Tiroidectomia endoscopica radicale assistita da realtà mista

Riepilogo

La tiroidectomia endoscopica radicale è associata a varie complicanze chirurgiche. Questo studio utilizza tecniche di realtà mista per assistere i chirurghi nell'esecuzione della tiroidectomia endoscopica radicale, con l'obiettivo di migliorarne la sicurezza e abbassare la soglia chirurgica.

Abstract

La tiroidectomia endoscopica radicale (ET) offre risultati estetici superiori e una maggiore visibilità del campo chirurgico rispetto alla chirurgia a cielo aperto. Tuttavia, le funzioni fisiologiche uniche della tiroide e l'intricata anatomia circostante possono causare varie complicanze chirurgiche. La realtà mista (MR), una tecnologia di visualizzazione olografica in tempo reale, consente la creazione di modelli 3D altamente realistici nel mondo reale e facilita molteplici interazioni uomo-computer. La risonanza magnetica può essere utilizzata sia per la valutazione preoperatoria che per la navigazione intraoperatoria. In primo luogo, la ricostruzione 3D semiautomatica del collo da immagini di tomografia computerizzata migliorata viene eseguita utilizzando 3Dslicer. Successivamente, il modello 3D viene importato in Unity3D per creare un ologramma virtuale che può essere visualizzato su un display montato sul casco MR (HMD). Durante l'intervento chirurgico, i chirurghi possono indossare l'HMD MR per localizzare le lesioni e l'anatomia circostante attraverso l'ologramma virtuale. In questo studio, i pazienti che necessitavano di ET radicale sono stati assegnati in modo casuale al gruppo sperimentale o al gruppo di controllo. I chirurghi hanno eseguito l'ET radicale assistito da risonanza magnetica nel gruppo sperimentale. È stata condotta un'analisi comparativa degli esiti chirurgici e dei risultati delle scale. Questo studio ha sviluppato con successo il modello 3D del collo e l'ologramma virtuale. Secondo la NASA Task Load Index Scale, il gruppo sperimentale ha mostrato punteggi significativamente più alti in "Prestazioni proprie" e punteggi più bassi in "Sforzo" rispetto al gruppo di controllo (p = 0,002). Inoltre, sulla scala di valutazione soggettiva Likert, i punteggi medi per tutte le domande hanno superato 3. Sebbene l'incidenza delle complicanze chirurgiche fosse inferiore nel gruppo sperimentale rispetto al gruppo di controllo, le differenze nei risultati chirurgici non erano statisticamente significant.MR è vantaggioso per migliorare le prestazioni e alleviare il carico dei chirurghi durante il periodo perioperatorio. Inoltre, la risonanza magnetica ha dimostrato il potenziale per migliorare la sicurezza dell'ET. Pertanto, è essenziale approfondire le applicazioni chirurgiche della RM.

Introduzione

Nell'ultimo decennio, l'incidenza globale dei noduli tiroidei è salita al 29,29%, con un aumento del 7,76% rispetto al decennio precedente. Questa tendenza posiziona i noduli tiroidei come una delle malattie più diffuse¹. Allo stesso tempo, l'incidenza del cancro alla tiroide ha raggiunto 20/100.000, classificandosi al settimo posto tra tutti i tumori e al terzo tra le donne. La chirurgia radicale rimane l'approccio terapeutico preferito².

La tiroidectomia può essere classificata in chirurgia a cielo aperto, endoscopica e robotica. La tiroidectomia endoscopica (ET) è una forma di chirurgia estetica che impiega la lunghezza degli strumenti endoscopici per creare tunnel sottocutanei attraverso incisioni praticate nell'areola, nell'ascella, nella cavità orale e in altre aree nascoste, facilitando così un aspetto senza cicatrici nel collo. Questo approccio è particolarmente attraente per le donne, che costituiscono la maggior parte dei pazienti con cancro alla tiroide³. Tuttavia, l'ET richiede ancora un'ulteriore ottimizzazione da un punto di vista chirurgico. In primo luogo, l'ET è sfidata da uno spazio chirurgico limitato e dalla mancanza di feedback tattile, che complica l'operazione e contribuisce a prolungare la curva di apprendimento⁴. In secondo luogo, la tiroide possiede speciali funzioni fisiologiche e un'anatomia locale complessa, che rendono l'ET suscettibile a gravi complicanze, come l'ipoparatiroidismo e la lesione ricorrente del nervo laringeo (RLN)⁵. Inoltre, il carcinoma tiroideo si presenta spesso con metastasi linfatiche occulte e la dissezione incompleta dei linfonodi cervicali può aumentare ulteriormente il rischio di recidiva linfatica postoperatoria⁶, portando alla necessità di interventi chirurgici secondari o addirittura multipli in alcuni pazienti.

