Präzisionschirurgie in der Pädiatrie mit Virtual Reality

Die videoassistierte Thorakoskopie behandelt angeborene zystische Lungenfehlbildungen und schont dabei gesundes Gewebe, aber Chirurgen benötigen detaillierte patientenspezifische Einblicke, die 2D- und 3D-Ansichten oft nicht bieten können. Forscher der Medizinischen Universität Nanjing und der Qinghai-Universität verwendeten Medicalholodeck zur Erstellung patientenspezifischer 3D-VR-Modelle, die die Erkennung und das räumliche Verständnis komplexer Anatomie verbessern.

Verbesserung der Thorakoskopie mit räumlicher 3D-Bildgebung

Die Thorakotomie ist seit langem ein Eckpfeiler in der chirurgischen Behandlung von Lungenerkrankungen. Die Thorakoskopie bietet eine gewebeschonende Alternative, die die Genesung der Patienten erheblich verbessern kann. Im Vergleich zur offenen Chirurgie sind thorakoskopische Eingriffe mit weniger Blutverlust, schnellerer Genesung und minimalem Verlust von gesundem Lungengewebe verbunden.

Die Thorakoskopie ist technisch anspruchsvoll und erfordert ein ausgezeichnetes räumliches Verständnis der komplexen Lungenanatomie. Konventionelle 2D- oder statische 3D-Bildgebung ist oft unzureichend für eine präzise präoperative Planung.

Im Gegensatz dazu verwandeln 3D-Virtual-Reality-Modelle die standardmäßige medizinische Bildgebung in dynamische, interaktive Darstellungen, verbessern das anatomische Verständnis und ermöglichen genauere und personalisierte chirurgische Vorbereitungen.

Präoperative Virtual-Reality-Rekonstruktion und entsprechende intraoperative Visualisierung der Zielgefäße und bronchialen Strukturen. A Präoperatives Virtual-Reality-3D-Rekonstruktionsplanungsdiagramm. B Intraoperative Situation. (CPAM: Kongenitale pulmonale Atemwegsfehlbildung; A⁶: Pulmonalarterie zum oberen Segment des unteren Lappens; V⁶: Pulmonalvene aus dem oberen Segment des unteren Lappens; A¹⁰: Hinteres basales Segmentale Pulmonalarterie; V¹⁰: Hintere basale segmentale Pulmonalvene; B⁶: Bronchus zum oberen Segment des unteren Lappens; B¹⁰: Posteriorer basaler Segmentbronchus)

Virtuelle Realität in der präoperativen Planung

Das Hauptziel dieser Studie war die Bewertung der Nutzbarkeit von eigenständigen Headsets für die präoperative Planung bei pädiatrischen thorakoskopischen Segmentektomien. Neunzehn pädiatrische Patienten, die sich einer thorakoskopischen anatomischen Segmentektomie unterzogen, wurden analysiert. Patientenspezifische dreidimensionale Modelle wurden unter Verwendung von Medical Imaging XR, basierend auf kontrastverstärkten CT-Daten.

Vergleichende Visualisierung von konventioneller Computertomographie und virtueller Rekonstruktion mit der Medicalholodeck-Software. A Konventionelle CT-Querschnittsansicht. B Konventionelle CT-Koronarsicht. C Konventionelle CT-Sagittalsicht. D Virtuelle dreidimensionale Rekonstruktion in Virtual Reality. (CPAM: Kongenitale pulmonale Atemwegsfehlbildung)

Nach der Modellrekonstruktion überprüfte das Operationsteam gemeinsam die räumlichen Beziehungen zwischen Läsionen und angrenzenden kritischen Strukturen in der VR-Umgebung. Zur Validierung der anatomischen Genauigkeit bewerteten zwei unabhängige Fachärzte auf Associate-Professor-Level oder höher alle präoperativen Bildgebungen, wobei der Fokus auf der Genauigkeit der Pulmonalarterienverzweigung, Gefäßkaliber und Venenverläufe lag.

Basierend auf dieser präoperativen Planung wurden thorakoskopische Operationen mit sequentieller Präparation der Zielgefäße und Bronchien durchgeführt, die durch VR-abgeleitete Landmarken geführt wurden. Die Wirksamkeit der VR-Rekonstruktion zur Erleichterung der intraoperativen Navigation wurde kontinuierlich bewertet.

