5. Keret nélküli (frameless) stereotaxia és navigációs rendszerek

5. Keret nélküli (frameless) stereotaxia és navigációs rendszerek Pongrácz Ferenc Szent János Kórház és Észak-budai Egyesíte Kórházak, Idegsebészeti Osztály, Budapest

5.1. Bevezetés A keret nélküli stereotaxiás mérések a mozgáskövető rendszerek megjelenésével együ váltak lehetővé. A klinikai gyakorlatban való legkorábbi használatuk a mágneses tér érzékelésén alapuló követőrendszerek első orvosi alkalmazásaihoz köthető (Polhemus 3Space, Fastrack, 1988, Polhemus Inc., USA). Ez az 1990-es évek elejétől kiegészült az ultrahangalapú (Zebris JMA, Zebris GmbH, Németország) rendszerekkel, majd a 90-es évek közepén jelent meg a sebészeti alkalmazások terén ma leginkább elterjedt, optikai elvű, sztereó kamerát használó követőrendszer (Polaris, Northern Digital Inc., Kanada). A három mozgáskövető technológia ma már jól látható módon specializálódo különböző területekre. A mágneses mozgáskövetést korlátozzák a műtéti térben föllépő torzítások, interferenciák, de előnye a test belsejében való alkalmazhatóság. Az ultrahang-érzékelésen alapuló rendszerek elsősorban a humán mozgáskövetésben terjedtek el, és jól használhatók patologikus mozgásminták felismeréséhez, ám sterilizálhatósági és zajérzékenységi problémák mia sebészeti beavatkozásokhoz nem. Ezzel szemben az optikai mozgáskövetés megbízhatóan képes nagy pontosságot garantálni, könnyen beépíthető a műtéti környezetbe, és jól adaptálható a különböző műtéti eszközökhöz. A stereotaxiás képfeldolgozás és mozgáskövetés különböző feladatait kezelni képes, a sebészetben használható eljárások közös neve Kép Által Vezete Sebészet (Image-Guided Surgery, IGS). Ez a technológia fejle számítástechnikai eszközök segítségével, képi információk alapján, de a beavatkozást végző orvos aktív közreműködésével old meg műtéti feladatokat (összevethető később: robo echnika a sebészetben). Az IGS-módszer képalkotó rendszerek adatait integrálja különböző mozgáskövető érzékelők adataival és ezáltal növeli a műtéti beavatkozások pontosságát, megbízhatóságát. A keret nélküli stereotaxia mindhárom mozgáskövetési elv esetén feltételezi a képi, diagnosztikai környezet és a mozgáskövető rendszer terének közös referenciában való ábrázolását. A képi környezet és a mozgáskövető által határolt műtéti tér összevetését a regisztráció valósítja meg, amely célszerűen egy állandónak tekinthető diagnosztikai tér (például CT- vagy MR-kép-sorozat) koordináta-rendszerébe történő transzformáció számítását igényli. A számítások során a mozgato eszközök 3D pozícióját a pácienshez rögzíte referenciához — 64 —

funkcionalis idegsebeszet.indd 64

2013.01.08. 11:23:01

M "

képest határozzák meg, kiküszöbölve a beteg mozgásából adódó hibákat és lehetőséget adva a vizsgált műtéti tér módosítására (például sztereó kamera vagy a mágneses forrás áthelyezése műtét közben). A műtéti eszközök geometriája általában nem esik egybe a hozzájuk rögzíte érzékelők koordináta-rendszerével, ezért szükséges egy kalibrációs művelet, amelynek során a pozíciót/irányultságot továbbító érzékelő és az eszköz saját koordináta-rendszere közö i transzformációt számítják. A mai navigációs rendszerek képesek a fenti műveletek elvégzésére, majd megjelenítik a műtéti eszköz modelljét a diagnosztikai térben. A regisztrációs és kalibrációs műveletek határozzák meg a rendszerek alkalmazási hibáját, amely általában lényegesen nagyobb, mint a gyártók által garantált ún. detektálási hiba, a mozgásérzékelők pozíció/orientáció bizonytalansága a követőrendszer terében. Bizonyos esetekben hagyományos vagy endoszkópos videoképet is integrálnak a navigációs környezetbe, és a videoképpel együ jelenítik meg a diagnosztikai tér rekonstrukcióját vagy annak kiemelt részletét (hozzáado valóság = augmented reality; intervenciós videotomográfia = interventional video tomography). A videoképnek a diagnosztikai térben való elhelyezése a kamerakalibrációs műveletek után (torzítások kompenzációja), a kamera pozícióját/irányultságát továbbító érzékelő fölhelyezésével történhet, vagy a képi adatok változása alapján. Modern, nagy sebességű internetes kapcsolat esetén lehetőség van a diagnosztikai és műtéti tervezési adatok, valamint a mozgási adatok (esetleg élő videó) hálózati átvitelére és ezzel a kritikus műtéti beavatkozások demonstrációjára távoli számítógépen (távjelenlét = telepresence)2, 3.

5.2. Matematikai reprezentáció és navigációs alaprendszer A keret nélküli stereotaxia és a navigációs műveletek számítási alapja ma már meglehetősen egységes, és általánosan elterjedt mind a kereskedelmi, mind a kutatási célú eszközökben. A mozgáskövető rendszer az érzékelők helyi (local) koordináta-rendszerét a saját (world) koordináta-rendszerében határozza meg, és a pozíció/orientáció adatokat különböző módon feldolgozva (általában kvaterniók vagy lebegő tengelyes Euler-szögek formájában1) továbbítja a diagnosztikai megjelenítést és a műtéti tervezést végző számítógép felé. A navigációs rendszer elemeinek egységes kezelése ezen az egymásba ágyazo (merevtesttranszformációkkal jól reprezentálható) kapcsolaton alapul, amely alkalmas bonyolult, de topológiailag jól rendezhető architektúra kezelésére. Elmondható, hogy a navigációs környezet matematikailag egy hierarchikus rendszer, amely különböző elemeket foglal magában, s az elemek közös tulajdonsága, hogy saját koordináta-rendszerrel rendelkeznek. Ez a koordináta-rendszer relatív pozíció/ orientáció adatokkal megadható a befoglaló navigációs objektum terében, egyú al biztosítva a hat szabadságfokú beállítást. A mozgato /forgato navigációs — 65 —


2013.01.08. 11:23:02

K ₍+ ₎ "

elem transzformációja beágyazódik a teljes rendszer átviteli paramétereibe. Ilyen navigációs elemek lehetnek a következők: – 3D diagnosztikai modell (mint térfogati modell CT-, MR- stb. képsorozatokból); – felületi modellek a térfogati modellből számítva; – különböző geometriai alakzatok, például célpontok, útvonalak, implantátumok grafikus modelljei stb.; – navigált eszközök grafikus modelljei, amelyek kalibrációs algoritmussal konfigurálhatók; – mozgáskövető érzékelők, amelyek folyamatosan változtatják pozíció/orientáció paramétereiket; – a megjelenítéshez használhatók az ún. virtuális kamerák, amelyek különböző nézetekben mutatják a diagnosztikai környezetet és a navigációs elemeket. Ezek vagy előre megado irányból vizsgálhatják a szeletsorozatot (például axiális, koronális, sagi alis) vagy tetszőleges beállítás melle a felületi modellt. Ebben az esetben is lineáris transzformáció történik a kamera terébe. A lineáris transzformációkkal fölépíte topológia lehetőséget ad a rendszer bármely két eleme közö i transzformáció gyors számítására úgy, hogy az interaktív módosítások (navigált elemek áthelyezése, referenciaterek cseréje stb.) matematikailag könnyen kezelhetők, és a mozgási adatok változása érvényesíthető a teljes topológiában. Az 1. ábra összefoglalja a navigációs rendszerek alapegységét4, 5. 1. ábra. Mozgásérzékelő elem tere a befogadó elem koordináta-rendszerében. Minden egyes navigációs elem három eltolási koordinátát (xL, yL, zL) és három orientációs Euler-szöget (Ψ = Azimuth, Θ = Elevation, Φ = Roll) tartalmaz. A helyi és a befogadó elemek koordináta-rendszerei közötti transzformáció (T) számítható a helyi objektum pozíció- és irányultságadataiból, amelyeket a befogadó elem koordináta-rendszerében adnak meg. Hasonló kapcsolatok adhatók meg a navigációs topológia bármely két egymásba ágyazott eleme között.

