Sinds circa twee jaar wordt in het Erasmus MC gebruik gemaakt van virtual reality (VR) op de afdeling Cardiothoracale Chirurgie Op initiatief van Dr. Amir Sadeghi, arts-onderzoeker en cardiothoracaal chirurg in opleiding, en dr. Edris Mahtab, cardiothoracaal chirurg. Het gebruik van VR had initieel als doel om bepaalde complexe hart- en longoperaties beter voor te bereiden, voor zowel de chirurg als voor de assistent. Later bleek VR ook zeer geschikt om de lastige anatomie van hart en longen beter uit te kunnen uitleggen aan studenten en assistenten, en om assistenten en verpleegkundigen beter te kunnen trainen op zeldzame situaties. De technieken en de voordelen in de kliniek voor zowel preoperatieve planning als voor training voor zeldzame situaties worden nader toegelicht in dit artikel. Ik ben als arts-onderzoeker sinds een jaar nu betrokken bij dit onderzoek, en doe onderzoek naar de toegevoegde waarde van virtual reality op hart- en longchirurgie, bij zowel kinderen als volwassenen.
Preoperatieve planning
Het idee is eigenlijk vrij simpel: de techniek van het bekijken van een CT-scan is eigenlijk in het jaar 2000 blijven hangen. Tegenwoordig is het mogelijk om al zulke fancy apps en websites te maken, echter blijft de chirurg nog naar deze complexe zwart-wit afbeeldingen kijken, om dit vervolgens om te zetten naar een 3D model in zijn of haar hoofd. En om dit vervolgens te onthouden tot en gedurende de operatie.
De onderzoekers van het Erasmus MC zijn daarom samen met MedicalVR [1], een startup bedrijf dat zich specialiseert in VR visualisatie van CT-scans, aan de slag gegaan om de CT-scans van patiënten als 3D-VR model te kunnen tonen aan de chirurg.
Door de structuren in 3D te kunnen zien in een volledig afgesloten wereld, kan de chirurg goed het verloop van een (aftakking van een) bloedvat volgen. Zo kan de structuur die tijdens de operatie zichtbaar wordt, veel realistischer gevisualiseerd voor de chirurg.
Additioneel kan ook segmentatie van structuren gevisualiseerd worden. Zo kunnen in principe alle structuren (denk aan luchtwegaftakkingen, maar ook de tumor zelf) op een semi-automatische manier ‘ingekleurd’ worden, waardoor het beloop en de relatie ten opzichte van andere structuren nog zichtbaarder wordt.
Vervolgens werkt het Erasmus MC voor longchirurgische ingrepen ook samen met Thirona [2]. Dit bedrijf kan op basis van de bronchovasculatuur, met behulp van kunstmatige intelligentie, longsegmenten bepalen. Longsegmenten zijn kleinere delen van een longkwab, eigenlijk een soort wijkjes in een stad. De literatuur laat steeds meer zien dat enkel het verwijderen van zo’n segment voor kleine longtumoren of uitzaaiingen uitermate efficiënt is. Deze longsegmenten zijn met het blote oog niet zichtbaar, dus hiervoor is deze techniek echt cruciaal. De eerste ervaringen laten ook zien dat de preoperatieve planning significant verandert na het zien van deze VR-beelden, wat intraoperatieve verrassingen voorkomt [3].
Deze visualisatietechniek is ook te gebruiken bij hartoperaties. Er is een toename van de complexiteit van operaties, bijvoorbeeld doordat patiënten gereopereerd worden en door verklevingen van de natuurlijke scheidingsvlakken tussen structuren niet zo makkelijk herkenbaar zijn. Tevens wordt een steeds groter aantal ingrepen via een minder invasieve benaderingswijze uitgevoerd waardoor visualisatie tijdens de ingreep lastiger is. Inmiddels zijn een aantal complexe operaties met VR preoperatief voorbereid, waarbij de chirurg een aantal belangrijke parameters beter kon visualiseren dan via 2D-CT beelden [4].
Tevens is het Erasmus MC een van de thoraxchirurgische centra waar ook aangeboren afwijkingen worden geopereerd. Deze patiëntengroep, soms slechts 2-3kg zwaar en enkele dagen oud, brengt natuurlijk een heel andere vorm van complexiteit met zich mee, zeker gezien de grote variabiliteit in aandoeningen bij deze pasgeborenen. In een eerste studie is er onderzoek gedaan naar MAPCA’s: Major aortapulmonary collateral artery, slagaders die vanuit de rechterkamer naar de longen horen te lopen, maar in plaats daarvan afspringen vanuit de grote lichaamsslagader. Deze slagaders kunnen een heel kronkelig beloop kunnen hebben waardoor het bijvoorbeeld onduidelijk kan zijn of ze voor of achter de slokdarm door lopen. Deze anatomie is met VR zeer duidelijk te visualiseren [5].
