Karma Gerçeklik Destekli Radikal Endoskopik Tiroidektomi

Özet

Radikal endoskopik tiroidektomi çeşitli cerrahi komplikasyonlarla ilişkilidir. Bu çalışma, cerrahlara radikal endoskopik tiroidektomi gerçekleştirmede yardımcı olmak için karma gerçeklik tekniklerini kullanmakta ve güvenliğini artırmayı ve cerrahi eşiği düşürmeyi amaçlamaktadır.

Özet

Radikal endoskopik tiroidektomi (ET), açık cerrahiye kıyasla üstün kozmetik sonuçlar ve cerrahi alanda daha iyi görünürlük sunar. Bununla birlikte, tiroidin benzersiz fizyolojik fonksiyonları ve karmaşık çevre anatomisi çeşitli cerrahi komplikasyonlara neden olabilir. Gerçek zamanlı bir holografik görselleştirme teknolojisi olan karma gerçeklik (MR), gerçek dünyada son derece gerçekçi 3B modellerin oluşturulmasını sağlar ve birden çok insan-bilgisayar etkileşimini kolaylaştırır. MR hem preoperatif değerlendirme hem de intraoperatif navigasyon için kullanılabilir. İlk olarak, gelişmiş bilgisayarlı tomografi görüntülerinden boynun yarı otomatik 3D rekonstrüksiyonu 3Dslicer kullanılarak gerçekleştirilir. Ardından, 3B model, MR kaskına takılan bir ekranda (HMD) görüntülenebilen sanal bir hologram oluşturmak için Unity3D'ye aktarılır. Ameliyat sırasında cerrahlar, sanal hologram aracılığıyla lezyonları ve çevredeki anatomiyi bulmak için MR HMD'yi takabilirler. Bu çalışmada, radikal ET gerektiren hastalar rastgele deney grubuna veya kontrol grubuna atandı. Cerrahlar deney grubunda MR yardımlı radikal ET uyguladılar. Cerrahi sonuçların ve ölçek sonuçlarının karşılaştırmalı bir analizi yapıldı. Bu çalışma, boyun 3D modelini ve sanal hologramı başarıyla geliştirdi. NASA Görev Yükü İndeksi Ölçeği'ne göre, deney grubu kontrol grubuna göre 'Kendi Performansı'nda anlamlı olarak daha yüksek puanlar ve 'Efor'da daha düşük puanlar sergilemiştir (p=0.002). Ayrıca, Likert Subjektif Değerlendirme Ölçeği'nde tüm soruların puan ortalamaları 3'ü aşmıştır. Deney grubunda cerrahi komplikasyon insidansı kontrol grubuna göre daha düşük olmasına rağmen, cerrahi sonuçlardaki farklılıklar istatistiksel olarak anlamlı değildi significant.MR perioperatif dönemde performansı artırmak ve cerrahların yükünü hafifletmek için faydalıdır. Ayrıca, MR, ET'nin güvenliğini artırma potansiyelini göstermiştir. Bu nedenle MR'ın cerrahi uygulamalarının daha fazla araştırılması şarttır.

Giriş

Son on yılda, tiroid nodüllerinin küresel insidansı, önceki on yıla göre% 7.76'lık bir artışı yansıtan% 29.29'a yükselmiştir. Bu eğilim, tiroid nodüllerini en yaygın hastalıklardan biri olarak konumlandırmaktadır¹. Aynı zamanda, tiroid kanseri insidansı 20/100.000'e ulaşmış ve tüm kanserler arasında yedinci, kadınlar arasında üçüncü sırada yer almaktadır. Radikal cerrahi tercih edilen tedavi yaklaşımı olmaya devam etmektedir².

