ТЕХНОЛОГИЯ ДОПОЛНЕННОЙ РЕАЛЬНОСТИ (AR) В СОВРЕМЕННОЙ ОНКОУРОЛОГИЧЕСКОЙ ПРАКТИКЕ. КЛИНИЧЕСКИЙ СЛУЧАЙ

Распечатать / Сохранить в PDF

Г.Т. Басиашвили¹, Н.Р. Акрамов^2,5, Т.А. Хакимий², А.И. Новрузбекова², А.Е. Бариев¹, А.В. Говоров³, Д.Ю. Пушкарь³, А.А. Хакимий⁴

¹Республиканский клинический онкологический диспансер МЗ РТ им. проф. М.З. Сигала, Казань

²Казанская государственная медицинская академия — филиал ФГБОУ ДПО РМАНПО МЗ РФ, Казань

³Многопрофильный научно-клинический центр им. С.П. Боткина, Москва

⁴Казанский (Приволжский) федеральный университет, Казань

⁵Республиканская клиническая больница МЗ РТ, Казань

Басиашвили Г.Т. — к.м.н., хирург онкоуролог

420029, г. Казань, Сибирский Тракт, 29, тел.: +7-917-862-83-68, e-mail: dr.basiashvili@gmail.com, ORCHID ID: 0000-0002-4835-2131

Реферат. В статье рассматривается применение технологии дополненной реальности (AR) в онкоурологии на примере лапароскопической резекции почки у пациентки с диагнозом светлоклеточного рака почки III степени злокачественности.

Основные аспекты исследования. Выполнена предоперационная сегментация данных компьютерной томографии с созданием детализированных 3D-моделей опухоли, почки и прилегающих анатомических структур.

• Использование технологии AR, интегрированной с очками HoloLens, позволило проецировать голограммы ключевых анатомических объектов в реальное операционное поле.
• Для точной ориентации моделей в пространстве разработана индивидуальная маркерная рамка, синхронизирующая данные КТ с положением пациента во время операции.

Результаты. Применение AR-технологии обеспечило высокую точность визуализации и планирования оперативного доступа.

• Все этапы хирургического вмешательства были выполнены без осложнений, пациентка успешно восстановилась.
• Топографическая точность предварительного моделирования полностью соответствовала интраоперационным данным.

Заключение. Технология дополненной реальности демонстрирует значительный потенциал в онкоурологии, позволяя улучшить визуализацию, минимизировать риски осложнений и оптимизировать тактику хирургического лечения. Интеграция AR в клиническую практику способствует повышению точности и безопасности хирургических вмешательств, открывая новые возможности для персонализированной медицины.

Ключевые слова: дополненная реальность, онкоурология, навигация, лапароскопическая, предоперационное планирование.

 Введение

В последние годы технология дополненной реальности (AR) активно используется в различных областях, таких как образование, военно-промышленный комплекс, медицина и т. д. [1–3]. Она позволяет интегрировать виртуальные объекты в реальное пространство, расширяя возможности их применения. В онкоурологии AR демонстрирует большой потенциал, особенно в микрохирургии и лапароскопии [4–6]. Например, разработаны системы, обеспечивающие визуализацию сосудов, нервов и границ опухоли при различных вариантах ее роста: экзофитном, эндофитном и инфильтрирующем [7, 8]. Для передачи данных в реальном времени используются специальные маркеры, которые помогают точно определить границы новообразований, снижая риск повреждения важных анатомических структур [9, 10].

Применение технологии AR в хирургии существенно повышает точность оперативных вмешательств [1, 4]. Она предоставляет возможность четкой визуализации патологических образований, оптимального выбора хирургического доступа и улучшения этапов предоперационного планирования [3, 6]. К числу наиболее частых операций в онкоурологии относятся простатэктомия, резекции опухолей почки и нефрэктомия и многие другие [8].

При лапароскопической резекции опухоли доступ к почке осуществляется через минимальные разрезы с использованием троакаров, что снижает травматизацию окружающих тканей. В процессе операции важно учитывать расположение таких анатомических структур, как почечные сосуды, мочеточник и соседние органы, чтобы избежать их повреждения. Выполнение резекции связано с риском травматизации сосудисто-нервных образований, что требует высокой точности и применения современных технологий визуализации.

