Введение

Количество статей, связанных с навигационными системами в хирургии первичных и метастатических опухолей позвоночника, постоянно увеличивается с 2010 г. [1]. На основании накопленного опыта сформулированы показания к навигационному сопровождению в нейрохирургии и онковертебрологии: установка стабилизирующих позвоночный столб педикулярных систем, определение границ резекции опухоли, наведение инструмента для локальной аблации патологического очага.

Данные с оценкой эффективности навигационных систем посвящены преимуществам их при имплантации педикулярных винтов в сравнении с «free-hand» методикой с использованием C-дуги [2—4]. Ряд авторов [5, 6] указывают на возможность интраоперационной навигации идентифицировать границы опухоли в костной ткани по отношению к спинномозговому каналу и другим анатомическим ориентирам позвоночного столба.

Особенностью доступных публикаций является интегрированное применение навигационных систем с интраоперационным рентгеновским компьютерным томографом, например, O-ARM («Medtronic», США), что позволяет контролировать как объем удаленной опухоли, так и положение установленных металлоконструкций. Однако этот технический комплекс является громоздким, требует нестандартных площадей операционной и в настоящее время малодоступен для большинства медицинских организаций Российской Федерации.

Таким образом, внедрение в хирургическую практику принципов сепарационной хирургии метастазов предполагает интраоперационную оценку объема удаленной метастатической опухоли для последующего планирования конформной лучевой терапии без использования интраоперационного рентгеновского компьютерного томографа, интегрированного с навигационным комплексом.

Цель исследования: оценка разработанного алгоритма расчета объема удаленной части опухоли с использованием оптической навигационной системы.

Материал и методы

При планировании лабораторной и клинической фаз исследования использовали отечественную навигационную систему МультитрекÔ, разработанную группой компаний ООО «Гаммамед-Софт», с участием лаборатории медицинских компьютерных систем Научно-исследовательского института ядерной физики им. Д.В. Скобельцина Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова. Система разработана при поддержке ФГБУ «Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере» (проект №26048). На медицинское изделие в 2019 г. получено регистрационное удостоверение РЗН 2019/9001.

Лабораторную фазу проводили на базе кафедры оперативной хирургии и топографической анатомии ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России на фиксированных формалином торсах 6 трупов взрослых людей старческого возраста (4 женских и 2 мужских), которые до и после эксперимента подвергались компьютерной томографии с использованием передвижного компьютерного томографа (рис. 1).

Рис. 1. РКТ биологической модели (торс человека) на передвижном компьютерном томографе.

Во время эксперимента проводили моделирование типичного заднего доступа к соответствующему отделу позвоночника. Регистрацию модели в навигационной системе осуществляли «по поверхности» костных структур с использованием DICOM данных рентгеновской компьютерной томографии (РКТ). Осуществляли навигируемую резекцию тела позвонка из заднебокового транспедикулярного доступа на трех уровнях в грудном (Th_III, Th_VII и Th_XI) и одном уровне в поясничном (L_III) отделах позвоночника (рис. 2). В ходе эксперимента с использованием разработанных программных алгоритмов системы измеряли размеры полости, полученной после удаления части тела позвонка, в трех взаимно перпендикулярных осях (для вычисления ее объема — аналога объема удаленной опухоли). После этого аналогичные размеры измеряли с использованием возможностей приложения Radiant Dicom Viewer версии 2023.1 (64-bit) по результатам повторной РКТ препарата. Для надежности все измерения выполни трижды. Расчет объема удаленной части позвонка проводили по формуле:

,

где a — переднезадний размер, b — ширина, c — высота послеоперационной полости в теле позвонка. Методику измерений размеров полости в теле позвонка иллюстрирует рис. 3.

Рис. 2. Лабораторная фаза иссследования с использованием биологической модели: резекция тела позвонка под интраоперационным навигационным контролем (на основе предоперационных РКТ-изображений) с измерением объема удаленного тела позвонка.

а — регистрация зоны операции; б — навигируемая резекция тела позвонка.

Рис. 3. Измерение размеров полости в теле позвонка.

а — с использованием регистрационного зонда; б — по результатам контрольной РКТ.