A befogadó (parent) elem terébe történő transzformáció mátrixa az 1. ábra alapján, az Azimuth-Elevation-Roll transzformációs sorrendet föltételezve: ⎡cos Ψ cos Θ − cos Φ sin Ψ + sin Φ sin Θ cos Ψ sin Ψ sin Φ + cos Φ sin Θ cos Ψ ⎢ cos Θ sin Ψ cos Φ cos Ψ + sin Φ sin Θ sin Ψ − sin Φ cos Ψ + cos Φ sin Θ sin Ψ T=⎢ ⎢ − sin Θ sin Φ cos Θ cos Φ cos Θ ⎢ 0 0 0 ⎣

xL ⎤ y L ⎥⎥ zL ⎥ ⎥ 1⎦

— 66 —


2013.01.08. 11:23:02

M "

Az átszámítás a T mátrix 3 × 3 forgatási almátrixa és az Euler-szögek közö :

ce =

(T11 )2 + (T21 )2

ce > 0 : Ψ = arctan(T21 / T1 ) Θ = arctan(−T31 / ce ) Φ = arctan(T32 / T3 ) ce = 0(T31 < 0) : Ψ = 0 Θ = π / 2 Φ = arctan(T21 / T2

)

ce = 0(T31 ≥ 0) : Ψ = 0 Θ = −π / 2 Φ = arctan(− T12 / T2

)

A vázolt matematikai reprezentáció jelentőségét egy általános célú navigációs alkalmazás illusztrálja, amelynek elve eredetileg az ARTMA Biomedical Inc. által kifejleszte MedScan II mozgáskövető rendszerbe épült be (Polhemus 3Space mágneses követéssel és videointegrálással)3, 4. Ennek egy továbbfejleszte változata – optikai követőrendszer és általánosabb szoftverarchitektúra melle – megjelent egy újabb alkalmazásban5, 6 (2. ábra).

2. ábra. Stereotaxiás tervezést és műtéti navigációt megvalósító számítógépes keretrendszer4–6. Tipikus megjelenítés: axiális, koronális és sagittalis kameranézetek koponya-CT szeletsorozatának vizsgálatához. A jobb alsó nézet egy CT-alapú felületrekonstrukció. Minden nézet tartalmazza a navigált eszköz modelljét (ebben az esetben endoszkóp). A célpont és a becsült útvonal kijelölése az ortogonális szeletsorozatok segítségével, a stereotaxiás tervezésnek megfelelően történik. A hierarchikus, navigációs topológia fölépíthető a nézet jobb felső sarkában látható fastruktúra segítségével. Konfigurációs műveletek állnak rendelkezésre a markerekkel történő regisztrációhoz, valamint az eszközök saját tere és a csatolt mozgásérzékelők közti transzformáció számításához

— 67 —


2013.01.08. 11:23:02

K ₍+ ₎ "

(kalibráció). A program kényelmes lehetőséget ad a topológiában lévő elemek áthelyezésére, és két választást kínál a felhasználónak: 1. lokális zárolás, amely a befogadó elemhez viszonyított pozíció/ orientáció állandóságát jelenti (ennek megfelelően módosul a globális pozíció és irányultság); 2. globális zárolás, amely megőrzi a Referencia szenzorhoz viszonyított pozíciót és szögeket, de módosítja a befogadó elemhez viszonyított paramétereket. A nézet jobb alsó részén az ún. Megfigyelő ablakok a mozgáskövetés során változó pozíció/irányultság vagy távolságadatokat jelenítik meg. A navigációs elemek között tetszőleges kapcsolatok állíthatók be és vizsgálhatók a Megfigyelő ablakokban a mozgáskövetés során.

A 2. ábrán bemutato navigációs környezet fontos része a moduláris kialakítás (a klinikai munkafolyamat követése, lásd az ábra bal felső részén lévő panelkiválasztást: CT/MR, Image Fusion, Implant, Motion Tracking, Navigation), amely á ekinthetővé teszi az alkalmazást, és a diagnosztikai környezet, valamint a felületrekonstrukció paramétereinek beállítása után csoportokba rendezi a különböző tervezési, mozgáskövetési és navigációs műveleteket. Hasonló architektúra kialakítására ma már több, nyílt forráskódú fejlesztői környezet áll rendelkezésre, és ezek segítségével intenzív fejlesztői munka folyik számos egyetemen és klinikai központok orvostechnikai kutatóbázisain. Így ismeretes a Képvezérelt Sebészeti Fejlesztői Rendszer (Image-Guided Surgery Toolkit, IGSTK)7, amely a korábbi Vizualizálási Keretrendszerre (Visualization Toolkit, VTK) és Szegmentációs és Regisztrációs Fejlesztői Rendszerre (Insight Segmentation and Registration Toolkit, ITK) épül. Hasonló fejlesztői szoftverkönyvtár a 3D Slicer (Brigham and Women’s Hospital, Boston, MA)8, 9, amely ma a számítógéppel segíte sebészeti alkalmazások legismertebb prototípusa – számos klinikai területen, így az idegsebészeten belül is használják10.

5.3. A stereotaxiás navigáció hibáinak áekintése Stereotaxiás kere el történő tervezés esetén a terveze célpont ellenőrzésére léteznek klinikai eredmények11. Ezek alapján a CT-n meghatározo és az „Angioloc”-kontrollált koordináták közö a különbség az x, az y és a z tengelynek megfelelően 0,3 ± 0,2 mm, 0,5 ± 0,4 mm, illetve 0,7 ± 0,5 mm volt. Ezek az adatok lényegében korrelálnak a CT-sorozat pixelméretével és a szeletlépéssel. Hasonló eredmények találhatók az irodalomban, kiemelve, hogy a mechanikus pontosság akkor romlik, ha a keret súlyterhelés ala van. A képvezérelt robottal végze műtétek során is a mechanikai terhelés hirtelen változása csökkenti a beavatkozás pontosságát12. Egyébként a képalkotó rendszer felbontása a hiba fő forrása. Stereotaxiás keret nélkül, navigációs környezetben a hibák két nagy csoportba oszthatók: a) a mozgáskövető technológiától függő zavarérzékenység; b) a regisztrációs eljárás és az eszközök kalibrációja által meghatározo alkalmazási hiba. Az elektromágneses érzékelőket használó rendszerek zavarérzé— 68 —


