Powodzenie wielu operacji uzależnione jest od wiedzy, doświadczenia i mistrzowskiej ręki chirurga. Niestety możliwości człowieka są ograniczone. Rozpoczęto więc pracę nad systemami nawigacji wspomagającymi chirurga w trakcie operacji, a często jeszcze przed nią. Systemy te „obserwują” położenie narzędzi w stosunku do operowanych fragmentów ciała pacjenta i zwykle w czasie rzeczywistym podpowiadają poprawne ich pozycje lub wręcz korygują ich ustawienie.
Systemy pozycjonowania ustalają położenie obiektu w przestrzeni 3D. Główne technologie wykorzystywane w tego typu systemach możemy podzielić, ze względu na rodzaj użytego medium, na:
- mechaniczne
- magnetyczne
- optyczne
- inne
Zastosowanie danej metody zwykle uzależnione jest od specyficznych uwarunkowań jakie mają miejsce przy różnych zabiegach medycznych. Związane jest to również z możliwościami i wielkością „markerów” użytych do określania pozycji w 3D. „Markery” są elementami dołączanymi do narzędzi chirurgicznych czy też rozmieszczanymi na ciele pacjenta, dzięki którym możemy określać położenie tych narzędzi w przestrzeni.
Kompletny system pozycjonowania (śledzenia pozycji w 3D) wymaga z jednej strony „markera”, którego położenie jest śledzone, z drugiej zaś strony pewnego sensora (detektora), który to położenie śledzi. W zależności od rodzaju użytych „markerów” i sensorów, systemy pozycjonowania możemy podzielić na:
_ optyczny sensor
>> przewodowy aktywny marker
Wadą tego systemu jest obecność przewodów łączących „markery” (przewody w polu operacyjnym) z elektroniką sterującą, do której podłączona jest również „kamera”. Dużą zaletą jest możliwość osiągnięcia bardzo dużych dokładności pomiaru położenia w tego typu systemach. Najbardziej znane są systemy Optotrak 3020 i Polaris firmy Northern Digital pracujące w takiej konfiguracji.
>> bezprzewodowy aktywny marker
System opierający się na identycznych założeniach jak poprzedni, przy czym pozbyto się wady w postaci obecności przewodów. Odpowiednie konfiguracje diod LED są w jednej obudowie z elektroniką sterującą i baterią zasilającą. Pojawia się tu problem żywotności baterii, wzrostu kosztów i ciężaru tego typu „markerów”
>> bezprzewodowy pasywny marker i aktywny sensor
W systemie tym „markery” mają postać obiektów odbijających światło (np. lustrzane kule) emitowane przez diody LED umieszczone przy „kamerach”. Liderem jest system Polaris firmy Northern Digital przede wszystkim dzięki możliwości pracy w dwóch poprzednich konfiguracjach. Systemy IGS (Image Guided Surgery – systemy obrazowego wspomagania chirurgii) wielu firm oparte są właśnie na urządzeniach Polaris
>> bezprzewodowy pasywny marker i pasywny sensor
System tzw. 3-ej generacji - najnowszy z systemów optycznych. Pasywne kamery analizują wzory na pasywnych „markerach” i na tej podstawie precyzyjnie określają ich położenie. System stosunkowo młody i wciąż rozwijany np. przez firmę OptiNav
_ mechaniczny sensor
Zwykle jest to coś na kształt ramienia zakończonego odpowiednim dla zastosowania w konkretnej sytuacji przyrządem (wskaźnik – przy wstępnym pozycjonowaniu, frez – np. przy nacinaniu kości, inne narzędzia). Poruszanie ramieniem przez chirurga może być czasami kłopotliwe, jednak osiągana precyzja w pełni to kompensuje
_ dźwiękowy sensor
Technologia względnie tania jednak wiążąca się z wrażliwością systemu na zakłócenia typu: zmiany temperatury, wilgotność, zakłócenia częstotliwościowe i inne. Właściwie tylko jedna firma Science Accessories Corporation wykorzystuje tą technologię i to w niewielkim stopniu w systemach nawigacji chirurgicznej z uwagi na jej ograniczenia.
