Новейшие технологии в нейрохирургии: флуоресценция и дополненная реальность

Современные технологии не стоят на месте и постоянно развиваются, чтобы облегчить работу хирургов во время операции. Одним из таких методов как раз и является использование технологий флуоресценции в сочетании с дополненной реальностью.

Сейчас существует три основных типа контрастов, используемых в нейрохирургии флоресцеин, индоцианин зеленый (ICG) и 5-аминолевулиновая кислота (5-ala) (см. табл.).

  Рассмотрим подробнее каждый из этих типов флуоресценции.

Этот тип флуоресценции начал использоваться с начала 2000х для визуализации потока крови в сосудах. Это нашло свое использование в лечении аневризм и артериовенозных мальформаций (АВМ).

Индоцианин зеленый имеет свойство связываться с белками плазмы крови (80% с глобулинами и 20% с альфа-липопротеидами и альбуминами) и поэтому не попадает за пределы кровообращения.

ICG имеет период полувыведения от 150 до 180 секунд и полностью секретируется в желчь. Поэтому разведенный раствор ICG вводят в кровоток непосредственно во время операции. При необходимости, процедуру проводят несколько раз – например, до клипирования аневризмы и после.

Пики поглощения и излучения индоцианина зеленого находятся в области, близкой к инфракрасному свету (от 800 до 850 нм). Именно поэтому флюоресценцию ICG невозможно увидеть невооруженным глазом и хирурги были вынуждены постоянно переключаться между картинкой инфракрасного света (картинка б) и натуральным видом сосудов (картинка а).

Для того, чтобы соединить два этих изображения в одно, как раз и используют технологию дополненной реальности (например, GLOW800 от Leica Microsystems). Специальная камера фиксирует флуоресценцию, а программа накладывает обработанные сигналы флуоресценции на реальное изображение сосудов. Таким образом хирургам больше нет необходимости переключаться между черно-белым изображением и видом сосудов в белом свете.

Для того, чтобы наглядно увидеть как работает данная технология, рекомендуем просмотреть короткий ролик о практическом использовании технологии GLOW800 доктором Рафаэлем Гузманом (специалиста по нейроваскулярной и педиатрической нейрохирургии в клинике университета г. Базель (Швейцария).

Из записью лекции моэжна ознакомиться по ссылке  (описание клинического случая с14:46 хв).  

Используется для подсветки глиом мозга III-IV ст. во время резекции. В качестве контраста используется 5-аминолевулиновая кислота, входящая в состав таких препаратов, как «Глиолан». Он принимается в интервале 2-4 часа до введения анестезии.

5-аминолевулиновая кислота (5-ALA) является предшественником порфирина в биохимической цепи синтеза гема. При экзогенном поступлении некоторые виды глиом потребляют 5-ALA и превращают ее в флуоресцентный метаболит протопорфирин IX (PpIX), вызывая специфическую для опухолей флуоресценцию тканей.

Ее можно увидеть в ультрафиолетовом свете с помощью специальных световых фильтров (Рис.а). Но как видно из фотографии, при этом, цвет сопутствующих тканей искажается: они окрашиваются в неестественный темно-синий цвет, что позволяет хирургу примерно ориентироваться в операционном поле, но все же ограничивает детальное восприятие анатомии. При этом кровь во флуоресцентном режиме выглядит абсолютно черной, что затрудняет ее остановку при кровотечениях и требует от хирурга постоянно переключаться между белым светом и режимом флюоресценции.

В этом случае, технология дополненной реальности GLOW400 используется для улучшения визуализации и позволяет хирургу непрерывно работать в одном режиме (Рис.б). Режим анатомического вида с помощью цифровой обработки изображения, выводимого на экран или на гарнитуру дополненной реальности MyVeo, улучшает вид сопутствующих тканей, что делает их более заметными во время операции. Это позволяет оперировать без необходимости постоянно переключаться между режимом флуоресценции и белым светом.

Кроме этого, существует еще один дополнительный режим, который усиливает самые слабые сигналы флуоресценции и выводит их на экран (Рис. в). Режим усиленной подсветки, как следует из его названия, с помощью цифровой обработки усиливает самые слабые сигналы флуоресценции делая их более заметными во время операции.  

