Введение к работе
Актуальность темы. Стереотаксис - наукоемкая медицинская технология, обеспечивающая малотравматичные прицельные доступы к глубоким образованиям мозга человека с целью диагностики, изучения и лечения сложных заболеваний и поражений центральной нервной системы Стереонейро-хирургия играет все более значимую роль в общей структуре здравоохранения развитых стран В мире насчитываются сотни лечебных учреждений, использующих стереотаксис В ведущих нейрохирургических центрах стереотакси-ческие вмешательства составляют около 20% от общего числа проведенных операций За 17 лет (промежуток времени между тремя конгрессами Всемирного и Европейского обществ по стереотаксической и функциональной нейрохирургии) в странах Северной Америки и Европе, число стереотаксических биопсий мозговых опухолей возросло более чем в 6 000 раз, эвакуации гематом более чем в 800 раз, аспирации кист и абсцессов - более чем в 400 раз
В России в течение достаточно продолжительного времени отмечалось заметное отставание от передовых стран в области развития и практического применения клинического стереотаксиса Стереотаксическая аппаратура серийно не выпускалась, а имеющиеся единичные образцы не могли в достаточной мере удовлетворить запросы и потребности нейрохирургии и неврологии Приобретение зарубежной стереотаксической аппаратуры для подавляющего большинства нейрохирургических клиник и отделений оказалось недоступным из-за чрезвычайно высокой стоимости
Погружению стереотаксического инструмента в мозг обязательно предшествует проведение расчетного интраскопического исследования В его задачу входит получение диагностических сведений об анатомических особенностях строения мозга пациента, включая распознавание мишеней, и получение информации, необходимой для последующих стереотаксических расчетов и наведения стереотаксического инструмента на найденные целевые точки
Расчетная интраскопия (рентгенография, томография) «отвечая» за идентификацию и локализацию мишеней, играет особую (во многом опреде-
ляющую) роль в процессе наведения, как с позиций его внутренней организации, так и в утилитарном смысле Интраскопическое исследование в рамном ("frame") стереотаксисе проводится с основанием (базовым кольцом, рамой) аппарата, фиксированным на голове больного Многочисленные требования и ограничения на этапе расчетной интраскопии (ограничения стереотаксического центрирования) создают основные препятствия для реализации многоцелевого наведения
С другой стороны, с появлением методов расчетной томографии (КТ, МРТ) доступность стереотаксических методов диагностики и лечения стала еще более проблематичной в связи с необходимостью использования сверхдорогостоящей томографической техники (стоимость одного аппарата - 1-2 млн $) Программное обеспечение, поддерживающее наведение для наиболее распространенных стереотаксических аппаратов и систем, как правило, было жестко привязано к внутренней среде томографов только определенных производителей Нередко зарубежные фирмы, выпускающие стереотаксическую аппаратуру, настаивали на использовании особых, специализированных томографов, которые устанавливаются или в самой стереотаксической операционной или в непосредственной близости от нее
В создавшихся условиях, в начале 90-х годов прошлого столетия, стала естественной постановка вопроса о разработке доступных (ориентированных на массовое обслуживание населения) отечественных нейрохирургических стереотаксических систем многоцелевого наведения Первая такая система «ПОАНИК» на основе серийного стереотаксического манипулятора «ОРЕОЛ» (представляющего класс рамных стереотаксических аппаратов) была совместно разработкана ИМЧ РАН и ЦНИИ «Электроприбор» (1991 - 2000 гг) Интраскопическая и программная компоненты системы (обеспечивающие возможность подготовки пациентов к стереотаксическим операциям на рентгеновских компьютерных томографах) базируются на результатах настоящего исследования
Цель исследования - разработка метода определения сіереотаксических координат для рентгеновской компьютерной томографии, адаптированного к
возможностям диагностической томографической аппаратуры В процессе исследования решались следующие задачи
-
Построение геометрической модели диагонального стереотаксиче-ского КТ-локализатора
-
Разработка и отладка программного обеспечения для расчетной сте-реотаксической рентгеновской томографии (РСКТ)
-
Оценка погрешностей выбранной геометрической модели КТ-локализатора методом компьютерного моделирования
-
Разработка и реализация вариантов конструкции стереотаксических КТ-локализаторов
-
Исследование точностных свойств созданных образцов диагональных КТ-локализаторов Томографические испытания локализаторов
6 Отработка методики расчетной стереотаксической рентгеновской
компьютерной томографии Клиническая апробация разработанных
методов расчетной интраскопии в стереотаксических операциях у
больных с двигательными и психическими нарушениями и геморра
гическими инсультами
Научная новизна.
