CC BY
23УДК 004.921
ОПЫТ ОПЕРАТИВНОГО ЛЕЧЕНИЯ ПАЦИЕНТОВ С ТРАВМАМИ И ЗАБОЛЕВАНИЯМИ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИЙ ДОПОЛНЕННОЙ РЕАЛЬНОСТИ (AR)
О.А. Даниленко, д-р мед. наук,
Учреждение здравоохранения «6-я городская клиническая больница г.Минска»,
учреждение образования «Белорусский государственный медицинский
университет»
Аннотация
Автором статьи отражен начальный опыт применения и использования технологии дополненной реальности (AR) в практическом здравоохранении при планировании и оперативном лечении пациентов с травмами и заболеваниями опорно-двигательного аппарата. Исследование производилось на базе кафедры травматологии и ортопедии УО «Белорусский государственный медицинский университет» на клинической базе УЗ «6-я городская клиническая больница г.Минска». При проведении исследования использовались очки дополненной реальности Hololens 1 и Hololens 2, а также предустановленное программное обеспечение Smartymed и медицинская платформа XR-doctor. Полученный опыт положительно оценивает возможность использования AR при оперативном лечении пациентов с различной ортопедо-травматологической патологией, а также определяет существующие проблемы их применения.
Ключевые слова: дополненная реальность в медицине, очки дополненной реальности в медицине, новые технологии в ортопедии, дополненная реальность в травматологии и ортопедии
EXPERIENCE IN SURGICAL TREATMENT OF PATIENTS WITH INJURIES AND DISEASES OF THE MUSCULOSKELETAL SYSTEM USING AUGMENTED REALITY (AR) TECHNOLOGIES
О.А. Danilenka
Abstract
The author of the article reflects the initial experience in the application and use of augmented reality (AR) technology in practical healthcare in the planning and execution of surgical treatment of patients with injuries and diseases of the musculoskeletal system. The study was carried out on the basis of the Department of Traumatology and Orthopedics of the educational institution "Belarusian State Medical University" at the clinical base of the healthcare facility "6th City Clinical Hospital of Minsk". The study used Hololens 1 and Hololens 2 augmented reality glasses, as well as the pre-installed Smartymed software and the XR-doctor medical platform. The experience gained gives a positive feedback on the possibility of using AR in the surgical treatment of patients with various orthopedic and traumatological pathologies and also determines the existing problems in their use.
Key words: augmented reality in medicine, augmented reality glasses in medicine, new technologies in orthopedics, augmented reality in traumatology and orthopedics.
Введение
Все чаще в литературе появляются сведения об использовании технологий дополненной реальности в практическом здравоохранении и травматологии, и ортопедии, в частности [1]. Под дополненной реальностью мы понимаем феномен пространственно-временного континуума, совмещающий в себе комбинацию объективной и виртуальной реальности и обладающий рядом специфических качеств и свойств, недоступных в каждой из них дискретно [2].
Согласно данным большинства публикаций по данной тематике на научных медицинских ресурсах можно выделить несколько сфер применения технологий дополненной реальности:
- обучение студентов и врачей;
- использование технологии при осуществлении обмена данными между врачами-специалистами в режиме онлайн;
- телемедицинские консультации;
- предоперационное планирование операций;
- использование данных 3D голографии для прототипирования и отработки навыков оперативного вмешательства;
- использование дополненной реальности в условиях операционной для визуализации анатомических особенностей пациента и данных дополнительных методов исследования.
В настоящее время технологии реальности применяются в ортопедических системах CAS и тренажерах для повышения хирургической точности, улучшения результатов и уменьшения осложнений [3-5].
Хорошим примером такого развития является, например, операция на позвоночнике, проведенная с применением AR Guidance (одобрена FDA) навигации в 2020 году в США, что позволило хирургам визуализировать 3D анатомию позвоночника пациента во время операции и тем самым обеспечить ее большую безопасность для пациента и удобство для врачей [6]. Заслуживает внимания также система медицинской визуализации True 3D от компании EchoPixel, которая позволяет врачам сразу оценивать и препарировать клинически значимые структуры на основе виртуальной 3D голографической модели, используя это в операционной [7].