_ magnetyczny sensor
Technologia mocno się rozwijająca i to z bardzo dobrymi efektami u wielu producentów: Polhemus, Ascension, Biosense czy Northern Digital. W systemie tym określane jest położenie małych rozmiarów „markerów”, wykonanych z odpowiedniego metalu lub ferromagnetyka, w polu elektro-magnetycznym wygenerowanym przez generator pola. Precyzja pomiaru położenia jest zbliżona do systemów optycznych. Dużą zaletą systemu są niewielkich rozmiarów „markery” (np. 1mm x 8mm). Wadą natomiast są przewody łączące „markery” i problem zakłóceń związanych z obecnością innych przedmiotów metalowych w polu.
Większość z powyższych systemów może pracować zamiennie i być wykorzystywanych w podobnych operacjach. Mogą być również rozbudowywane o kolejne urządzenia jak np. tomografy komputerowe czy urządzenia rezonansu magnetycznego, dzięki którym na ekranie nawigatora widzimy rzeczywisty obraz fragmentu ciała pacjenta zamiast modelu (np. modelu kości dopasowanego do rzeczywistej kości pacjenta – wiąże się to z pewnymi utrudnieniami). Dzięki temu chirurg, czy to w fazie przedoperacyjnej symulacji, czy też w trakcie samej operacji, dysponuje obrazem uwzględniającym specyficzną anatomię danego pacjenta.
BEZPRZEWODOWE SYSTEMY OPTYCZNE
Nowoczesne systemy pozycjonowania narzędzi dla medycyny powinny, poza aspektami ekonomicznymi, cechować się w miarę możliwości:
brakiem przewodów w polu operacyjnym utrudniających pracę chirurgom
lekkimi i małych rozmiarów „markerami” mocowanymi w prosty sposób do narzędzi
dużą precyzją określania pozycji
odpornością systemu na przysłanianie „markerów” przez osoby lub narzędzia
dużą odpornością na wszelkiego rodzaju zakłócenia występujące na sali operacyjnej
Systemy optyczne, szczególnie tzw. II-ej i III-ej generacji spełniają większość z powyższych kryteriów.
W systemach II-ej generacji problem przewodów czy też „markerów” z własnym zasilaniem został wyeliminowany dzięki zastosowaniu jako „markerów” elementów lustrzanych (kule), odbijających wysyłane przez „kamery” światło podczerwone. Po odbiciu od takich elementów, światło wraca do „kamer”, które wraz z odpowiednią elektroniką określają przestrzenne ich położenie.
Mimo szeregu problemów związanych z „markerami” bezprzewodowymi opisanymi poniżej, są one coraz chętniej stosowane w nowoczesnych systemach nawigacji w chirurgii.
Wady i zalety optycznych „markerów” pasywnych i aktywnych według ich producenta – firmy Traxtal
Koszt początkowy ( Pasywne „+” / Aktywne „-” )
Koszt eksploatacji ( Pasywne „-” / Aktywne „+” )
Precyzja ( Pasywne „0” / Aktywne „+” )
Uznanie dla narzędzia ( Pasywne „b/d” / Aktywne „+” )
Użyteczność z innymi instrumentami ( Pasywne „0” / Aktywne „+” )
Rozmiary ( Pasywne „0” / Aktywne „0” )
Niezawodność ( Pasywne „+” / Aktywne „0” )
Ergonomia ( Pasywne „+” / Aktywne „0” )
Uzyskiwane dokładności pomiaru położenia „markera” w tym systemie podawane przez producenta – firmę Northern Digital - to 0,35mm 3D RMS (średnia z 30 próbek każdego punktu pomiarowego). Dla porównania system Optotrak 3020 tego samego producenta osiąga dokładności:
0,1mm – RMS dla współrzędnych X, Y
0,15mm – RMS dla współrzędnej Z
0,01mm – rozdzielczość 3D
W systemach III-ej generacji – w pełni pasywnych (np. firmy Optinav) – położenie obiektu w przestrzeni określane jest na podstawie obserwacji w świetle widzialnym specjalnych wzorów „markerów” przyczepionych do obiektu. Dzięki odpowiedniej analizie obrazu z kamer „markery” (a w konsekwencji obiekty) pozycjonowane są w przestrzeni względem kamer. Do pełnego opisu obiektu w przestrzeni podawane są 3 współrzędne przestrzenne (X,Y,Z) i 3 wartości kontowe (azymut, elewacja, skręcenie)
Zalety systemu optycznego III-ej generacji w porównaniu z systemami poprzednimi:
możliwość zastosowania prostszej, bardziej niezawodnej, tańszej elektroniki
mniejsza i lżejsza kamera, którą można umieścić bliżej śledzonych obiektów
bardzo tanie, o płaskiej powierzchni „markery” mocowane do obiektów (narzędzi, wskaźników itp.)
