار مي دهد و در طول جراحي در هر لحظه كه بخواهند مي توانند از بيمار  بگيرند.

2-سيستمهاي الكترومغناطيسي يا پايدار 1 تا 2/0 تسلا براي اهداف كلي ساخته شده اند كه از هر طرف به بيمار قابل دسترسي مي باشد.

3-سيستمهاي افقي 5/1 تسلا خود شيلد شده كه با سرعت ميدان بسيار بالا مي باشند.

بيشتر اين سيستمها اجازه مي دهند كه تصوير برداري در همان هنگام جراحي انجام گيرد و در بعضي موارد به صورت      به طور متوالي و ديناميكي استفاده مي شوند.

ترقي و پيشرفت اين مسائل در بعضي درمانها مثل جراحي – كرايو (سرما) و يا درمان از طريق گرما مي باشد كه مي توانند به صورت realtime نمايش داده شود زيرا تغييراتي در خصوصيات بافتها در اثر گرما و سرما حاصل خواهد شد. معايب اصلي اين وسايل ، دسترسي به بيمار مي باشد. همين طور استفاده از اين وسايل در اتاق عمل سبب تاثير ميدان مغناطيسي روي وسايل جراحي مي شود و بايد آنها را نسبت به اين ميدانها شيله كرد.

در پروژه EASI       در موردIGS تحقيق انجام شده است . فعاليت آن در دو محدوده كاري بوده است .

1-IGSدر جراحي مغز

2_IGSدر جراحي اتساع آئورت در محدوده شكم

هدف پروژه افزايش كيفيت جراحي و كاهش ريسك در جراحي به خصوص جراحي مغز مي باشد.

براي بازيابي بيوپسي هاي مغز جهت تحليل و تجزيه بافت ، جراحي تومورهاي مغز ، اندوسكوپي در بطنهاي مغز تجهيزات بسيار پيشرفته اي براي اين جراحي ساخته شده است كه توسط اين تجهيزات آناتومي بيمار را مي توان دشت و با تصوير واقعي تطابق دارد. با اين تجهيزات پزشك مي تواند ساخته شده است كه توسط اين تجهيزات آناتومي بيمار را مي توان دشت با تصوير واقعي تطابق داد . با اين تجهيزات پزشك مي تواند مسير جراحي را در طول عمل ببيند و قبل از عمل انتخاب كند.

پروژه  راجع به ابعاد پروتز قبل از عمل در تصوير سه بعدي CT وMRI   هدايت جراحي در هنگام قرار دادن پروتز در مكان مي باشد.

اين پروژه براي تصوير سازي قبل از عمل ، برنامه ريز قبل از عمل ، هدايت در هنام عمل اجرا شد.

جراحي مغز توسط شامل كرانيوتومي (بازكردن قسمتي از جمجمه و برش تومور). بيوپسي ، وارد كردن كتترهاي شانت در داخل بطنها براي كشيدن آب       و جراحي آندوسكوپي ، براي تمامي اين مراحل ، جراحان مي خواند كه برنامه ريزي قبل از عمل را بر اساس تصويرهاي  يا       انجام دهند. اين شامل تقسيم بندي ، متصور ساختن سه بعدي ساختارهاي مهم مانند رگهاي عفوني ، تومورها، بطن ها، چينها و شيارهاي مغز مي باشد. كاربرها اصولاً ترجيح مي دهندكه برنامه را از قبل تهيه كنند و از طريق آن جراحي را انجام دهند و در طول عمل فيدبكي از جراحي و انحراف مسير داشته باشند.

 

اساس برنامه ريزي برايEASI_NEURO :

طراح اوليه اين تكنيك درست كردن ايستگاه تصويربرداري MR قبل از عمل و هدايت در هنگام عمل توسط تجهيزات مي باشد. اين تكنيك شامل نرم افزار و سخت افزار مي باشد.
تجهيزاتي براي جهت يابي اسكنرهاي مختلف و از بين بردن انحرافات در تصاويرCT ، برنامه ريزي و هدايت در استريوتاكتيك بدون فريم ، بيوپسي ، براي كرانيوتومي و برداشتن تومور و هدايت هنگام جراحي اندوسكوپي ، به وجود آمده اند .

