Новые технологии визуализации в оперативной гинекологии: стратегии и перспективы

В последние годы достигнут огромный прогресс в эндоскопической хирургии. Возможности лапароскопии настолько увеличились, что превратили ее из метода диагностики болезней в метод, позволяющий проводить практически весь спектр хирургических операций [1, 2].

Технологические достижения и инновации в последние 30 лет позволили расширить показания к лапароскопической хирургии, значительно сократить время ее проведения и количество осложнений. Роботизированная хирургия и современные методы компьютерной визуализации открывают перед хирургами большие перспективы в отношении возможных и значимых областей применения этих инноваций [3—6].

Роботизированная хирургия характеризуется существенным изменением хирургической техники по сравнению с лапароскопией и открытой хирургией, что требует дополнительного обучения и нового набора навыков.

Роботическая система состоит из двух блоков: консоль для оператора-хирурга и непосредственно робот-манипулятор, который имеет в своем составе 4 «руки» — 4 рабочих инструмента, один из которых камера, остальные — тот или иной необходимый врачу хирургический инструмент. Хирург располагается у своей консоли, которая обеспечивает ему многократно увеличенное 3D-изображение внутренних органов и двигает специальные джойстики (манипуляторы — от англ. joystick — ручка, рычаг управления), движения которых передаются на инструменты робота через систему рычагов. Робот выполняет все то, что сделал хирург, но с меньшей амплитудой, что и позволяет добиться именно той точности движений, которая так ценится в хирургии. Положение хирурга принципиально отличается от известной многим лапароскопической хирургии, когда врач стоит у операционного стола и непосредственно сам держит инструменты, которыми выполняется операция, и смотрит в экран, расположенный перед ним. При выполнении операции с помощью робота хирург сидит в комфортном кресле за консолью в условиях, позволяющих ему максимально сконцентрироваться на ходе операции, что дает хирургу ряд таких преимуществ, как увеличенный диапазон движения, большая хирургическая точность, контроль усталости в виде полного исключения тремора рук, лучший доступ к труднодоступным областям, а также лучшую визуализацию областей, которые трудны для осмотра невооруженным глазом [3—6].

Для объективизации и интраоперационной визуализации органов и пространств таза разработаны и внедрены в практику специальные эндоскопические ультразвуковые датчики с управляемой головкой, которые позволяют дополнительно расширить диагностические возможности визуализации при проведении лапароскопии в гинекологии при доброкачественных образованиях яичников, а также миом матки и узлового аденомиоза [7, 8].

С помощью дооперационного планирования и системы слежения хирургические операции превратились в технологию навигации в реальном времени [9].

Своевременное распознавание в реальном времени хирургических инструментов с помощью хирургической камеры является ключевым компонентом для систем компьютерной навигации. Работа таких компьютерных систем основывается на предоперационном планировании хирургического вмешательства и детальном планировании траектории доступа с уточнением длины траектории. Система позволяет осуществлять интраоперационный контроль и получать точные значения расстояний до области интереса хирурга, обеспечивая при этом возможность ориентации на 3D-модели [9, 10].

Отслеживание и позиционирование являются ключевыми методами хирургической навигационной системы, ориентированной на изображение. Точность метода слежения непосредственно определяет точность работы хирургической навигационной системы с наведением изображения. Методы слежения, наиболее широко применяемые в хирургических навигационных системах с управляемым изображением, включают шарнирные рычаги, активные или пассивные оптические системы слежения, звуковые дигитайзеры* и электромагнитные датчики. Наиболее перспективными методами слежения являются оптическое и электромагнитное слежение. Однако по сравнению с оптическим слежением электромагнитная навигация обладает меньшей точностью, а ее магнитное поле подвержено искажениям крупными металлическими объектами, которые вносят в систему погрешности измерений [10, 11].

Такие навигационные системы имеют в своем составе два модуля — модуль визуализации и модуль обработки данных и две камеры — камеру протоколирования и стереокамеру [11].

В настоящее время существуют несколько видов навигационных систем визуализации: инфракрасная, светодиодная, работающая на основе принципа стереовидения.

