Digitalk&A1 Awards: С Holoma 3D холограми и смесена реалност помагат на хирургическите операции

ВИЗИТКА НА ИТ ПРОЕКТА

Име на проекта: Holoma - в помощ на персонализираната костна хирургия

Възложител: Група за компютърно асистирана радиология и ортопедична хирургия

Изпълнители: "Интерконсулт България" (ICB) и "Интерконсулт България медицински решения"

Стартиране/приключване: Внедряване във ВМА - май 2021/ юни 2021

Бюджет на проекта: SaaS базирано решение, около 1000 евро/месец лиценз + поддръжка

Проектът е кандидат в конкурса Digitalk&A1 Awards

Холограмни модели, имплементирани с помощта на технологията HoloMedical Assistant (Holoma), осигуряват революционни промени в областта на персонализираната медицина и костната хирургия. Системата, разработена от българската софтуерна компания "Интерконсулт България медицински решения" (ICB Medical Solutions), използва съчетание от смесена реалност и 3D холограми, като пренася предоперативния план в оперативната среда. Решението е изградено на базата на очилата на Microsoft за смесена реалност Hololens 2 и чрез разработени от българските софтуерни инженери и лекари алгоритми смесва холограмите на органите, получени от компютърен томограф, върху реалната геометрия на целевия орган. По този начин се показва истинският проблем на пациента с точност до милиметри, а това от своя страна намалява драстично рисковете от ятрогенни грешки и предоставя сигурност и комфорт и за двете страни - пациента и лекаря. Решението вече е внедрено в две български болници - Военномедицинска академия (ВМА), Университетска болница "Лозенец", и една клиника в Швейцария - InHouse Clinic "Spine Surgery & Traumatology", Private Hospital Bethanien в Цюрих.

За кого е предназначена системата Holoma?

Сред потребителите на иновативната система са медицински заведения, болници, университети, учебни заведения, както и производители на медицинско оборудване и импланти.

Виртуалната реалност се използва в медицинското образование за обучение в почти всички хирургични специалности и преподаване на анатомия. Напоследък други модалности на разширената реалност - като например добавената реалност и смесената реалност, също си проправиха път в медицинското образование.

Интересите на преподавателите, студентите и лекарите в областта на виртуалната реалност са от 1990 г., а в смесената реалност от 2008 г. Тези интереси са най-големи при медиците и клиничните инженери занимаващи се с костна хирургия и имплантология. В тази група се намират тесни специалности като лицево-челюстна хирургия, ортопедия, травматология и неврохирургия.

Смесената реалност с монтиран на главата дисплей комбинира изчислителни, комуникационни и дисплейни технологии и допринася за засилено прилагане на виртуалната реалност, като пресъздава 3D образи, цели процеси и оперативни техники пред очите на преподавателя, студента или лекаря.

Иновативност и креативност

Решението Holoma предоставя ново измерение на хирургията, като използва виртуалните дигитални близнаци (3D модели) на истинските кости или вътрешни органи на пациента, които са превърнати в 3D холограми и в реално време пред очите на хирурга ги позиционира върху човешкото тяло. Налагането на виртуалния към физически орган се случва посредством оптимизиран алгоритъм за напасване на облаци от точки (point cloud). Решението използва инфрачервена камера за проследяване на позицията на ръцете, което позволява интуитивна и органична работа с холограмите, все едно те са физически обекти.

Самите 3D модели носят в себе си всички елементи на операцията - формата на увредените кости, стари и нови импланти, осите на пробиване, равнините на разрязване, демаркационни линии при тумори и други. Разработените от българските инженери и лекари алгоритми увеличават степента на точност на различните елементи от операцията над 10 пъти, а това води до изключителна прецизност от страна на хирурга по време на операцията.

Ефективност

Технологията Holoma вече се използва по време на реални операции във ВМА, Университетска болница "Лозенец" и клиниката в Швейцария.

С функционалността "multiplayer" могат да се използват два или повече чифта очила едновременно, като хирургът и асистентите виждат едно и също и работят заедно в оперативната среда. Тази функционалност предоставя изключително богат набор от възможности за обучения и тренировки. При тях студенти по медицина могат да бъдат поставяни в екстремни ситуации на операционна маса, но в безопасната среда на смесената реалност, като устройствата Hololens могат да бъдат в различни краища на света и да виждат едно и също.

Предизвикателства

От една страна, предизвикателствата са свързани с промяната в начина на работа и изпълнение на операцията. При първоначалното представяне на решението има известно недоверие, което изчезва, след като лекарите не опитат сами да манипулират с 3D холограмите и не се убедят сами колко лесно се използват. От друга страна, Hololens 2 първоначално не е бил планиран като медицински продукт. Затова и стандартната му точност не е била замислена на необходимото ниво за използване в хирургията.