-
Впервые в «рамном» стереотаксисе создан метод расчетной томографии, обеспечивающий «безрамной» метод томографической подготовки пациентов к операциям
-
Разработаны оригинальные геометрическая модель и конструкция диагонального КТ-локализатора
-
Впервые создан стереотаксический КТ-локализатор, реализующий статистический принцип поиска томографического сечения, содержащего целевую точку
-
Обоснованы стереотаксические процедуры с КТ-наведением без ограничений стереотаксического центрирования
-
Создана оригинальная система геометрически связанных стереотаксических локализаторов для рентгенографии и рентгеновской компьютерной томографии
6 Предложен новый способ наведения сгереотаксического инструмента на целевые точки мозга по данным рентгеновской компьютерной томографии
Практическая значимость. Предложенный в работе метод расчетной томографии отличает высокая реализуемость Предоперационное расчетное исследование максимально приближено к обычным диагностическим исследованиям, а его проведение не требует модификации стереотаксического манипулятора Метод адаптирован к стандартной томографической технике Воспроизводимая атравматичная фиксация стереотаксических локализаторов позволяет разделять во времени расчетное томографическое исследование и саму операцию, проводить томографическую подготовку пациентов к операциям в диагностических центрах за пределами нейрохирургических клиник и, благодаря этому, проводить стереотаксические вмешательства в обычных нейрохирургических операционных на отделениях, не оснащенных томографическими установками
В качестве особенностей, подчеркивающих практическую ценность разработанного метода расчетной томографии отметим, следующие
возможность нестрогих укладок головы пациента при проведении
расчетного томографического исследования,
" широкий диапазон допустимых сечений при работе с разработанными моделями диагональных КТ-локализаторов (модели ПНК, ПНК Ml, ПНК М2),
возможность проведения расчетов по одиночным томограммам, содержащим изображение целевой точки,
наличие в операционных программах контрольных вычислений, сигнализирующих о грубых ошибках, допущенных в процессе расчетного томографического исследования и самих расчетов,
Внедрение результатов исследования. Стереотаксические операции с подготовкой по методу РСКТ проводились в 7 нейрохирургических центрах России и ближнего зарубежья, в том числе в клинике нейрохирургического отделения ВНИПНИ им В М Бехтерева, клинике ИМЧ РАН, на кафедре ней-
рохирур! ии ВМА им С М Кирова, на нейрохирург ическом отделении городской больницы №23 г Санкт-Петербурга В некоторых из них подготовлены и проведены десятки успешных стереотаксических операций у больных с паркинсонизмом, психическими нарушениями и опиатной наркоманией Накоплен опыт применения манипулятора «ОРЕОЛ» в задачах нефункциональной стереотаксии - эвакуации интрацеребральных гематом, биопсии и деструкции опухолей головного мозга Практическое использование результатов диссертационной работы подтверждено соответствующими документами Работа получила поддержку Правительства Санкт-Петербуріа по грантам МОО-3,5К-216 и М03-3,5К-268 на конкурсах грантов 2000 и 2003 года для студентов, аспирантов и молодых ученых Санкт-Петербурга в категории "Кандидатский проект" по направлению "Приборостроение"
Апробация материалов работы. Результаты проведенных исследований доложены и обсуждены на межвузовских научных конференциях «XXVII, XXX неделя науки СПбГТУ (Санкт-Петербург, 1998, 2001), XXX, XXXI научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава СПбГИТМО(ТУ) (Санкт-Петербург, 1999, 2000), V международном симпозиуме "Повреждения мозга" (Минимально-инвазивные способы диагностики и лечения) (Санкт-Петербург, 1999), V Международной научно-практической конференции "Конверсия, Приборостроение, Медицинская техника" (Владимир, 1999), VI международной конференции "Проблемы пространства, времени, движения" (Санкт-Петербург, 2000), Пятой, Восьмой ассамблеях молодых ученых (Санкт-Петербург, 2000, 2003), III, IV International conference "Instu-mentation in ecology and human safety" (Санкт-Петербург 2002, 2004), I конференции молодых ученых университета СПбГУИТМО (Санкт-Петербург, 2004), Восьмой сессии международной научной школы «Фундаментальные и прикладные проблемы надежности и диагностики машин и механизмов» (Санкт-Петербург 2007)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ Из них глава в монографии - 1, статей в журналах из перечня ВАК - 2
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения,
обзора литературы, методической главы трех глав с обоснованием и описанием разработанных методов, главы, посвященной клиническому применению предлагаемых методов, заключения, выводов и библиографического списка Работа содержит 5 таблиц, иллюстрирована 69 рису нками Список литературы включает 133 источника (59 работ отечественных авторов и 74 зарубежных) Текст диссертации изложен на 142 страницах
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Впервые предложен метод определения стереотаксических координат мишеней головного мозга по данным рентгеновской компьютерной томографии, основанный на статистическом принципе поиска сечения с изображением целевой точки
-
Разработан и реализован оригинальный диагональный КТ-локализатор с программным обеспечением для стереотаксического манипулятора ОРЕОЛ
-
Методами компьютерного моделирования показана корректность статистического алгоритма поиска томографических сечений с изображением целевой точки
-
Фантомные испытания изготовленных моделей КТ-локализатора показали достаточную для задач стереотаксической нейрохирургии точность результата измерений координат целевых точек
-
Обоснован метод безрамной расчетной рентгеновской томографии (РСКТ) для стереотаксических аппаратов и манипуляторов, использующих в наведении зубную пластину
