Aktuální vydání

celé číslo

08

2018

MSV 2018 v Brně

celé číslo

Datové brýle podporují lékaře při operacích nádorů

Zhoubné nádory často vytvářejí metastázy, které se přes soustavu lymfatických uzlin šíří po celém těle. Určit přesnou polohu postižených lymfatických uzlin, aby bylo následně možné je zcela odstranit, vyžaduje od chirurgů velkou zkušenost a operační zručnost. Odborníci ve Fraunhoferově společnosti vyvinuli navigační pomůcku, která chirurgům operační zásah usnadňuje. Je jí zařízení rozšířené reality s názvem 3D-Arile, které přesnou polohu lymfatické uzliny virtuálně zobrazuje prostřednictvím datových brýlí. 

Počet ošetření rakoviny kůže v německých nemocnicích podle údajů Spolkového statistického úřadu v posledních několika letech výrazně vzrostl. Zvláště obávaná je černá rakovina kůže, maligní melanom. Rakovinové buňky mohou např. z lymfy vniknout do lymfatických uzlin. Tam potom vyrůstají dceřiné nádory, tzv. metastázy. Postiženy jsou nejdříve tzv. hlídací lymfatické uzliny (sentinel lymphatic node, Schildwächterlymphknoten). Ty leží na cestě odtoku lymfy ze zhoubného nádoru v první řadě. Jestliže jsou napadeny rakovinovými buňkami, je pravděpodobné, že se již vytvořily další metastázy. Lymfatické uzliny proto hrají při diagnóze a terapii určitých druhů rakoviny, jako např. rakoviny kůže, prsu a prostaty, rozhodující úlohu. Lékaři vyšetřují lymfatické uzliny po operativním odstranění zhoubného nádoru, aby zjistili, zda se metastázy již nerozšířily.

Přes nové poznatky v lékařství je pro lékaře během operace stále ještě velmi nesnadné zjistit přesnou anatomickou polohu hlídacích lymfatických uzlin a stanovit, zda napadená lymfatická uzlina byla skutečně úplně odstraněna. Se zařízením 3D-Arile poskytují odborníci Fraunhoferova ústavu pro grafické zpracování dat IGD (Institut für Graphische Datenverarbeitung) v Darmstadtu lékařům navigační pomůcku, která jim usnadňuje odstraňování napadených lymfatických uzlin. Na projektu spolupracují vědečtí pracovníci z Fraunhoferova ústavu IGD s odborníky z dermatologické kliniky univerzitní nemocnice v Essenu a pracovníky firmy Trivisio Prototyping GmbH, specializované na vývoj a výrobu náhlavních displejů (Head Mounted Display – HMD). 

Inteligentní řešení problému nabízejí datové brýle

Nové zařízení rozšířené (augmented) reality založené na použití datových brýlí podporuje lékaře při lokalizaci lymfatických uzlin při použití virtuálních ukazatelů. Datové brýle fungují v kombinaci s výkonným softwarem pro lékařskou navigaci, se stereozařízením na bázi infračervených kamer NIR a s fluo­rescenčním barvivem (indocyanine green – ICG). „Aby se zasažené lymfatické uzliny zviditelnily, vstřikuje se pacientovi do bezprostředního okolí primárního zhoubného nádoru fluorescenční barvivo, které se šíří cestou lymfatických cév a hromadí se v hlídacím lymfatickém uzlu,“ vysvětluje Dr. Stefan Wesarg, vědecký pracovník Fraunhoferova ústavu IGD. Infračervené světlo emitované infračervenými diodami LED vybudí barvivo k fluorescenci. Kamery NIR (citlivé na záření v blízké infračervené části spektra) snímají fluorescenční záření z barviva a umožňují rekonstruovat zasaženou lymfatickou uzlinu v trojrozměrném prostoru (3D). Poloha zasažené uzliny se lékaři v reálném čase velmi přesně zobrazí v datových brýlích. Software, který je k tomu třeba, vyvinuli odborníci z Fraunhoferova ústavu IGD. „V našem případě je maligní tkáň zobrazena zeleně. Lékař může podle zabarvení zjistit, zda se mu skutečně podařilo všechno nutné vyříznout,“ zdůrazňuje Dr. Wesarg (obr. 1). 

Fluorescenční barvivo jako alternativa k radioaktivnímu nanokoloidu

Doposud lékaři v daném případě používají jako značkovací látku radioaktivní nanokoloid technetium 99m. Fluorescenční barvivo ICG má tuto škodlivou značkovací substanci nahradit, takže bude možné pacienty ošetřovat mnohem šetrněji. Významný je i faktor času. Při použití radioaktivní značkovací látky vyzařuje lymfatická uzlina jenom velmi nízkou úroveň radiace. Proto bylo dosud nutné pořizovat snímky tzv. scintilační kamerou, což, má-li být poloha lymfatické uzliny určena dostatečně přesně, trvá asi 30 min. Datové brýle oproti tomu napadenou uzlinu zobrazí ihned – to je velké ulehčení pro operatéra, který navíc nemusí sledovat přídavný monitor a vše vidí v zorném poli svého zraku. „Lékař se může zcela soustředit na pacienta, a tak operovat bez stresu,“ říká Dr. Wesarg. Další předností je, že datové brýle jsou velmi lehké a vyznačují se vysokým komfortem při používání. 

Hlavní součástí je promyšlený software

Zařízení pro rozšířenou realitu tvoří účelná kombinace hardwaru a softwaru. Hardware vyvinuli odborníci firmy Trivisio Prototyping GmbH z Trieru. Vedle datových brýlí s integrovanou kamerou a dvěma displeji, speciálně navržených pro lékařské použití, patří k hardwaru ještě dvě infračervené kamery NIR a dvě kamery pracující ve viditelné oblasti spektra. Poslední čtyři optické komponenty jsou umístěny v pouzdře krychlového tvaru, které je během operace zavěšeno nad operačním stolem (obr. 2).

Za vývoj softwaru byli zodpovědní odborníci Fraunhoferova ústavu IGD. Software zahrnuje především systém zpracování obrazu, který detekuje fluorescenční světlo emitované lymfatickými uzlinami, ze získaných údajů při použití propracovaných algoritmů určí prostorové (3D) souřadnice uzlin a zobrazí jejich polohu v datových brýlích. Software rovněž zajistí nezbytnou kalibraci hardwaru. Ze zařízení 3D-Arile lze řídit veškerý připojený hardware. Zařízení mimo to obsahuje uživatelský interface pro operujícího lékaře. 

Rychlá cesta do praxe

Všichni partneři projektu během vývoje úzce spolupracovali, přičemž cílem bylo navigační pomůcku optimálně přizpůsobit potřebám operujících lékařů. Prototyp zařízení 3D-Arile ověřený v klinické praxi byl poprvé představen odborné veřejnosti na mezinárodním veletrhu Medica v Düsseldorfu v listopadu 2017. Zařízení přihlášené k patentování uvede na trh firma Arvyss GmbH.

[AR-Brille unterstützt Arzt bei Tumoroperationen. Pressemitteilung Fraunhofer IGD, 2. 11. 2017.]

Ing. Karel Kabeš

Obr. 1. Datové brýle umožňují chirurgovi při operaci přesně lokalizovat místo lymfatické uzliny a v reálném čase sledovat postup operačního zákroku (foto: Fraunhofer IGD)

Obr. 2. Prototyp systému 3D-ARILR při klinickém ověřování na na operačním sále na dermatologické klinice univerzitní nemocnice v Essenu (foto: Trivisio)