Поради тази причина той се е използвал като средство за разглеждане на холограмни модели. "Ние доказахме, че с помощта на математически алгоритми точността на регистрацията на 3D моделите може драстично да се подобри и освен това вече има доказателства за това, че точността на тази регистрация е драстично по-добра от тази на Hololens 1 и свободната ръка, което прави продукта годен да бъде приложен в медицината и по-специално в костната хирургия, където обектите са с висока плътност на материала", коментират от ICB

Инженерите на ICB Medical Solutions работят върху драстичното увеличаване на бързодействието и значително намаляване на размера на специалните маркери, които се регистрират и следят по време на операцията в реално време, така че решението в тази сфера да е безкомпромисно, що се касае до приетата за допустима точност. Според всички изисквания за медицински софтуер спрямо FDA и нотифициращите органи в Европа, когато се касае за това дали хирургът трябва да се довери на този софтуер, специалистите от компанията са сигурни, че това е така, защото рисковете относно точността са приемливи, както и че хирургът не може да навреди на пациента. Изхождайки от предходното, хирургът може да се довери на този софтуер само и единствено ако е изпълнил условията по регистрацията на холограмата върху таргетната кост.

"Другото основно предимство, което намалява риска за пациента, е, че дисплеят е прозрачен и може да се използва като предпазен шлем от капките кръв и ако хирургът изпита и грам съмнение, може да продължи операцията както обикновено и без навигация", обяснява доктор Владислав Райков от Университетска болница "Лозенец" в София, който е не само сертифициран ортопед-травматолог, но и специалист в 3D дигиталното планиране на сложни оперативни интервенции в своята област. Доктор Райков е с многогодишен международен опит в тази област на медицината.

Д-р Владимир Стефанов, дм, началник на Клиника по ендопротезиране към Катедра по ортопедия, травматология и реконструктивна хирургия във ВМА, София. Специалист по ортопедия и травматология.

"Намирам Holoma за продукт, който предоставя сигурност както за хирурга, така и за пациента по време на сложните реконструктивни операции в областта на коляното. В коленното ендопротезиране е важно прецизно да се отстрани увредената кост, а компонентите на коленната става да бъдат поставени правилно, особено при комплексни деформации, като например при преживени предходни операции. Редно е операцията да протича бързо и точно, за да се намалят и общохирургичните рискове за пациента. Ендопротезирането на коляното трябва да завърши с коригиране на деформацията и възстановяване на функцията на увредената става. Костните срезове трябва да бъдат съобразени с множеството ъгли, които трябва да се спазят по време на операцията. Именно тук е предимството да се използва лесна и достъпна за хирурга навигация, която да показва къде и под какъв наклон да се направят срезовете, или нивата, на които да се монтират. За да се достигне до един прецизен мекотъканен баланс на коленната става, е нужно да се възстановят анатомичните оси на бедрото и подбедрицата в пряка корелация с механичната ос на долния крайник и това може да се постигне с холографската навигация."

Въздействие и перспектива за развитие

Много е важно при хирургическите операции имплантите да се монтират в човешкото тяло правилно, за да функционират правилно и дълготрайно. За съжаление не са малко примерите от практиката, в които импланти се поставят в човешкото тяло неправилно, което налага последващи коригиращи операции. В страните със силно развити здравни системи и икономики тези операции се заплащат от застрахователните компании, а това допълнително усложнява процеса по предварително одобрение как и с какво ще се оперира човекът.

Проф. д-р Неделчо Цачев, дмн, нaчалник на Катедра по ортопедия, травматология и реконструктивна хирургия, ВМА - София. Специалист по ортопедия и травматология.
Използвам Holoma от няколко месеца. Приложихме го при няколко пациенти с комплексни дефекти на тазовата кост след замяна на техните кости с изкуствени стави в миналото и при пациенти със счупвания, за да онагледим и да си представим интраоперативно как още по-точно ще монтираме имплантите. Едно е да гледаш един план за операция, отпечатан на хартия, съвсем друго е да може да го пипнеш, да го сложиш в оперативното поле, коректно да подготвиш костта и да поставиш импланта правилно. Намирам за уникална възможността да бъда стерилно измит и да имам подобен инструмент по време на операцията. Смятам, че този, който е по-добре информиран и работи по подобен начин, има по-големи шансове да направи онова, което е замислил, в така или иначе сложната ревизионна хирургия на тазобедрената става.

Благодарение на Holoma могат да се редуцират драматично рисковете за неправилно протичане на оперативната интервенция, които може да са от всякакво естество, дори и от свободно и неконтролируемо движение на човешката ръка, което в нашия случай може да бъде контролирано. Записът от операцията през очите на хирурга може да се запази в облака на Microsoft Azure, както и в медицинското досие на пациента и впоследствие може да бъде разглеждано във времето от различни заинтересовани експерти - лекари специализанти, млади хирурзи, самия оператор с цел да анализира операцията си и не на последно място може да послужи като доказателство как е извършена операцията, в случай че настъпи спор кой и за какво ще поеме разходите за нея.

"Нашата визия е да изградим мрежа от хирурзи, които да оперират с Holoma, които обичат професията си, които желаят да помагат на пациентите си по най-добрия възможен начин - като изпълняват точно онази операция, която са планирали", смята доктор Владислав Райков, който е "моторът" на този проект и благодарение на своя интердисциплинарен опит свързва инженеринга с медицината. "Решението ни има приложение и в денталната медицина, неврохирургията и други", допълва Мирослав Антонов.