В клинической практике при резекции опухоли почки наиболее частыми осложнениями являются: повреждение крупных сосудов, таких как почечная артерия, почечная вена, нижняя полая вена или брюшная аорта, что может приводить к массивным кровотечениям; травмы прилегающих органов, включая перфорацию кишечника с развитием перитонита, разрыв паренхимы печени, повреждение капсулы селезенки, иногда требующее спленэктомии, а также нарушение функции надпочечников из-за их травмы. Кроме того, возможны повреждения нервных структур, таких как поясничное сплетение или ветви бедренного и запирательного нервов, что проявляется болевым синдромом или двигательными расстройствами. Также нередки послеоперационные инфекционные процессы, такие как развитие абсцессов, флегмон забрюшинного пространства или инфицирование послеоперационной раны. Возникновение этих осложнений связано с анатомической сложностью зоны вмешательства и трудностями в точной визуализации операционного поля во время операции.

Поэтому учет индивидуальной анатомии пациента играет ключевую роль в снижении рисков и планировании эффективного хирургического вмешательства.

Целью данного исследования было оценить возможности интраоперационного применения технологии дополненной реальности при лапароскопической резекции правой почки с новообразованием.

Материал и методы

Пациентка И., 64 года, обратилась в поликлинику ГАУЗ РКОД с жалобами на тупую боль в правой поясничной области. Диурез не нарушен, однако периодически отмечала утренние отеки.

Анамнез заболевания: в 2021 г. пациентке был диагностирован рак молочной железы. В 2022 г. проведена расширенная радикальная мастэктомия с последующим курсом из 6 циклов химиотерапии. В конце 2022 г. при плановом скрининговом обследовании выявлено изоэхогенное образование размерами 28 × 35 мм с признаками деформации чашечно-лоханочной системы правой почки.

Рис. 1. Компьютерная томография брюшной полости

Status localis: в области проекции правой почки (латерально от позвоночного столба на уровне Th12-L3) визуализируется образование размером 3 см. Консистенция: плотная. Поверхность: неровная. Подвижность: ограничена. Болезненность: отсутствует. Кожа в области поясницы физиологической окраски, без изменений. Регионарные лимфатические узлы не увеличены и не пальпируются. Симптом Пастернацкого справа отрицательный.

Проведена компьютерная томография органов брюшной полости и забрюшинного пространства, а также выполнено гистологическое исследование новообразования правой почки. Диагностирован светлоклеточный почечно-клеточный рак III степени злокачественности с инвазией в капсулу почки (рис. 1).

Для получения трехмерного представления опухоли и ее взаимоотношений с окружающими структурами был использован DICOM-файл рентгенологического исследования, загруженный в программу для обработки медицинских изображений с открытым исходным кодом — 3D Slicer. Проведена сегментация новообразования правой почки, а также прилегающих сосудов и тканей (рис. 2).

Рис. 2. 3D-макет почек и новообразования

Обследование показало, что опухоль почки не инфильтрирует окружающие ткани и сосуды. Она локализуется в чашечно-лоханочной системе, преимущественно в верхнем полюсе и на задней стенке.

С учетом значительных размеров новообразования и его расположения принято решение о проведении лапароскопической резекции с использованием технологии дополненной реальности. Выполнено компьютерное моделирование, детально изучены анатомические особенности, и составлен оптимальный план оперативного доступа.

Для обеспечения работы технологии дополненной реальности проведены дополнительные подготовительные мероприятия. Разработана специальная рамка с маркером, предназначенная для точного позиционирования голограмм анатомических структур в смешанной реальности. Рамка надевается на пациента и настраивается по индивидуальным параметрам талии. В конструкцию встроены рентгеноконтрастные метки, которые позволяют привязать данные компьютерной томографии органов брюшной полости и забрюшинного пространства к положению рамки.

Перед операцией с использованием этой системы проводится повторная КТ, а во время вмешательства рамка надевается вновь с предварительно установленными параметрами. Это обеспечивает ее точное совпадение с позицией, зафиксированной на предоперационном КТ-исследовании.

Голограмма анатомических структур пациента синхронизируется с маркером, закрепленным на рамке, с использованием встроенной в очки видеокамеры.

Оперативное вмешательство проводилось с применением технологии дополненной реальности через очки HoloLens (Microsoft Corporation, Redmond, WA).

На этапе формирования оперативного доступа хирург ориентировался на проекцию анатомических структур и заранее спланированный оптимальный путь к правой почке (рис. 3).