L'intelligenza artificiale (AI) è un campo emergente che cerca di simulare e migliorare l'intelligenza umana attraverso algoritmi informatici. La realtà estesa (XR) è una categoria di tecniche di intelligenza artificiale in grado di fornire informazioni audiovisive altamente realistiche in tempo reale, particolarmente adatte per applicazioni chirurgiche⁷. La realtà mista (MR), un sottoinsieme di XR, integra ologrammi virtuali con entità del mondo reale, consentendo agli utenti di interagire senza problemi tra realtà e ambienti virtuali⁸. La ricostruzione tridimensionale (3D) è una tecnica di computer grafica che trasforma immagini bidimensionali (2D) composte da pixel in modelli 3D composti da voxel. La presentazione di modelli 3D è fondamentale e l'applicazione principale della risonanza magnetica in chirurgia prevede la visualizzazione di modelli 3D costruiti a partire da immagini tomografiche, come la tomografia computerizzata (TC) e la risonanza magnetica per immagini (MRI).

In questo studio, la RM è stata utilizzata per assistere l'ET radicale con l'obiettivo di migliorarne l'efficacia e la sicurezza, riducendo al contempo la complessità chirurgica. I pazienti con diagnosi di carcinoma tiroideo che soddisfacevano i criteri di inclusione ed esclusione specificati sono stati assegnati in modo casuale al gruppo sperimentale o al gruppo di controllo. Quelli del gruppo sperimentale sono stati sottoposti a ET radicale assistita da RM. È stata condotta un'analisi comparativa degli esiti chirurgici tra i due gruppi. Inoltre, la National Aeronautics and Space Administration Task Load Index Scale (NASA-TLX) e la Likert Subjective Rating Scale sono state impiegate per valutare l'impatto dell'ET assistito da risonanza magnetica sui chirurghi. NASA-TLX è riconosciuto come il gold standard per la valutazione soggettiva del carico di lavoro e comprende sei dimensioni: domanda mentale (MD), domanda fisica (PD), domanda temporale (TF), prestazione propria (OP), sforzo (EF) e frustrazione (FR)⁹. Ogni dimensione è valutata in modo indipendente su una scala da 0 a 100. La scala di valutazione soggettiva Likert include una serie di domande con cinque livelli di risposta che vanno da molto soddisfatto (5 punti) a molto insoddisfatto (1 punto), con i livelli intermedi soddisfatti (4 punti), accettabili (3 punti) e insoddisfatti (2 punti).

Protocollo

Il protocollo segue le linee guida del comitato etico per la ricerca umana dell'Università Sun Yat-Sen. Non è richiesta alcuna approvazione etica specifica poiché questo trattamento è stato eseguito nell'ambito delle cure cliniche di routine.

1. 3D ricostruzione

1. Importa i dati DICOM dalle scansioni TC con collo potenziato in 3DSlicer¹⁰, utilizzando una larghezza della finestra di 350 unità Hounsfield (HU) e un livello della finestra di 40 HU.
2. Segmenta e ricostruisci il modello 3D del collo utilizzando un approccio semiautomatico.
   1. Segmenta e ricostruisci la pelle utilizzando le funzioni Soglia e Vuoto . Innanzitutto, crea una segmentazione per valori CT maggiori di -250 HU con la funzione Soglia . Quindi, utilizza la funzione Cavo per rimuovere l'interno di questa segmentazione.
   2. Segmenta e ricostruisci la tiroide, la lesione, la trachea e l'esofago utilizzando la funzione Grow from seeds basata su immagini della fase arteriosa o venosa. Delinea manualmente i semi all'interno delle strutture target attraverso immagini in sezione trasversale, sagittale e coronale. Successivamente, genera automaticamente la segmentazione del target utilizzando la funzione Grow from seeds .
   3. Segmenta e ricostruisci l'osso utilizzando la funzione Soglia basata su immagini di scansione semplici. Creare questa segmentazione per valori CT superiori a 200 HU.
   4. Segmentare e ricostruire le arterie utilizzando la funzione di soglia locale basata su immagini della fase arteriosa. Delineare manualmente i semi all'interno delle arterie nelle immagini coronali. Successivamente, creare una segmentazione con un intervallo di valori CT coerente con i semi utilizzando la funzione di soglia locale e ripetere la procedura per espandere gradualmente la segmentazione.
   5. Segmentare e ricostruire le vene utilizzando la funzione di soglia locale basata su immagini della fase venosa. Utilizzare le operazioni specifiche identiche a quelle descritte nel passaggio precedente.
3. Ricostruisci automaticamente il modello 3D del collo utilizzando il rendering del volume.
   1. Selezionare le immagini della fase arteriosa o venosa all'interno del modulo di rendering del volume.
   2. Optare per un protocollo di ricostruzione automatica ottimale, in genere il protocollo di ricostruzione TC coronarica potenziata, enfatizzando la visualizzazione dei vasi tiroidei superiori e inferiori.
   3. Riduci al minimo le ricostruzioni non necessarie regolando con precisione la regione di interesse.

