En hybridoperationssal är en operationssal utrustad med toppmodern medicinsk bildutrustning , såsom fasta C-armar , CT-skannrar eller magnetisk resonanstomografi [1] . Dessa enheter möjliggör minimalt invasiva operationer som är mindre traumatiska för patienter än vanliga operationer. Minimalt invasiv innebär att kirurgen inte behöver skära patienten helt för att komma åt de kroppsdelar som han vill arbeta på, utan kan föra in en kateter eller endoskop genom ett litet hål [2] . Även om medicinsk bildbehandling har varit en standarddel av operationssalen under lång tid i form av mobila C-armar , ultraljud och endoskopi , kräver dessa nya minimalt invasiva procedurer medicinsk bildbehandling som kan visa små delar av kroppen som de ömtåliga kärlen i hjärtmuskeln med angiografisk utrustning [1] .
Hybrida operationssalar används numera i många fall inom hjärt-, kärl- och neurokirurgi, men kan användas i många andra typer av operationer.
Hjärtklaffsersättningskirurgi, arytmikirurgi och aortaaneurysm drar nytta av den medicinska hybridoperationen. Hybrid hjärtkirurgi är en mycket använd behandling för dessa sjukdomar.
Dessutom har trenden mot mer endovaskulär behandling av aortaaneurysm lett till spridningen av angiografiska system inom hybridkärlkirurgi [3] . Speciellt för komplexa endotransplantat är hybridoperationsrummet oumbärligt. Dessutom är den väl lämpad för intensivvård [4] .
Vissa kirurger kontrollerar inte bara läget för komplexa endotransplantat under operationen, utan använder också sina angiografiska system med tillhörande applikationer för att planera operationen. Vanligtvis skiljer sig CT-bilderna som tagits före operationen och fluoroskopibilderna som tas under operationen avsevärt på grund av förändringen i patientens position. Därför är mycket mer exakt planering av operationer möjlig med hjälp av angiografiska bilder tagna under operationen. I det här fallet har kirurgen förmågan att göra automatisk segmentering av aortan, ställa in markörer för njurartärer och andra punkter i 3D-rymden och lägga över 2D-fluoroskopikonturer på denna visualisering. Moderna angiografiska system uppdaterar automatiskt operationsplanen när positionen för C-armen eller operationsbordet ändras [5] .
En hybridoperationssal används inom neurokirurgi, till exempel vid transpedikulär osteosyntes [6] och vid operationer för att reparera cerebrala aneurysmer. I båda fallen har hybridoperationsrummet visat en betydande fördel jämfört med konventionella kirurgiska metoder [7] [8] . Vid transpedikulär osteosyntes kan användningen av ett navigationssystem ytterligare förbättra kvaliteten på resultatet.
Under 2015, för första gången i historien om nationell sjukvård, såväl som hela det postsovjetiska rymden (CIS), genomförde Federal Center for Neurokirurgi i Tyumen ett projekt för att lansera en unik hybrid intelligent operationssal med expertnivå CT-skanner, som är integrerad med navigationssystem i automatiskt läge. Användningen av en hybrid CT-operationssal har revolutionerat säkerheten och effekten av neurokirurgi, och utökat indikationerna för kirurgisk behandling inom neurokirurgi. Det finns inte mer än 20-30 sådana komplex i världen. Kapaciteten för hybridoperationsrummet i FCN i Tyumen är mer än 150 patienter per år, som tas in för behandling vid centret med de mest komplexa neurokirurgiska sjukdomarna.
Procedurer för diagnos och behandling av små lungknölar har också nyligen utförts i hybridoperationsrum. Medicinsk avbildning under operation gör det möjligt att lokalisera lungknölarna, särskilt vid små ogenomskinliga tumörer, metastaser och i fall av lunginsufficiens. Detta möjliggör exakt navigering för biopsier och snitt för thoraxkirurgi. Användning av medicinsk bildbehandling under bröstkirurgi kan kompensera för förlusten av taktila förnimmelser. Dessutom hjälper användningen av ett hybridoperationsrum i sådana fall till att bevara frisk lungvävnad, eftersom nodernas position är exakt känd under operationen. Detta förbättrar i sin tur patienternas livskvalitet efter operationen.