Tiroidektomi açık, endoskopik ve robotik ameliyatlar olarak kategorize edilebilir. Endoskopik tiroidektomi (ET), areola, koltuk altı, ağız boşluğu ve diğer gizli alanlarda yapılan kesilerden deri altı tüneller oluşturmak için endoskopik aletlerin uzunluğunu kullanan ve böylece boyunda izsiz bir görünüm sağlayan bir kozmetik cerrahi şeklidir. Bu yaklaşım özellikle tiroid kanseri hastalarının çoğunluğunu oluşturan kadınlar için caziptir³. Bununla birlikte, ET hala cerrahi açıdan daha fazla optimizasyon gerektirir. İlk olarak, ET, sınırlı cerrahi alan ve operasyonu zorlaştıran ve uzun süreli bir öğrenme eğrisine katkıda bulunan dokunsal geri bildirim eksikliği ile karşı karşıyadır⁴. İkincisi, tiroid özel fizyolojik fonksiyonlara ve karmaşık lokal anatomiye sahiptir, bu da ET'yi hipoparatiroidizm ve tekrarlayan laringeal sinir (RLN) yaralanması gibi ciddi komplikasyonlara duyarlı hale getirir⁵. Ek olarak, tiroid kanseri sıklıkla gizli lenfatik metastaz ile ortaya çıkar ve tam olmayan servikal lenf nodu diseksiyonu postoperatif lenfatik nüks riskini daha da artırabilir6^{ve bu} da bazı hastalarda ikincil hatta çoklu ameliyatların gerekliliğine yol açabilir.

Yapay zeka (AI), bilgisayar algoritmaları aracılığıyla insan zekasını simüle etmeyi ve geliştirmeyi amaçlayan, gelişmekte olan bir alandır. Genişletilmiş gerçeklik (XR), özellikle cerrahi uygulamalar için uygun, gerçek zamanlı olarak son derece gerçekçi görsel-işitsel bilgiler sunabilen bir yapay zeka teknikleri kategorisidir⁷. XR'nin bir alt kümesi olan karma gerçeklik (MR), sanal hologramları gerçek dünyadaki varlıklarla tümleştirerek kullanıcıların gerçeklik ve sanal ortamlar arasında sorunsuz bir şekilde etkileşim kurmasını sağlar⁸. Üç boyutlu (3D) rekonstrüksiyon, piksellerden oluşan iki boyutlu (2D) görüntüleri voksellerden oluşan 3D modellere dönüştüren bir bilgisayar grafiği tekniğidir. 3D modellerin sunumu çok önemlidir ve MR'ın cerrahide birincil uygulaması, bilgisayarlı tomografi (BT) ve manyetik rezonans görüntüleme (MRI) gibi tomografik görüntülerden oluşturulan 3D modellerin görüntülenmesini içerir.

Bu çalışmada, MR, cerrahi karmaşıklığı azaltırken etkinliğini ve güvenliğini artırmak amacıyla radikal ET'ye yardımcı olmak için kullanıldı. Belirlenen dahil etme ve dışlama kriterlerini karşılayan tiroid kanseri tanısı alan hastalar rastgele deney grubuna veya kontrol grubuna atandı. Deney grubundakilere MR yardımlı radikal ET uygulandı. İki grup arasında cerrahi sonuçların karşılaştırmalı bir analizi yapıldı. Ayrıca, MR destekli ET'nin cerrahlar üzerindeki etkisini değerlendirmek için Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi Görev Yükü İndeksi Ölçeği (NASA-TLX) ve Likert Subjektif Derecelendirme Ölçeği kullanılmıştır. NASA-TLX, öznel iş yükü değerlendirmesi için altın standart olarak kabul edilmektedir ve altı boyuttan oluşur: zihinsel talep (MD), fiziksel talep (PD), zamansal talep (TF), kendi performansı (OP), çaba (EF) ve hayal kırıklığı (FR)⁹. Her boyut, 0 ile 100 arasında bir ölçekte bağımsız olarak derecelendirilir. Likert Subjektif Değerlendirme Ölçeği, çok memnun (5 puan) ile çok memnun olmayan (1 puan), orta düzeyler memnun (4 puan), kabul edilebilir (3 puan) ve memnun değil (2 puan) olmak üzere beş yanıt düzeyine sahip bir dizi soru içerir.

Protokol

Protokol, Sun Yat-Sen Üniversitesi insan araştırmaları etik komitesinin yönergelerini takip eder. Bu tedavi rutin klinik bakımda yapıldığı için özel bir etik onay gerekli değildir.