2013.01.08. 11:23:02

A <

kenységéről részletes vizsgálat készült, amely összehasonlítja az Ascension „3D Guidance” medSAFE és az NDI Aurora követőrendszerek statikus és dinamikus hibáit13. A következtetés az, hogy a nagy mennyiségű fémet és elektronikus eszközöket tartalmazó műtéti környezetben az elektromágneses követőrendszerek csak nehezen, korrekciókkal használhatók. Optikai mozgáskövetés esetén (passzív, infraérzékeny merevtest-érzékelőkkel) a zavarérzékenység összefügg a környezet fényviszonyaival, az infratartományba eső zajokkal, az érzékelők geometriájával és a fényvisszaverő markerek felületi szennyeződésével. A gyártók csak korlátozo térszegmensben garantálnak nagy pontosságot14: ez általában 0,25–0,35 mm RMS (root mean square = négyzetes középérték) pozícióhibát jelent maximum 20–60 Hz frissítési gyakoriság melle . A hibák következő nagy csoportját az ún. alkalmazási hibák adják, amelyek már függnek a regisztrációs és eszközkalibrációs algoritmusoktól és azok műtéti környezetbe történő beillesztésétől. A markeralapú regisztráció15 során fellépő hibák: a) markerlokalizációs hiba (Fiducial Localization Error, FLE), amely a markerpontok hibás kijelöléséből (a szegmentációs eljárás hiányosságaiból) származik; b) markerregisztrációs hiba (Fiducial Registration Error, FRE), amely a páciensen mért pozíciók transzformálása után számíto hiba; c) célpont-regisztrációs hiba (Target Registration Error, TRE), amely a markerpontoktól független helyen mérhető hiba (3. ábra). A célpont becsült regisztrációs hibája számítható a markerlokalizációs hiba és a markerek térbeli elhelyezkedéséből16. A markerregisztrációs hiba (FRE) ellenőrzése bizonyíthatóan nem elegendő a regisztráció pontosságának eldöntéséhez, szükséges a fiduciálisoktól független pozíciók vizsgálata is16. Ez – navigációs környezetben – a mozgáskövető rendszer mutatójával kivitelezhető.

3. ábra. A regisztrációs pontosság vizsgálata markeralapú algoritmusok esetében15. A célpont regisztrációs hibája nem mindig egyezik a markerregisztrációs hibával. Optikai követőrendszerek esetén az 1 mm alatti alkalmazási hiba precíz markerezés és eszközkalibráció mellett betartható.

Amennyiben az anatómiai markerek (páciensre jellemző, könnyen fölismerhető anatómiai pontok) nem láthatók a diagnosztikai képeken, illetve műtéti — 69 —


2013.01.08. 11:23:02

K ₍+ ₎ "

környezetben, csontba rögzíthető vagy bőrre ragasztható (általában CT- és MRképeken is megjeleníthető) fiduciálisok szükségesek a regisztrációhoz (négy vagy több). Csontba csavarható markerekre a 4. ábra ad mintákat.

4. ábra. Csontmarkerek stereotaxiás navigációhoz (balra: Acustar; jobbra: Howmedica Leibinger). CT/MR kontrasztanyaggal, cserélhető intraoperatív fejjel ellátva.

A bőrre ragasztható (CT/MR) marker (IZI Medical, Inc.) használatát az 5. ábra illusztrálja. A két típusú fiduciális rendszer összehasonlítása egy korai, keret nélküli stereotaxiás rendszer segítségével történt17. A csontba erősíte markerek révén ~20–30%-kal növelhető a pontosság, de sokkal körülményesebb lesz a műtéti előkészítés.

5. ábra. A bőrmarkerek használatának illusztrációja fantomon, keret nélküli stereotaxiás navigáció során.

A navigációs rendszer használhatósága függ a navigált eszközt leíró geometria és a csatolt mozgáskövető szenzor közö i transzformáció pontosságától. Az ezt beállító eszközkalibrációs lépések a következők: a) hegyeltolási vektor számítása, amely az eszközhöz rögzíte mozgásérzékelő terében adja meg az eszköz hegyéhez mutató vektort (eltolási vektor = tip offset); b) tengelyirány-számítás, amely irányvektor formájában számítja a szenzortérben a tengely irányultsá— 70 —


2013.01.08. 11:23:02

A: * " & " < & < <

gát. A számítások nagyszámú mintavétel melle történnek, az a) esetben ún. „pivoting” módszerrel, a b) esetben pedig a mozgáskövető rendszer mutatójának segítségével vagy speciális kalibrálómodul felhasználásával14. Optikai mozgáskövetés melle a kalibráció pontossága (az eszköz irányultságától függően) alacsony értéken (<0,3–0,5 mm) tartható.

5.4. Alkalmazás: műtéti rendszer agyi elektróda behelyezéséhez és biopsziához A navigációs alaprendszer fejlesztése során szerze tapasztalatok jól felhasználhatók speciális területekhez illeszte alkalmazások létrehozásakor. A következőkben a Szent János Kórház Idegsebészeti Osztályának iránymutatásával kifejleszte stereotaxiás tervező- és navigációs rendszert mutatom be. A számítógépes rendszer alkalmas a Riechert–Mundinger-féle vagy az MHT (Freiburg, Németország) stereotaxiás agyi célzóberendezések beállítására, de egyú al keret nélküli stereotaxiás műtétek tervezésére is. Ezzel lehetőség nyílik a keret nélküli tervezés eredményeinek összevetésére a célzókészülék által elérhető pontossággal és a két módszer összehasonlító vizsgálatára. A kifejleszte technológia integrálja a Northern Digital Polaris Spectra és a Vicra típusú optikai követőrendszereket és így navigációs műveletekre is képes. A moduláris rendszer első panelja (Beállítások) a diagnosztikai környezet és a navigációs műveletek ala használt felület rekonstrukciós paramétereit állítja be (6. ábra), míg a posztoperatív CT fúziója MR-kép-soroza al (CT/MR Fúzió panel) az elektródapozicionálás további ellenőrzési lehetőségét adja (6. ábra). A fúziós művelet segíti az anatómiai markerek fölismerését és ezzel a páciens térkijelölését a műtéti tervezés során, ami a navigált eszköz pozíció/irányultság adatait a páciens saját koordináta-rendszerében teszi kiszámíthatóvá.

— 71 —


2013.01.08. 11:23:02

K ₍+ ₎ "

6. ábra. A diagnosztikai megjelenítés beállítása és a CT/MR fúziós kép számítása műtéti tervezéshez, illetve műtét utáni ellenőrzéshez. A felület megjelenítése áttetszőség hozzáadásával történik. A fúziós művelet az ismert, több modalitást is regisztrálni képes, a kölcsönös információ (mutual information, MI) maximalizálásán alapuló módszerrel valósul meg18. A módszer a CT- és MR-szeletsorozatokon kijelölt közös térfogatok (volume of interest, VOI) alapján Powell numerikus optimalizálást használ18 és három eltolási koordinátát, valamint három forgási szöget állít be. Ezzel meghatározza a két képsorozat közötti ortogonális transzformáció paramétereit.

7. ábra. A keret nélküli stereotaxiás tervezés illusztrációja posztoperatív CT-n, ortogonális szeletekkel, MR-fúzió felhasználásával. A stereotaxiás síkok pozícióját kurzorvonalak jelzik, a jobb alsó nézet a síkok térbeli együttállását mutatja. A fúziós szelet belső határvonala és a CT szegmensének áttetszősége állítható, így az átmenetek részletesen vizsgálhatók.