Рис. 3. 3D-модель на операционном поле

Послеоперационный период протекал без осложнений. Пациентка начала самостоятельно передвигаться уже на первые сутки после операции. При контрольном осмотре на четвертые сутки признаков воспалительной реакции окружающих тканей и иных осложнений не выявлено. На пятые сутки после выполненной резекции пациентка была выписана в удовлетворительном состоянии в связи с положительной динамикой и улучшением самочувствия.

Результаты

Данные, полученные при сегментации опухоли правой почки, органов брюшной полости и забрюшинного пространства, были интегрированы с реальными анатомическими структурами во время операции с использованием технологии дополненной реальности. Совмещенная 3D-модель наглядно отобразила анатомо-топографическое расположение и геометрию опухоли, что позволило эффективно спланировать этапы и тактику хирургического вмешательства.

В данном клиническом случае результаты сегментации компьютерной томографии и последующего 3D-моделирования выявили ключевые топографические особенности опухоли, определившие стратегию лечения. На основании данных о расположении, форме, объеме и предполагаемом характере роста новообразования было принято решение о выполнении резекции новообразования для минимизации риска метастазирования.

Сравнение объема и топографии опухоли, почки и прилегающих структур с данными, полученными в ходе виртуального планирования, подтвердило их полное соответствие, что подтвердило высокую точность предварительного моделирования и его практическую значимость.

Выводы

Сегментация данных КТ брюшной полости и забрюшинного пространства позволяет идентифицировать ключевые структуры, включая сосуды, органы, мягкие ткани, а также патологическое новообразование в чашечно-лоханочной системе правой почки. Этот метод позволяет точно определить расположение опухоли, характер ее роста и степень вовлечения почечной ткани.

Интеграция трехмерных моделей, созданных на основе данных компьютерной томографии, с реальными анатомическими объектами посредством технологии дополненной реальности открывает новые возможности в хирургии. Этот подход обеспечивает высокую точность определения топографо-анатомического расположения опухолей и других образований мочевыделительной и половой систем.

Использование технологии дополненной реальности в онкоурологии с применением голографического устройства HoloLens позволяет оптимизировать тактику оперативного лечения, снизить риск интраоперационных осложнений и сократить длительность хирургического вмешательства, что делает ее перспективным направлением в современной медицине.

Финансирование. Исследование проведено без спонсорской поддержки.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Литература

1. Azimi, E., Gandomkar, Z., Kazemi, F. Augmented reality in surgery: applications, challenges, and future directions // J. Surg. Res. — 2022. — V. 274. — P. 234–243.
2. Ahmed K., Khan R., Ashrafian H. Current and future applications of virtual and augmented reality in surgery // The Lancet. — 2015. — V. 385 (9983). — P. S29.
3. Barsom E.Z., Graafland M., Schijven M.P. Systematic review on the effectiveness of augmented reality applications in medical training // Surg. Endoscopy. — 2016. — V. 30 (10). — P. 4174–4183.
4. Pratt P., Ives M., Lawton G., Simmons J., Radev N., Spyropoulou L., Amiras D. Through the HoloLens looking glass: augmented reality for extremity reconstruction surgery using 3D vascular models with perfusion tissue prediction // Eur. Radiol. Experimental. — 2018. — V. 2 (1). — P. 2.
5. Birkfellner W., Watzinger F., Wanschitz F., Enislidis G., Kollmann C., Rafolt D., Bergmann H. Augmented reality visualization of 3D planning models during cranio-maxillofacial surgery // Int. Congress Series. — 2002. — V. 1230. — P. 121–127.
6. Marescaux J., Rubino F., Arenas M., Mutter D., Soler L. Augmented reality-assisted laparoscopic adrenalectomy // JAMA Surgery. — 2004. — V. 139 (12). — P. 1150–1155.
7. Sutherland G.R., Lagacé R., Kaibara T., Guidolin R., Burchiel K. Virtual and augmented reality in neurosurgery // Neurosur. Clin. N Am. — 1995. — V. 6 (2). — P. 307–318.
8. Mitrasinovic S., Carrell T., Dubois R. Clinical applications of augmented reality in surgery: a review // Eur. J. Vasc. Endovasc. Surg. — 2021. — V. 61 (5). — P. 761–768.
9. Nicolau S., Soler L., Mutter D., Marescaux J. Augmented reality in laparoscopic surgical oncology // Surg. Endoscopy. — 2011. — V. 25 (4). — P. 1231–1236.
10. Kersten-Oertel M., Jannin P., Collins D.L. The State of the art of visualization in mixed reality image-guided surgery // Comp. Med. Imaging Graphics. — 2013. — V. 37 (2). — P. 98–112.