اولين قدمIGNS     تصور ساختن ناحيه بدن بيمار در صفحه هايCT ياMRI     قبل ازعمل مي باشد. در اين تصاوير ممكن است انحراف هندسي به وجود بيايد به طور مثال كج شدن گنتري            و يا از بين رفتن و ناقص شدن ميدان مغناطيسي درMRI . اين انحرافات هندسي روي صحت هدايت در IGS      اثر مستقيم خواهند گذاشت زيراIGS بر پاية تصوير بنا شده است.

براي اين منظور فانتومهاي خاصي طراحي شد تا اين انحرافات هندسي را تشخيص دهد و رفع كند . از طريق اين فانتومها جهت يابي دقيق در 0.1mm  درMRI وCT انجام و سيستم را كاليبره مي كنند. يك بيوپسي توسط اين تجهيزات كمتر از 40 دقيقه بادقت mm2-5/1 طول مي كشد كه كيفيت اين بيوپسي بدون فريم در مقابل بيوپسي با فريم بسيار قابل ملاحظه است .

 

متدهاي IGS        :

تقسيم بندي

سه بعدي ساختن

ثبت ويدئويي در هنگام عمل

ثبت ليزر در هنگام عمل

نمايش ثبت چند مدلي

اندوسكوپي مجازي

نشان دادن در مان از طريق گرما

LED   هاي داخل جراحي

تعيين مكانهاي گريد متحرك

اين روش بازسازي و مدلسازي از تصاويرCT وMRI   مي باشد.

براي بدست آوردن يك كنتراست بسيار بالا و يك تصوير واضح براي جراحي ، احتياج بر ناحيه بندي تصاوير داريم . از اين متد براي تجسم بهتر عضوهاي بدن قبل از عمل و در حين عمل استفاده مي شود  به طور مثال در جراحي مغز تصاوير اسكن شده توسط CT ياMRI قبل از آنكه سه بعدي شوند يا روي آنها كاري انجام شود بايد بر اساس آناتومي بدن نامگذاري شوند. در اين متد به صورت اتومكانيكي بافتها و اعضاي مهم كه براي جراح اهميت دارد مشخص مي شوند و بعد روي آنها بر چسب گذاري مي شود در قسمت سه بعدي كردن يا 3Dmodel          توسط الگوريتم خاصي و همين طور نرم افزارهاي گرافيكي پيشرفته، تمام سگمنتها تشخيص و بعد مرزهاي سگمنتها و برجسته كردن تصوير توسط تيره و روشن كردن سگمنتها انجام مي گيرد. توسط اين تكنيك بافتها درCT وMRI بازسازي و مدلسازي مي شوند. نرم افزارهاي گرافيكي مانند CAوLAVA     قابليت رنگ بندي ، حركت دوران ، شفافيت وسه بعدي كردن و مقياس بندي كردن را دارد.
مهمترين و سخت ترين بخش درIGS    برنامه ريزي براي بيوپسي مي باشد. در اين جراحي بايد نزديكترين راه براي دسترسي به عضو مورد نظر با كمترين صدمه به بافتهاي مجاور طراحي شود كه از دو تكنيك فوق براي اين منظور استفاده مي شود.

روش استريوتاكتيك بدون فريم ابتدا توسط جراحان مغز و اعصاب استفاده شد ولي بعد براي بيوپسي از تمام اعضاي بدن مانند نخاع استفده زيادي شده است .

ثبت ويديويي در هنگام عمل

مي توان اطلاعات سه بعدي سازي را با آناتومي بيمار منطبق ساخت كه اين پروسه را           گويند و براي تمام پروژه هاي registration مورد نياز است . ابتدا سطح بدن بيمار ثبت و بعد استخوانها عضلات و ... كه اعضاي داخلي مي باشند اضافه و روي مونيتور نمايش داده مي شوند. در واقع توسط اين تكنيك اطلاعات       روي آناتومي بيمار منتقل مي شود. به طور همزمان فيلمي توسط يك دستگاه فيلمبرداري از همان زاويه ديد جراح از بيمار و عضو مربوطه گرفته مي شود.