Клиническую фазу исследования выполняли в период с 01.01.2024 по 31.12.2024 на базе ГБУЗ «Мелитопольская областная больница» Минздрава Запорожской области. В отделении нейрохирургии данного учреждения оперированы 15 пациентов, которым выполнили паллиативное хирургическое лечение по поводу метастатических опухолей позвоночника, включающее декомпрессивно-стабилизирующее вмешательство с использованием навигационной системы. Всем больным проводили вычисление объема удаленной опухоли тела позвонка как интраоперационно (рис. 4), так и по результатам РКТ-нейровизуализации, выполненной в раннем послеоперационном периоде, по методике, аналогичной описанной выше (рис. 5).

Рис. 4. Интраоперационное измерение размеров полости после резекции опухоли в теле позвонка с использованием регистрационного зонда и навигационной системы.

1 — мешок твердой мозговой оболочки, 2 — регистрационный зонд, введенный в полость в теле позвонка.

Рис. 5. Измерение размеров полости по данным контрольной РКТ.

а — объем резекции при расширенной биопсии у больного Б-ва (V=3,6 см³), б — объем резекции при частичной корпорэктомии у больного Ф-оса (V=32,1 см³). Желтой линией обозначена задняя граница тела позвонка.

Мы выполняли сопоставление объемов резецированной части позвонка, полученных во время эксперимента или в ходе оперативного вмешательства с использованием навигационной системы, с результатами, полученными позже по данным РКТ. Цифровые значения фиксировали в электронной базе Microsoft Excel, после чего проводили анализ в программе Statistica 7.0. Для каждой группы показателей определяли тип распределения данных. При отличии распределения от нормального закона для описания использовали значения медианы, 1-го и 3-го квартилей (Me [Q₁; Q₃]), а при дальнейшем сравнении групп — методы непараметрической статистики с учетом коэффициента на небольшой объем выборки. При сравнении двух независимых групп использовали критерий Манна—Уитни. Пороговый уровень значимости при проверке статистических гипотез принимали равным 0,05.

Результаты и обсуждение

Использование оптической навигации при резекции метастатической опухоли позвонка для достижения объема циторедукции, оптимального для последующей конформной лучевой терапией в рамках концепции сепарационной хирургии сообщали единичные авторы [7, 8].

Нейрохирургические вмешательства, нацеленные на полную резекцию, долгое время оставались стандартными методами лечения большинства злокачественных и доброкачественных опухолей. В настоящее время более половины новообразований центральной нервной системы и позвоночника устраняется хирургическим путем с помощью менее агрессивных методик. Эти методики предполагают лечение адьювантными способами, такими как стереотаксическая радиохирургия, для достижения максимального контроля над опухолью. Попытки достичь максимального уровня безопасности хирургической резекции без какого-либо контроля может привести к осложнениям или необратимым неврологическим повреждениям.

Нами осуществлен контроль возможностей математических алгоритмов оптической навигационной системы, а именно, проведена оценка объема резекции тела позвонка (объем удаленной опухоли). В исследование включены данные телеметрии, полученные в ходе эксперимента на 6 торсах, фиксированных формалином трупов взрослых людей, на которых были резецированы под навигационным контролем тела 24 позвонков. Провели сравнение объемов удаленных частей позвонков, вычисленных после измерения размеров полости во время эксперимента и по результатам контрольной РКТ препарата (табл. 1).

Таблица 1. Данные о расчетном объеме удаленной части позвонка по результатам трех серий измерений на 6 биологических моделях

При анализе данных установлено, что расчетные показатели объема удаленной части тел позвонков на различных уровнях, вычисленные на основании интраоперационных измерений и по результатам контрольной РКТ, несколько различаются. При измерении размеров послеоперационной полости в теле позвонка в программе просмотра изображений расчетные значения ее объема были больше на 0,2—0,5 см³, что при сравнении медиан по соответствующим двум выборкам расчетных значений для отдельных позвонков и для всех резецированных позвонков в тесте Манна—Уитни не является статистически значимым различием между выборками.

Среди 15 пациентов, у которых интраоперационно вычисляли объем резекции тела позвонка, у 10 (67%) опухоль тела удалена в объеме расширенной биопсии, у 5 (33%) — в объеме частичной корпорэктомии (см. рис. 5).

