Intraoperative and dynamic 3D Rotational X- ray imaging Bart Carelsen, AMC Amsterdam,
[email protected]
Drie- dim ensionale ( 3D) afbeeldingst echnieken zoals Com put ed Tom ogr aphy ( CT) of Magnet ic Resonance Imaging (MRI) worden standaard gebruikt voor de planning van operaties en ter controle na afloop. Toch wordt het v erloop van een operat ie voornam elij k op basis van k ij ken, voelen of 2D- doorlichtingsbeelden gevolgd. Dat m et behulp van 3D t echniek en na afloop van de operat ie ongunst ig geplaat st e im plant at en, onvoldoende herst el van de anat om ie of onregelm at igheden in gewricht en worden ont dekt is t e verwachten. I nt raoperat iev e '3D Rot at ional X ray' ( 3D- RX) is een t echniek om 3D- beelden t e m aken m et behulp van een mobiele C- boog. De C- boog draait gemotoriseerd een halve slag om het lichaam sdeel in 30 seconden (Fig. 1). Tijdens het draaien neemt het apparaat 90 tot 450 röntgenfoto's, elk met een belichtingstijd van slecht s 10 m s om onscherpt e door bew eging t e voorkom en. Het ingebouwde w erkst at ion verzam elt alle fot o's en bouw t een 3D beeld op binnen enige m inut en. De chirurg kan vervolgens in de operat iek am er een 3D beeld in alle standen bekijken maar ook elke gewenste doorsnede.
Fig. 1. Fot o t ij dens het scannen van een enkel
Er is gekek en naar de beeldkwalit eit van het m obiele 3D- RX syst eem t en opzicht e van CT. De best e spatiële resolutie van de 3D- RX techniek is beter dan die van CT. Echter, de lage contrasten worden beter bij CT afgebeeld. Bot heeft bij een lagere buisspanning, zoals bij 3D- RX het geval is, een hoger cont rast . Hierdoor is voor bot in weefsel de cont rast ruisverhouding voor de t wee syst em en vergelij kbaar ( Fig. 1) . De effectieve dosis van een CT scan is veel hoger dan die van 3D- RX, gemiddeld 8 tot 15 keer hoger voor vergelijkbare toepassingen.
Fig. 2. Preoperat ive Coronale coupes van het binnenoor gem aakt m et CT ( 2* 0.5m m , 165 m As) op de bovenst e rij . Op de onderst e rij , 3D- RX coupes gem aakt t ij dens een cochleaire im plant at ie, vandaar ook het vocht in het binnenoor. De pij len st aan voor de m alleus ( M) , de incus (I), en het cochleair implantaat (CI).
Als eerst e t oepassing is gekeken naar gebruik van 3D- RX t ij dens het inbrengen van een cochleair im plant at aat . Gedurende de operat ie, waarbij het im plant aat m et een serie elekt roden wordt ingebr acht in het slakkenhuis, worden t wee 3D- RX scans gem aakt . De eerst e scan wordt gem aakt nadat het implantaat met een voerdraad is ingebracht door een kleine opening in het slakkenhuis. Vervolgens wordt de voerdraad t erugget rokken en krult de r ij elekt roden van het im plant aat zich in het slakk enhuis om de gehoorzenuw ( Fig. 2) . Hierna wordt nog een 3D- RX scan gem aakt . Mocht en de elekt roden verkeerd of dubbel gevouwen geplaat st zij n, dan kan er direct act ie worden ondernom en op de operat iek am er , hetgeen enkele keren is voorgekomen tijdens het onderzoek.
Fig. 3. I nt raoperat ieve 3D- RX im ages beelden t ij dens een sphenoid m engiom a verwij dering. Links coupes gemaakt aan het begin van de operatie, midden in tijdens en rechts vlak voor het einde.
Daarnaast is de t oepassing van int raoperat iev e 3D- RX onderzocht v oor oogkaschirurgie. Vierenzest ig int raoperat iev e bevindingen van visuele en fysieke inspect ie zij n gerapport eerd aan de hand van een vragenlij st net voordat een 3D- RX scan w erd gem aakt ( Fig. 3) . I n een lat er st adium zij n de 3D- RX beelden bekek en door expert s en is nogm aals de vragenlij st ingevuld. Het bleek dat de 3D- RX beelden additionele informatie bevatten, met name voor behandeling van de oogkasbodem.
Fig. 4. 3D- RX en doorlicht ingen aan het begin van de operat ie. Van links naar recht s een AP, een lat erale doorlicht ing en een 3D- RX volum e rendering. Deze 3D afbeelding laat de afwijkende stand van het gewricht zien.
De handchir urg m aakt convent ioneel gebruik van visuele en fysieke inspect ie en 2D röntgendoor licht ingen om de vorderingen t ij dens de oper at ie in t e schat t en. Wij hebben de vorderingen op basis van convent ionele m et hoden t ij dens handchirurgie t e v ergelij ken m et die op basis van 3D- RX. Daarnaast is geregist reerd op basis van post operat ieve beeldvorm ing hoeveel van de pat iënt en, geopereerd m et behulp van 3D- RX, desondanks nog een her- operat ie nodig hadden. I n t ot aal zij n 56 pat iënt en geopereerd m et hulp van 3D- RX. Uit de result at en blij kt dat 3D- RX voor m et nam e het spaakbeen, de ellepij p en het plaat sen van K- draden, preciezere en ex t ra inform at ie geeft t en opzicht e van convent ionele bev indingen. Ook kunnen de vorder ingen m et m eer zekerheid worden beoordeeld op basis van de 3D- RX beelden. Geen van de 56 pat iënt en had een her- operat ie nodig op basis van postoperatieve beeldvorming (gerapporteerd in de literatuur tot wel 23%).