1. 3D rekonstrüksiyonu

1. 350 Hounsfield birimi (HU) pencere genişliği ve 40 HU pencere seviyesi kullanarak boyunla geliştirilmiş CT taramalarından DICOM verilerini 3DSlicer^10'a aktarın.
2. Yarı otomatik bir yaklaşım kullanarak boyun 3D modelini segmentlere ayırın ve yeniden oluşturun.
   1. Threshold (Eşik) ve Hollow (Oyuk fonksiyonlarını) kullanarak cildi segmentlere ayırın ve yeniden yapılandırın. İlk olarak, Threshold fonksiyonu ile -250 HU'dan büyük CT değerleri için bir segmentasyon oluşturun. Ardından, bu segmentasyonun içini kaldırmak için İçi Boş işlevini kullanın.
   2. Arteriyel veya venöz faz görüntülerine dayalı olarak Tohumlardan büyüme işlevini kullanarak tiroid, lezyon, trakea ve yemek borusunu segmentlere ayırın ve yeniden yapılandırın. Kesitsel, sagital ve koronal görüntüler boyunca hedef yapılar içindeki tohumları manuel olarak tanımlayın. Bunu takiben, Tohumlardan Büyüt işlevini kullanarak hedef segmentasyonu otomatik olarak oluşturun.
   3. Düz tarama görüntülerine dayalı Eşik işlevini kullanarak kemiği segmentlere ayırın ve yeniden oluşturun. 200 HU'yu aşan CT değerleri için bu segmentasyonu oluşturun.
   4. Arteriyel faz görüntülerine dayalı Yerel eşik fonksiyonunu kullanarak arterleri segmentlere ayırın ve yeniden yapılandırın. Koronal görüntülerde arterler içindeki tohumları manuel olarak tanımlayın. Daha sonra, Yerel eşik fonksiyonunu kullanarak tohumlarla tutarlı bir CT değer aralığına sahip bir segmentasyon oluşturun ve segmentasyonu kademeli olarak genişletmek için prosedürü tekrarlayın.
   5. Venöz faz görüntülerine dayalı Yerel eşik fonksiyonunu kullanarak damarları segmentlere ayırın ve yeniden yapılandırın. Önceki adımda açıklananlarla aynı olan belirli işlemleri kullanın.
3. Hacim oluşturmayı kullanarak boyun 3D modelini otomatik olarak yeniden oluşturun.
   1. Hacim oluşturma modülünde arteriyel faz görüntülerini veya venöz faz görüntülerini seçin.
   2. Optimal bir otomatik rekonstrüksiyon protokolünü tercih edin, tipik olarak koroner gelişmiş BT rekonstrüksiyon protokolü, superior ve inferior tiroid damarlarını görselleştirmeyi vurgular.
   3. İlgilenilen bölgeyi hassas bir şekilde ayarlayarak gereksiz yeniden yapılandırmayı en aza indirin.

2. Boyun sanal hologramının oluşturulması

1. Yarı otomatik olarak yeniden yapılandırılmış boyun 3D modelini 3DSlicer'dan bir OBJ dosyası olarak dışa aktarın.
2. Unity3D'de Karma Gerçeklik Araç Seti'ni (MRTK) kullanarak yeni bir proje oluşturun ve gerekli bileşenleri yapılandırın.
   1. Box collider bileşenini kullanarak bir kontrol kenarlığı ekleyin.
   2. İmleç Bağlam Nesnesi Manipülatörü bileşenini kullanarak hareketli bir imleç uygulayın.
   3. Nesne manipülatörü, Yakın etkileşim Yakalanabilir ve Min Max Scale Constraint bileşenleri aracılığıyla hareket, ölçekleme ve döndürme işlevleri ekleyin.
   4. Slider Transparency Controller bileşenini kullanarak saydamlık kontrolünü etkinleştirin.
3. OBJ dosyasını projeye aktarın ve yukarıda belirtilen bileşenleri boyun 3D modeliyle ilişkilendirin.
4. Holographic Remoting programını kullanarak MR başa takılan cihazda (HMD) boyun sanal hologramında hata ayıklayın, ardından projeyi Unity3D^11'den paketleyip dışarı aktarın.
5. Visual Studio programını kullanarak boyun sanal hologramını MR HMD'ye yükleyin.