AR имеет несколько применений в предоперационном планировании. В исследовании Ogawa et al. исследователи разработали устройство для размещения вертлужной впадины на основе AR, систему AR-HIP. Устройство AR-HIP представляет хирургу графическое изображение вертлужной впадины в операционном поле через смартфон. Смартфон также предоставляет обратную связь об ориентации вертлужной чашки. В исследовании 54 пациента, перенесших первичную тотальную артропластику тазобедренного сустава, были случайным образом разделены на две группы, в одной из которых ориентация чашки измерялась с помощью гониометра, а в другой -с помощью устройства AR-HIP. Устройство AR-HIP было более точным по сравнению с традиционными гониометрическими измерениями, потенциально снижая износ и повышая стабильность.
В другом исследовании, проведенном Шеном и соавторами, данные компьютерной томографии были использованы для создания пластинки для реконструкции для конкретного пациента для репозиции одностороннего перелома таза и вертлужной впадины и внутренней фиксации. Затем система AR объединила данные компьютерной томографии с виртуальными моделями перелома и хирургических имплантатов, что позволило точно установить имплантат и уменьшить перелом. Точность этой системы AR была оценена с использованием шести клинических случаев с вариабельностью виртуальной геометрии имплантата в среднем на 0,63 мм со стандартным отклонением 0,49 мм. В среднем пользователям требовалось 10 минут, чтобы создать графическое представление имплантата. Эти исследования показывают, что AR может повысить эффективность предоперационного планирования и лучше приспособиться к индивидуальной анатомии пациента [8].
Интересной представляется категория устройств, основанная на использовании гарнитур дополненной реальности, например, таких как Google Glass или Microsoft HoloLens. Так, например, с применением данных устройств Wang et al. использовали трехмерную реконструкцию данных компьютерной томографии пациента, отображаемых на головном устройстве HoloLens, для установки крестцово-подвздошного винта. Траектория винта была спланирована на основании данных компьютерной томографии, что позволило установить конструкции под AR контролем с минимальным отклонением между запланированной и окончательной позицией [9]. Также использовались данные технологии при проведении операции тотального
эндопротезирования в ходе которого технология AR также оценивалась на предмет точности имплантации компонентов в исследовании Logishetty et а1. [10]. В ходе работы специалисты, использующие систему AR, имели значительно меньшие средние ошибки ориентации, чем не использовавшие ее.
Несмотря на имеющиеся достижения, использование технологий дополненной реальности в хирургической практике только начинается и развивается в настоящее время во многих отраслях травматологии и ортопедии, что и определило наш интерес к данной теме.
Цель: оценить существующие возможности практического применения технологии дополненной реальности в оперативном лечении пациентов с травмами и заболеваниями опорно-двигательного аппарата.
Задача: применить существующие возможности платформы, программы ХЫ-^с1ог и очков дополненной реальности в планировании оперативных вмешательств и оперативном лечении пациентов ортопедо-травматологического профиля и оценить опыт их применения.
Материалы и методы
Материал работы базируется на изучении результатов практического использования технологии дополненной реальности в 5 случаях клинического применения. Работа производилась на представленной для клинической апробации платформе ХК^ос1ог, с программным обеспечением, реализованном в очках дополненной реальности Но1о1епБ 1 (3 случая) и Но1о1епБ 2 (3 случая) в период с 01.05.2021 по 15.08.2021. Технология применялась на базе лечебного учреждения УЗ «6-я городская клиническая больница г.Минска». Исследование было согласовано и проводилось с одобрения комитета по этике. Отбор пациентов для проводимого исследования осуществлялся по факту согласия пациента на всестороннее обследование и предоставления данных. При подготовке случаев осуществлялось обследование пациентов согласно клиническим протоколам МЗ РБ, с обязательным выполнением исследований; рентгенограмма поврежденного сегмента в 2-х проекциях, МРТ и РКТ исследования.
Данные пациентов загружались на платформу ХК^ос1ог (рисунок 1).
О fi Htps xr-duUur.ajm a&io ф и G ^ Г| •
XR DOCTOR ЗАРЕГИСТРИРОВАТЬ АККАУНТ
Мы предоставляем полный набор решений для широкого круга клиентов: от клиник и больниц до исследовательских лабораторий, врачей и ученых.
Л
Рисунок 1 - Интерфейс платформы XR-doctor
Доступ к платформе и очки виртуальной реальности были предоставлены на безвозмездной основе фирмой Smartymed с обязательством опубликования независимой и непредвзятой оценки полученного опыта взаимодействия с платформой и программным обеспечением (нет конфликта интересов).