— 72 —


2013.01.08. 11:23:02

A: * " & " < & < <

A tényleges tervezés során az elektródapozicionáláshoz, a célpont és a belépési pont kijelöléséhez lehetőség van hagyományos tervezésre – stereotaxiás kerethez erősíte markerek felhasználásával – és keret nélküli tervezésre is. Az első esetben a célzóív polár koordináta-rendszerében a program folyamatosan frissíti a beállítandó szög- és előtolási paramétereket és összehasonlítási lehetőséget ad a keret nélküli tervezéshez (a kere el végze beavatkozásokhoz készült modul részletesebb leírását lásd később). A keret nélküli stereotaxia a hagyományos, ortogonális síkokkal történő beállítást követi, felhasználva a fúziós művelet eredményét (7. ábra). A tervezést követő navigációs műveletek során szükség van a műtéti tér regisztrációjára, valamint a navigált eszköz kalibrációjára. A rendszer működését fantomvizsgálatok mutatják be (8. ábra). A regisztráció fiduciálisokon alapul és egy ismert módszert használ15, SVD- (Singular Value Decomposition) alapú optimalizálási technika melle 19. A CT-kép-sorozaton kijelölt markerpozíciók és a navigációs üzemmódban, a mutatóval megérinte markerek összerendezése (párosítása) automatikus, egy rendezőalgoritmussal történik. A regisztráció a pácienshez mereven csatolt (ún. mozgó) referenciateret transzformálja a CT-modell terébe. A 8. ábrán illusztrált regisztrációs panellel a regisztrációs műveletek és az eszközkalibrációk egymástól függetlenül, tetszőleges sorrendben elvégezhetők. A regisztrációs és kalibrációs műveletek pontosságának ellenőrzése után, a diagnosztikai térben megjeleníte modellek segítségével történhet a tényleges mozgáskövetés, a műtéti területek behatárolása, a műtéti eszköz célpozícióba ju atása stb. Ezt segíti a képi vagy felületrekonstrukciós adatok olyan módosítása, amely kiemeli, láthatóvá teszi az anatómiai célterületet (9. ábra). A navigációs műveleteket nagyban támogatja, számszerűsíti a megfelelő célzógrafika. Amennyiben a célpontot egy előre terveze útvonal mentén kell elérni, mind a terveze célpont és az eszközhegy közti távolságot, mind a trajektóriák közti orientációs eltérést meg kell jeleníteni (10. ábra). Hasonlóan fontos művelet az ún. követő üzemmód, amelynek során az eszköz pillanatnyi térbeli pozíciójának megfelelően a program automatikusan mintavételezi és megjeleníti az axiális, koronális és sagi alis síkokat (10. ábra).

— 73 —


2013.01.08. 11:23:04

K ₍+ ₎ "

8. ábra. A regisztrációs és eszközkalibrációs műveletekhez használható navigációs technika illusztrációja fantom segítségével (a bal felső színkódolt négyzetek jelzik a diagnosztikai képsorozaton és a mozgáskövető terében érvényesített markerpozíciókat). Négy marker kijelölése a CT-sorozaton, illetve a felületi modellen is lehetséges. A mozgáskövető rendszer indítása után, a markerpontokat az előre kalibrált mutatóval megérintve történik a regisztrációs mátrixnak és a markerregisztrációs hibának a számítása. Külön ablak illusztrálja az eszközkalibráció első lépését (eltolási vektor).

9. ábra. A felületi modell különböző megjelenítései mellett a tervezett útvonal és a navigált eszköz pillanatnyi pozíciójának összehasonlítása.

— 74 —


2013.01.08. 11:23:04

K + !

<

9. ábra. A felületi modell különböző megjelenítései mellett a tervezett útvonal és a navigált eszköz pillanatnyi pozíciójának összehasonlítása.

10. ábra. Navigációs célzóműveletek. A tervezett útvonal és a navigált eszköz összehasonlítása 3D-ben forgatható CT-szelet megjelenítésével (balra). A hegy és a célpont távolságát mutatja a bal felső célzógrafika. Az alsó célzógrafika – a mozgatott egyenes szakasszal – a belépési síknak, illetve a célterület síkjának és az eszköz tengelyének a metszéseit jeleníti meg. A jobb oldalon a négy részre osztott ábra egy követési üzemmódot szemléltet. Az axiális, koronális és sagittalis síkok kiválasztása az eszköz hegyének pillanatnyi pozíciójától függ, amelyet kurzorvonalak is jeleznek. A felületi modell a vágósíkok beállítása után kiemeli a vizsgált célterületet.

5.5. Közös tervezőplatform kialakítása kereel végze és keret nélküli stereotaxiás beavatkozáshoz A hagyományos, kere el végze stereotaxiás beavatkozások és a modern, keret nélküli módszerek összevetése évek óta szerepel a szakirodalomban 20–24. Az összehasonlítások eddig két különböző tervezőplatform alapján történtek (kereskedelmi neuronavigációs rendszerek segítségével). Általában elmondható, hogy a kere el végze biopsziás beavatkozások 80%-a elvégezhető keret nélküli rendszerekkel, de az „arany standard” még mindig a koponyához rögzíte kere el végze műtét. A diagnosztikai képalkotás és a navigációs technika fejlődésével egyre inkább terjednek a keret nélküli módszerek. Biopsziás vizsgálatok esetében a következők lehetnek a technológiaválasztás kritériumai: az anatómiai célterület helye, mérete; altatás alkalmazása; a craniotomia mérete, a mintavétel diagnosztikai paraméterei stb. Az összehasonlítást elősegítendő, az előzőekben bemutato navigációs rendszerbe beépült egy, a Riechert–Mundinger-féle és az MHT (Freiburg, Németország) típusú stereotaxiás keretek beállítását segítő modul. A Vister 3D program a korábbi Vister 6.011 tervezőprogram alapján készült, de a markertér és a CT-diagnosztikai tér közö i transzformáció számításához új, tisztán 3D alapú algoritmust használ, és a megjelenítés is illeszkedik a navigációs rendszer 3D környezetéhez. A stereotaxiás tervezés során a célpont és az elérési útvonal para— 75 —


2013.01.08. 11:23:04

K ₍+ ₎ "

métereit ún. gömbi (vagy polár) koordinátákban kell számítani a stereotaxiás keret típusának megfelelően (l. h p://en.wikipedia.org/wiki/Stereotactic_surgery). A következők rövid összefoglalást adnak a kere el történő beavatkozáshoz szükséges számítógépes tervezés lépéseiről. A célpont koordinátái a CT-képsorozat koordináta-rendszerében értelmezhetők, de szükséges a koponyához rögzíte célzóív (a) és a páciensanatómia (b) által behatárolt koordináta-rendszerben is megadni őket. Első lépésben a CT-tér és a célzóív (vagy stereotaxiás tér) közö i transzformációt számítják, és ezt valósítja meg a Vister 3D tervezőprogram is. A célzóív polár koordinátái vagy beállítási paraméterei (lateralis szög: SW, vertikális szög: HW, lateralis inklináció: NS, vertikális inklináció: NV, előtolás: NT) csak a stereotaxiás térben megado x, y, z koordinátákból számíthatók. A CT-tér (CT) és a stereotaxiás tér (SS) közö i kapcsolat markerlapok segítségével kezelhető, amelyek látható metszési vonalakat adnak a képsorozaton és megjeleníthetők a felületrekonstrukció során is (11. ábra). A cél az, hogy a stereotaxiás tér referenciapontja (v0) és az irányvektorai (vx, vy, vz) kiszámíthatók legyenek a CT-n mért koordinátákból. Ezek az értékek közvetlenül használhatók a stereotaxiás tér és a CT közö i transzformáció számításához (TCSST):

A gyakorlatban a v 0 a markervonalak metszésének átlagából becsülhető. Ha valamelyik metszéspont nem számítható ki 3D-ben, akkor a markervonalak legközelebbi pontjaiból becsülhető a metszéspont. A vz a középső markervonalak segítségével adódik, míg a vx és a vy kiszámítható a markerlapok normálvektoraiból. Legvégül a tengelyvektorok ortogonális forgatási szöge beállítható a Rodrigues-formulával (l. h p://mathworld.wolfram.com/ RodriguesRotationFormula.html).