praktycznie nieograniczona liczba obiektów śledzonych jednocześnie
nowy wzór nie stanowi problemu do „nauczenia” przez oprogramowanie
duża elastyczność w optymalizacji projektowania kamer i wzorów dla aplikacji o specyficznych wymaganiach
łatwość upgrade’u poprzez prosty download oprogramowania
bezpośredni dostęp oprogramowania do kamery co ułatwia procedury jej identyfikacji, ustawień, kalibracji itp.
łatwość przystosowania systemu do pracy z kilkoma kamerami, a co za tym idzie wyeliminowanie efektu przysłaniania obiektów (np. osoba chirurga przysłaniająca narzędzia, którymi się posługuje) i zwiększenie dokładności
bardzo duża dokładność pomiaru
dzieki zastosowaniu kamer wizyjnych w systemie dodatkowe możliwości takie jak: dokumentowanie, nagrywanie operacji oraz jej przesył poprzez sieć internetową, łatwość optymalnego ustawienia kamer i markerów w widzianym przez kamery polu operacyjnym itd.
Firma Optinav – producent urządzenia pracującego według opisanego wcześniej systemu III-ej generacji wykonała szereg testów, zarówno w laboratorium jak i przy standardowych zabiegach operacyjnych (operacje wszczepiania endoprotezy stawu kolanowego czy kapo plastyka biodra (resurfacing)), potwierdzających w pełni funkcjonalność systemu. Ze wstępnych testów publikowanych przez firmę OptiNav wynika, że dokładności pomiaru pozycji „markera” uzyskiwane w tym systemie są odpowiednio:
- średni błąd absolutny – 0,1-0,3mm
- błąd maksymalny – 0,3-0,7mm
- średni statystyczny rozrzut pomiaru – 0,01-0,05mm
Dokładności osiągano przy zasięgu do ok. 2,5 –3m
Należy też wziąć pod uwagę fakt stosowania w trakcie operacji po 3 markerów na każdym narzędziu, obiekcie, co kilkukrotnie poprawia dokładność pomiaru, więc powyższe błędy rzeczywiste są znacznie niższe.
SYSTEMY MAGNETYCZNE
Wszędzie tam gdzie wymagane są małe rozmiary całego systemu, a w szczególności małe rozmiary „markerów”, możliwość zastosowania „markerów” elastycznych - czyli praktycznie dowolnych kształtów, niewrażliwość na przysłanianie (brak wzajemnej widoczności detektora i „markera”) świetnie sprawdzają się systemy magnetyczne. Określanie położenia „markerów” wykonanych z odpowiedniego metalu lub ferromagnetyka następuje w zmiennym lub stałym (pulsującym) polu elektro-magnetycznym wygenerowanym przez generator pola.
Dokładności pomiarów systemu magnetycznego Aurora w porównaniu z systemem optycznym Optotrak:
1. błąd RMS
Różnica między mierzoną i faktyczną pozycją
Aurora - 1.7 mm (max = 3.8 mm)
Optotrak - 0.36 mm (max =1.1 mm)
n=361 punktów pomiarowych w 3 płaszczyznach
2. rozrzut statystyczny
Standardowa dewiacja dla próby stacjonarnej
Aurora - 0.08 mm (0.16 mm max)
Optotrak - 0.008 mm (0.04 mm max)
Średnio dla n=5 prób (max z 14 prób)
3. RMS powtarzany
Standardowa dewiacja dla wielokrotnych pomiarów tego samego punktu
Aurora - 0.20 mm (max=0.48)
Optotrak - 0.07 mm (max=0.13)
n=22 próbek
4. RMS dewiacja – dla dwóch sztywno połączonych czujników
Standardowa dewiacja pomiaru położenia czujnika dla prób w trakcie poruszania
Aurora - 0.91 mm
n=1130 punktów pomiarowych
Zniekształcenia w pomiarach wynikające z obecności innych obiektów metalowych mogą być minimalizowane przez odpowiedni dobór materiałów użytych na narzędzia, czujniki itd.