Аппаратная сторона вопроса была представлена в нашем исследовании очками дополненной реальности Hololens 2. Для обеспечения работы устройств в обоих случаях использовался Wi-Fi сигнал, раздаваемый с мобильного устройства, при этом
параметры сети были следующими: ping - 25 ms, вибрация - 4 ms, скорость скачивания данных - 2,1 Mbps, скорость загрузки - 2,0 Mbps. Результат и методы
На базе УЗ «6-я городская клиническая больница г.Минска» проведено 5 оперативных вмешательств с использованием технологии дополненной реальности. Диагнозы пациентов, у которых выполнены оперативные вмешательства, представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Вид оперативного вмешательства и патология оперированных пациентов
s 1 о а (U § о X Пол пациента Возраст Диагноз по МКБ Вид оперативного вмешательства Время, затраченное на подготовку оперативного вмешательства (мин) Продолжительность вмешательства (мин)
1 ж 55 S 43.0 Открытое малоинвазивное устранение застарелого вывиха плеча, пластика дефекта по Mclaughlin 360 26
2 м 26 D 16.0 Удаление образования проксимального отдела плеча 300 24
3 м 32 M87.0 Core пластика проксимального отдела бедра 340 26
4 м 54 T84.0 Ревизионное эндопротезирование тазобедренного сустава 320 128
5 м 52 M 16.5 Остеотомия бедра, тотальное эндопротезирование тазобедренного сустава 250 152
Интерфейс программного обеспечения в очках виртуальной реальности осваивался предварительно испытуемыми и был интуитивно понятен и адаптирован для нужд оперирующего хирурга (рисунок 2).
Рисунок 2 - Интерфейс программного обеспечения в очках виртуальной реальности
Голограммы были подготовлены заблаговременно при подготовке к оперативному лечению и проверены на работоспособность на платформе. Осуществлялось моделирование оперативного вмешательства с планированием доступа, этапов операции, необходимых имплантов и инструментов (рисунок 3).
Рисунок 3 - Голограммы основных объектов и этапов оперативного вмешательства подготовлены к загрузке в виртуальные очки
Накануне операции осуществлялась проверка работоспособности голограмм, проецированных на прототипе опорно-двигательного аппарата с наложением голографической картины дополненной реальности с использованием ортопедического инструментария (рисунок 4).
Рисунок 4 - Отработка этапа операции в среде дополненной реальности на манекене
Интраоперационно осуществляли проекцию голограмм на область оперативного вмешательства в реальных размерах. После проекции голограммы ее фиксировали на объекте (рисунок 5).
Рисунок 5 - Проекция голограммы на пациента (вид из очков Но1о1епБ2)
По ходу оперативного вмешательства осуществляли видеодокументацию последнего, использовали имеющиеся заготовки голограмм предоперационного планирования.
Результаты и их обсуждение
Всего за период исследования с применением технологии осуществили 5 оперативных вмешательств с применением технологии дополненной реальности. Использование технологии потребовало от нас некоторых временных затрат на подготовку случаев к клиническому примененению. Среднее время подготовки составило 314±42 мин. В очки дополненной реальности осуществлялась загрузка подготовленных моделей с платформы. Выполняя оперативное вмешательство мы столкнулись с рядом аппаратных проблем при использовании Но1о1епБ 1. Стороны вопроса, которые вызвали у нас замечания: цена (определяет доступность технологии), значительный вес изделия (579 г), небольшой объем долговременной и оперативной памяти, нагрев устройства при длительной манипуляции с объектами, узкое рабочее поле очков, происходящее время от времени замедление работы. При работе с Но1о1епБ 2, несмотря на почти аналогичный вес (566 г), он ощущается гораздо более комфортным в работе, более активно откликается при запросах и манипуляциях с голограммой, удобнее реализован интерфейс взаимодействия с голографическими объектами, однако при записи видео-файлов во время вмешательства по-прежнему сохраняется такая проблема как нагрев устройства.
Использование голограмм при проведении оперативного вмешательства имело как свои преимущества, так и недостатки, которые мы при анализе используемой технологии для удобства разбили на несколько составных компонентов (программное обеспечение, параметры голографических объектов).