Во всех случаях объем резекции новообразования ограничивался кровопотерей вследствие обильного кровоснабжения ткани опухоли. Ограничением методики оказалась невозможность оценки объема удаленного эпидурального компонента опухоли тела позвонка. Результаты вычисления объема удаленной части тела позвонка на основании измерений, выполненных во время операции и по данным контрольной РКТ, представлены в табл. 2.

Таблица 2. Данные о расчетном объеме удаленной части позвонка на основании результатов трех серий измерений у 15 пациентов

Анализ показал, что расчетные показатели объема удаленной части тела позвонка у отдельных пациентов, вычисленные на основании интраоперационных измерений и по результатам контрольной КТ, практически не различаются. Разброс расчетных значений объема удаленной опухоли при различных попытках измерений в случае использования навигации составляет в среднем до 0,2 см³, а при измерении в программе для просмотра изображений — до 0,4 см³. Данный факт, вероятно, обусловлен отеком мягких тканей в зоне ложа удаленной опухоли и размыванием на контрольных компьютерных томограммах границ послеоперационной полости в теле позвонка. При сравнении медиан по соответствующим двум выборкам расчетных значений объема удаленной опухоли у всех 15 пациентов в тесте Манна—Уитни не выявили статистически значимых различий между выборками (разница расчетных величин составила в среднем до 0,1 см³).

В процессе исследования выполнялось сравнение объемов резекции тел позвонков, рассчитанного на основе измерений, выполненных интраоперационно с использованием навигационной системы, и данными полученными в послеоперационном периоде с помощью РКТ.

Наше исследование имело как лабораторную (анатомический эксперимент на трупах людей), так и клиническую части (во время операций по удалению метастатических опухолей позвоночного столба). В тесте Манна—Уитни не выявлено статистически значимых различий между выборками величин как при резекции тел позвонков на трупах, так и при парциальном удалении опухоли тела позвонка у пациентов с метастатическим поражением позвоночника.

Нами установлено, что при резекции опухоли позвонка разница в точности расчета на основе интраоперационных измерений, выполненных с использованием навигационной системы и контрольной КТ, в 0,2—0,5 см³ нивелируется до 0,1 см³ вследствие наличия послеоперационного отека стенок полости после удаления опухоли из тела позвонка.

Достоинством использованной навигационной системы в сравнении с аналогами является возможность измерения размеров полости в теле позвонка после парциального удаления новообразования и расчет объема удаленной опухоли в ходе оперативного вмешательства. Точная интраоперационная оценка объема удаленной из тела опухоли позволяет планировать облучение остаточной ее части. Ранее подобную информацию было возможно получить только с использованием интраоперационной РКТ.

Заключение

Объективный контроль резекции опухоли позвонка является важным параметром для последующего планирования конформных видов лучевой терапии.

Использованная навигационная система в ходе экспериментальных вмешательств на биологических моделях и в условиях хирургического лечения пациентов с метастатическим поражением позвоночника показала высокую точность вычисления объема резекции интраоперационно.

Использование алгоритмов навигационной системы для расчета объема резекции пораженного опухолью тела позвонка в отсутствие контроля методом интраоперационной компьютерной томографии обоснованно и может быть рекомендовано для объективизации хода оперативного вмешательства и оптимизации последующей конформной лучевой терапии.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования — Кит О.И., Гринь А.А.

Сбор и обработка материала — Закондырин Д.Е., Росторгуев Э.Е., Дубков В.Д., Карпунин В.О., Еремеев М.А.

Написание текста — Пинчук Е.А., Нелипа М.А., Усманова И.Н., Лакман И.А.

Редактирование — Дыдыкин С.С., Васильев Ю.Л., Гаврилов А.В.

Participation of authors:

Concept and design of the study — Kit O.I., Green A.A.

Data collection and processing — Zakondyrin D.E., Rostorguev E.E., Dubkov V.D., Karpunin V.O., Eremeev M.A.

Text writing — Pinchuk E.A., Nelipa M.A., Usmanova I.N., Lakman I.A.

Editing — Dydydkin S.S., Vasiliev Yu.L., Gavrilov A.V.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.