PODSUMOWANIE
Nie istnieją urządzenia najlepsze i to do wszystkich zastosowań, więc przy doborze konkretnego systemu nawigacji dla chirurgii należy brać pod uwagę wiele czynników. Oczywiście czynnik ekonomiczny zawsze brany jest pod uwagę, jednak kluczowe znaczenie ma rodzaj operacji wykonywanych z pomocą takiego urządzenia. Do większości operacji w obrębie głowy, kręgosłupa, czy też stawów najkorzystniejszy wydaje się system optyczny i to III-ej generacji (np. firmy OptiNav ). W przypadku konieczności osiągnięcia możliwie maksymalnej precyzji warto wziąć pod uwagę systemy optyczne I-ej generacji (szczególnie Optotrak 3020 firmy Northern Digital). Przy zabiegach wymagających dużej precyzji wprowadzania igły czy wkręcania śrub właściwym wydaje się system magnetyczny (np. Aurora firmy Northern Digital).
Oczywiście w powyższych zastosowaniach świetnie sprawdzą się systemy optyczne II-ej generacji, o których wielu zaletach na pewno świadczy fakt wielkiej ich popularności na rynku medycznym (najbardziej popularny chyba system Polaris firmy Northern Digital – kilka tysięcy sztuk w użyciu na całym świecie). Jednak prostota, łatwość użycia i adaptacji, a także względy ekonomiczne powinny skłaniać do wyboru najnowszych zdobyczy technologicznych w tej branży - takich jak firmy OptiNav.
Reasumując, możliwe jest w miarę płynne i bezbolesne przejście z systemów II generacji na systemy III generacji (OptiNav) - tańsze w eksploatacji i dające większe możliwości wykorzystania. Przypuszczalnie w najbliższych latach większość firm zajmujących się rozwiązaniami IGS będzie rozważała zastosowanie systemów optycznych III generacji (kamer wizyjnych) co wydaje się naturalną tendencją rozwoju technologicznego oraz, co może ważniejsze, ograniczania kosztów eksploatacyjnych i zwiększania dostępności tych systemów w szpitalach.
Systemy pozycjonowania ustalają położenie obiektu w przestrzeni 3D. Główne technologie wykorzystywane w tego typu systemach możemy podzielić, ze względu na rodzaj użytego medium, na:
- mechaniczne
- magnetyczne
- optyczne
- inne
Zastosowanie danej metody zwykle uzależnione jest od specyficznych uwarunkowań jakie mają miejsce przy różnych zabiegach medycznych. Związane jest to również z możliwościami i wielkością „markerów” użytych do określania pozycji w 3D. „Markery” są elementami dołączanymi do narzędzi chirurgicznych czy też rozmieszczanymi na ciele pacjenta, dzięki którym możemy określać położenie tych narzędzi w przestrzeni.
Kompletny system pozycjonowania (śledzenia pozycji w 3D) wymaga z jednej strony „markera”, którego położenie jest śledzone, z drugiej zaś strony pewnego sensora (detektora), który to położenie śledzi. W zależności od rodzaju użytych „markerów” i sensorów, systemy pozycjonowania możemy podzielić na:
_ optyczny sensor
>> przewodowy aktywny marker
Wadą tego systemu jest obecność przewodów łączących „markery” (przewody w polu operacyjnym) z elektroniką sterującą, do której podłączona jest również „kamera”. Dużą zaletą jest możliwość osiągnięcia bardzo dużych dokładności pomiaru położenia w tego typu systemach. Najbardziej znane są systemy Optotrak 3020 i Polaris firmy Northern Digital pracujące w takiej konfiguracji.