3. MR cihazı manipülasyonu

1. Ameliyattan önce MR HMD'yi takın veya dolaşımdaki hemşirelerin ameliyat sırasında HMD'yi takmaya yardımcı olmasını sağlayın.
2. Boyun sanal hologramlarını işlemek için MR HMD'yi kullanın.
   1. Tutma hareketi kullanarak boyun sanal hologramının hareketini, ölçeklemesini ve dönüşünü kontrol edin.
   2. İlgili sanal kaydırıcıyı sürükleyerek boyun sanal hologramının saydamlığını ayarlayın.
   3. Boyun sanal hologramını hastanın pozisyonuyla hizalayarak mandibula ve klavikula gibi anatomik belirteçlerin uygun şekilde hizalanmasını sağlayın.
3. Ameliyat sırasında herhangi bir zamanda bu bilgilere erişmek için boyun BT görüntüleri, ultrasonografi ve laboratuvar muayene sonuçları gibi klinik verileri MR HMD'ye aktarın.
4. Sesli komutlarla MR görüntüleri ve videoları yakalamak için HMD'yi kontrol edin.
5. Wi-Fi bağlantısı aracılığıyla MR HMD aracılığıyla birinci şahıs bakış açısını paylaşın.

4. Ameliyat öncesi aşama

1. Dahil edilme kriterleri
   1. Maksimum çapı 3 cm≤ olan papiller tiroid karsinomu (PTC) olan hastaları içerir.
   2. Güzellik gereksinimi ifade eden hastaları dahil edin.
2. Hariç tutma kriterleri
   1. Ameliyatı veya genel anesteziyi tolere edemeyen hastaları dışlayın.
   2. Ekstratiroidal invazyon veya PTC'nin uzak metastazı gösteren hastaları hariç tutun.
   3. Tiroid cerrahisi, ablasyon veya radyoaktif iyot tedavisi öyküsü olan hastaları hariç tutun.
   4. Göğüs veya klavikula deformitesi olan hastaları hariç tutun.
   5. Hipoparatiroidizm veya ses teli disfonksiyonu olan hastaları hariç tutun.
3. Yardımcı sınav
   1. PTC ve çevresindeki anatomiyi değerlendirmek için boyunda güçlendirilmiş BT ve ultrasonografi yapın.
   2. Mutlak cerrahi kontrendikasyonları dışlamak için göğüs radyografisi, elektrokardiyogram, tam kan sayımı, karaciğer ve böbrek fonksiyon testleri ve pıhtılaşma testleri yapın.
   3. Tiroglobulin seviyeleri ile birlikte tiroid ve paratiroid fonksiyon testleri yapın.
   4. Ses teli fonksiyonunu değerlendirmek için fiberoptik laringoskopi yapın.
4. Ameliyat öncesi hazırlık
   1. Hastaları 10 saat hızlı tutun ve intravenöz glukoz salin veya Ringer solüsyonu uygulayın.
   2. Genel anesteziyi indüklemek için intravenöz olarak midazolam, propofol, sufentanil ve atrakuryum uygulayın, ardından transoral trakeal entübasyon uygulayın. Anestezinin idame aşamasında kas gevşetici kullanmaktan kaçının.
   3. Üretral kateterizasyon gerçekleştirin.
   4. İntraoperatif nöromonitörizasyon (IONM) cihazını bağlayın.
   5. Hastayı ayrık bacak konfigürasyonunda konumlandırın ve başını geriye doğru eğerek boynunu uzatın. Endoskop sistemini hastanın başının önüne yerleştirin.