— 76 —


2013.01.08. 11:23:04

K + !

<

11. ábra. A felső (A–B) és az alsó (C–D) CT-szeletek kiválasztása a stereotaxiás tér és a CT közötti transzformáció kiszámításához. A markervonalak és a szeletek metszéséből adódik a stereotaxiás tér referenciapontja és irányvektorai.

Mély agyi elektróda beültetés vagy biopszia esetében a célpont pozícióját a páciens anatómiája befolyásolja, illetve a referenciapontok ismeretében lehetőség van anatómiai atlasz felhasználására. Ehhez szükséges a páciensanatómia által behatárolt koordináta-rendszerben (PS) is megadni a CT-koordinátákat. A páciensteret meghatározó anatómiai markerek: anterior (AC) és posterior (PC) commissurapontok, valamint egy intercommissuralis pozíció (Falx). Ezek a pontok meghatározzák a pácienstér tengelyvektorait (vxp, vyp, vzp) és referenciapontját (v0p) a CT teréhez képest (12. ábra). A referenciapont a Falx pozíció AC–PC vektorán mért vetületéből adódik. Ez a referenciapont módosítható/eltolható a feladatnak megfelelően: AC-, PC- vagy intercommissuralis középpont (MCP) lehet. Ezek alapján kiszámítható a pácienstér (PS) és a CT közö i transzformáció (TPCST):

— 77 —


2013.01.08. 11:23:04

K ₍+ ₎ "

ahol a tx, a ty és a tz jelenti a módosíto referenciaponthoz tartozó eltolási vektort.

12. ábra. Fuzionált CT–MR-szelet (AC–PC síkban), anatómiai markerek kijelöléséhez és a páciens helyi koordináta-rendszerének illusztrálásához.

Ezek után a páciens saját koordináta-rendszerében (AC–PC) megado célpont a következő transzformációval számítható ki a stereotaxiás keret koordinátarendszerében:

A belépési és a célpozíciók stereotaxiás koordinátáinak ismeretében – a célzóív specifikációjának megfelelően – meghatározhatók a gömbi (polár) koordináták és beállíthatók a megfelelő szög- és előtolási paraméterek. Az elektródapozíció vagy a biopsziás útvonal Vister 3D segítségével történő tervezésének eredménye nemcsak a célzóív beállításához használható föl, de közvetlenül is megjeleníthető a navigációs panelben. A kere el végze beavatkozás és a keret nélküli neuronavigációs környezet geometriai átfedésének ellenőrzésére kalibrációs műveleteket is megvalósít a program – így lehetsé— 78 —


2013.01.08. 11:23:05

K + !

<

ges a markertér referenciapontjának (a célzóív gömbi koordináta origójának) számítása az optikai követőrendszer segítségével és az eredmény összevetése a markeralapú beállítással. Ezenkívül a navigált eszköz (elektróda, biopsziás tű) pillanatnyi pozíciója konvertálható a koponyához erősíte keret szögparamétereibe és közvetlenül összevethető a kívánt útvonal paramétereivel. A hagyományos stereotaxiás keret műtéti fölhasználását segítő tervezőmodult illusztrálja a 13. és a 14. ábra.

13. ábra. A stereotaxiás keret paramétereit számító modul. A bal oldalon látható, Vister 3D tervezőpanel elemei követik a tervezési lépéseket: 1. „Célzó Típus Kiválasztása”; 2. „Markerek Kijelölése” – ez folytonos visszajelzést ad a markerpontok mozgatásakor, és így a markertér és a CT közötti transzformáció pontossága ellenőrizhető; 3. „Célpont Választás”, JOBB és BAL célpontokra; 4. „Páciens Adatok”, a keret- és CT-koordináták folyamatos visszajelzésével; 5. JOBB és 6. BAL célpontok és bemeneti pontok koordinátái, az útvonalak paraméterei és a keret beállításához használt előtolási és szögparaméterek. Minden adat folyamatosan frissül az útvonalaknak a jobb oldali képen történő grafikus kiválasztásával és mozgatásával. A korábbi Vister 6.0 tervezőprogramnak megfelelő ellenőrzés is lehetséges. A CT- és MR-szeletek a fúziót követően transzparens módon ábrázolódnak (jobb oldali kép).

— 79 —


2013.01.08. 11:23:05

K ₍+ ₎ "

14. ábra. A biopsziatervezés illusztrációja stereotaxiás kerettel végzett beavatkozáshoz. A program a 90 fokkal elfordított keret pozíciójának megfelelően számítja a célzóív beállításait. A biopsziás mintavételek első és utolsó pozíciója grafikusan állítható a kiválasztott szeleten, s a program a mintavételek számától függően megadja a panelen a mintavételek közötti távolságot.

5.6. Robotok az idegsebészetben Az előzőekben bemutato fejlesztési eredmények a stereotaxiás és képvezérelt navigációs rendszerek megvalósíthatóságát illusztrálják hazai környezetben. Ezzel egyú al igazolják, hogy létezik olyan fejlesztői kapacitás Magyarországon, amely képes kiváltani a drága technológiai importot. Az így létrejö tapasztalat alkalmas lehet arra is, hogy létrehozza idehaza az – egyelőre csak külföldön létező – sebészeti robotok fejlesztéséhez szükséges környezetet. A sebészeti robotika ipari robotok felhasználásán alapul, de az automatizált ipari környezet helye sokkal tágabban értelmeze ember-gép kapcsolatot hoz létre. A továbbiakban a műtéti robotika idegsebészeti alkalmazásáról és a technológia jelenlegi állapotáról lesz szó.

5.6.1. A robotsebészet alapjai A SAGES–MIRA Robotic Consensus Group munkacsoport a következőképpen határozta meg a sebészrobotika definícióját25: „Műtéti eljárás vagy technológia, amely számítógépesíte, technológiailag fejle eszközt vezet be az orvos és a beteg közé, feltételezve valamilyen fokú irányítási szabadságot, amellyel eddig csak a sebész rendelkeze. Idetartoznak a mikromanipulátorok, a távirányítású endoszkópok és a konzollal irányíto rendszerek is. A lényeg, hogy valamilyen módon kiterjesszék a sebész képességeit – látását, manipulációs lehetőségét –, szakítva ezáltal a sebész és a beteg közö korábban — 80 —