Проф. д-р Гуидо Александер Ванер, дмн, нaчалник на InHouse Clinic "Spine & Trauma Surgery", Private Hospital Bethanien, Цюрих

Дейността ми на хирург, който се занимава с гръбначна хирургия и травматология на тазовия пръстен, налага да работя с рентген при конвенционалните и минимално инвазивните методи, които прилагам. Много мои колеги се разболяха от неопластични заболявания, което аз лично отдавам на прекомерното излагане на рентгенови лъчи. В контролирано проучване - използвайки трансфера на предоперативния си план в смесена реалност с Holoma, от септември м.г. си поставих за цел да намаля използването на рентгеноскопичния апарат с около 50%. Бях изненадан, защото с помощта на холографската навигация успях да огъна конвенционални плаки по шаблоните, които бяха предварително подготвени, и да синтезирам счупванията по стандартния начин, но с по-иновативна апликация през минимално инвазивен стопа достъп до предната колона на илиачната кост. Със специално подготвена за тази цел бормашина и отвертка успях да ориентирам винтовете коректно в здрава кост. Това е важен момент в остеосинтезата на илиачната кост, защото се цели поставяне на винтовете по определени траектории около ацетабулума на тазобедрената става, която е абсолютно невидима по време на интервенцията и има риск от навлизане на винтовете, дори да се работи под скопичен рентгенов контрол. Последното е свързано с облъчване и риск за хирурга и пациента.
Намирам Holoma за чудесен инструмент при поставянето на транспедикуларни винтове при операции, свързани със стабилизиране на гръбначния стълб от травматично или дегенеративно естество. Поставянето на интервертебрални клетки също се улеснява, защото лесно може да проследи захождането на клетката с инструмента за поставяне по време на интервенцията. Бих продължил да използвам приложението на Holoma и смесената реалност при критичните стъпки, когато се чувствам несигурен, и за да избягвам прилагането на рентгенови лъчи.
Чрез решението Holoma всеки лекар ще може да бъде по-добре информиран и по-прецизен в изпълнението на своята операция.

Д-р Владислав Райков, дм, е сертифициран ортопед-травматолог в Университетска болница "Лозенец", София, който участва в разработката на софтуера Holoma - интердисциплинарен проект, и е негов двигател на развитието му от самото начало.

"Съчетанието и надграждането на придобито знание от специалисти, които работят на границата на две специалности - в случая клинично и инженерно, доведе до този иновативен софтуер, който е и нашето оръжие, коментира д-р Райков. Погледнато глобално, светът има нужда от подобни решения поради много причини, които идват от нуждите на пациентите, лекарите и застрахователите. Целта на проекта е ясна - чрез решението Holoma и всички негови последващи версии всеки лекар да има възможността да транслира един подробен предоперативен план пред зрителното си поле, да е прецизен с 360-градусов контрол и навигация на всяка стъпка, която извършва по време на своята операция.

"С нашия екип вярваме, че бъдещето на медицината е в технологиите с човешко участие, а не в технологиите с медицински роботи, защото всеки усложнен процес с приложение на особено скъпа техника понякога води до грешка на входа, а това от своя страна води до по-голяма грешка на изхода," допълва д-р Райков. Според него именно това предоставя смесената реалност на хирурга - да получи контрол върху ситуацията, работата му да се улесни. "Остава ни и възможността да продължим да работим класически, ако ситуацията се усложни. Айнщайн е казал, че хубавите неща са прости, но не чак толкова прости", заявява д-р Райков.

Специалистът обяснява, че изискванията на пациентите към лекарите непрекъснато нарастват заради морето от информация, което ги залива. "Затова смятам, че бъдещето на много медицински специалности, които се занимават с хирургична дейност, преминава не само през по-прецизното изпълнение на хирургичните интервенции, а и в осигуряване на трансперантност и преди, по време и след добре документираната операция, в която има преки и индиректни участници", коментира д-р Райков. Според него преките участници са пациентите, техните лекари, другите здравни работници и мениджмънтът на здравното заведение, участващи в процеса. Индиректните участници са близките на пациентите, работодателите им, обществото и застрахователите, които покриват разходите за една модерна медицинска грижа.

"Обществото е онова, което трябва да осигури ресурс за всички видове медицински специалности, категоричен е д-р Райков. Този ресурс в днешно време в много страни по света е ограничен, например заради една новопоявила се пандемична обстановка, която нарушава равновесието в една здравна система. Редно е материалните ресурси да се използват правилно и едно лечение, една оперативна интервенция да не водят към отключването на последващи такива, които натоварват и здравните системи и може да са смъртоносни за пациента.

Именно по тази причина ние искаме да помогнем на всички участници в гореописания процес с нашата експертиза, която към настоящия момент е само софтуер и се надяваме той да прерасне в по-голяма платформа, с която да бъдем още по-полезни на обществото, в което живеем. И не ме разбирайте погрешно, но всеки, който има отношение към описаните процеси, може да се включи в нашия екип под една или друга форма, ние от нашият екип сме млади, опитни, отворени, гледаме и виждаме, слушаме и чуваме, допълва д-р Райков.