Despre progresele rapide în tehnicile imagistice

Progresele rapide în tehnicile imagistice și progresele tehnologiei informatice din ultimul deceniu au avut un efect de necontestat asupra medicinei. Rolul imaginii în diagnosticarea și ghidarea terapiei a fost acceptat și in ramura intervențională fiind stimulată de progresele tehnologice. Deși informațiile bazate pe imagini au influențat întotdeauna procesul terapeutic, terapia ghidată de imagini a fost revitalizată de calitatea și conținutul îmbunătățit al datelor digitale și de ușurința cu care computerele pot manipula imaginile.

Interventia chirurgicală a fost un aliat important în dezvoltarea și utilizarea imaginilor intraoperatorii. Motivul cel mai convingător de a adopta ghidarea imaginii intraoperative este de a reduce morbiditatea chirurgicală. Pentru a atinge acest obiectiv, chirurgii au trebuit să-și evalueze performanța generală și au descoperit, în acest proces, deficiențele tehnicilor chirurgicale convenționale.

 Modelarea bazată pe imagini

Imaginile cu două dimensiuni (2D) descriu cu precizie coordonatele obiectelor anatomice și întinderea spațială a acestora. Fără manipularea imaginilor și utilizarea instrumentelor computerizate complexe, totuși, integrarea imaginilor în vizualizări 3D are loc numai în mintea spectatorului (adesea doar clinician), iar acest model mental nu poate fi folosit pentru localizare exactă și țintire. În acest context, utilitatea datelor imaginii în executarea procedurilor depinde de capacitatea limitată a chirurgului sau a altor medici de a transfera un model intuitiv pacientului actual.

Scopul prelucrării imaginilor și redării 3D este de a extrage informații relevante din imagini bazate pe voxel care reprezintă cunoștințele cu un nivel mai ridicat de conținut informativ.

Elementele utilizate în mod obișnuit în aceste tehnici de procesare a imaginii sunt conversia datelor, interpolarea, filtrarea, segmentarea, vizualizarea. Cel mai important pas, segmentarea, este o metodă de etichetare a tipurilor de țesuturi. Procesul de segmentare transformă imaginile în nuanțe de gri 2D într-o compilație de structuri anatomice separate.

Diferitele strategii de segmentare (detectarea marginilor, extracția regiunilor, clasificarea statistică, elaborarea manuală sau bazată pe modele) necesită diferite grade de implicare a operatorului. Calculul performant de înaltă performanță pentru a sprijini segmentarea semiautomată sau complet automatizată este în curs de dezvoltare pentru unele aplicații. Segmentarea țesuturilor poate fi completată cu modele geometrice bazate pe anatomie. Atlasurile digitale ale anatomiei umane pot fi utilizate nu numai pentru educație și formare, ci și pentru segmentare, în special atunci când alte indicii pentru etichetarea țesuturilor sunt insuficiente.

Evoluțiile recente în tehnologia imagistică cu ultrasunete 4D permit clinicienilor să obțină nu numai informații vizuale bogate, ci și date cantitative care pot fi utilizate pentru diagnostic și tratament. Progresele în tehnologia cu ultrasunete fac imagistica ultrasonică 4D mai rapidă și mai puțin dependentă de expertiza operatorului, deschizând astfel mai multe posibilități de cercetare în domeniul procesării și vizualizării datelor. În prezent, ultrasunetele 4D sunt utilizate pe scară largă în domeniul obstetriei și al radiologiei intervenționale. Scopul ecografiei 4D este de a depăși limitele impuse de tehnologia predecesorului său și de a fi mai util din punct de vedere clinic ca instrument de imagistică.

Imagistica intraoperatorie

Un plan preoperator bine pregătit, geometric corect și o simulare bine dezvoltată a procedurii sunt, de fapt, componente ale unui model operațional executiv care poate fi implementat în sala de operație. Ghidarea imagistică intraoperatorie se bazează pe integrarea funcțională a informațiilor 3D preluate și prelucrate anterior și anatomia corespunzătoare a pacientului în cadrul aceluiași cadru de referință. În timpul intervenției chirurgicale reale, un afișaj interactiv în timp real poate demonstra informații anatomice altfel ascunse care au fost generate de o singură modalitate sau compuse din imagini volumetrice multimodale.

Înregistrarea de la un pacient la altul este substanțial diferită de administrarea co-modulară. Fuziunea imaginilor necesită potrivirea tuturor datelor geometrice bazate pe imagini într-un singur sistem unic de coordonate. Datele potrivite coexista într-o singură bază de date virtuală, dar pentru procedurile ghidate prin imagini trebuie să fie înregistrate și în spațiul fizic al pacientului. În plus, aceste date trebuie suprapuse sau proiectate pe suprafața expusă a pacientului, dacă este necesară orientarea chirurgicală. Există diferite metode pentru înregistrarea de la pacient la model. În metoda stereotactică originală, bazată pe cadre, punctele 3D (ale cadrului fizic) sunt potrivite cu puncte 2D (văzute pe imagini). În mod alternativ, punctele de suprafață se potrivesc cu repere anatomice selectate sau markeri fiduciari externi vizibili atât pe imagini, cât și pe pacient. În aceste metode procesul de înregistrare necesită indicatori atașați la dispozitivele de detectare a poziției care stabilesc relația dintre cadrul de referință al pacientului și imaginile.

Pentru a îmbunătăți acuratețea, pot fi combinate diferitele metode de înregistrare. Prin combinarea vederii câmpului chirurgical cu reprezentarea de suprafață a imaginilor 3D și în unele cazuri cu hărțile corelate ale fiziologiei corticale funcționale (obținute din stimularea transcalvarială preoperatorie sau din înregistrările electrode intraoperatorii și din RMN funcțional), se poate asigura un control suficient al neurochirurgical chiar și în zone cu risc ridicat. Datele multimodale din imaginile MR, angiografia MR, scanările PET și SPECT și planurile chirurgicale fiziologice și preoperatorii înregistrate spațial pot fi înregistrate pacientului pentru a integra toate informațiile disponibile intraoperator.

Viziunea camerei de operații a viitorului se bazează pe conceptul fundamental de îmbinare a acestor noi tehnologii incitante într-un mediu de înaltă tehnologie în care atât chirurgia, cât și radiologia intervențională pot fi efectuate cu ajutorul ghidării imaginii. Acest mediu necesită informații din mai multe surse preoperatorii și intraoperatorii integrate într-o singură bază de date. Din această resursă, o vizibilitate îmbunătățită sau o reprezentare a realității virtuale poate fi realizată utilizând diferite sisteme interactive de afișare 3D. Instrumentele de navigație și alte instrumente de interfață umană pot fi utilizate pentru localizarea, direcționarea și corelarea modelelor anatomice și a procedurilor chirurgicale în spațiul fizic al pacientului. Actualizarea în timp real a bazei de date a imaginilor va fi necesară pentru a urmări progresul procedurilor și pentru a găsi marjele tumorale exacte în cadrul structurilor de țesut moale deformabile.

Conceptul de ghidare a imaginii necesită o schimbare strategică în concentrarea imaginii medicale de la diagnostic la tratament. Angajamentul continuu al experților în imagistică, intervenționiștilor și chirurgilor este necesar pentru accelerarea dezvoltării tehnologiei în mediul nostru de sănătate în continuă schimbare. Terapia ghidată cu imagini oferă posibilitatea îmbunătățirii siguranței, eficacității și rentabilității procedurilor existente și poate duce la noi proceduri care nu pot fi concepute în afara acestui mediu.