Pulmo3D
Naast het gebruik van VR voor de preoperatieve planning kan VR ook ingezet worden tijdens operaties zodat de chirurg de patiënt specifieke kenmerken op ieder willekeurig moment kan bekijken. MedicalVR heeft de Pulmo3D applicatie gebouwd waarbij de VR-structuren als een 3D-model geprojecteerd kunnen worden op een interactief beeldscherm, welke in de operatiekamer hangt. De structuren op het scherm kunnen uit- en aangezet worden, gedraaid worden of weggesleept worden. Op deze manier kan het model uitgelijnd worden met het gezichtsveld van de chirurg op het operatiegebied. Zo kan de chirurg steriel aan de operatietafel blijven staan, maar direct verifiëren of de juiste structuren in beeld zijn.
Training
Een andere mogelijkheid van virtual reality is het trainen van personeel voor zeldzame situaties. Hiervoor heeft het Erasmus MC in samenwerking met software ontwikkelaar Distant Point (https://distantpoint.org/index.html#home)een scenario ontwikkeld waarbij een reanimatie na hartchirurgie virtueel kan worden geoefend [4]. De patiënten op onze afdeling Cardiothoracale Chirurgie zijn soms net geopereerd, waardoor reanimatie complexer is dan bij een niet aan hart geopereerde patient. Gelukkig komt een reanimatie na hartoperatie slechts weinig voor, een aantal keer per jaar, maar juist dit maakt het moeilijk om arts-assistenten, verpleegkundigen en andere personeel goed hierop voor te bereiden. Daarbij kan elke minuut vertraging gevolgen hebben voor de patiënt. Door dit scenario virtueel te oefenen, waarbij ook tijdens de procedure vragen worden gesteld over de juiste volgorde van stappen, leert de assistent (bijvoorbeeld basisartsen die pas afgestudeerd zijn, maar ook assistenten op de Intensive Care die minder ervaring met onze operaties hebben) wat de cruciale stappen zijn om zo snel mogelijk weer doorbloeding te krijgen bij de patiënt.
De virtual reality reanimatietraining is ontwikkeld is samenwerking met Technische Geneeskunde studenten van de TU Delft. Een goed voorbeeld van multidisciplinaire samenwerking waarbij een brug tussen de kliniek en de techniek geslagen wordt. Hiernaast hebben we ook nog eenzelfde scenario ontwikkeld, waarmee perfusionisten (die de hartlongmachine gedurende hartoperaties bedienen) getraind kunnen worden.
Toekomstplannen
Natuurlijk is dit pas de beginfase van de implementatie van virtual reality en 3D visualisatie. De volgende stap is om de transitie te maken naar augmented reality, om dit model over het operatiegebied over de long of over de hartafwijking te projecteren. Dit blijft natuurlijk lastig, aangezien de long op de CT-scan volledig opgeblazen is, maar tijdens de operatie er een klaplong gecreëerd wordt, waarbij alle lucht uit de long verdwenen is. Daarnaast kan met VR ook op educatievlak nog veel meer bereikt worden, omdat de menselijke anatomie natuurlijk 3D is en daardoor vele malen efficiënter inzichtelijk gemaakt kan worden vanuit de VR omgeving dan door ouderwetse 2D CT-scans.
Referenties
[1] https://www.medicalvr.eu/nl/
[2] https://thirona.eu
[3] Sadeghi AH, Maat APWM, Taverne YJHJ, Cornelissen R, Dingemans AC, Bogers AJJC, Mahtab EAF. Virtual reality and artificial intelligence for 3-dimensional planning of lung segmentectomies. JTCVS Tech. 2021 Mar 16;7:309-321. doi: 10.1016/j.xjtc.2021.03.016. PMID: 34318279; PMCID: PMC8312141.
[4] Amir H Sadeghi, Wouter Bakhuis, Frank Van Schaagen, Frans B S Oei, Jos A Bekkers, Alexander P W M Maat, Edris A F Mahtab, Ad J J C Bogers, Yannick J H J Taverne, Immersive 3D virtual reality imaging in planning minimally invasive and complex adult cardiac surgery, European Heart Journal – Digital Health, Volume 1, Issue 1, November 2020, Pages 62–70, https://doi.org/10.1093/ehjdh/ztaa011
[5] van de Woestijne PC, Bakhuis W, Sadeghi AH, Peek JJ, Taverne YJHJ, Bogers AJJC. 3D Virtual Reality Imaging of Major Aortopulmonary Collateral Arteries: A Novel Diagnostic Modality. World J Pediatr Congenit Heart Surg. 2021 Nov;12(6):765-772. doi: 10.1177/21501351211045064. Epub 2021 Nov 23. PMID: 34812684; PMCID: PMC8637380.
[6] Sadeghi AH, Peek JJ, Max SA, Smit LL, Martina BG, Rosalia RA, Bakhuis W, Bogers AJ, Mahtab EA. Virtual Reality Simulation Training for Cardiopulmonary Resuscitation After Cardiac Surgery: Face and Content Validity Study. JMIR Serious Games. 2022 Mar 2;10(1):e30456. doi: 10.2196/30456. PMID: 35234652; PMCID: PMC8928050.