Ook de t raum achirurg had profij t van de 3D- RX t echniek. Het bleek dat de 3D- RX beelden m eer inform at ie verschaffen dan de gebruik elij ke m et hoden. Met nam e de vorderingen t en aanzien van het plaat sen van schroeven en de rot at ie van het zet t en van de breuk, zij n bet er t e beoordelen op de 3D- RX beelden dan op 2D doorlicht ingen en m et visuele en fysieke inspect ie. Geen van de 81 pat iënt en die geopereerd zij n m et 3D- RX, had een her- operat ie nodig t erwij l in de lit erat uur 10- 26% her- operaties gerapporteerd worden (Fig. 5).
We concluder en dat int raoperat ieve 3D- RX m ogelij k het aant al her- operat ies ver laagt en de chir urg voorziet van addit ionele inform at ie t ij dens de behandeling. I nt raoperat ieve 3D- RX wordt daarom standaard ingezet bij cochleaire implantaties en complexe hand- , fractuur- en orbitachirurgie. Toekomstig onderzoek is aan t e bev elen naar de funct ionele uit k om st op lange t erm ij n voor de pat iënt en die behandeld zij n m et behulp v an 3D- RX. Ver der ont w ikk elde visualisat ie en t oegevoegde beeldbewerk ing zal het gebruik van int raoperat iev e 3D- RX posit ief beïnv loeden. De beeldk walit eit van 3D- RX, m et nam e bij lage cont r ast en, kan m ogelij k worden verbet erd door m iddel van bet ere hardware, soft ware en m echanica. Deze verbet er ingen zullen de t oepassing v an int raoperat iev e 3D- RX v ergrot en, zow el in aantal als in complexiteit van ingrepen.
Fig. 5. The doorlicht ings beelden ( A&C) and 3D- RX coupes ( B,D&E) van een pat ient behandeld voor een enkel fract uur. I n de coronale en axiale 3D- RX coupe 1 schroef is zichtbaar die in het gewricht steekt.
4D- RX Een pat iënt m et chronische polsproblem en heeft m eest al last wanneer de pols in bew eging is en belast wordt . Echt er, diagnost iek w ordt gedaan op st ilst aande ( en vaak 2D) beelden. De m eest geavanceerde t echniek en om polsbeweging zicht baar t e m aken zij n anim at ies van st at ische 3D- beelden of opnam en bewogen onder rönt gendoorlicht ing. Dat eerst e is wel kw ant it at ief, m aar niet dynam isch, het t weede wel dynamisch maar niet kwantitatief. Wij presenteren een methode om met behulp van 3D- RX een periodiek bewegende pols af t e beelden in 3D. Dit lev ert een ser ie bew egende 3D- beelden in de t ij d: 4D- RX. Eerste experimenten met een post- mortem pols tonen aan dat het principe werkt. Daarnaast presenteren we een m et hode voor het m et en van dynam ische bewegingspat ronen van de handwort elbeent j es ( carpalia) . De m et hode best aat uit een verbet erd prot ocol voor 4D- RX beeldvorm ing en addit ionele beeldbewerking voor nauwkeurige bepaling van beweging van de carpalia in de levende mens (Fig. 6).
Fig. 6. Film st rip van ulnair naar radiaal deviat ie. Er is duidelij k t e zien dat de dist ale rij d m ee gaat met de beweging terwijl de proximale rijd orthogonaal beweegt.
Hiervoor wor dt een st at ische ( 3D- RX) opnam e van hoge kwalit eit en een dynam ische scan ( 4D- RX) gem aakt van dezelfde pols. Vervolgens worden de carpalia gesegm ent eerd uit de st at ische scan en geregist reerd aan de dy nam ische scans. Deze procedure lev ert de t ranslat ies en rot at ies op v an de indiv iduele carpalia ( t ot aal 8) , en het spaakbeen en de ellepij p voor elke dynam ische st and ( t ot aal 20) . Deze gegev ens in com binat ie m et de opgelegde beweging geven de bewegingspat ronen van de car palia. De m et hode is get est op 4 vrij w illigers. De beeldvorm ing en - bewerk ing heeft een nauwk eur igheid van bet er dan een dan een m illim et er en graad. Herhaalde m et ingen om de reproduceerbaarheid t e t est en lev eren een iet s grot ere afw ij king ( < 1m m , < 2 graden) . De op deze m anier bepaalde bewegingspat ronen t onen m ogelij k afw ij k ingen die m et CT, MRI of v ideo doorlicht ingen niet kunnen worden gezien of gekwant ificeer d. Desondank s st aat deze ont w ikkeling nog m aar aan het begin en m eer onderzoek is nodig naar de interpretatie van de bewegingspatronen en de klinische toepasbaarheid.
This document was created with Win2PDF available at http://www.daneprairie.com. The unregistered version of Win2PDF is for evaluation or non-commercial use only.