2013.01.08. 11:23:05

R "

tradicionálisan mindig fennálló közvetlen fizikai kapcsolat paradigmájával.” Tágabb értelemben a robo echnikai eszközökkel támogato orvoslás a Számítógéppel Integrált Sebészet (Computer-Integrated Surgery, CIS) legújabb ágának tekinthető26. A CIS innovatív algoritmusok, robotikai eszközök, képalkotó készülékek és eljárások, valamint szenzorok integrációját jelenti, amelynek révén nő a műtéti beavatkozások pontossága, hatékonysága. A robotok a beavatkozás ala eltérő fokú autonómiával rendelkezhetnek és e szerint három kategóriába csoportosíthatók27: – Ha a mozgást teljes mértékben a sebész irányítja, akkor teleoperációs, távvezérelt rendszerről beszélünk. (Ezt a rendszert sok sebész nem tekinti robotnak.) Alapvetően három részből áll: egy vagy több slave (szolga) manipulátorból, egy master (mester) konzolból és megfelelő látórendszerből, amely az operátornak továbbítja a jeleket. Szükség van a megfelelő szabályozókra és érzékelőkre is. A begyűjtö vizuális (és esetenként haptikus, erő/nyomaték alapú) információ alapján a sebész a karjának és ujjainak mozgatásával képes irányítani a robotot (esetleg hangvezérléssel kiegészítve), miközben folyamatosan nyomon követheti a kamerák képe alapján az eszközök végének mozgását. Idetartozik a leginkább ismert és legelterjedtebb da Vinci (Intuitive Surgical Inc., Sunnyvale, CA) műtéti rendszer is. Ezt eredetileg nem idegsebészetre tervezték ugyan, de egyes központokban végeznek ilyen beavatkozásokat is28. – A legegyszerűbb robotok a műtét során csak merev tartóként működnek, amikor már a megfelelő helyre pozicionálták magukat, míg más esetben komple mozgások automatikus végrehajtására is képesek, például CTfelvétel alapján biopszia vagy csontfúrás elvégzésére. Hívhatjuk ezeket felügyelt robotoknak is, hiszen a szakember fizikai jelenléte a beteg melle mindig szükséges az esetleges hibák kiküszöbölésére, illetve a nem várt események kezelésére. Ezt a koncepciót jól lehet kombinálni a Kép Által Vezete Sebészet (Image-Guided Surgery, IGS) már korábban kifejleszte technikáival. A műtéti tervezés után az orvosnak le kell töltenie az adatokat a robotba, majd pedig irányítási szempontból össze kell vetni (regisztrálni) a robot és a beteg koordináta-rendszereit, megfeleltetni egymásnak a virtuális modell és a valódi beteg pozícióját (l. korábban). Ha megtörtént a leképezés, a robot képes automatikusan, nagy pontossággal végrehajtani a kijelölt beavatkozást. – Lehetséges, hogy a sebész a robotra szerelt eszköz közvetlen mozgatásával ad irányítási információt, s erő/nyomaték érzékelőn keresztül történik a robot valós idejű irányítása. Ezt „kézzel vezérelt” (hands-on) műtéti technikának is nevezik, amikor a sebész keze által kifejte erő szükséges az eszköz mozgatásához. Ezáltal a robot az emberi kéz kiterjesztésévé válik, ugyanakkor lehetőség nyílik újfajta beavatkozók, érzékelők és irányítási technikák alkalmazására. Ezt a módszert gyakran használják mikromanipulációs eljárások során, érsebészeti, urológiai, szem- és agysebészeti beavatkozásokra29. Egy ilyen, koponyaalapi fúrásokhoz kifejleszte kísérleti rendszert — 81 —


2013.01.08. 11:23:05

K ₍+ ₎ "

mutat be a 15. ábra (Johns Hopkins Egyetem, Baltimore, MD, Robotsebészeti Központ).

15. ábra. „Hands-on”, kép által vezetett agysebészeti robot a Johns Hopkins Egyetemen, az integrált rendszer fő információáramlási útjaival. A beavatkozás célja egy, az idegsebészeti beavatkozáshoz szükséges koponyaalapi nyílás létrehozása. A rendszer elemei: 1. StealthStation navigációs rendszer optikai mozgáskövetéssel; 2. 3D Slicer szoftvercsomag a műtéti tervezéshez és a megjelenítéshez; 3. vezérlőközpont a műtéti eszköz mozgatásához, a biztonsági határok figyeléséhez (VF leírások kezelése) és az erő/nyomaték adatok feldolgozásához; 4. NeuroMate robot.

Az egyik kritikus tényező a kép által vezete robotok esetében a regisztráció után esetlegesen bekövetkező elmozdulások monitorozása. Előfordulhat, hogy az orvos túlságosan rátámaszkodik valamelyik eszközre, és az megmozdul, valaki belebotlik az asztalba vagy a navigációs rendszerbe, elenged az egyik rögzítés, vagy anyaghiba mia eltörik valami. Ha csak kicsi az elmozdulás, az többnyire észrevétlen marad, ami komoly kockázatot és veszélyt jelenthet a betegre nézve. A beavatkozás végső pontosságát több tényező is jelentősen befolyásolhatja. Minél több eszközt kapcsolunk össze egy rendszerré, annál nagyobb hibákkal kell számolni a komponensek inherens pontatlanságai, a hálózati késleltetések és az eltérő mintavételi frekvenciák mia . Tapasztalataink szerint már egy különben merevnek, megbízhatónak számító stereotaxiás keret (Mayfield Infinity Skull Clamp) és egy megbízható, robusztus idegsebészeti robot (NeuroMate) esetében is 0,85 és 1,55 mm RMS átlagos négyzetes hibával lehet számolni12.

— 82 —


2013.01.08. 11:23:06

R "

5.6.2. Klasszikus idegsebészeti robotrendszerek Szerte a világon számos kutatócsoport dolgozik idegsebészeti robotrendszereken – az agy- és gerincsebészetben különösen nagy igény van a beavatkozások pontosságának biztosítására és a robotok mechanikai stabilitására. A koponyát a rögzíthetősége és limitált mérete alkalmassá teszi automatikus, robotizált beavatkozások elvégzésére is30, 31. Az első ilyen operációt 1985-ben hajto ák végre a londoni Imperial College kutatóorvosai: Unimation Puma 200 robotot használtak a biopsziás tű pontos mozgatásához32. NeuroMate Az öt szabadságfokú NeuroMate a legelső rendszerek egyike, és kifejeze en az agysebészet támogatására fejleszte ék ki az 1980-as évek végén a grenoble-i Centre Hospitalier Universitaire kutatói – 1997-ben elsőként szerezte meg mind az európai, mind az amerikai egészségügyi hatóságok minősítéseit. Több mint 3000 sikeres beavatkozást követően rögzítőkeret nélküli stereotaxiás, majd neuroendoszkópos beavatkozásokhoz is engedélyezték. Ezután az egykori Integrated Surgical Systems Inc. (Sacramento, CA) forgalmazta és fejleszte e tovább, mintegy 25 darabot adtak el belőle. Főként agyi mintavétel és tumoreltávolítás során használták sebészeti eszközök pozicionálására. A robotot mechanikai merevsége és pozicionálási pontossága (0,75 mm) alkalmassá te e sok egyéb feladat elvégzésére is33. A technológiát 2007-ben a Schaerer Mayfield NeuroMate AG vásárolta meg, majd 2008 végén a Renishaw plc. ve e át a fejlesztését. Jelenleg megújult külsővel és eszközparkkal kapható a cégnél, elsődlegesen mély agyi struktúrák stimulálása (Deep Brain Stimulations, DBS) és stereotaxiás EEG (Stereotactic Electroencephalography, SEEG) esetén elektródabeültetésekhez. Az engedélye megvan még neuroendoszkópiára, radiosebészetre, biopsziára és koponyán keresztüli mágneses stimulálásra (Transcranial Magnetic Stimulation, TMS) is.