Флуоресцеин реагирует на свет длиной волны 465-490 нм и флуоресцирует в диапазоне длины волны 520-530 нм. Основным преимуществом данной флуоресценции является то, что пики поглощения и излучения находятся в области видимого света. Поэтому вид и цвет сопутствующих структур почти не искажается, как это происходило с ICG и 5-ala.

Как и в случае ICG, флуоресцеин вводится прямо во время операции и начинает светиться уже через 7-14 секунд после введения препарата. Через несколько минут после внутривенного применения флуоресцеина натрия кожа приобретает желтоватый оттенок, который начинает исчезать через 6-12 часов после введения препарата.

Флуоресцеин натрия одобрен FDA для клинического использования в офтальмологии, но применение его в нейрохирургии считается использованием не по назначению. Однако до сих пор проводятся исследования по использованию флюоресцеина натрия для лечения АВМ, а также при резекции глиом и метастазов мозга.  

Особенно полезным он может быть в случае лечения глубоко расположенных аневризм, поскольку в этих случаях критически важным фактором является визуализация сопутствующих структур.

Данные дополненной реальности могут выводиться только на экран монитора или на гарнитуру, поскольку это дополнительная цифровая обработка живого изображения в режиме реального времени.

При этом, на монитор можно вывести не только флуоресценцию, а также данные с нейронавигационных систем или поле зрения эндоскопа. Именно поэтому все больше приобретает популярность проведение операции в режиме экзоскопа. Это означает, что хирург оперирует в стереоскопических очках, ориентируясь на 3D изображение, выводимое на монитор.

Благодаря одновременной съемке с двух камер под разным углом, создается трехмерное объемное изображение. Для этого изображение с двух камер, которые одновременно снимают операционное поле передается на монитор, а далее обрабатывается программой, чтобы видео можно было просмотреть в стереоскопических очках. При этом значительно уменьшается нагрузка на хирурга во время длительных операций.

Также, использование экзоскопа требует размещения специального 3D монитора с диагональю не менее 30», что требует дополнительного пространства в операционной.

При работе с ассистентом, следует учитывать, что на монитор выводится только вид операционного поля со стороны главного хирурга. При операциях «face-to-face» надо устанавливать дополнительно еще один монитор за спиной хирурга с выводом перевернутого изображения отдельно для ассистента.

Если кто-то из вас когда-то пробовал смотреть телевизор в переполненной комнате, то вы поймете еще один основной недостаток работы в режиме экзоскопа – это сложность сконцентрироваться на операции.

Когда хирург смотрит в очки микроскопа, он находится в своем так называемом «пузыре», и ему гораздо легче сконцентрироваться на операции. Именно поэтому лучшим решением стала разработка цифровой гарнитуры MyVeo, больше напоминающей шлем виртуальной реальности.

Благодаря ему можно выводить изображение нужной ориентации для каждого наблюдателя отдельно, и при этом, это не требует дополнительных мониторов. Более того, хирург также может сконцентрироваться на работе и операционная команда не будет ему мешать или закрывать собой вид операционного поля на мониторе.

С помощью MyVeo вы сможете выводить изображение операционного поля с флуоресценцией прямо перед вашими глазами. При сложных операциях вы можете также выводить изображение не только операционного поля с микроскопа, но и с эндоскопа, а также с нейронавигационных систем.

Предлагаем ознакомиться с универсальной проводной гарнитурой для хирургической визуализации MyVeo, совместимой с нейрохирургической платформой ARveo 8 в нашем видео-обзоре

Решения выводят всю необходимую информацию прямо перед глазами, без необходимости выводить IGS или эндоскоп или смотреть в окуляр микроскопа

Кроме этого подробнее о флуоресценции можно узнать из статей ведущих специалистов. Вот лишь некоторые из них.

1. Обзорная статья о флуоресценции в нейрохирургии и ее терапевтическом использовании: 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. Статья об интраоперационной видеоангиографии с флуоресцеином натрия в хирургии внутричерепных аневризм: KÜÇÜKYÜRÜK, Barış, et al. Intraoperative fluorescein sodium videoangiography in intracranial aneurysm surgery. World Neurosurgery, 2021, 147: e444-e452.
3. Технические принципы и нейрохирургические применения флуоресценции с использованием интегрированного в микроскоп 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 также: преимущества флуоресценции в сосудистой хирургии.