Спосіб нейрохірургічного планування при проведенні втручань на глибинних структурах головного мозку

Спосіб нейрохірургічного планування при проведенні втручань на глибинних структурах головного мозку, який включає формування протоколу обстеження пацієнта, розміщення міток опорних орієнтирів на голові пацієнта, дослідження операційної області за допомогою спіральної комп'ютерної або магніторезонансної томографії, формування віртуальної тривимірної моделі голови за даними томографії, який відрізняється тим, що томографічне дослідження проводять у ангіографічному режимі, виконують автоматизовану сегментацію анатомічних структур, проводять класифікацію об'єктів за ступенем травматизму, виковиконують автоматизоване визначення оптимальної траєкторії руху хірургічного інструмента за терієм найменшого ступеня травматизму та мування параметрів управління стереотаксичним апаратом. (19) UA (11) (21) a200800521 (22) 15.01.2008 (24) 25.02.2010 (46) 25.02.2010, Бюл.№ 4, 2010 р. (72) АВРУНІН ОЛЕГ ГРИГОРОВИЧ, СІПІТІЙ ВІТАЛІЙ ІВАНОВИЧ, П'ЯТИКОП ВОЛОДИМИР ОЛЕКСАНДРОВИЧ, КУТОВИЙ ІГОР ОЛЕКСАНДРОВИЧ, СЕМЕНЕЦЬ ВАЛЕРІЙ ВАСИЛЬОВИЧ, НОСОВА ТЕТЯНА ВІТАЛІЇВНА (73) ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ (56) UA 79131 C2, 25.05.2007 Цвігун Г.В. / Комп'ютерна томографія в діагностиці, плануванні ендомікрохірургічних втручань та оцінці ефективності лікування хворих з епідуральними та субдуральними гематомами // Автореф. дис... канд. мед. наук: 14.01.23; АМН України. Ін-т онкології. - К. - 2001. - 27с. RU 2235506 С1, 10.09.2004 RU 2257178 С1, 27.05.2005 RU 2004107431 А, 10.09.2005 WO 2004015632 А1, 19.02.2004 EP 1738709 А1, 03.01.2007 TW 499308 В, 21.08.2002 Капитонов Д.Н. и др. / Использование навигационной системы STEALTH STATION NV при заболе C2 2 89675 1 3 спосіб передопераційної підготовки при лікуванні захворювань навколоносових пазух та основи черепа (див. Использование навигационной системы STEALTH STATION TM при заболеваниях околоносовых пазух и основания черепа / Капитонов Д.Н., Лопатин А.С., Потапов А.А., Кушель Ю.В. // Российская ринология. - 2000. - № 4. - С. 22-26). Даний спосіб включає формування протоколу обстеження пацієнта, розміщення меток опорних орієнтирів на голові пацієнта, дослідження операційної області за допомогою спіральної комп'ютерної або магніторезонансної томографії, формування віртуальної тривимірної моделі голови за даними томографії та підготовку до етапу реєстрації даних операційного поля. Однак у даному способі не виконуються процедури автоматизованої сегментації анатомічних структур, класифікації об'єктів за ступенем травматизму та автоматизованого визначення оптимальної траєкторії руху хірургічного інструмента, що не дозволяє забезпечити найменш травматичний хірургічний доступ до глибинних структур головного мозку, зменшити ризик появи післяопераційних ускладнень та підвищити загальну ефективність нейрохірургічних втручань на глибинних структурах головного мозку. В основу винаходу поставлена задача створення такого способу нейрохірургічного планування при проведенні втручань на глибинних структурах головного мозку, який дозволяв би за рахунок введення процедур автоматизованої сегментації анатомічних структур, класифікації об'єктів за ступенем травматизму та автоматизованого визначення оптимальної траєкторії руху хірургічного інструмента забезпечити найменш травматичний хірургічний доступ до глибинних структур головного мозку, зменшити ризик появи післяопераційних ускладнень та підвищити загальну ефективність нейрохірургічних втручань на глибинних структурах головного мозку. Такий технічний результат може бути досягнутий, якщо в способі нейрохірургічного планування при проведенні втручань на глибинних структурах головного мозку, який містить формування протоколу обстеження пацієнта, розміщення меток опорних орієнтирів на голові пацієнта, дослідження операційної області за допомогою спіральної комп'ютерної або магніторезонансної томографії, формування віртуальної тривимірної моделі голови за даними томографії, згідно винаходу, гомографічне дослідження проводять у ангіографічному режимі, виконують автоматизовану сегментацію анатомічних структур, проводять класифікацію об'єктів за ступенем травматизму, виконують автоматизоване визначення оптимальної траєкторії руху хірургічного інструмента за критерієм найменшого ступеня травматизму та