2. Costruzione dell'ologramma virtuale del collo

1. Esporta il modello 3D del collo ricostruito in modo semi-automatico da 3DSlicer come file OBJ.
2. Creare un nuovo progetto in Unity3D usando Mixed Reality Toolkit (MRTK) e configurare i componenti necessari.
   1. Aggiungere un bordo di controllo utilizzando il componente Box collider .
   2. Implementare un cursore mobile utilizzando il componente Cursor Context Object Manipulator .
   3. Aggiungi funzioni di movimento, ridimensionamento e rotazione tramite i componenti Manipolatore di oggetti, Interazione vicina a Grabbable e Vincolo di scala min max .
   4. Abilita il controllo della trasparenza utilizzando il componente Slider Transparency Control .
3. Importa il file OBJ nel progetto e associa i suddetti componenti al modello 3D del manico.
4. Eseguire il debug dell'ologramma virtuale del collo sul dispositivo montato sulla testa (HMD) RM utilizzando il programma Holographic Remoting , quindi creare il pacchetto ed esportare il progetto da Unity3D¹¹.
5. Installare l'ologramma virtuale del collo sull'HMD MR utilizzando il programma Visual Studio .

3. Manipolazione del dispositivo RM

1. Indossare l'HMD MR prima dell'intervento chirurgico o chiedere agli infermieri circolanti di assistere nell'indossare l'HMD durante l'intervento chirurgico.
2. Usa MR HMD per manipolare gli ologrammi virtuali del collo.
   1. Controlla il movimento, il ridimensionamento e la rotazione dell'ologramma virtuale del collo usando un gesto di presa .
   2. Regola la trasparenza dell'ologramma virtuale del collo trascinando il cursore virtuale corrispondente.
   3. Allineare l'ologramma virtuale del collo con la posizione del paziente, garantendo il corretto allineamento dei marcatori anatomici come la mandibola e la clavicola.
3. Importa dati clinici come immagini TC del collo, ecografie e risultati degli esami di laboratorio nell'HMD MR per accedere a queste informazioni in qualsiasi momento durante l'intervento chirurgico.
4. Controlla l'HMD per acquisire immagini e video RM tramite comandi vocali.
5. Condividi la prospettiva in prima persona attraverso l'MR HMD tramite una connessione Wi-Fi.

4. Fase preoperatoria

1. Criteri di inclusione
   1. Includere pazienti con carcinoma papillare della tiroide (PTC) con un diametro massimo ≤ 3 cm.
   2. Includi i pazienti che esprimono un requisito di bellezza.
2. Criteri di esclusione
   1. Escludere i pazienti che non sono in grado di tollerare la chirurgia o l'anestesia generale.
   2. Escludere i pazienti che presentano invasione extratiroidea o metastasi a distanza di PTC.
   3. Escludere i pazienti con una storia di chirurgia tiroidea, ablazione o trattamento con iodio radioattivo.
   4. Escludere i pazienti con deformità del torace o della clavicola.
   5. Escludere i pazienti con ipoparatiroidismo o disfunzione delle corde vocali.
3. Esame ausiliario
   1. Condurre TC ed ecografia potenziate dal collo per valutare il PTC e l'anatomia circostante.
   2. Eseguire radiografia del torace, elettrocardiogramma, emocromo completo, test di funzionalità epatica e renale e test di coagulazione per escludere eventuali controindicazioni chirurgiche assolute.
   3. Condurre test di funzionalità tiroidea e paratiroidea, insieme ai livelli di tireoglobulina.
   4. Condurre una laringoscopia a fibre ottiche per valutare la funzione delle corde vocali.
4. Preparazione preoperatoria
   1. Digiunare i pazienti per 10 ore e somministrare soluzione salina di glucosio per via endovenosa o soluzione di Ringer.
   2. Somministrare midazolam, propofol, sufentanil e atracurio per via endovenosa per indurre l'anestesia generale, seguita da intubazione tracheale transorale. Evitare l'uso di miorilassanti durante la fase di mantenimento dell'anestesia.
   3. Eseguire il cateterismo uretrale.
   4. Collegare il dispositivo di neuromonitoraggio intraoperatorio (IONM).
   5. Posizionare il paziente in una configurazione a gambe divise ed estendere il collo inclinando la testa all'indietro. Posizionare il sistema endoscopico nella parte anteriore della testa del paziente.