Оптическая система ближнего инфракрасного диапазона — наиболее частый компонент хирургических навигационных систем. В этой системе используются специальные фильтры для оптимального обнаружения белого света и ближней инфракрасной флуоресценции. Системный источник света обеспечивает свет как в видимом, так и в ближнем инфракрасном диапазоне. Хирург может использовать переключение с белого света на ближний инфракрасный для визуализации объектов интереса. Флуоресцентная камера с оптическими прицелами может направлять хирургов в различных лапароскопических условиях. Например, лимфатические узлы отображаются в виде дополнительных наложений в видеопотоке флуоресцентной камеры [12, 13].

Оптическая система слежения на основе принципа стереовидения с высокой точностью использует оптические инфракрасные светодиоды, установленные на хирургическом инструменте в качестве маркеров, а фильтр ближнего инфракрасного диапазона добавляется перед объективом стереокамеры для устранения помех окружающего света.

Система начинает работать с включения светодиодов ближнего инфракрасного диапазона на хирургических инструментах. Все светоизлучающие точки, которые производят световые волны, затем обнаруживаются системой слежения, и соответствующие данные изображения загружаются в компьютер через интерфейс USB. После этого интерактивное программное обеспечение автоматически ищет все светоизлучающие точки и определяет координаты их центров с субпиксельным разрешением. Наконец, трехмерные координаты светоизлучающих точек вычисляются в мировой системе координат после стереосогласования путем объединения с откалиброванными параметрами камеры. Таким образом, положение кончика хирургического инструмента определяется в соответствии с результатом калибровки светоизлучающих точек хирургического инструмента. На основе этой процедуры отслеживание положения хирургических инструментов в виртуальной трехмерной структуре в реальном времени может быть достигнуто путем преобразования между виртуальной системой координат и мировой системой координат [14].

Еще одной навигационной системой является система, работающая на основе технологии дополненной реальности (augmented reality — AR). Это технология, которая позволяет хирургу видеть подповерхностные структуры на эндоскопическом видео. Основная задача технологии дополненной реальности состоит в перенесении трехмерных виртуальных объектов в реальном времени с помощью данных компьютерной томографии или магнитно-резонансной томографии (МРТ). Затем изображение перемещается по мере движения пациента [15]. Уже имеется опыт применения систем AR для оказания помощи в хирургических операциях [16], включая адреналэктомию [17], простатэктомию [18—20], резекцию печени [21, 22], а также в нейрохирургических [23—25] и ортопедических операциях [26—29].

T. Collins и соавт. [30] в Clermont Ferrand (2013 г.) разработали подобную систему интраоперационной навигации в гинекологии для визуализации миом матки на основе AR. Процесс разделен на две фазы: фаза сегментации и фаза слияния. На этапе сегментации внешняя поверхность матки и миомы разграничиваются (сегментируются) на отдельные сегменты на предоперационной МРТ, и рентгенологом строится трехмерная сеточная модель органа. Затем эта 3D-модель автоматически позиционируется (или «выравнивается») и объединяется с лапароскопическим изображением матки в реальном времени (фаза слияния в реальном времени). Слияние создает впечатление, что матка полупрозрачна, и хирург может видеть точное местоположение миомы внутри нее. Стадия слияния полностью автоматизирована. В естественных условиях получены результаты точности, показывающие, что система может правильно выровнять матку с точностью до 1 мм, несмотря на движение матки. Показано, что система устойчива к другим факторам, включая движение хирургическими инструментами, быстрое движение камеры и размытие при движении. Данные алгоритмы работают на стандартном персональном компьютере с графической картой, оснащенной графическим процессором [31].