ثبت ليزر در هنگام عمل

براي اينكه ثبت دقيقي توسط فيلمبرداري انجام گيرد و اطلاعات كامل از موقعيت بيمار از تخت نسبت به جراح بدست آيد ، از تكنيك فوق استفاده مي شود. ليزر از تمام قسمتهاي بيمار اسكني انجام مي دهد تا مكان دقيق بيمار و چگونگي قرار گرفتن آن بدست آيد توسط اينكار مشكل جابجايي و از دست دادن وضوح تصوير بر طرف مي شود. تمام اين كارها توسط كامپيوتر انجام مي شود چون احتمال دارد وضعيت بيمار در هنگام عمل تغيير كند و كاليبره كردن دستگاه         با بيمار بهم بخورد در نتيجه بايد اسكن ليزري انجام شود. ليزر 3 بار در  نقاط مختلف به بيمار تاباند مي شود روي عضو مربوطه نقاط مرئي سه بعدي به دست آورد .

بعد از به دست آوردن تصاوير سه بعدي از داخل بدن بيمار ، روند ثبت اتوماتيكي براي متمركز كردن دقيق ليزر روي شكل هايMRI  ميباشد. توسط اين تكنيك به طور دقيق با توجه به ليزرها و مختصات MRI شكل سه بعدي را روي بيمار انتقال مي دهند. با اين كار مختصات سيستم        با محور مختصات تصاوير تطبيق داده مي شوند.

 

نمايش ثبت چند مدلي

اطلاعات چندين تصوير و ثبت آنها از توانايي هاي  مي باشد كه سبب افزايش كيفيت تصاوير مي شود. درIGS مي توان تمام تصاوير يك بيمار از محور مشخصي را با هم ميكس كرد . تصاوير فوق ميتواند        MRI ،CT،PETو... باشد.

 

آندوسكوپي مجازي

تركيب          با تكنيكهاي مختلف اندوسكوپي سبب بوجود آمدن درمان با كمترين تهاجم به بدن شده است . با تكميل كردن تصاوير سطحي باMRI      ( كه از داخل عضو مي باشد. ) جراح مي تواند تمام قسمت آناتومي عضو را احساس كند در تمام قسمت اندوسكوپي جراح كنترل كامل هنگام حركت در داخل عضو را  دارد.

 

نشان دادن درمان از طريق گرما

اندازه گيري توزيع گرما در بافت را با تصوير كردن در      مي توان نشان داد كه اين محل توزيع دما را در فضا بهتر از ترموكوپل نشان مي دهد . تغييرات غير قابل

برگشت در بافت را توسط منحني هايي مي توان نشان داد و همين طور تغييرات ناپايدار قابل برگشت در اطراف ، هنگام درمان توسط ليزر را مي توان برجسته كرد.

 

LEDهاي داخل جراي

در اتاق عمل به جاي تكنيك استريوتاكتيك بدن فريم از ديودهاي نوري براي رسيدن به هدف وموقعيت يابي تجهيزات استفاده مي شود. اين وسايل با پروتوهاي مارون قرمز به صورت مثلثي قرار گرفته اند كه توسط سنسورهايشان تشخيص داده مي شوند.

اين تصوير سازي براي تعيين محل دقيق پروبهاي داخلي كه مكان آنها در هنگام عمل قابل مشاهده نمي باشد، مفيد است .

 

تعيين كردن مكانهاي گريد تحريك

در بسياري از موارد جراحي مغز و اعصابي كه حمله بيماري هاي متفاومت مانند حملات قلبي و تشنج و صرع  رنج مي برند ، ديدن محل فعاليتهاي اين حملات در مغز و يا ثبت آنها در         بسيار سخت مي باشد. در اين موارد به طور معمول بيمار در جراحي دارد يك گذاشتن الكترودها يكي هم يك هفته بعد براي از بين بردن و برداشتن ضايعه در سر. در اولين جراحي تعدادي الكترود روي قشر مغز به طوري كه سيمها از پوست بيرون آمده باشند قرار مي دهند در طول هفته بعد اگر بيمار دچار حملات شود از طريق ثبت سيگنالها مكان دقيق ضايعه را مي دهد به اين هفته ، هفته مانيتورينگ گويند. در بسياري ازموارد يك تكنسين بايد مكان الكترود ها كه قشر مغز توسط آنها گريد شده اند را روي كاغذ رسم كند تا به عنوان مرجع براي هفته مانيتورينگ استفاده شود.با استفاده از سيستم هدايتي    مي توان پروب را كه سيمولاتور دارد ، روي تمام مغز كشيد و مكانهايماركرها (الكترودها ) را روي مدل سه بعدي از سر با به دست آوردن مختصات اين الكترودها رسم نمود مطابقت بين گريد الكترودها با مكان آنها روي قشر مغز بسيار آسان بوده است .

