Новітні технології в нейрохірургії: флуоресценція та доповнена реальність

Сучасні технології не стоять на місці та постійно розвиваються, щоб полегшити роботу хірургів під час операції. Одним із таких методів якраз і є використання технологій флуоресценції у поєднанні з доповненою реальністю.

Наразі існує три основних типи контрастів, що використовуються в нейрохірургії:  флуоресцеїн, індоціанін зелений (ICG) та 5-амінолевулінова кислота (5-ala) (Див.табл).

Розглянемо докладніше кожний з цих типів флуоресценції. 

Цей тип флуоресценції почав використовуватися з початку 2000х для візуалізації потоку крові у судинах. Це знайшло своє використання в лікуванні аневризм і артеріовенозних мальформацій (АВМ).

Індоціанін зелений має властивість зв’язуватись з білками плазми крові (80% з глобулінами і 20% з альфа-ліпопротеїдами і альбумінами) і тому не потрапляє за межі кровообігу.

ICG має період напіввиведення від 150 до 180 секунд і повністю секретується в жовч. Тому розведений розчин ICG вводять у кровообіг безпосередньо під час операції. За необхідності, процедуру проводять декілька разів – наприклад, до кліпування аневризми та після.

Піки поглинання та випромінювання індоціаніну зеленого знаходяться в області, що близька до інфрачервоного світла (від 800 до 850 нм).  Саме тому  флуоресценцію ICG неможливо побачити неозброєним оком і хірурги були вимушені постійно перемикатися між картинкою інфрачервоного світла (картинка б) і натуральним виглядом судин (картинка а).

Для того, щоб поєднати два цих зображення в одне, якраз і використовують технологію доповненої реальності (наприклад, GLOW800 від Leica Microsystems). Спеціальна камера фіксує флуоресценцію, а програма накладає опрацьовані сигнали флуоресценції на реальне зображення судин. Таким чином хірургам більше немає потребиперемикатися між чорно-білим зображенням і виглядом судин у білому світлі. 

Для того, щоб наочно побачити як працює дана технологія, рекомендуємо переглянути короткий ролик про практичне використання технології GLOW800 доктором Рафаелем Гузманом (спеціаліста з нейроваскулярної та педіатричної нейрохірургії в клініці  університету м. Базель (Швейцарія). 

Із записом цієї доповіді можна ознайомитися нижче (опис клінічного випадку з 14:46 хв). 

Використовується для підсвічування гліом мозку III-IV ст. під час резекції. Як контраст використовується 5-амінолевулінова кислота, що входить до складу таких препаратів, як “Гліолан”.  Він приймається в інтервалі 2-4 години до введення анестезії.

5-амінолевулінова кислота (5-ALA) є попередником порфірину у біохімічному ланцюгу  синтезу гему. При екзогенному надходженні деякі види гліом споживають 5-ALA і перетворюють її на флуоресцентний метаболіт протопорфірин IX (PpIX), викликаючи специфічну для пухлин флуоресценцію тканин.

ЇЇ можна побачити в ультрафіолетовому світлі за допомогою спеціальних світлових фільтрів (Рис.а). Але як видно з фотографії, при цьому, колір супутніх тканин спотворюється: вони забарвлюються у  неприродній темно-синій колір, що дозволяє хірургу приблизно орієнтуватися в операційному полі, але все ж обмежує детальне сприйняття анатомії. При цьому кров у флуоресцентному режимі виглядає абсолютно чорною, що ускладнює її спинення при кровотечах і вимагає від хірурга постійно перемикатися між білим світлом і режимом флуоресценції. 

У цьому випадку, технологія доповненої реальності GLOW400 використовується для покращення візуалізації та дозволяє хірургу безперервно працювати в одному режимі (Рис.б). Режим анатомічного вигляду за допомогою цифрової обробки зображення, що виводиться на екран або на гарнітуру доповненої реальності MyVeo, покращує вигляд супутніх тканин, що робить їх помітнішими під час операції. Це дає змогу оперувати без необхідності постійно перемикатися між режимом флуоресценції і білим світлом. 

Крім цього, існує ще один додатковий режим, який посилює найслабші сигнали флуоресценції та виводить їх на екран (Рис. в). Режим посиленого підсвічування, як випливає з його назви, за допомогою цифрової обробки підсилює найслабші сигнали флуоресценції роблячи їх більш помітними під час операції.

Вигляд операційного поля: а) з використанням фільтру Fl400; б) в режимі доповненої реальності GLOW400 “Anatomy view”; в) в режимі доповненої реальності GLOW400 “Highlighted Fluorescence”.

Флуоресцеїн реагує на світло довжиною хвилі 465-490 нм та флуоресціює в діапазоні довжини хвилі 520-530 нм. Основною перевагою даної флуоресценції є те, що піки поглинання та випромінювання знаходяться в області видимого світла. Тому вигляд і колір супутніх структур майже не спотворюється, як це відбувалося з ICG та 5-ala.