В качестве первой системы AR в хирургии матки T. Collins (Clermont Ferrand, Франция) и соавт. [32] задались целью проверить разработанную систему на ее потенциальную пользу при миомэктомии, а также способность этой системы дополненной реальности (AR) более точно локализовать интрамуральные миомы небольшого размера. Модель матки была распечатана на 3D-принтере по технологии многоцветной печати. Синтетическая матка была вставлена в тазовый тренажер; лапароскоп вводился через один троакар, а лапароскопический иглодержатель — через второй. Были смоделированы 6 синтетических миом. Они представляли собой 20-миллиметровые сферы и размещались внутри стенки матки. Расстояние миомы до наружной поверхности матки колебалось от 3 до 30 мм. Для каждой миомы была создана синтетическая МР-томограмма (сагиттальный, аксиальный и коронарный срезы) [32]. Цель исследования состояла в том, чтобы оценить, насколько точно хирурги могут локализовать миомы при использовании технологии AR и в условиях, имитирующих метод «золотого стандарта» (когда хирургу была доступна только МРТ). Десять резидентов, обученных лапароскопии и интерпретации МРТ, попросили выполнить задачу: прикоснуться иглодержателем на тренажере к тому месту на поверхности модели матки (точка контакта), которая, по их мнению, была ближайшей к миоме. Каждый резидент выполнил задание 6 раз (по одному на каждую миому). Средняя точность в контрольной группе составила 16,80 мм [0,1—52,2] против 0,64 мм [0,01—4,71] в группе, которая использовала AR. В контрольной группе среднее время выполнения задания составило 18,68 с [6,4—47,1] по сравнению с 19,6 с [3,9—77,5] при AR. Средняя оценка сложности (для каждой миомы) составила 2,36 [1—4] балла против 0,87 [0—4] балла для контрольной и группы AR. Исследователи сделали вывод, что новая система AR увеличивает точность локализации миомы примерно в 20 раз. Комфорт хирургов также повышается за счет более легкого обнаружения миомы. Это может быть способом сделать лапароскопическую миомэктомию проще, безопаснее и быстрее. С помощью этого метода также можно запланировать различные этапы операции до ее начала. Например, оптимизированный разрез может быть предварительно определен перед лапароскопической операцией, а затем визуализирован во время совмещения картинки в реальном времени интраоперационно [32—34].

В дальнейшем N. Bourdel и соавт. (2017 г.) [35] сообщили о своем опыте использования дополненной реальности в гинекологии. Авторы разработали новый подход AR специально для хирургии матки и продемонстрировали его использование при проведении миомэктомии. В исследование были включены 3 пациентки с одной, двумя и множественными миомами матки соответственно. До операции на основе Т2-взвешенной магнитно-резонансной томографии были построены трехмерные (3D) модели матки и миомы пациентки. Была определена интраоперационная 3D-форма матки. Эти модели были автоматически выровнены и «совмещены» с лапароскопическим видео в режиме реального времени. Выровненные модели совмещались с каждым видеокадром, чтобы создать впечатление, что матка полупрозрачна, и хирург мог видеть точное расположение миомы внутри нее. У первой пациентки разрез производился после точной локализации миомы с использованием AR. Затем была выполнена миомэктомия с использованием классической лапароскопической техники. У двух других пациенток AR также позволила локализовать множественные миомы и произвести их последовательное удаление [35].

По мнению авторов, главная цель AR состоит в том, чтобы использовать данный метод для улучшения визуализации малых или средних интрамуральных миом, которые не могут быть легко локализованы во время лапароскопии. Это может быть осуществлено на основании программного компьютерного обеспечения путем слияния лапароскопических изображений с предоперационными 3D-моделями органа, построенными на основании МРТ. Локализация миом при лапароскопии может быть очень простой в случае деформации серозной оболочки, но когда они существенно не изменяют поверхность матки или имеют центрипетальный рост, эти миомы не всегда легко правильно локализовать [36—40].

Однако гораздо большей хирургической проблемой является интраоперационная визуализация аденомиом при диффузно-узловой форме заболевания. По сравнению с миомами аденомиомы труднее поддаются хирургической верификации, потому что располагаются глубоко в мышце матки и имеют мягкую консистенцию, так что тактильная обратная связь для хирурга уменьшается. Границу между поражением и нормальной тканью можно почувствовать только при пальпации, что часто требует открытого хирургического вмешательства. Отсутствие тактильной обратной связи дает вероятное объяснение того, почему небольшие аденомиомы часто остаются нетронутыми после лапароскопии и появляются сообщения о рецидиве тазовой боли, аномальном кровотечении и/или диспареунии после операции [41, 42].