Sicherere thorakoskopische Resektionen

Alle 19 Eingriffe wurden erfolgreich thorakoskopisch abgeschlossen, ohne Konversionen zur Thorakotomie. Präoperative VR-Rekonstruktionen boten eine überlegene anatomische Abgrenzung im Vergleich zur konventionellen CT, wobei zwei unabhängige Gutachter die verbesserte Visualisierung der segmentalen bronchialen Verzweigung und der räumlichen Beziehungen zur pulmonalen Gefäßstruktur bestätigten.

Die präoperative VR-Rekonstruktion korrelierte mit den intraoperativen chirurgischen Bildern bei einem Patienten, der eine kombinierte S9+S10-Segmentresektion für eine Läsion im linken Unterlappen durchlief. A Präoperative virtuelle Rekonstruktion von A⁶, A⁸, A⁹, A¹⁰. B und C Handhabungssituationen während der Operation: A⁸, A⁹, A¹⁰ etc. D Präoperative virtuelle Rekonstruktion von A⁹, A¹⁰, V⁹ etc. E und F Handhabungssituationen während der Operation: A⁹, V⁹, V¹⁰ etc. (A⁶: Oberes segmentales Lungenarterien; A⁸: Anteromedial basales segmentales Lungenarterien; A⁹: Laterales basales segmentales Lungenarterien; A¹⁰: Posteriors basales segmentales Lungenarterien; V⁶: Oberes segmentales Lungenvenen; V⁸: Anteromedial basales segmentales Lungenvenen; V⁹: Laterales basales segmentales Lungenvenen; V¹⁰: Posteriors basales segmentales Lungenvenen; B⁹⁺¹⁰: Bronchus zum lateralen basalen Segment und Bronchus zum posterioren basalen Segment)

Die VR-Technologie ermöglichte eine präzise Beurteilung der Läsionsgrenzen in komplexen Fällen und erleichterte die frühe Planung erweiterter Resektionen, um eine vollständige Entfernung der betroffenen Bereiche sicherzustellen. Die VR-3D-Rekonstruktionstechnologie hat die präzise Planung bei kombinierten Segmentektomien revolutioniert.

In komplexen Fällen mit hochriskanten Gefäßvariationen bot die VR eine dynamische, stereoskopische Visualisierung abweichender Anatomie. Chirurgen konnten präoperativ Dissektionspläne einstudieren, wodurch das Risiko katastrophaler Blutungen durch unbeabsichtigte Gefäßverletzungen reduziert wurde.

Vorteile der räumlichen Bildgebung

Die herkömmliche präoperative Beurteilung mit kontrastverstärkter CT und 3D-CTBA erfordert von den Kliniker*innen, 3D-Beziehungen aus 2D-Anzeigen mental zu rekonstruieren. HMD-VR-Systeme überwinden diese Einschränkungen, indem sie immersive 3D-Darstellungen von CT-Daten bereitstellen. Chirurgen können Modelle drehen, räumliche Beziehungen zwischen Läsionen und kritischen Strukturen visualisieren und chirurgische Trajektorien simulieren, was die präoperative Planung, Vorbereitung und Personalisierung verbessert.

VR bietet dynamische, interaktive holografische Modelle, die natürliche endoskopische Perspektiven nachbilden und die Abhängigkeit von räumlicher Vorstellungskraft reduzieren. Die Vorteile der Virtual Reality erstrecken sich auf die Teamzusammenarbeit und ermöglichen eine geteilte immersive Visualisierung, die interdisziplinäre Diskussionen und Konsensbildung bei komplexen Fällen unterstützt.

Wie man mit Medicalholodeck anfängt

Medical Imaging XR ermöglicht es Klinikern, innerhalb einer immersiven, räumlichen Umgebung zu visualisieren, zu bewerten und zusammenzuarbeiten. Es erlaubt die Echtzeit-Interaktion mit patientenspezifischen 3D-Modellen, verbessert das anatomische Verständnis, erhöht die diagnostische Genauigkeit und unterstützt eine präzisere chirurgische Planung.

Medicalholodeck integriert sich in sichere Krankenhaussysteme, bietet PACS-Zugang, HIPAA-konforme Datenverarbeitung und vollständige Patientensicherheit. Es funktioniert auf VR-Headsets, PCs, iPads und iPhones für flexible Nutzung in Krankenhäusern, Klassenzimmern und Schulungszentren.

Spezialisierte Funktionen für die chirurgische Planung sind exklusiv für Medical Imaging XR PRO FDA.

Derzeit ist Medicalholodeck nur für Bildungszwecke verfügbar. Die Plattform befindet sich im Zertifizierungsprozess bei FDA und CE, und wir erwarten, dass Medical Imaging XR PRO bald auf den Märkten in den USA und der EU verfügbar sein wird.