 

نتيجه گيري

در يك مورد از جراحي گزارش شده كه يك جراحي مغز از 8 ساعت به 5 ساعت كاهش يافته است . به علت وابستگيIGS به تصاوير قبل از عمل ، بي دقتي بسيار كوچك توسط اين اسكنرها سبب اشتباه زيادي در طول جراحي مي شود با وجود آمدن فانتومهاي كاليبراسيون از اين خطا جلوگيري شده است . اما به علت اينكه تصاوير قبل از جراحي تهيه مي شوند حركت بيمار حتي به اندازه mm1 روي جراحي اثر بسيار زيادي خواهد گذاشت . اين مسأله تنها مشكلي است كه تكنيكIGS را تهديد مي كند. با وجود راههايي مثل اسكن مكان بيمار با ليزر در هنگام عمل يا تصوير برداري از بيمار در اتاق عمل اما هنوز خطا از رفتن حركت بيمار اين تكنيك را تهديد مي كند.

هم اكنون در بيمارستان ملي لندن اين تجهيزات موجودست و بيش از 100 جراحي از طريق           انجام شده است . از زمان اسكن تصاوير تا سه بعدي كردن آنها و كارهاي گرافيكي مانند چرخاندن مدلسازي و ... براي هر مريض 15-3 ساعت طول مي كشد و زمان ميانگين آن 6 ساعت مي باشد.

جراحي OTS با توجه به نوع پروب (نصبLEDها) و قرار گرفتن گيرنده كه با نوع جراحي ، طراحي آنها فرق مي كند به چند گروه تقسيم مي شوند.

 

الف –از بين بردن تومور

ب – جراحي رگها

ج- بيوپسي

2-اتساع رگها در ناحيه شكم

3-ستون فقرات

الف – سينوسهاي بيني

ب – تومورهايي كه در سينوس اسفنوئيد قرار دارند.

 

جراحي مغز

الف) جراحي تومور كه خود نيز بر اساس محل قرار گيري تومور در جمجمه به چند قسمت تقسيم مي شود:

1-تومورهايي كه در زير قشر جمجمه عمود بر صفحه افقي در محور سر باشند و در جراحي از بالاي سر به داخل حركت كنند.

2-تومورهايي كه در كف جمجمع قرار دارند.  

3-تومورهايي كه در پشت جمجمه قرار دارند و در جراحي از پشت سر به داخحل حركت مي كنند.

4-تومورهايي كه در طرفين محور داخلي سر قرار دارند.

2/ نقشه  جمجمه بري و برداشتن تومور باOTS  هنگام  انجام يك كرانيوتومي ، جراحي بايد يك سري مجموعه تصميمات سه بعدي بر پايه مطالعات تصاوير 2 بعدي بسازد . سيستمهاي استريوتاكتيك بدون فريم مانند OTSدر درستي چنين داوريهاي جراحي پيشرفتهاي بزرگي ايجاده كرده اند .OTS       زمان عمل را كوتاه و زخم جراحي را كوچك بدون محدوديت مكانيكي استاندارد فريمهاي استرديوتاكتيك كرده است . فيزيك تصويري فوري براي جراحان فراهم مي كند كه به موجب آن ضريب اطمينان جراحي افزوده مي شود. چون بيشتر كرانيوتوميها با كوچكترين برشها انجام دهد ، بستري در بيمارستان كوتاه شده است .

در طول برش تومور ، اطلاعاتي در مورد وسعت و حد برش مي دهد . صحت و درستي آناتومي ، شامل محل هدف قبل از عمل تا حد امكان در طول جراحي وجود دارد.

 

 

خواندن 1625 دفعه
محتوای بیشتر در این بخش: « آرتروسکوپی چیست GSR و کاربردهای آن »
برای ارسال نظر وارد سایت شوید