Серегин А. Н., Киселев С. С., Аничков А. Д., Полонский Ю. З., Смирнов А. А., Автоматизированный комплекс для стереотаксических операций

Серегин А.Н., Киселев С.С., Аничков А.Д., Полонский Ю.З., Смирнов А.А., АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ КОМПЛЕКС

ДЛЯ СТЕРЕОТАКСИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ

Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, Санкт-Петербург, Россия

Стереотаксис – наукоемкая медицинская технология, обеспечивающая возможность малотравматичного, прицельного и дозированного вмешательства на глубокие структуры головного мозга человека. Стереотаксис является симбиозом ряда научных дисциплин и, прежде всего, нейрохирургии, неврологии и нейрофизиологии, нейровизуализации, а также математики, физики и вычислительной техники.

Чрезвычайно важную роль в совершенствовании клинического стереотаксиса, то есть стереотаксиса, предназначенного не для исследований на лабораторных животных, а для диагностики и лечения больных людей, страдающих сложными хроническими заболеваниями и поражениями центральной нервной системы, сыграла вычислительная техника - компьютеры. Развитие компьютерного стереотаксиса связано, прежде всего, с необходимостью прицельной имплантации в головной мозг пациента долгосрочных множественных внутримозговых электродов. В процессе операции необходимо прицеливаться не в одну точку внутримозгового пространства, а в большое число целевых точек мозга, определять, вычислять координаты не одной точки мозга, а нескольких, в некоторых случаях многих мозговых мишеней. Следует отметить, что в стереотаксической процедуре именно определение пространственного положения стереотаксических мишеней, необходимое преобразование координат мишеней занимает наибольшие отрезки времени, делают стереотаксическую операцию чрезвычайно длительной, труднопереносимой для пациента и поэтому компьютеризация стереотаксиса является необходимым этапом его развития.

Наша команда поставила перед собой цель – создание автоматизированного комплекса для стереотаксических операций (АКСО). Условно разработку можно разделить на две части – приборную и программную.

В качестве основы приборной части АКСО была выбрана дуга Лекселла с шаговыми электрическими двигателями. Отметим, что среди известных стереотаксических аппаратов лучшими принято считать аппараты с дугой Лекселла, которая позволяет в достаточно широких пределах быстро менять под контролем зрения траекторию погружения стереотаксического инструмента. Разработанная конструкция обладает высокой жесткостью и обеспечивает высокую точность попадания в выбранные целевые зоны мозга. Кроме того, она обеспечит возможность использования микро- и полумикроэлектродов, а также под контролем компьютера с помощью хирургической фрезы - возможность наложения отверстий различного размера и формы. Такой подход и такой стереотаксический аппарат существенно снизит трудоемкость вмешательства, сократит его продолжительность, сделает операцию менее опасной.

Программная часть АКСО помимо пользовательского интерфейса для непосредственного управления дугой Лекселла включает в себя подробный трехмерный стереотаксический атлас Шальтенбрандта и Бейли. Данный вид атласа был выбран как самый подробный из ныне существующих. Трехмерные стереотаксические атласы головного мозга человека обычно выполнены в виде посрезовых карт, работа с которыми связана с целым рядом ограничений, представляет определенную сложность, поскольку такие карты содержат небольшое число сечений, а, следовательно, и мозговых структур. Иные же атласы мозга человека не обладают достаточной точностью и полнотой и не предназначены для проведения по ним стереотаксического планирования и подготовки операций, в частности, потому, что не содержат системы координат. Разрабатываемый электронный атлас, более подробный и точный, предусматривает использование МРТ - изображений мозга реального пациента для автоматического изменения размеров и формы изображений структур мозга, что значительно повышает точность планирования операции. Программное обеспечение атласа поможет хирургу быстро найти нужные области мозга и предложить различные варианты проведения операции в зависимости от заболевания. Координаты цели и точки входа пересчитываются для системы координат дуги Лекселла и передаются на аппаратную часть АКСО. Для контроля проведения операции в аппаратной части закреплена видеокамера, с которой программное обеспечение получает изображение в реальном времени. Таким образом, хирург, сидящий за пультом управления, имеет хороший обзор хода операции и в любой момент может ее остановить. Для контроля текущего положения стереотаксического хирургического инструмента на пациенте установлены датчики, регистрирующие биоэлектрическую активность мозга пациента. Если, в соответствии с атласом, инструмент (электрод) должен попасть в одну область, а по показаниям датчиков оказывается в соседней, то программа учитывает это и видоизменяет модель мозга.

Накопленные данные о реальном положении конкретных отделов мозга, их взаимном расположении и изменении формы под воздействием болезней и прочих внешних факторов, накапливаются и учитываются при последующем формировании реальной модели мозга.