Processen för diagnos och behandling består vanligtvis av tre steg:
Hybrid-ELLER låter dig följa steg 2 och 3 (om operation är nödvändig) i denna sekvens av steg:
BiopsiSmå lungknölar som identifierats på en torakal CT-skanning bör undersökas för malignitet, så ett litet lungvävnadsprov tas med hjälp av en nålprocedur. Nålen förs in genom bronkerna till platsen för noden. För att säkerställa att vävnadsprovet tas från en nod och inte från frisk lungvävnad, använder hybridoperationen medicinsk avbildning från mobila C-armar, ultraljud eller bronkoskopi. Framgångsfrekvensen för biopsi av små knölar är cirka 33-50 % i tumörer mindre än 3 cm [9] [10] [11]
Modern medicinsk bildbehandling med mobila angiografiska C-armar kan öka operationens framgång. Den största fördelen med intraoperativ medicinsk bildbehandling är att patientens position exakt matchar bilden under biopsi. Sålunda är operationens noggrannhet mycket högre än om endast medicinsk avbildning erhållen före operationen användes.
Angiografiska system gör att bronkialträdet kan ses i 3D under operation. Luften i bronkerna fungerar som en "naturlig" kontrast för bättre visualisering av noderna. På denna 3-dimensionella bild, med hjälp av speciella datorprogram, kan noderna märkas. Dessutom har kirurgen förmågan att planera nålens väg under biopsi (endobronkial eller transthoracic). Dessa bilder kan läggas ovanpå bilder tagna med fluoroskopi. Detta gör i sin tur att lungläkaren bättre kan se möjligheterna för åtkomst till noderna. I 90 % av noderna 1–2 cm stora och i 100 % av noderna > 2 cm lyckades biopsi med denna metod [12] .
KirurgiVideoassisterad thoraxkirurgi (VATS) är en minimalt invasiv pulmonell noddissektion som eliminerar behovet för patienter att genomgå en traumatisk torakotomi. Här används små hål för att komma åt lungloberna och sätta in kameran på torakoskopet tillsammans med resten av de nödvändiga instrumenten. Även om denna procedur påskyndar återhämtningen och potentiellt undviker komplikationer, gör kirurgens förlust av naturlig syn och känselförnimmelser det svårt att lokalisera lungknölar, särskilt om knölarna inte är placerade på ytan av lungan, är ogenomskinliga och är små i storlek. Studier visar att sannolikheten för att hitta lungknölar < 1 cm i storlek kan vara mindre än 40 % [13] . Som ett resultat skär kirurgen ibland bort mer frisk vävnad än vad som är nödvändigt för att skära ut hela tumören. Med hjälp av den senaste intraoperativa medicinska avbildningen i en hybridoperationssal kan tumörer lokaliseras och skäras ut snabbt och med minimal förlust av frisk vävnad. För att kunna använda medicinsk bildbehandling samtidigt som VATS måste angiografi utföras innan hålen görs och därför innan motsvarande lunglob töms. Således är tumören synlig med naturlig luftkontrast. I nästa steg tillsätts krokar, nålar och ett kontrastmedel (Lipiodol, Iopamidol [14] ) inuti eller nära tumören för att göra tumören synlig på angiogrammet efter att lungorna har tömts. Sedan börjar den traditionella VATS-delen med införandet av ett torakoskop. Vid denna tidpunkt fungerar medicinsk bildbehandling i röntgenläge, där både de insatta instrumenten och de förmarkerade tumörerna är synliga. Efter det blir exakt excision av tumörer möjlig. Om kontrastmedlet användes för att markera tumörer, kommer det också att nå lymfkörtlarna [15] , som också kan skäras ut.