>> bezprzewodowy aktywny marker
System opierający się na identycznych założeniach jak poprzedni, przy czym pozbyto się wady w postaci obecności przewodów. Odpowiednie konfiguracje diod LED są w jednej obudowie z elektroniką sterującą i baterią zasilającą. Pojawia się tu problem żywotności baterii, wzrostu kosztów i ciężaru tego typu „markerów”
>> bezprzewodowy pasywny marker i aktywny sensor
W systemie tym „markery” mają postać obiektów odbijających światło (np. lustrzane kule) emitowane przez diody LED umieszczone przy „kamerach”. Liderem jest system Polaris firmy Northern Digital przede wszystkim dzięki możliwości pracy w dwóch poprzednich konfiguracjach. Systemy IGS (Image Guided Surgery – systemy obrazowego wspomagania chirurgii) wielu firm oparte są właśnie na urządzeniach Polaris
>> bezprzewodowy pasywny marker i pasywny sensor
System tzw. 3-ej generacji - najnowszy z systemów optycznych. Pasywne kamery analizują wzory na pasywnych „markerach” i na tej podstawie precyzyjnie określają ich położenie. System stosunkowo młody i wciąż rozwijany np. przez firmę OptiNav
_ mechaniczny sensor
Zwykle jest to coś na kształt ramienia zakończonego odpowiednim dla zastosowania w konkretnej sytuacji przyrządem (wskaźnik – przy wstępnym pozycjonowaniu, frez – np. przy nacinaniu kości, inne narzędzia). Poruszanie ramieniem przez chirurga może być czasami kłopotliwe, jednak osiągana precyzja w pełni to kompensuje
_ dźwiękowy sensor
Technologia względnie tania jednak wiążąca się z wrażliwością systemu na zakłócenia typu: zmiany temperatury, wilgotność, zakłócenia częstotliwościowe i inne. Właściwie tylko jedna firma Science Accessories Corporation wykorzystuje tą technologię i to w niewielkim stopniu w systemach nawigacji chirurgicznej z uwagi na jej ograniczenia.
_ magnetyczny sensor
Technologia mocno się rozwijająca i to z bardzo dobrymi efektami u wielu producentów: Polhemus, Ascension, Biosense czy Northern Digital. W systemie tym określane jest położenie małych rozmiarów „markerów”, wykonanych z odpowiedniego metalu lub ferromagnetyka, w polu elektro-magnetycznym wygenerowanym przez generator pola. Precyzja pomiaru położenia jest zbliżona do systemów optycznych. Dużą zaletą systemu są niewielkich rozmiarów „markery” (np. 1mm x 8mm). Wadą natomiast są przewody łączące „markery” i problem zakłóceń związanych z obecnością innych przedmiotów metalowych w polu.
Większość z powyższych systemów może pracować zamiennie i być wykorzystywanych w podobnych operacjach. Mogą być również rozbudowywane o kolejne urządzenia jak np. tomografy komputerowe czy urządzenia rezonansu magnetycznego, dzięki którym na ekranie nawigatora widzimy rzeczywisty obraz fragmentu ciała pacjenta zamiast modelu (np. modelu kości dopasowanego do rzeczywistej kości pacjenta – wiąże się to z pewnymi utrudnieniami). Dzięki temu chirurg, czy to w fazie przedoperacyjnej symulacji, czy też w trakcie samej operacji, dysponuje obrazem uwzględniającym specyficzną anatomię danego pacjenta.
BEZPRZEWODOWE SYSTEMY OPTYCZNE
Nowoczesne systemy pozycjonowania narzędzi dla medycyny powinny, poza aspektami ekonomicznymi, cechować się w miarę możliwości:
brakiem przewodów w polu operacyjnym utrudniających pracę chirurgom
lekkimi i małych rozmiarów „markerami” mocowanymi w prosty sposób do narzędzi
dużą precyzją określania pozycji
odpornością systemu na przysłanianie „markerów” przez osoby lub narzędzia
dużą odpornością na wszelkiego rodzaju zakłócenia występujące na sali operacyjnej
Systemy optyczne, szczególnie tzw. II-ej i III-ej generacji spełniają większość z powyższych kryteriów.
W systemach II-ej generacji problem przewodów czy też „markerów” z własnym zasilaniem został wyeliminowany dzięki zastosowaniu jako „markerów” elementów lustrzanych (kule), odbijających wysyłane przez „kamery” światło podczerwone. Po odbiciu od takich elementów, światło wraca do „kamer”, które wraz z odpowiednią elektroniką określają przestrzenne ich położenie.