формування параметрів управління стереотаксичним апаратом. Таким чином, за рахунок введення процедур автоматизованої сегментації анатомічних структур, класифікації об'єктів за ступенем травматизму та автоматизованого визначення оптимальної траєкторії руху хірургічного інструмента досягається можливість визначення найменш 89675 4 травматичного хірургічного доступу до глибинних структур головного мозку, зменшення ризику появи післяопераційних ускладнень та підвищення загальної ефективності нейрохірургічних втручань на глибинних структурах головного мозку. На фіг. 1. наведено приклад зображення об'ємної реконструкції головного мозку в ангіографічному режимі. На фіг. 2 зображено ілюстрацію моделі автоматизованого формування параметрів для управління стереотаксичним апаратом. Спосіб, що пропонується, може бути реалізований так: на основі даних об'єктивного та неврологічного оглядів пацієнта проводиться формування протоколу обстеження, який містить інформацію щодо приблизної локалізації області оперативного втручання, а також дані до типу режиму, вибору базової плоскості та інших параметрів гомографічного сканування. При цьому на спіральному рентгенівському комп'ютерному томографі виконується обстеження голови пацієнта в ангіографічному режимі - з введенням контрастної речовини, що дозволяє візуалізувати судинне русло. Сканування проводять у режимі максимальної контрастності м'яких тканин з шагом сканування 1 мм паралельно орбіто-меатальної плоскості. Перед скануванням виконують розміщення міток опорних орієнтирів на голові пацієнта (як правило, використовуються 6-8 шкірних міток-орієнтирів) для коректного визначення плоскості сканування та відповідної повторної укладки. Результатом гомографічного обстеження є отримання наборів цифрових зображень аксіальних гомографічних зрізів голови пацієнта. Далі виконується комп'ютерна обробка гомографічних даних для формування віртуальної тривимірної моделі голови на основі воксельного представлення (фіг. 1) і визначення геометричних параметрів області оперативного втручання. На наступному етапі виконується сегментація анатомічних структур в автоматичному режимі, результатом якої є побудова дискретної характеристичної функції виду h(i,j,k)=l; при (i,j,k) Vl, де (I,j,k) - координати воксела (i [0…Imax-1]; j [0…Jmax-1]; k [O…Kmax-1]), Vl - об’єкт з індексом 1 (l [0…255]). При формуванні вексельної моделі при стандартних параметрах гомографічного сканування параметри Imax, Jmax=512, Кmax=-250. Алгоритм проведення автоматизованої сегментації базується на визначенні та аналізі інтенсивності (щільності) елементів об'єму, їх морфометричних характеристик та відносному розташуванню. Далі виконується процедура класифікації об'єктів за ступенем травматизму, що полягає в формування додаткового 3-х вимірного масиву індексів інвазивності, які характеризують рівень ризику появи та ступінь небезпеки можливих ускладнень при пошкодженні кожної структури, і визначаються за анатомо-фізіологічними даними. На наступному етапі виконується автоматизоване визначення оптимальної траєкторії руху хірургічного інструмента за критерієм найменшого ступеня травматизму. При цьому визначаються N траєкторій руху хірургічного інструмента, вздовж 5 89675 яких розраховуються N цільових функцій Fn, що дозволяють урахувати загальний рівень травмаM Fn Km тизму n-ї траєкторії: , де М - кількість об'єктів на протязі траєкторії, Кm – індекс інвазивності m-го об'єкту. Оптимальною визначається траєкторія, якої буде відповідати найменший загальний рівень травматизму: Fopt=min{Fn}. За даними оптимальної траєкторії визначаються координати розташування та діаметр трепанаційного отвору. На основі даних щодо локалізації m 1 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 6 трепанаційного отвору, стартового положення хірургічного інструмента та координат розташування центра С області оперативного втручання (фіг. 2) виконується формування параметрів управління стереотаксичним апаратом. Розроблене програмне забезпечення дозволяє вибирати модель системи координат стереотаксичного апарата (декартову, або полярну) та за даними траєкторії руху хірургічного інструмента виконувати формування параметрів управління стереотаксичним апаратом в автоматичному режимі (фіг. 1), а також проводити моделювання оперативного втручання. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601