Behandling av komplexa sprickor och frakturer i delar av kroppen som bäckenet, hälen eller skenbenet kräver exakt placering av skruvar och andra kirurgiska implantat för att patienterna ska kunna återhämta sig snabbt. Användningen av minimalt invasiv kirurgi leder till en lägre risk för ytterligare skador och påskyndar tillfrisknandet. Risken för felplacering av kroppsdelar, reoperationer och nervskador ska dock inte underskattas [16] . Möjligheten att använda angiografiska system med en rumslig upplösning på 0,1 mm, ett stort synfält för att visa hela bäckenet i en bild och hög effekt gör att kirurgen kan se strukturen av ben och mjuka vävnader i bäckenet i hög upplösning. Vid användning av robotisk intraoperativ angiografi (till exempel Siemens Zeego) uppfylls samtidigt alla krav på hygien och tillgång till patienten i operationssalen. Andra typer av operationer som drar nytta av användningen av hybridoperationsrum inkluderar spinalkirurgi, spinalfissurer, sprickor orsakade av cancertumörer och skolios. Det stora synfältet och höga kraften hos angiografisystemen i hybridoperationsrum möjliggör bra bildbehandling även för överviktiga patienter. Användning av navigationssystem eller inbyggd lasernavigering kan förbättra arbetarens produktivitet i operationssalen.
Som med andra områden av minimalt invasiv kirurgi , tog kirurgiska samfundet till en början inte den nya teknologin för laparoskopisk kirurgi på allvar . Idag är det guldstandarden i många kirurgiska ingrepp. Från enkla operationer som att ta bort blindtarmen, till operationer för att ta bort delar av njurar och lever etc. Allt fler operationer utförs med laparoskopisk kirurgi . Bildkvalitet vid medicinsk bildbehandling, förmågan att ta bilder direkt i operationssalen och förmågan att noggrant styra kirurgiska instrument under operationen driver detta tillvägagångssätt [17] .
Borttagning av en del av njuren, lämnar så mycket frisk vävnad som möjligt och bevarar njurfunktionen, har beskrivits tidigare [18] . Under laparoskopisk kirurgi står kirurger inför utmaningen att förlora sin naturliga 3D-seende och taktila förnimmelser. Eftersom laparoskopi innebär att få tillgång till organ genom små öppningar, måste kirurger lita på bilderna från endoskopi. Kirurger under laparoskopi kan inte röra organen med händerna. I hybridoperationsrummet visas medicinsk avbildning av de inre organen och uppdateras på skärmen i realtid. 3D-bilder kan kombineras eller överlagras på fluoroskopi- eller endoskopibilder [19] . Oavsiktlig skada på så viktiga delar av anatomin som artärer eller tumörer kan uteslutas och därmed kan komplikationer efter operation undvikas. För närvarande fortsätter forskningen i denna riktning [20] .
Vid behandling av traumapatienter på intensivvården räknas varje minut. Patienter som blöder kraftigt efter bilolyckor, explosioner, skottskador eller skärsår i artärerna etc. behöver omedelbar läkarvård på grund av allvarlig blodförlust. I hybridoperationsrummet kan både standard- och endovaskulära operationer utföras. Till exempel kan tryck i hjärnan på grund av svår blödning avlastas med standardkirurgi och cerebrala aneurysmer kan behandlas med endovaskulär ocklusion. Det är möjligt att avsevärt minska behandlingstiden för en intensivvårdspatient och minska risken för komplikationer genom att använda en hybrid intensivvårdsoperationssal. Detta uppnås genom att när patienten ligger på operationsbordet kan man antingen utföra datortomografi eller direkt operera utan att ändra patientens position.
Fluoroskopi utförs med kontinuerlig röntgenexponering för att i realtid se positionen för katetern eller annan medicinsk utrustning inuti patientens kropp. Utmärkt bildkvalitet är avgörande för att visa de minsta anatomiska strukturer och medicinsk utrustning. Speciellt inom kardiologi behöver bilder av ett bankande hjärta höga bildhastigheter (30 bilder per sekund, 50 Hertz) och hög effekt (minst 80 kilowatt). Hög bildkvalitet för kardiologi kan endast erhållas med kraftfulla fasta C-armar och inte med mobila C-armar [21] .
När angiografisystemet är i dataregistreringsläge, sparas medicinska bilder av systemet. Senare kan dessa bilder arkiveras. Standardfluoroskopi används främst för att styra medicinsk utrustning och ändra synfältet under operation. De medicinska bilddata som samlas in under operationen används också för att rapportera och diagnostisera patientens sjukdomar. Närmare bestämt, när ett kontrastmedel har administrerats till en patient, måste medicinsk avbildning göras och bilderna sparas. Således kan dessa bilder ses flera gånger utan ytterligare injektioner av kontrastmedel. För att erhålla tillräcklig bildtydlighet för felfri diagnos och rapportering använder angiografiska system upp till 10 gånger mer röntgenexponering än vad som är konventionellt vid standardfluoroskopi. Därför behöver du bara få ytterligare bilder när de verkligen behövs. De resulterande bilderna tjänar som grund för mer sofistikerade medicinska avbildningstekniker såsom digital subtraktionsangiografi och rotationsangiografi [22] .