5. Cerrahi işlem (memeye yaklaşım)

1. Cerrahi alanı dezenfekte edin, aseptik ameliyat havlularını yatırın ve endoskopu, elektrokoagülasyon kancasını, aspirasyon ünitesini ve ultrason bıçağını bağlayın.
2. İki taraflı meme uçlarını birbirine bağlayan çizginin orta noktasının 2 cm sağında bulunan gözlem deliğini tanımlayın. Genleşme sıvısını deri altına enjekte edin ve bir sıyırma çubuğu kullanarak inceleyin.
3. 10 mm'lik bir Trokar yerleştirin ve iç basıncı 6 mmHg'den daha az tutulan bir çalışma alanı oluşturmak için karbondioksit ekleyin.
4. Ameliyat kanalı olarak her iki areolanın üst kenarını kullanın. 30° laparoskopik görüntüleme altında iki adet 5 mm veya 10 mm Trokar iğnesi ile her iki taraftaki deri altı boşluklarını inceleyin. Ultrasonik bıçağı ve sert forsepsleri yerleştirin ve deri altı boşluğunu boynun önüne doğru uzatın.
5. Tiroid bezini serbest bırakmak için servikal beyaz çizgiyi ayırın. Görüş alanını genişletmek için şerit kaslarını dikişlerle askıya alın.
6. Karbon nanopartiküllerini tiroid bezine ve servikal lenf düğümlerini lekelemek için enjekte edin.
7. Trakeayı ortaya çıkarmak ve tiroidin askı bağını ayırmak için tiroidin kıstağını ayırın.
8. Üst tiroid arter ve ven, inferior tiroid arter ve orta tiroid venini pıhtılaştırmak için ultrasonik bıçağı kullanın. Daha büyük kan damarlarını emilebilir kelepçelerle sabitleyin.
9. PG çıkarılırsa veya kan akışı tahrip edilirse, PG'lerin homolateral sternokleidomastoid kas içine otomatik naklini gerçekleştirin.
10. IONM probunu kullanarak RLN ve superior laringeal siniri tanımlayın. Termal yaralanmayı önlemek için sinirleri ıslak gazlı bezle koruyun.
11. Lezyonel tiroid bezini dikkatlice ayırın ve eksize edin, böylece bir numune torbası kullanılarak tamamen geri alındığından emin olun.
12. Servikal merkezi bölgede homolateral lenfadenektomi yapın. Belirtilirse, kontralateral tiroidektomi ve lenfadenektomi ile devam edin.
13. Tüm kanamanın iyice kontrol edildiğinden emin olun ve cerrahi alanı steril damıtılmış su ile durulayın. Ameliyat kanalına bir drenaj tüpü yerleştirin ve insizyonu katman katman dikin.

6. Ameliyat sonrası yönetim

1. Hastalar servise dönerken elektrokardiyogram izlemesi ve oksijen tedavisi sağlayın. Daha sonra, sıvı replasmanı, intravenöz kalsiyum, ağrı kesici, inhalasyon ilaç tedavisi ve balgam temizleme gibi tedavileri uygulayın. Gerekirse hemostatik ilaçlar verin ve fizik tedaviye başlayın.
2. Ameliyat sonrası ilk gün elektrokardiyogram monitörizasyonunu ve oksijen tedavisini durdurun ve idrar sondasını çıkarın. Hastalar tam bir diyete devam edebilir ve günlük oral dozlarda levotiroksin ve kalsiyum alabilirler.
3. Ameliyat sonrası ikinci veya üçüncü günde, drenaj tüpünü çıkarın ve hastanın taburcu olması için hazırlanın.
4. Hastaya ameliyattan sonraki ilk hafta boyunca ve ameliyat sonrası 1 ay, 3 ay, 6 ay ve 12 ay sonra takip için poliklinik bölümünü ziyaret etmesini söyleyin. Tiroid fonksiyonlarını ve tiroglobulin düzeylerini rutin olarak gözden geçirin ve boyun ultrasonografisi yapın.

Sonuçlar

Bu çalışmada PTK'li hastaların boyun 3D modeli başarıyla oluşturuldu (Şekil 1) ve 14 MR yardımlı radikal ET olgusu gerçekleştirildi (Şekil 2).

Ameliyatları takiben NASA-TLX ve Likert Subjektif Derecelendirme Ölçeği'ni (Tablo 1 ve Tablo 2) tamamlayan kıdemli bir cerrah tarafından toplam 32 ET gerçekleştirildi. NASA-TLX'te deney grubu, kontrol grubu...

Tartışmalar

MR, çeşitli algoritmik modellere ve algılama cihazlarına dayanan son teknoloji bir AI teknolojisidir. Bu protokolün amacı, radikal ET'ye yardımcı olmak için MR'yi kullanmaktır. Ayrıca, anahtar prosedür boyun 3D modelinin ve sanal hologramın oluşturulmasıdır. Subjektif ölçekler pozitif sonuçları gösterir ve MR'ın cerrahlar için radikal ET'yi kolaylıkla gerçekleştirmede faydalı olduğunu göstermektedir. Ek olarak, MR, ET ile ilişkili komplikasyonları önlemede...

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
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