Программа и ее интерфейс в освоении достаточно дружелюбны, интуитивно понятны. Освоение не заняло много времени, загрузка файлов и манипуляция с ними потребовали формирования навыка, однако по мере освоения темп манипуляций существенно увеличился. Недостатками программы на момент работы с первой моделью было отсутствие удобного меню рабочих инструментов для использования во время операции. В процессе взаимодействия с поставщиком услуг данные недостатки оперативно устранялись, программное обеспечение совершенствовалось, дополняясь необходимыми компонентами в виде навигационных элементов и заготовленных голографических объектов с этапами предоперационного планирования.
Построение голограмм потребовало участия представителей компании разработчика программного обеспечения, аналогично использовалась помощь при осуществлении и планировании операции. Манипуляции с объектами голограмм по мере отработки навыка происходили успешнее. При осуществлении первых 2 вмешательств столкнулись с проблемой контрастности цветовых решений в зависимости от света в операционной и фона стен (рисунок 6).
Рисунок 6 - Изображение голограммы при проекции на пациента сливается с окружающим фоном
Нами была проведена отдельная научная работа, которая позволила подобрать наиболее удачные комбинации цветовых решений для работы как в условиях операционной, так и при формировании учебных кейсов на основании реальных оперативных вмешательств. Также возникали трудности с нарушением позиции голографического объекта при изменении позиции оператора в операционной и выполнении манипуляций, которые очками воспринимались как командные движения, что приводило к нарушению позиции голограмм. Для устранения данного недостатка нами была предложена и реализована в программном продукте отдельная опция.
Дальнейшая разработка программного обеспечения позволила реализовать возможность интраоперационной визуализации сосудов артериального русла на основании данных РКТ пациентов с контрастированием.
Рисунок 7 - Голограмма таза с сосудами контрастно проецируется на пациента
Применение визуализации сосудов интраоперационно позволило существенно снизить риски оперативного лечения пациентов за счет возможности топографической оценки доступов и манипуляций при проведении оперативного вмешательства. Нами намечены и реализуются в настоящее время пути визуализации сосудов венозного русла, нервных стволов и лимфатической системы человека. Применение данных подходов позволит, на наш взгляд, существенно повысить качество операций
и снизить риски интраоперационной ятрогении, обусловленной повреждением важных анатомических образований.
Отдельным направлением при работе в очках дополненной реальности стала разработка навигационных инструментов. Использование этих элементов позволяет определить интраоперационно положение тех или иных компонентов по отношению друг к другу, что весьма важно, на наш взгляд, при, например, таких вмешательствах, как протезирование. Данный элемент программного обеспечения в настоящее время продолжает свое активное развитие и трансформируется в мощный инструмент по существу являющийся практически удобной, не требующей длительной подготовки системой интраоперационной навигации. Применение его позволяет использовать при осуществлении вмешательств менее травматичные и анатомичные доступы, что также позволяет снизить риски оперативных вмешательств.
Выводы
Разработанное программное обеспечение позволяет хирургу на основании данных предоперационного обследования и планирования создать голографическую модель, отработать этапы и технику предстоящего оперативного вмешательства, снизить риски интраоперационной ятрогении, осуществить сбор научной и практической информации в форме, удобной для последующего научного анализа.
Применение технологий навигации на основе дополненной реальности дает возможность практически удобно реализовать возможность дополнительного интраоперационного контроля компонентов и документировать клиническую ситуацию.
Накопление разработанных случаев оперативного лечения с применением технологии дополненной реальности делает возможным создание на их базе обучающего материала для последующего обучения врачей-специалистов.
Существующий софт и платформы дополненной реальности являются современным революционным продуктом с высоким уровнем готовности и, несомненно, применимым в условиях реальной операционной.
Список использованных источников
1. Barteit S, Augmented, Mixed, and Virtual Reality-Based Head-Mounted Devices for Medical Education: Systematic Review / S. Barteit, L. Lanfermann, T. Barnighausen [et al.] // JMIR Serious Games. - 2021. - Vol.9(3): e29080. - Published 2021 Jul 8. doi:10.2196/29080.
2. Макеев, С.Н. Генезис понятия расширенной реальности / С.Н. Макеев, А.Н. Макеев // Учебный эксперимент в образовании. - 2013. - №4. - С.8-14.
3. Verhey, J.T. Virtual, augmented, and mixed reality applications in orthopedic surgery / J.T. Verhey, J.M. Haglin, E.M. Verhey, D.E. Hartigan, // Int J Med Robotics Comput Assist Surg. - 2020; 16: e2067. https://doi.org/10.1002/rcs.2067.