RotationsangiografiRotationsangiografi är en medicinsk avbildningsteknik som använder en fast C-arm för att producera 3-dimensionella bilder som liknar de som erhålls med datortomografi. För att göra detta roterar C-armen runt patienten och tar röntgenbilder i olika projektioner. Därefter återställs en 3-dimensionell modell av patientens inre organ från en serie bilder.
Digital subtraktionsangiografiDigital subtraktionsangiografi (DSA) är en medicinsk 2D-teknik som används för att avbilda blodkärl i människokroppen (Katzen, 1995) [23] . För att få en DSA spelas samma bildsekvens in två gånger. En bildsekvens spelas in utan att ett kontrastmedel injiceras i patienten. Den andra sekvensen registreras efter administrering av kontrastmedlet . Den första bildsekvensen subtraheras sedan från den andra sekvensen för att ta bort bakgrundsstrukturer såsom ben och för att bara visa de kontrastfyllda blodkärlen tydligare. Eftersom det går en viss tid mellan att den första och andra bildsekvensen tas, använder DSA rörelsekorrigeringsalgoritmer för att ta bort bildförvrängningar orsakade av patientens kroppsrörelser (t.ex. på grund av andning) [21] . Maskering är en av nyckelapplikationerna för DSA. Maskering fungerar på följande sätt: från en sekvens av CSA-bilder väljs en bild med kärlbildens maximala skärpa. Denna bild kallas färdplansmasken. Denna bild subtraheras sedan sekventiellt från fluoroskopiska bilder i realtid överlagrade på en statisk bild av kärlsystemet. Fördelen med maskeringsbilder är att små och komplexa kärlstrukturer bättre kan visas på skärmen utan bildbrus från underliggande vävnadsbilder. Sådana bilder är särskilt användbara vid placering av katetrar och operationstråd [22] .
Moderna angiografiska system används inte bara för medicinsk bildbehandling, utan hjälper också kirurgen under operationer genom att styra kirurgens handlingar med hjälp av 3-dimensionella data som erhålls under och/eller före operationen. Sådan kirurgisk navigering kräver att alla använda 3D-bilder av patienten förs till samma koordinatsystem och att detta koordinatsystem sammanfaller med patientens position på operationsbordet. Att föra olika 3-dimensionella bilder av en patient till ett enda koordinatsystem utförs med hjälp av mjukvarualgoritmer [22] .
Informationsflöde mellan arbetsstation och angiografiskt system3D-bilder erhålls genom att bearbeta en sekvens av 2D-bilder erhållna i olika projektioner som ett resultat av rotation av C-armen runt patienten. Skapandet av en 3D-bild baserad på 2D-bilder utförs på en separat dator. C-armen och datorn kommunicerar hela tiden med varandra. Till exempel, när en användare virtuellt roterar en 3D-bild på en monitorskärm för att se patientens anatomi från en viss vinkel, kan parametrarna för den synvinkeln överföras till det angiografiska systemet, som i sin tur roterar C-armen till exakt den positionen för att genomföra fluoroskopi . På liknande sätt, om C-armens position ändras, kan datorn få information om C-armens rotationsvinkel och rotera 3D-bilden på skärmen till samma projektion som i fluoroskopifönstret. Programvarualgoritmen som hanterar denna process kallas registrering. Sådan registrering kan också utföras med andra DICOM- bilder, såsom datortomografi eller magnetiska resonansbilder erhållna preoperativt [22] .