Як і у випадку  ICG, флуоресцеїн вводиться прямо під час операції та починає світитися вже через 7-14 секунд після введення препарату. Через кілька хвилин після внутрішньовенного застосування флуоресцеїну натрію шкіра набуває жовтуватого відтінку, який починає зникати через 6-12 годин після введення препарату. 

Флуоресцеїн натрію схвалено FDA для клінічного використання в офтальмології, але застосування його в нейрохірургії вважаються використанням не за призначенням. Проте досі проводяться дослідження щодо використання флуоресцеїну натрію для лікування АВМ а також під час резекції гліом та метастазів мозку. 

Особливо корисним він може бути у випадку лікування глибоко розташованих аневризм, оскільки в цих випадках критично важливим фактором є візуалізація супутніх структур.

Дані доповненої реальності можуть виводитися тільки на екран монітора або на гарнітуру, оскільки це додаткова цифрова обробка живого зображення в режимі реального часу. 

При цьому, на монітор можна вивести не тільки флуоресценцію, а також дані з нейронавігаційних систем або поле зору ендоскопу.  Саме тому все більше набуває популярності проведення операції в режимі екзоскопа. Це означає, що хірург оперує в стереоскопічних окулярах, орієнтуючись на 3D зображення, що виводиться на монітор. 

Завдяки одночасному зніманню двох камер під різним кутом, створюється тривимірне об’ємне зображення. Для цього зображення з двох камер, які одночасно знімають операційне поле передається на монітор, а далі обробляється програмою, щоб відео можна було переглянути в стереоскопічних окулярах. При цьому значно зменшується навантаження на хірурга під час тривалих операцій.

Також, використання екзоскопу потребує розміщення спеціального 3D монітору з діагоналлю не менше 30”, що вимагає додаткового простору в операційній.

При роботі з асистентом, слід враховувати, що на монітор виводиться тільки вигляд операційного поля з боку головного хірурга. При операціях “face-to-face” треба встановлювати додатково ще один монітор за спиною хірурга з виводом перевернутого зображення окремо для асистента.

Якщо хтось з вас колись пробував дивитися телевізор в переповненій кімнаті, то ви зрозумієте ще один основний недолік роботи в режимі екзоскопу – це складність сконцентруватися на операції. 

Коли хірург дивиться в окуляри мікроскопа, він знаходиться в своїй так званій “бульбашці”, і йому набагато легше сконцентруватися на операції. Саме тому найкращим рішенням стала розробка цифрової гарнітури MyVeo, що більше нагадує шолом віртуальної реальності. 

Завдяки йому можна виводити зображення потрібної орієнтації для кожного спостерігача окремо, і при цьому, це не потребує додаткових моніторів. Більш того, хірург так само може сконцентруватися на роботі та операційна команда не буде йому заважати або закривати собою вид операційного поля на моніторі. 

За допомогою MyVeo  ви зможете виводити зображення операційного поля з флуоресценцією прямо перед вашими очима. При складних операціях ви можете також виводити зображення не тільки  операційного поля з мікроскопу, але й з ендоскопу, а також з нейронавігаційних систем. 

Пропонуємо ознайомитися з універсальною дротовою гарнітурою для хірургічної візуалізації MyVeo, що сумісна з нейрохірургічною платформою ARveo 8 в нашому відео-огляді.

Рішення доповненої реальності виводять всю необхідну інформацію просто перед очима, без потреби виводити IGS чи ендоскоп або дивитися в окуляр мікроскопа!

Окрім цього детальніше про флуоресценцію можна дізнатися з статей провідних спеціалістів. Ось лише деякі з них. 

1. Оглядова стаття про флуоресценцію в нейрохірургії та її терапевтичне використання: EWELT, Christian, et al. Fluorescence in neurosurgery: its diagnostic and therapeutic use. Review of the literature. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 2015, 148: 302-309.
2. Стаття про інтраопераційну відеоангіографію з флуоресцеїном натрію в хірургії внутрішньочерепних аневризм:KÜÇÜKYÜRÜK, Barış, et al. Intraoperative fluorescein sodium videoangiography in intracranial aneurysm surgery. World Neurosurgery, 2021, 147: e444-e452.
3. Технічні  принципи та нейрохірургічні застосування флуоресценції з використанням інтегрованого в мікроскоп флуоресцентного модуля:REY-DIOS, Roberto; COHEN-GADOL, Aaron A. Technical principles and neurosurgical applications of fluorescein fluorescence using a microscope-integrated fluorescence module. Acta neurochirurgica, 2013, 155: 701-706.

Читайте також: переваги флуоресценції в судинній хірургії.