Mimo szeregu problemów związanych z „markerami” bezprzewodowymi opisanymi poniżej, są one coraz chętniej stosowane w nowoczesnych systemach nawigacji w chirurgii.
Wady i zalety optycznych „markerów” pasywnych i aktywnych według ich producenta – firmy Traxtal
Koszt początkowy ( Pasywne „+” / Aktywne „-” )
Koszt eksploatacji ( Pasywne „-” / Aktywne „+” )
Precyzja ( Pasywne „0” / Aktywne „+” )
Uznanie dla narzędzia ( Pasywne „b/d” / Aktywne „+” )
Użyteczność z innymi instrumentami ( Pasywne „0” / Aktywne „+” )
Rozmiary ( Pasywne „0” / Aktywne „0” )
Niezawodność ( Pasywne „+” / Aktywne „0” )
Ergonomia ( Pasywne „+” / Aktywne „0” )
Uzyskiwane dokładności pomiaru położenia „markera” w tym systemie podawane przez producenta – firmę Northern Digital - to 0,35mm 3D RMS (średnia z 30 próbek każdego punktu pomiarowego). Dla porównania system Optotrak 3020 tego samego producenta osiąga dokładności:
0,1mm – RMS dla współrzędnych X, Y
0,15mm – RMS dla współrzędnej Z
0,01mm – rozdzielczość 3D
W systemach III-ej generacji – w pełni pasywnych (np. firmy Optinav) – położenie obiektu w przestrzeni określane jest na podstawie obserwacji w świetle widzialnym specjalnych wzorów „markerów” przyczepionych do obiektu. Dzięki odpowiedniej analizie obrazu z kamer „markery” (a w konsekwencji obiekty) pozycjonowane są w przestrzeni względem kamer. Do pełnego opisu obiektu w przestrzeni podawane są 3 współrzędne przestrzenne (X,Y,Z) i 3 wartości kontowe (azymut, elewacja, skręcenie)
Zalety systemu optycznego III-ej generacji w porównaniu z systemami poprzednimi:
możliwość zastosowania prostszej, bardziej niezawodnej, tańszej elektroniki
mniejsza i lżejsza kamera, którą można umieścić bliżej śledzonych obiektów
bardzo tanie, o płaskiej powierzchni „markery” mocowane do obiektów (narzędzi, wskaźników itp.)
praktycznie nieograniczona liczba obiektów śledzonych jednocześnie
nowy wzór nie stanowi problemu do „nauczenia” przez oprogramowanie
duża elastyczność w optymalizacji projektowania kamer i wzorów dla aplikacji o specyficznych wymaganiach
łatwość upgrade’u poprzez prosty download oprogramowania
bezpośredni dostęp oprogramowania do kamery co ułatwia procedury jej identyfikacji, ustawień, kalibracji itp.
łatwość przystosowania systemu do pracy z kilkoma kamerami, a co za tym idzie wyeliminowanie efektu przysłaniania obiektów (np. osoba chirurga przysłaniająca narzędzia, którymi się posługuje) i zwiększenie dokładności
bardzo duża dokładność pomiaru
dzieki zastosowaniu kamer wizyjnych w systemie dodatkowe możliwości takie jak: dokumentowanie, nagrywanie operacji oraz jej przesył poprzez sieć internetową, łatwość optymalnego ustawienia kamer i markerów w widzianym przez kamery polu operacyjnym itd.
Firma Optinav – producent urządzenia pracującego według opisanego wcześniej systemu III-ej generacji wykonała szereg testów, zarówno w laboratorium jak i przy standardowych zabiegach operacyjnych (operacje wszczepiania endoprotezy stawu kolanowego czy kapo plastyka biodra (resurfacing)), potwierdzających w pełni funkcjonalność systemu. Ze wstępnych testów publikowanych przez firmę OptiNav wynika, że dokładności pomiaru pozycji „markera” uzyskiwane w tym systemie są odpowiednio:
- średni błąd absolutny – 0,1-0,3mm
- błąd maksymalny – 0,3-0,7mm
- średni statystyczny rozrzut pomiaru – 0,01-0,05mm
Dokładności osiągano przy zasięgu do ok. 2,5 –3m
Należy też wziąć pod uwagę fakt stosowania w trakcie operacji po 3 markerów na każdym narzędziu, obiekcie, co kilkukrotnie poprawia dokładność pomiaru, więc powyższe błędy rzeczywiste są znacznie niższe.