5.6.3. Intraoperatív képalkotás Annak érdekében, hogy a regisztrációs lépést elkerüljük, illetve kompenzálni tudjuk az esetleges szöveti mozgást és mindezek által ne vezessünk be újabb hibalehetőséget, az egyik megoldás az intraoperatív képkészítés. A nagy orvosi képalkotók integrálása a műtőkbe jelenleg még nagyon költséges és csak kísérleti jelleggel létezik, elsősorban bonyolult idegsebészeti beavatkozásokhoz (például az Advanced Multimodality Image Guided Operating, AMIGO; ilyen a multimodális labor a Harvard Egyetem Brigham and Women’s Kórházában, amelyet nagyjából 20 millió dollár kutatási pénzből építe ek). Hasonló módon több robotot is fejleszte ek, amelyek közvetlenül a képi információ alapján tudnak dolgozni. A teleoperációs paradigma alkalmazása esetén lehetővé teszik, hogy az orvos szinte a valós időben készülő képek alapján irányítsa a robotot34. A 3D képalkotó modalitások közül a CT a legelterjedtebb, ugyanakkor a folya— 83 —


2013.01.08. 11:23:06

K ₍+ ₎ "

matos röntgensugárzás kerülendő, így a legtöbb modern robotikai megoldás MR-képalkotásra alapoz. Ez a technológia viszont megköveteli, hogy se a sebészeti eszközök, se az esetleges robotok ne tartalmazzanak ferromágneses anyagokat, ami nagyon megdrágítja a fejlesztést. Az 1990-es évek óta számos MR-kompatibilis robotot építe ek, leginkább idegsebészeti és más perkután beavatkozásokhoz, de ezek mindegyike prototípusfázisban maradt. Ezek közül az egyik kiemelt alkalmazás a DBS, amelynek esetében a kezelés hatékonysága nagymértékben az elektródák pontos elhelyezkedésétől függ, s ennek megfelelően az MR-alapú irányítást választo ák többen. Nagy mágneses térejerű, hagyományos diagnosztikai MR-készülékekhez MRkompatibilis robotokat fejleszte ek az Egyesült Államokban35 és Japánban is36. A robotizált rendszerek célja minél több betegségre alkalmassá tenni a kezelést, beleértve a Parkinson- és az Alzheimer-kórt, valamint a krónikus depressziót. neuroArm Az egyik legújabb fejlesztés a kanadai neuroArm teleoperációs rendszer, amelynek az a különlegessége, hogy teljesen MR-kompatibilis37. A projekt 2002-ben kezdődö , és 2008-ban hajto ák végre az első humán műtétet. A szerkezet 1,5 T-s mágneses térben sem jelent veszélyforrást (nem tartalmaz ferromágneses anyagot), és még nem kelt zavart a felvételben. Az egyetlen létező prototípust kifejeze en az idegsebészet támogatására fejleszte ék ki a Calgary Egyetemen, több partner bevonásával. Érdekesség, hogy fejlesztésében az űrrobotkart tervező MD Robotics cég is részt ve . A robot rendelkezik a skálázás és a kézremegésszűrés funkcióival is, és 100 mikron technikai pontosságú. A két 7 DOF kart haptikus interfészeken keresztül irányíthatja a sebész az MR-termen kívülről, miközben 2D és 3D képernyőkön követheti az eseményeket. A neuroArm maximum 10 N erő kifejtésére képes, és 0,5–50 mm/s sebességgel tud mozogni. Kiterjedt tesztelése jelenleg is folyik, főleg állatkísérletek révén. A technológiát 2010-ben az IMRIS cég (Manitoba, Kanada) vásárolta meg, és most azon dolgoznak, hogy 3 T térerőig kompatibilissé tegyék a rendszert, valamint elérjék a 120 körüli betegszámot az amerikai Élelmiszer- és Gyógyszerbiztonsági Felügyelet (Food and Drug Administration, FDA) engedélyeztetési eljárásának megindításához.

5.6.4. A stereotaxiás sebészet robotizálása Az Európai Unió több idegsebészeti kutatást is finanszírozo a 7. keretprogram (FP7) során. Ezek közül a legjelentősebb a ROBOCAST (Robot and Sensors Integration for Computer Assisted Surgery and Therapy), amelynek elsődleges célja új, minimálisan invazív idegsebészeti beavatkozások kidolgozása, például az Alzheimer-kór sebészeti kezelésére38. A kutatók egy nagyobb, hat szabadságfokú PathFinder robot (Prosurgics Inc., UK) végére szereltek föl egy kisebb és pontosabb SpineAssist robotot (Mazor Inc., Caesarea, Izrael), s a moduláris fölépítéssel és nagy felbontású optikai követést alkalmazva minden korábbinál — 84 —


2013.01.08. 11:23:06

Ö +

nagyobb műtéti pontosságot tudtak elérni laboratóriumi körülmények közö . A regisztráció statikus volta mia is kénytelenek voltak további biztonsági funkciókat beépíteni, amelyek garantálják a beteg biztonságát. Egy másik EU FP7-kutatás az ACTIVE (Active Constraints Technologies for Illdefined or Volatile Environments) nevet kapta, ahol három robotkart (2 KUKA LWR) integrálnak a műtéti környezetbe, hogy biztosítsák azt a flexibilitást, amely epilepszia esetén ébrenlét ala végrehajto sebészeti beavatkozásokat tesz lehetővé (awake DBS). A rendszer a végső verziójában a tervek szerint elég pontos lesz ahhoz, hogy automatikusan kompenzálja az eszközök elhajlásából, a vérnyomás változásából, illetve a légzésből származó mozgásokat39.

5.7. Összefoglalás A robotsebészet fénykora még csak most kezdődik – a folyamatos innováció révén új, hatékonyabb és jobb eszközök állnak az idegsebészek rendelkezésére. Az elmúlt húsz év sok rendszere ipari robotok integrációján és átalakításán alapult, ugyanakkor a manapság legsikeresebb robotok már szakíto ak ezzel a hagyománnyal, mivel sikerült kifejleszteni az egyes beavatkozástípusokhoz alkalmazkodó hardvereket. A sebész robotoknak elsőként meg kell találni azokat a konkrét területeket, ahol felhasználásuk kifizetődő, s bizonyítani tudják létjogosultságukat a műtéti térben.

Irodalom 1. Lavallée S. Registration for Computer Integrated Surgery: Methodology, State of the Art. In: Taylor RH, Lavallée S, Burdea GC, Mösges R. (eds.). ComputerIntegrated Surgery. Technology and Clinical Applications. Cambridge, London, The MIT Press, 1996:77–97. 2. Truppe M, Pongracz F, Ploder O, Wagner A, Ewers R. Interventional Video Tomography. In: Lasers in Surgery, Proceedings of SPIE. San Jose, CA, 1995;2395:150–2. 3. Freysinger W, Truppe M, Gunkel AR, Thumfart WL, Pongracz F, Maierbaeuerl J. Interactive telepresence and augmented reality in ENT surgery: Interventional Video Tomography. In: Proceedings of CVRmed–MRCAS 97, Grenoble, 1997:817–20. 4. Freysinger W, Truppe M, Gunkel AR, Thumfart WF. A Full 3D-Navigation System in a Suitcase. Comput Aided Surg, 2001;6:85–93. 5. Pongrácz F, Bárdosi Z. Computer framework for organizing 3-dimensional graphical environment in image-guided planning and navigation. In: Szirmay-Kalos L, Renner G. Proceedings of the Third Hungarian Conference on Computer Graphics and Geometry. Budapest, 2005:176–80. — 85 —


2013.01.08. 11:23:06

K ₍+ ₎ "

