По данным Федерального статистического управления Германии, количество пациентов, пролеченных от рака кожи в немецких больницах, за последние годы значительно выросло. Злокачественная меланома или рак кожи черного цвета — это диагноз, которого боится большинство людей.
Раковые клетки могут, например, переноситься лимфатической жидкостью в лимфатические узлы. Это приводит к росту вторичных опухолей или метастазов. Первые пораженные лимфатические узлы называются сторожевыми лимфатическими узлами.
Они первыми получают лимфатический дренаж от злокачественной первичной опухоли, и, если они содержат раковые клетки, вероятно, другие метастатические опухоли начали расти где-то еще. Таким образом, сторожевые лимфатические узлы играют первостепенную роль в диагностике и терапии определенных типов рака, таких как рак кожи, груди или простаты. После удаления опухоли проводится биопсия лимфатического узла, чтобы определить, произошло ли метастазирование.
Несмотря на достижения медицинской науки, врачам все еще сложно определить точное анатомическое расположение сигнальных лимфатических узлов во время операции и проверить, полностью ли удалены пораженные лимфатические узлы. 3D-ARILE, разработанный исследователями из Института исследований компьютерной графики им. Фраунгофера IGD, предоставляет врачам вспомогательные средства навигации для удаления лимфатических узлов.
Клиника дерматологии при Университетской клинике Эссена и Trivisio Prototyping GmbH сотрудничали с исследователями Фраунгофера в этом проекте.Новая система дополненной реальности, основанная на использовании информационных очков, помогает хирургам определять местонахождение лимфатических узлов с помощью виртуальных маркеров. Что делает эти очки AR особенными, так это то, что они работают в сочетании с мощным медицинским навигационным программным обеспечением, стереоскопической системой камер ближнего инфракрасного диапазона (NIR) и флуоресцентным красителем индоцианиновый зеленый (ICG). «Чтобы пораженные лимфатические узлы были видны, пациенту вводят флуоресцентный краситель в непосредственной близости от первичной опухоли.
Затем он распространяется по лимфатическим путям и накапливается в сторожевых лимфатических узлах », — объясняет ученый-исследователь Fraunhofer IGD доктор Стефан Весарг. Краситель флуоресцирует при воздействии инфракрасного света, в данном случае генерируемого инфракрасными светодиодами. Камеры NIR фиксируют флуоресценцию и производят 3D-реконструкция пораженных лимфатических узлов. Это виртуальное изображение, показывающее их точное положение, накладывается в реальном времени и может быть просмотрено хирургом через информационные очки.
Необходимое программное обеспечение было разработано исследовательской группой в Дармштадте. «В нашем случае, злокачественная ткань отмечена зеленым. Таким образом хирург может убедиться, что все следы были удалены », — говорит Весарг.
Флуоресцентный краситель как альтернатива радиоактивным наноколлоидамДо сих пор врачи использовали технеций-99m в качестве медицинского индикатора. Замена этого радиоизотопа флуоресцентным красителем ICG позволяет лечить пациентов без риска побочных эффектов излучения.
Время — еще один важный фактор. Уровень излучения лимфатических узлов, содержащих радиоактивный маркер, очень низкий. Это привело к необходимости использовать сцинтилляционные (или гамма) камеры, которым требовалось около 30 минут для захвата изображений, необходимых для определения точного местоположения лимфатического узла. Информационные очки, напротив, мгновенно отображают место поражения лимфатического узла.
Это значительно снижает нагрузку на персонал операционной, которым больше не нужно смотреть на дополнительный монитор и сравнивать изображение на экране с изображением на экране камеры. «В результате врач может полностью сосредоточиться на пациенте и без проблем проводить операции», — говорит Весарг.Удобные очки AR
Еще одним преимуществом очков AR является то, что они легкие и чрезвычайно удобные для ношения, как подтвердили дерматологи университетской больницы Эссена после проведения многочисленных тестов. Партнеры, разработавшие систему, поддерживали тесный контакт на протяжении всего проекта, что позволило им разработать средства навигации, оптимизированные для нужд хирурга.Система дополненной реальности состоит из аппаратных и программных компонентов. Оборудование было разработано Trivisio Prototyping GmbH.
В дополнение к очкам со встроенной камерой и двумя дисплеями, разработанным специально для медицинских приложений, компания также разработала две инфракрасные и две визуальные камеры. Эти четыре оптических устройства интегрированы в кубический блок, подвешенный над операционным столом.Исследовательская группа Fraunhofer IGD отвечала за разработку программного обеспечения.
Он включает в себя систему обработки изображений, которая обнаруживает флуоресцентный свет, излучаемый лимфатическими узлами, использует эти данные для вычисления их трехмерных координат и отображает их положение в очках данных. Программное обеспечение также выполняет необходимую калибровку аппаратной системы.
Сложные алгоритмы выполняют вычисления на основе данных, извлеченных из изображений с камеры. Всем оборудованием можно управлять через 3D-ARILE. Система также включает пользовательский интерфейс для оперирующего хирурга.
Прототип 3D-ARILE будет представлен исследователями на выставке Medica в Дюссельдорфе с 13 по 16 ноября. Компания Arvyss GmbH была выбрана для продажи системы, на которую была подана заявка на патент.