SYSTEMY MAGNETYCZNE
Wszędzie tam gdzie wymagane są małe rozmiary całego systemu, a w szczególności małe rozmiary „markerów”, możliwość zastosowania „markerów” elastycznych - czyli praktycznie dowolnych kształtów, niewrażliwość na przysłanianie (brak wzajemnej widoczności detektora i „markera”) świetnie sprawdzają się systemy magnetyczne. Określanie położenia „markerów” wykonanych z odpowiedniego metalu lub ferromagnetyka następuje w zmiennym lub stałym (pulsującym) polu elektro-magnetycznym wygenerowanym przez generator pola.
Dokładności pomiarów systemu magnetycznego Aurora w porównaniu z systemem optycznym Optotrak:
1. błąd RMS
Różnica między mierzoną i faktyczną pozycją
Aurora - 1.7 mm (max = 3.8 mm)
Optotrak - 0.36 mm (max =1.1 mm)
n=361 punktów pomiarowych w 3 płaszczyznach
2. rozrzut statystyczny
Standardowa dewiacja dla próby stacjonarnej
Aurora - 0.08 mm (0.16 mm max)
Optotrak - 0.008 mm (0.04 mm max)
Średnio dla n=5 prób (max z 14 prób)
3. RMS powtarzany
Standardowa dewiacja dla wielokrotnych pomiarów tego samego punktu
Aurora - 0.20 mm (max=0.48)
Optotrak - 0.07 mm (max=0.13)
n=22 próbek
4. RMS dewiacja – dla dwóch sztywno połączonych czujników
Standardowa dewiacja pomiaru położenia czujnika dla prób w trakcie poruszania
Aurora - 0.91 mm
n=1130 punktów pomiarowych
Zniekształcenia w pomiarach wynikające z obecności innych obiektów metalowych mogą być minimalizowane przez odpowiedni dobór materiałów użytych na narzędzia, czujniki itd.
PODSUMOWANIE
Nie istnieją urządzenia najlepsze i to do wszystkich zastosowań, więc przy doborze konkretnego systemu nawigacji dla chirurgii należy brać pod uwagę wiele czynników. Oczywiście czynnik ekonomiczny zawsze brany jest pod uwagę, jednak kluczowe znaczenie ma rodzaj operacji wykonywanych z pomocą takiego urządzenia. Do większości operacji w obrębie głowy, kręgosłupa, czy też stawów najkorzystniejszy wydaje się system optyczny i to III-ej generacji (np. firmy OptiNav ). W przypadku konieczności osiągnięcia możliwie maksymalnej precyzji warto wziąć pod uwagę systemy optyczne I-ej generacji (szczególnie Optotrak 3020 firmy Northern Digital). Przy zabiegach wymagających dużej precyzji wprowadzania igły czy wkręcania śrub właściwym wydaje się system magnetyczny (np. Aurora firmy Northern Digital).
Oczywiście w powyższych zastosowaniach świetnie sprawdzą się systemy optyczne II-ej generacji, o których wielu zaletach na pewno świadczy fakt wielkiej ich popularności na rynku medycznym (najbardziej popularny chyba system Polaris firmy Northern Digital – kilka tysięcy sztuk w użyciu na całym świecie). Jednak prostota, łatwość użycia i adaptacji, a także względy ekonomiczne powinny skłaniać do wyboru najnowszych zdobyczy technologicznych w tej branży - takich jak firmy OptiNav.
Reasumując, możliwe jest w miarę płynne i bezbolesne przejście z systemów II generacji na systemy III generacji (OptiNav) - tańsze w eksploatacji i dające większe możliwości wykorzystania. Przypuszczalnie w najbliższych latach większość firm zajmujących się rozwiązaniami IGS będzie rozważała zastosowanie systemów optycznych III generacji (kamer wizyjnych) co wydaje się naturalną tendencją rozwoju technologicznego oraz, co może ważniejsze, ograniczania kosztów eksploatacyjnych i zwiększania dostępności tych systemów w szpitalach.
Licencja: Creative Commons