Именно поэтому N. Bourdel и соавт. (2019 г.) [43] представили исследования, в которых описано применение технологии дополненной реальности при лапароскопии у пациенток с выявленными аденомиомами. Первое наблюдение пациентки 28 лет с дисменореей и повторным выкидышем, у которой при МРТ были выявлены аденомиома размерами 29×33×24 мм и эндометриоидное поражение маточно-крестцовой связки. Второе наблюдение — 39-летняя женщина с диспареунией и дисменореей, вызванными эндометриоидным поражением маточно-крестцовой связки и небольшой глубокой аденомиомой размерами 11×15 мм [43].

До операции на основе Т2-взвешенной МРТ были построены трехмерные модели матки, полости матки и аденомиомы, что позволило получить интраоперационную трехмерную форму матки. В обоих наблюдениях была использована система AR, эти модели были автоматически выровнены и «совмещены» с лапароскопической картинкой в реальном времени, придавая матке полупрозрачный вид, что позволило хирургу локализовать аденомиому и установить точку разреза и его расширение. Кроме того, в первом наблюдении это позволило хирургу более точно определить глубину рассечения. Во втором наблюдении система AR была необходима для локализации аденомиомы размером 2 см, позволяя хирургу точно установить начальную точку разреза и размер разреза. В обоих наблюдениях впоследствии была выполнена аденомиомэктомия с использованием классической лапароскопической техники с повышенной точностью, которая стала возможной благодаря доступным изображениям полости матки. Послеоперационный период протекал без осложнений у обеих пациенток, которые были выписаны на 1-е сутки после операции. Патоморфологическое исследование подтвердило полное удаление обеих аденомиом. Настоящее исследование показало, что применение системы дополненной реальности у пациенток с аденомиомами может помочь хирургу локализовать аденомиому и установить точку разреза во время лапароскопической аденомиомэктомии. Программное обеспечение учитывает подвижность матки и поэтому заметно отличается от негинекологического использования AR, открывая путь к упрощению, безопасности и ускорению лапароскопической аденомиомэктомии [38—42].

Одним из современных направлений хирургии глубокого инфильтративного эндометриоза являются нервосберегающие технологии оперативного удаления инфильтратов. Визуализация основного ствола и мелких ветвей гипогастрального нерва при иссечении эндометриоидных инфильтратов позадиматочного пространства представляет для хирурга одну из актуальных задач. В настоящее время современные методы MPT позволяют оценить скорость и направление диффузионного движения молекул воды, что оценивается для идентификации, визуализации и степени миелинизации проводящих нервных волокон. P. Chauvet (Франция) и соавт. (2019 г.) [44] решили применить волоконную трактографию для углубленного исследования наряду со стандартной МРТ. Использование диффузионной тензорной визуализации (DTI)-МРТ может иметь перспективы для визуализации нервных волокон таза при выполнении нервосберегающих операций в случае глубокого инфильтративного эндометриоза. Диффузионная тензорная визуализация и трактография показывают преимущественное направление нервных волокон, подтверждающее чувствительность этого метода для различных типов ткани [45].

Таким образом, хирургические навигационные системы являются перспективным методом и нуждаются в изучении, чтобы помочь гинекологам максимально повысить точность и минимизировать продолжительность операций, избежать ошибок и повысить шансы на выживание пациентов. Отслеживание устройства и визуализация очага поражения являются важными компонентами хирургических навигационных систем. Однако коммерческие хирургические устройства слежения дорогостоящи, что препятствует их широкому применению.

Ввиду необходимости знания положения хирургического инструмента относительно тканей, а также существующего в настоящее время опыта коллег смежных специальностей, представляется перспективным применение таких навигационных систем в гинекологии для оптимизации визуализации интрамуральных миом и аденомиоза, а также для определения границ резекции глубокого инфильтративного эндометриоза.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования — О.А. Мелкозерова

Сбор и обработка материала — А.В. Мурзин

Написание текста — А.В. Мурзин, О.А. Мелкозерова

Редактирование — О.А. Мелкозерова

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Participation of authors:

Concept and design of the study — O.A. Melkozerova

Collection and processing of the material — A.V. Murzin

Writing the text — A.V. Murzin, O.A. Melkozerova

Editing — O.A. Melkozerova

Authors declare lack of the conflicts of interests.

* От англ. digitizer — преобразователь аналоговых сигналов в цифровые.