Överlagring av 3D-information om 2D-fluoroskopiMed färgkodning kan en 3D-bild läggas över en 2D-fluoroskopi. När positionen för C-armen ändras, räknar datorn om projektionen av 3D-bilden på skärmen så att projektionen av 3D-bilden på skärmen motsvarar den 2D-fluoroskopi som erhålls i realtid. Utan ytterligare injektion av ett kontrastmedel kan kirurgen på monitorskärmen se rörelserna av kirurgiska instrument i patientens kropp överlagrade i 3-dimensionellt utrymme på blodkärlens konturer i fluoroskopiska bilder [22] . Ett annat sätt att överlagra 3D-information på 2D-fluoroskopi är att överlagra den yttre konturen av 3D-bildprojektionen på fluoroskopin. Som regel görs detta efter preliminär segmentering av 3D-bildens anatomiska strukturer. Sådan segmentering kan utföras både manuellt och automatiskt. Med hjälp av ett sådant överlägg kan information utöver fluoroskopi erhållas. Vissa datorprogram markerar automatiskt viktiga områden i en bild. Dessutom kan kirurgen eller hans assistent välja de regioner som är intressanta för dem manuellt. Ta som exempel placeringen av en vaskulär stent för att behandla en abdominal aortaaneurysm . Den vinkelräta delen av njurartären kan markeras i 3D och överlagras på realtidsfluoroskopi. Eftersom valet gjordes på en 3D-bild kommer urvalet att uppdateras varje gång genomlysningsvinkeln ändras för att synkroniseras med den aktuella synvinkeln [22] .
Navigering under transkateter aortaklaffimplantation (TAVI)Transkateter aortaklaffimplantation kräver exakt placering av klaffen vid aortamynningen för att undvika komplikationer. För att göra detta skulle det vara optimalt att se fluoroskopin av aortamynningen från en vinkelrät synvinkel under implantationsoperationen. Nyligen har datorapplikationer dykt upp som gör att kirurgen kan välja denna optimala synvinkel för genomlysning. Dessutom låter dessa applikationer dig styra C-armen i automatiskt läge för att få en vinkelrät bild av aortaostiumet. Vissa av dessa applikationer använder preoperativa CT-bilder där aortan delas in i segment och den optimala betraktningsvinkeln för klaffimplantation beräknas. CT-bilder måste koordineras till C-armsbilder av Cone Beam Computed Tomography (CBCT) eller fluoroskopiska bilder för att återge en 3D-bild till det angiografiska systemet. Fel som uppstår vid översättning av CT-bilder till ett annat koordinatsystem kan leda till avvikelser från den optimala C-armens betraktningsvinkel. Sådana fel måste korrigeras manuellt. Dessutom beaktas inte förändringar i patientens anatomi mellan det att preoperativa CT-bilder togs och tiden då operationen utförs vid sådana applikationer. Förändringar i patientens anatomi avser att preoperativa CT-bilder tas medan patienten ligger med armarna uppe på CT-skannerbordet. Samtidigt, under operationen, är armarna vanligtvis vid sidorna av patienten. Denna skillnad i anatomi kan leda till fel under TIA. Betydligt bättre resultat visas av algoritmer baserade på intraoperativa bilder av C-arm C-beam datortomografi erhållna direkt i operationssalen med användning av angiografiska system. Denna fördel i resultat uppnås genom att C-stråledatortomografi intraoperativa C-armsbilder per definition finns i C-armskoordinatsystemet under operation. Därför utesluts fel i översättningen av CT-bilden till C-armskoordinatsystemet. I detta fall behöver kirurgen inte förlita sig på preoperativa CT-bilder som tagits tidigare på röntgenavdelningen. Detta förenklar i sin tur den kliniska processen i operationssalen och minskar risken för fel.
Funktionell medicinsk bildbehandling i operationssalenUtvecklingen av teknologier som används i angiografiska system tillåter visualisering av blodflödet och låter dig beräkna blodflödesparenkymet i operationssalen. För att göra detta kombineras 3D- rotationsangiografi CSA med ett modifierat kontrastmedelsinjektionsprotokoll och en speciell bildrekonstruktionsalgoritm. Således kan blodets rörelse avbildas i tid. Sådan medicinsk avbildning är särskilt användbar för behandling av patienter med ischemisk stroke [21] . En fullständig funktionsbedömning kan erhållas vid användning av CT- eller MRI-system i hybridoperationsrum.
Det rälsmonterade CT-systemet kan flyttas in i operationssalen för att stödja komplexa kirurgiska ingrepp som neurokirurgi med medicinsk bildbehandling. Johns Hopkins Medical Center i Maryland, USA, talar positivt om sin erfarenhet av intraoperativ datortomografi. Användningen av denna teknik ökar nämligen säkerheten för ingrepp för patienter, samt minskar risken för infektioner och komplikationer [24] .