6. Pongrácz F, Bárdosi Z. Proposal for prototyping applications for surgical navigation support. In: Lemke HU, Inamura K, Doi K, Vannier MW, Farman AG (eds.). Proceedings of the 20th International Congress and Exhibition of Computer Assisted Radiology and Surgery (Vol. 1, Suppl. 1), Osaka, June 2006:185–7. 7. Enquobahrie A, Cheng P, Gary K, Ibanez L, Gobbi D, Lindseth F, et al. The image-guided surgery toolkit IGSTK: an open source C++ software toolkit. J Digit Imaging, 2007;20(Suppl 1):21–33. 8. Pieper S, Halle M, Kikinis R. 3D SLICER. Proceedings of the 1st IEEE International Symposium on Biomedical Imaging: From Nano to Macro, 2004;1:632–5. 9. Lassó A, Tokuda J, Vikal S, Tempany CM, Fichtinger G, Hata N. A generic computer assisted intervention plug-in module for 3D Slicer with multiple device support. The MIDAS Journal – Systems and Architectures for Computer Assisted Interventions (online publication), h p://www.midasjournal. org/browse/publication/649, 2009. 10. Gering DT, Nabavi A, Kikinis R, Hata N, O’Donnell LJ, Grimson WE, et al. An integrated visualization system for surgical planning and guidance using image fusion and an open MR. J Magn Reson Imaging, 2001;13:967–75. 11. Valálik I. CT-vezérelt sztereotaxiás törzsdúci termolézió és mély agyi stimuláció a Parkinson-kóros betegek kezelésében. Doktori értekezés. Semmelweis Egyetem, Szentágothai János Idegtudományi Doktori Iskola, 2011:37–8. 12. Haidegger T, Kazanzides P, Sándor J, Benyó B, Benyó Z. Technological Challenges of Image-Guided Robotic Surgery – Abrupt Changes in the Operating Room. In: Kitajima S (ed.). 4th Scientific Meeting of the Japan–Hungary Surgical Society. Yokohama, Japan, Paper O2–6, 2010:50. 13. Fenyvesi G. Elektromágneses követőrendszerek zavarérzékenységének és torzításainak vizsgálata. Diplomamunka, BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar, Irányítástechnika és Informatika Tanszék, 2011. 14. Polaris Vicra User Guide. Northern Digital Inc., 2005. 15. Arun KS, Huang TS, Blostein SD. Least square fi ing of two 3D point sets. IEEE Trans Pa Anal Machine Intell, 1987;9:698–700. 16. Fipatrick JM. Fiducial registration error and target registration error are uncorrelated. In: Miga MI, Wong KH. Medical Imaging 2009: Visualization, Image-Guided Procedures, and Modeling. Proceedings of SPIE, 2009, Vol. 7261, 02:1–12. 17. Ammirati M, Gross JD, Ammirati G, Dugan S. Comparison of Registration Accuracy of Skin- and Bone-Implanted Fiducials for Frameless Stereotaxis of the Brain: A Prospective Study. Skull Base, 2002;12:125–30. 18. Maes F, Vandermeulen D, Suetens P. Comparative evaluation of multiresolution optimization strategies for multimodality image registration by maximization of mutual information. Med Image Anal, 1999;3:373–86. 19. Press WH, Flannery BP, Teukolsky SA, Ve erling WT. Numerical Recipes in C. Second edition. Cambridge, Cambridge University Press, 1992:394–420.

— 86 —


2013.01.08. 11:23:06

I"

20. Owen CM, Linskey ME. Frame-based stereotaxy in a frameless era: current capabilities, relative role, and the positive- and negative predictive values of blood through the needle. J Neurooncol, 2009;93:139–49. 21. Smith JS, Quinones-Hinojosa A, Barbaro NM, McDermo MW. Frame-based stereotactic biopsy remains an important diagnostic tool with distinct advantages over frameless stereotactic biopsy. J Neurooncol, 2005;73:173–9. 22. Woodworth GF, McGirt MJ, Samdani A, Garonzik I, Olivi A,Weingart JD. Frameless image-guided stereotactic brain biopsy procedure: diagnostic yield, surgical morbidity, and comparison with the frame-based technique. J Neurosurg, 2006;104:233–7. 23. Dammers R, Haitsma IK, Schouten JW, Kros JM, Avezaat CJ, Vincent AJ. Safety and efficacy of frameless and frame-based intracranial biopsy techniques. Acta Neurochir (Wien), 2008;150:23–9. 24. Chen SY, Chen CH, Sun MS, Lee HT, Shen CC. Stereotactic biopsy for brainstem lesion: Comparison of approaches and reports of 10 cases. J Chin Med Assoc, 2011;74:110–4. 25. Herron JDM, Marohn M; SAGES-MIRA Robotic Surgery Consensus Group. A consensus document on robotic surgery. Surg Endosc, 2008;22:313–25. 26. Faust RA. Robotics in Surgery: History, Current and Future Applications. New York, Nova Science Publishers, 2007. 27. Nathoo N, Cavusoglu MC, Vogelbaum MA, Barne GH. In Touch with Robotics: Neurosurgery for the Future. J Neurosurg, 2005;56:421–33. 28. O’Malley Jr. BW, Weinstein GS. Robotic Skull Base Surgery; Preclinical Investigations to Human Clinical Application. Arch Otolaryngol Head Neck Surg, 2007;133:1215–1219. 29. Haidegger T, Benyó Z. Robotikai eszközök az idegsebészet szolgálatában. Orv Hetil, 2009;150:1701–11. 30. Taylor R, Stoianovici D. Medical Robotics in Computer-Integrated Surgery. IEEE Trans Robot Autom, 2003;19:765–81. 31. Karas CS. Neurosurgical robotics: a review of brain and spine applications. J Robot Surg, 2007;1:39–43. 32. Kwoh YS, Hou J, Jonckheere EA, Hayati S. A Robot with Improved Absolute Positioning Accuracy for CT Guided Stereotactic Brain Surgery. IEEE Trans Biomed Eng, 1988;35:153–60. 33. Li QH, Zamorano L, Pandya A, Perez R, Gong J, Diaz F. The Application Accuracy of the NeuroMate Robot – A Quantitative Comparison with Frameless and Frame-Based Surgical Localization Systems. Comput Aided Surg, 2002;7:90–8. 34. Tsekos NV, Khanicheh A, Christoforou E, Mavroidis C. Magnetic resonancecompatible robotic and mechatronics systems for image-guided interventions and rehabilitation: a review study. Annu Rev Biomed Eng, 2007;9:351–87. 35. Cole G, Pilitsis J, Fischer GS. Design of a robotic system for MRI-guided deep brain stimulation electrode placement. Proceedings of IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), Kobe, 2009:4450–6. — 87 —


2013.01.08. 11:23:06

K ₍+ ₎ "

36. Chinzei K, Miller K. MRI Guided Surgical Robot. Proceedings of the Australian Conference on Robotics and Automation, Sydney, 2001:50–5. 37. Sutherland GR, Latour I, Greer AD. Integrating an image guided robot with intraoperative MRI: a review of the design and construction of neuroArm. IEEE Eng Med Biol Mag, 2008;27:59–65. 38. Compare i MD, De Momi E, Vaccarella A, Riechmannz M, Ferrigno G. Optically tracked multi-robot system for keyhole neurosurgery. Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), Shanghai, 2011:661–7. 39. ACTIVE (2011). Project Brochure. www.active-fp7.eu, accessed: April 2012.

— 88 —


2013.01.08. 11:23:06

5. Keret nélküli (frameless) stereotaxia és navigációs rendszerek

Recommend Documents