5. Procedura chirurgica (approccio al seno)

1. Disinfettare il campo chirurgico, stendere gli asciugamani operatori asettici e collegare l'endoscopio, il gancio per elettrocoagulazione, l'unità di aspirazione e il coltello per ultrasuoni.
2. Identificare il foro di osservazione situato 2 cm a destra del punto medio della linea che collega i capezzoli bilaterali. Iniettare il liquido di espansione per via sottocutanea e sezionare utilizzando un'asta di stripping.
3. Posizionare un Trocar da 10 mm e introdurre anidride carbonica per creare uno spazio operativo con pressione interna mantenuta a meno di 6 mmHg.
4. Utilizzare il bordo superiore di entrambe le areole come canale operativo. Sezionare le cavità sottocutanee su entrambi i lati con due aghi Trocar da 5 mm o 10 mm in visualizzazione laparoscopica a 30°. Inserire il coltello a ultrasuoni e la pinza antigraffio ed estendere lo spazio sottocutaneo verso la parte anteriore del collo.
5. Separare la linea bianca cervicale per liberare la ghiandola tiroidea. Sospendi i muscoli del nastro con punti di sutura per estendere il campo visivo.
6. Iniettare nanoparticelle di carbonio nella ghiandola tiroidea per colorarla e i linfonodi cervicali.
7. Scollegare l'istmo della tiroide per esporre la trachea e staccare il legamento sospensore della tiroide.
8. Utilizzi il coltello ultrasonico per coagulare l'arteria e la vena tiroidea superiore, l'arteria tiroidea inferiore e la vena tiroidea media. Fissare i vasi sanguigni più grandi con morsetti riassorbibili.
9. Eseguire l'autotrapianto di PG nel muscolo sternocleidomastoideo omolaterale se il PG viene rimosso o il suo afflusso di sangue viene distrutto.
10. Identificare l'RLN e il nervo laringeo superiore utilizzando la sonda IONM. Proteggere i nervi con una garza bagnata per evitare lesioni termiche.
11. Separare e asportare con cura la ghiandola tiroidea lesionata, assicurandosi che venga completamente recuperata utilizzando una sacca per campioni.
12. Eseguire la linfoadenectomia omolaterale nella regione centrale cervicale. Se indicato, procedere con tiroidectomia controlaterale e linfoadenectomia.
13. Assicurarsi che tutte le emorragie siano accuratamente controllate e sciacquare il campo chirurgico con acqua distillata sterile. Inserire un tubo di drenaggio nel canale operatorio e suturare l'incisione strato per strato.

6. Gestione postoperatoria

1. Fornire il monitoraggio dell'elettrocardiogramma e l'ossigenoterapia quando i pazienti tornano in reparto. Successivamente, somministrare trattamenti che includono la sostituzione dei liquidi, il calcio per via endovenosa, il sollievo dal dolore, la terapia farmacologica inalatoria e l'eliminazione del catarro. Se necessario, somministrare farmaci emostatici e iniziare la terapia fisica.
2. Il primo giorno postoperatorio, interrompere il monitoraggio dell'elettrocardiogramma e l'ossigenoterapia e rimuovere il catetere urinario. I pazienti possono riprendere una dieta completa e assumere dosi orali giornaliere di levotiroxina e calcio.
3. Il secondo o il terzo giorno postoperatorio, rimuovere il tubo di drenaggio e prepararsi per la dimissione dal paziente.
4. Istruire il paziente a visitare il reparto ambulatoriale per il follow-up durante la prima settimana dopo l'intervento chirurgico, nonché a 1 mese, 3 mesi, 6 mesi e 12 mesi dopo l'intervento. Esaminare regolarmente la funzione tiroidea e i livelli di tireoglobulina ed eseguire l'ecografia del collo.

Risultati

Questo studio ha costruito con successo il modello 3D del collo di pazienti con PTC (Figura 1) ed ha eseguito 14 casi di ET radicale assistito da RM (Figura 2).

Un totale di 32 ET sono stati eseguiti da un chirurgo senior, che ha completato la NASA-TLX e la Likert Subjective Rating Scale (Tabella 1 e Tabella 2) dopo gli interventi chirurgici. Nel NASA-TLX, il gruppo s...

Discussione

La risonanza magnetica è una tecnologia di intelligenza artificiale all'avanguardia basata su vari modelli algoritmici e dispositivi di rilevamento. Lo scopo di questo protocollo è quello di utilizzare la risonanza magnetica per assistere l'ET radicale. Inoltre, la procedura chiave è la costruzione del modello 3D del collo e dell'ologramma virtuale. Le scale soggettive indicano risultati positivi, dimostrando che la RM è vantaggiosa per i chirurghi nell'eseguire l'ET radicale con fac...

Materiali

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3DSlicer	Slicer		https://www.slicer.org/
HoloLens2	Microsoft		a type of mixed reality helmet mounted display https://www.microsoft.com/en-us/hololens/hardware#document-experiences