Medicinsk avbildning med magnetisk resonans används inom neurokirurgi:
Ett MR-system kräver mycket utrymme både inomhus och runt patienten. Det är inte möjligt att utföra en kirurgisk operation i ett konventionellt rum för magnetisk resonanstomografi på grund av diskrepansen mellan sådana rum och de hygieniska kraven för operationssalen. Därför finns det två möjliga lösningar för intraoperativ tillämpning av magnetisk resonanstomografi. En lösning är ett mobilt magnetresonanstomografisystem som kan transporteras till operationssalen efter behov för medicinsk avbildning. Den andra lösningen är att transportera patienten under operationen till ett rum med en installerad magnetresonanstomografi [25] [26] .
I en hybridoperationssal är inte bara användningen av en sådan operationssal "hybrid", utan också rollen för en sådan operationssal i en sjukhusorganisation. Eftersom den medicinska bildbehandlingsutrustningen är installerad i hybridoperationsrummet kan röntgenavdelningen ta ansvar för den hybrida operationssalsutrustningen på grund av kunskapen om hur man hanterar och underhåller den medicinska bildutrustningen. Samtidigt kan, vad gäller patientvård, ansvaret för planering av användningen av en hybridoperationssal övertas av Kirurgiska avdelningen. Dessutom, för att transportera patienter så snabbt som möjligt, är det vettigt att placera en hybridoperationssal antingen direkt i eller nära operationsavdelningen [1] .
Standardoperationsrum på sjukhus är ofta inte lämpliga för ombyggnad till hybridoperationsrum. Detta beror på att det behövs ytterligare utrymme för det medicinska bildbehandlingssystemet och ytterligare personal. Ett team på 8-20 personer inklusive anestesiologer, kirurger, sjuksköterskor, tekniker, perfusionister och annan stödpersonal bör kunna arbeta i en hybridoperationssal. Beroende på val av medicinskt bildsystem rekommenderas att ha ett rum på 70 kvadratmeter inklusive utrustningens kontrollrum, men exklusive teknik- och förberedelserum. Dessutom är det nödvändigt att säkerställa installationen av en blysköld 2-3 mm tjock för att skydda mot strålning från det medicinska bildsystemet. Dessutom, beroende på det valda medicinska avbildningssystemet, är det nödvändigt att stärka strukturen på golvet eller taken för att stödja den extra vikten av det medicinska avbildningssystemet. (ungefärlig vikt 650-1800 kg) [1] .
Planering för en hybrid OR behöver involvera ett stort antal parter. För att säkerställa ett smidigt arbetsflöde i operationssalen måste alla parter som arbetar i operationssalen ställa upp sina krav i tid för att säkerställa att de kan utföra sina uppgifter. Dessa krav påverkar den slutliga utformningen av rummet genom parametrar som utrymme, medicinsk och bildbehandlingsutrustning [27] [28] . Därför kräver effektiv hybrid-ELLER-planering deltagande av en professionell projektledare. Dessutom är det möjligt att planering kommer att ske i flera iterationer. Iterationer gör att du bättre kan redogöra för det ömsesidiga beroendet mellan kraven från olika bildbehandlings- och medicinska systemtillverkare. Resultatet är alltid en skräddarsydd lösning konfigurerad efter behoven och preferenserna hos det multidisciplinära teamet som arbetar i hybriden OR [22] .
I en hybridoperationssal behövs två typer av ljuskällor: kirurgiskt (riktat) ljus för öppna operationer och omgivande ljus för interventionsingrepp. Det är mycket viktigt att kunna justera ljusstyrkan på omgivande belysning. Detta är ofta nödvändigt under fluoroskopiska eller endoskopiska operationer. Det viktigaste kravet för operationsbelysning är förmågan att belysa hela operationsbordet. Dessutom bör lamporna inte vara i nivå med kirurgens huvud och bör inte kollidera med annan utrustning under rörelse. Den vanligaste positionen för att fästa operationslampor är i mitten av operationssalen ovanför operationsbordet. Om en annan fästpunkt väljs, rör sig lamporna mot operationsbordet under operationen.