211service.com
Hjärtkirurger som videospelare
Hjärtkirurger har lånat en 3D-stereoskopisk bildteknik från videospelsindustrin för att hjälpa dem att styra sina verktyg under komplicerade hjärtoperationer. I tester av den nya avbildningsanordningen kunde en kirurg mer exakt navigera in i grisars hjärtan och sedan snabbare reparera hjärtans sönderrivna väggar. Så småningom kan det stereoskopiska systemet göra hjärtkirurgi effektivare och mindre farlig, kanske utöka användningen till relativt komplicerade hjärtreparationer.
3D-vy: Forskare vid Children's Hospital Boston tar in videospelsteknik i operationssalen. Hjärtkirurgen Nikolay Vasilyev ger sina stereoglasögon en testkörning medan han utför kirurgiska simuleringar. Glasögonen, tillsammans med en monitor som visar ultraljudsdata i realtid, ger en stereoskopisk 3D-vy. Vasilyev testade tekniken vid slaghjärtkirurgi på grisars hjärtan och fann att den gjorde det möjligt för honom att lappa ett hål mer effektivt än med traditionell 3D-bild.
För vissa komplexa hjärtingrepp som ventilreparationer måste en kirurg stoppa hjärtat och skära det på vid gavel. Dessa operationer kräver en hjärt-lung-bypass-maskin och kommer med betydande risker för patienten. Under de senaste åren har vissa kirurger valt att använda bankande hjärtkirurgi, en mindre invasiv metod som ofta kan undanröja behovet av hjärt-lungbypass. Men att arbeta med komplexa, känsliga inre strukturer som rör sig med varje hjärtslag innebär stora utmaningar – särskilt för att utan att öppna hjärtat och avleda blodet är det svårt för kirurger att se vad de gör.
Under flera år har ett team på Barnsjukhuset Boston har utvecklat ett 3D-bildsystem i realtid för användning vid slagande hjärtkirurgi. En ultraljudsenhet samlar in en ström av 3D-data och matar den till en tvådimensionell skärm, som indikerar djup med gråtoner. Genom att hålla ett öga på displayen kan en kirurg se inuti hjärtat under operationen.
Men medan tidiga resultat av tekniken, som nyligen hittat sin väg in i operationssalen, har varit lovande, fann kirurger att den tvådimensionella displayen störde deras djupuppfattning. Om du navigerar i en tredimensionellt komplicerad struktur som hjärtat, där du gör högersvängar och vänstersvängar och går upp och ner och överallt, gör det väldigt svårt att använda en tvådimensionell bild, säger Pedro del Nido , chef för hjärtkirurgi vid Barnsjukhuset och ledare för forskargruppen.
För en lösning tittade teamet på en bransch som är väl insatt i att skapa en ständigt förbättrad 3D-upplevelse: videospel. De senaste framstegen inom bildbehandlingsteknologi har gjort det möjligt för speldesigner att simulera 3D-miljöer – komplett med djupuppfattning – med hjälp av stereoskopiska synskärmar. För att ta itu med strukturell hjärtsjukdom behöver du en tredimensionell karta med djupuppfattning, säger Marc Gillinov , erfarenhetschef vid Cleveland Clinic's Heart and Vascular Institute . Och det är vad de stereoskopiska glasögonen ger dig.
En stereoskopisk synskärm fungerar genom att generera en separat, lätt lutad 3D-bild för varje öga. Bildskärmen bläddrar snabbt fram och tillbaka mellan de två versionerna cirka 70 gånger per sekund. Under tiden bär tittaren specialglasögon som växelvis blockerar vänster och höger öga i samma takt. Flimret är tillräckligt snabbt för att ögonen, som bara kan bearbeta cirka 25 till 30 bilder per sekund, inte märker det.
Delad skärm: En ultraljudsenhet skickar en konstant ström av tredimensionell data från patientens hjärta till en dator, som delar upp den i ett par lätt lutande bilder – en för varje öga. Specialiserade glasögon flimrar fram och tillbaka mellan vänster och höger öga medan de två bilderna flimrar fram och tillbaka på en datorskärm. Resultatet liknar en holografisk video av hjärtats inre funktioner.
Din hjärna vet hur man integrerar den informationen och ger dig djupuppfattning automatiskt, säger del Nido. Du behöver inte ha en dator som talar om för dig att du är två och en halv centimeter från målet – din hjärna räknar intuitivt ut det, och den gör det i farten. Resultatet är en realistisk, hologramliknande 3D-upplevelse.
Med hjälp av denna teknik byggde barnsjukhusets team en skräddarsydd display som kunde bearbeta data från en ultraljudssond. Sedan hjärtkirurg Nikolay Vasilyev tog på sig ett par stereoskopiska glasögon och provade displayen medan han opererade på grisars bankande hjärtan.
Först skapade Vasilyev en reva i väggen som delade vänster och höger förmak, vilket simulerade ett tillstånd som kallas en förmaksseptumdefekt. Sedan reparerade han hålet med en liten lapp och fäste den på plats med flera små ankare. Eftersom hela operationen utfördes med specialverktyg som kunde föras in genom en mycket liten öppning i hjärtats yta, var den tillräckligt icke-invasiv för att låta hjärtat fortsätta slå hela tiden. Totalt opererade Vasilyev sex grisar: tre med stereoskopisk display och tre med vanlig 3D-display.
I alla sex operationer, fäste Vasilyev framgångsrikt plåstret, utan någon skillnad mellan de två grupperna när det gäller hur noggrant han placerade ankarna – kanske för att han har lång erfarenhet av just denna procedur. Men den nya enheten gjorde det möjligt för honom att mer exakt navigera sina instrument till deras destination – vilket minskade risken för skador på omgivande strukturer – och att få jobbet gjort 44 procent snabbare. Resultaten av studien tillkännagavs igår i Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery .
Det stereoskopiska systemet kan hjälpa till att utöka användningen av slaghjärtkirurgi, utöka användningen hos barn med medfödda hjärtfel och vid komplicerade hjärtreparationer som omfattande hål och felaktiga klaffar. Faktum är att del Nido ser stereoskopisk avbildning i realtid – i kombination med banbrytande kirurgiska instrument – som en plattform som i slutändan kan revolutionera hjärtkirurgi på det sätt som laproskopiska procedurer revolutionerade bukkirurgi. Det vi utvecklar här är verkligen en ny plattform för att göra hjärtreparationer på ett helt annat sätt, säger del Nido. Vi har tagit det första steget: vi har gjort proof of concept. Nu vill vi börja se hur långt vi kan gå med det.
Kommer det att vara klart för bästa sändningstid imorgon? Nej, det är det inte, säger Gillinov. Men kan det öppna upp en hel massa nya sätt att fixa saker i hjärtat? Ja.