4. Nikolaev, V.A. Virtual, augmented and mixed reality technologies in the context of digitalization of healthcare system / V.A. Nikolaev, A.A. Nikolaev // Medical Technologies. Assessment and Choice. - 2020. - Vol.2. - Р.35-42.
5. Dimitrios, Chytas. Mixed reality for visualization of orthopedic surgical anatomy / Chytas Dimitrios, Vasileios S. Nikolaou// World Journal of Orthopedics. -
2021. - 10.5312/wjo.v12.i10.727, 12, 10, (727-731).
6. Muthuseshan, G. Augmented Reality (AR) in Healthcare / G. Muthuseshan. -Mode of access: https://www.researchgate.net/publication/338162387_Software-_Framework_for_Customized_Augmented_Reality_Headsets_in_Medicine/citations.
7. About echopixel. - Mode of access: https: / / echopixeltech.com / about-echopixel-1.
8. Role of 3D intraoperative imaging in orthopedic and trauma surgery / J. Tonetti, M. Boudissa, G. Kerschbaumer, O. Seurat // Orthopaedics & Traumatology: Surgery & Research. - Vol.106. - Issue 1. - Supplement, 2020. - P.S19-S25. ISSN 1877-0568, https:/ /doi.org/10.1016/j.otsr.2019.05.021.
9. Precision insertion of percutaneous sacroiliac screws using a novel augmented reality-based navigation system: a pilot study / H. Wang, F. Wang, A.P. Leong [et al.] // Int Orthop. - 2016. - Vol.40. - Р. 1941-1947.
10. Can an augmented reality headset improve accuracy of acetabular cup orientation in simulated THA? A randomized trial / K. Logishetty, L. Western, R. Morgan [et al.] // Clin Orthop Relat Res- 2019. - Vol.477. - P. 1190-1199.
16.11.2022
УДК 796.01:615.8+615.847
МАГНИТОТЕРАПИЯ ДЛЯ СПОРТСМЕНОВ: АКЦЕНТ НА КОМПЛЕКСНЫЕ МЕТОДИКИ
Д.К. Зубовский, канд. мед. наук,
Учреждение образования «Белорусский государственный университет
физической культуры»
Аннотация
В статье характеризуются особенности восстановительного действия сочетанных и комбинированных с магнитотерапией физиотерапевтических воздействий в качестве средств функциональной реабилитации на всех этапах подготовки спортсменов различных видов спорта, так и при наличии у них хронических заболеваний и травм.
MAGNETOTHERAPY FOR ATHLETES: FOCUS ON INTEGRATED METHODS
D-К. Zubovskiy
Abstract
The article describes the peculiarities of the regeneration effect of associated physiotherapeutic impact and physiotherapeutic impact combined with magnetotherapy in the course of functional rehabilitation of athletes of various sports, as well as in the presence of chronic diseases and injuries.
Введение
Преимущества средств и методов физиотерапии (ФТ) перед фармакологическими препаратами связаны с доказанным влиянием лечебных физических факторов (ЛФФ) на большее, чем при фармакотерапии, количество физиологических систем вследствие раздражения различных типов нервных рецепторов и поглощения тканями энергии ЛФФ [1].
В клинической медицине в настоящее время превалирует политерапия, т.е. применение нескольких лечебных методов и средств с различными механизмами действия, что связано с множественностью патологии у одного пациента [2, 3]. Комплексное применение методов ФТ часто используется при хронических или длительно текущих заболеваниях и повреждениях [4].
Комплексная ФТ представляет собой рациональное комбинирование или сочетание двух или более методов. Комбинирование - последовательное применение нескольких физиотерапевтических методов, распространено широко. Сочетанная ФТ, основанная на одновременном применении на одну и ту же область тела человека двух или более ЛФФ применяется реже, т.к. связана с необходимостью наличия специальной аппаратуры. Смысл комплексного применения ЛФФ состоит в том, что основой такого подхода является взаимное потенцирование действия ЛФФ, что способствует проявлению целого спектра новых или более выраженных терапевтических эффектов и удлинение периода последействия. К такому воздействию ЛФФ значительно реже и медленнее развивается привыкание [4].
Комплексное применение ЛФФ может существенно расширить арсенал средств восстановления и повышения работоспособности спортсменов в ходе тренировочного
