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Ano: 2011  Vol. 15   Num. 1  - Jan/Mar Print:
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Planejamento Pr-operatrio Utilizando Reconstrues 3D e Endoscopia Virtual para a Localizao do Seio Frontal
Preoperative Planning Using 3D Reconstructions and Virtual Endoscopy for Location of the Frontal Sinus
Author(s):
Marcos Jullian Barreto Martins1, Carolina Veras Aguiar1, Joo Flvio Nogueira Jnior2, Joo Paulo Saraiva Abreu3, Moiss Ximenes Feijo3, Isabelle Oliveira Jata4, Arthur Chaves Gomes Bastos4.
Palavras-chave:
cirurgia assistida por computador, cirurgia vdeo-assistida, tomografia, imagem tridimensional, endoscopia.
Resumo:

Introduo: Reconstrues tridimensionais (3D) geradas de tomografias computadorizadas (TCs) permitem a observao de cavidades e estruturas anatmicas de nosso corpo com riqueza de detalhes. Em nossa especialidade j houve tentativas da realizao de endoscopias e laringoscopias virtuais. Entretanto, estas aplicaes foram praticamente abandonadas devido complexidade e necessidade de computadores com alto poder de processamento grfico. Objetivo: Demonstrar a confeco de reconstrues 3D a partir de TCs de pacientes em computador pessoal, com programa especfico gratuito e compar-las s imagens endoscpicas reais da cirurgia. Mtodo: Estudo prospectivo em que os arquivos prprios das TCs de 10 pacientes foram reconstrudos com programa Intage Realia, verso 2009, 0, 0, 702 (KGT Inc, Japo). As reconstrues foram realizadas antes das cirurgias e uma endoscopia virtual foi feita para se avaliar a regio do recesso e seio frontal. Aps este estudo, a cirurgia foi realizada e armazenada digitalmente. As imagens endoscpicas reais da regio do recesso e seio frontal foram comparadas s imagens virtuais. Resultados: A reconstruo 3D e endoscopia virtual foram realizadas nos 10 pacientes submetidos cirurgia. As imagens virtuais apresentavam grande semelhana visual com as imagens das cirurgias reais. Concluso: Demonstramos a possibilidade, com ferramentas relativamente simples e computador pessoal, de se gerar reconstrues 3D e endoscopias virtuais. O conhecimento pr-operatrio da localizao do caminho de drenagem natural do seio frontal pode vir a gerar benefcios durante a realizao das cirurgias. Entretanto, mais estudos devem ser desenvolvidos para a avaliao do real papel destas reconstrues 3D e endoscopias virtuais.

INTRODUO

O uso e as aplicaes das reconstrues tridimensionais (3D) geradas a partir de arquivos prprios (DICOMS) de tomografias computadorizadas (TC) ou ressonncias magnticas (RM) est se expandindo recentemente. Estas reconstrues permitem aos mdicos a observao de cavidades e estruturas anatmicas de nosso corpo com incrvel riqueza de detalhes, sendo capazes de exibir at mesmo as texturas de diferentes tecidos (1,2).

As aplicaes para estas reconstrues tm variado de simples ilustraes em exames at para o auxlio no diagnostico e planejamento pr-operatrio nas mais diversas especialidades mdicas.

Alguns exemplos podem ser encontrados nas colonoscopias virtuais, realizadas por alguns centros de imagem em nosso pas e nas TCs de alta resoluo para a avaliao das artrias coronrias (3).

Em nossa especialidade j houve algumas tentativas da realizao de endoscopias e laringoscopias virtuais. Entretanto, estas aplicaes foram praticamente abandonadas devido complexidade e necessidade de computadores com alto poder de processamento grfico (4).

Entretanto, com a evoluo dos computadores e programas prprios para leitura e reconstruo dos arquivos DICOMS, atualmente alguns autores tm resgatado o uso destas reconstrues 3D para a avaliao e planejamento pr-operatrio para especialmente as cirurgias otolgicas e do recesso e seio frontal (5,6).

Estas reconstrues 3D podem oferecer informao potencialmente mais til do que as obtidas com as vises 2D nos planos axial, coronal e sagital. Estas imagens obtidas nos trs diferentes planos: axial, coronal e sagital so teis na anlise da anatomia do recesso e seio frontal. Entretanto estas imagens bidimensionais so de uma compreenso mais difcil para os cirurgies (7). BAKKER et al. Realizaram uma pesquisa com cirurgies sobre o que seria mais difcil para o aprendizado e realizao de cirurgias endoscpicas nasosinusais seguras (8). O que foi considerado de mais difcil aprendizado pelos cirurgies pesquisados foi: "a orientao espacial, ou seja, fazer uma representao mental 3D a partir de uma tomografia computadorizada 2D". E o que foi considerado como o segundo mais difcil foi: "entender a relao entre os planos da tomografia computadorizada com as imagens reais endoscpicas" (8).

Vivemos em um mundo tridimensional e apesar de grande parte dos endoscpios ainda no permitirem a realizao de cirurgias estereoscpicas 3D, as imagens obtidas nas cirurgias endoscpicas tradicionais nos permitem a criao de relaes 3D em nossa mente. Estas relaes podem ajudar na realizao de tarefas particulares e a excelente preparao pr-operatria pode algumas vezes evitar complicaes muitas vezes desafiadoras (9).

Temos estudado a utilidade das ferramentas de reconstruo 3D para as cirurgias otolgicas e do recesso e seio frontal. Na literatura encontramos desde o planejamento pr-operatrio at outras aplicaes tais como estadiamento de doenas, medio pr-operatria para confeco de prteses, anlises do fluxo areo e o prprio ensino a mdicos residentes (5,6,8,10).

A avaliao pr-operatria para as cirurgias do seio frontal atravs de reconstrues 3D a partir de arquivos prprios de TC (DICOMS) pode permitir ao cirurgio adquirir mais informaes do que com as tradicionais imagens bidimensionais obtidas com os trs diferentes planos: axial, coronal e sagital.

Apesar de ser possvel a visualizao de todo o caminho de drenagem do seio frontal e de sua orientao e planejamento pr-operatrio atravs das tradicionais TC bidimensionais, elegantemente j descrita por vrios autores, dentre eles WORMALD et al (9,11), o uso de ferramentas 3D pode eliminar o elemento de incerteza no achado correto do caminho de drenagem natural do seio frontal.

Utilizando estas ferramentas 3D possvel a visualizao dos vrios orifcios presentes na regio do prprio recesso, seguindo-os para a anlise de qual o orifcio correto para a drenagem do seio frontal.

O objetivo deste trabalho consiste em:

a) Demonstrar a confeco destas reconstrues 3D a partir de TCs de pacientes submetidos a cirurgias endoscpicas nasosinusais da regio do recesso e seio frontal realizadas em computador pessoal, com programa especfico.

b) Comparar estas imagens virtuais s imagens endoscpicas reais obtidas durante a cirurgia.


MTODO

Aps liberao pelo comit de tica local, foram obtidos arquivos DICOM dos 10 pacientes arregimentados para o estudo. O critrio de incluso foi o de pacientes que iriam se submeter cirurgia endoscpica dos seios paranasais que tambm inclusse o seio frontal. O critrio de excluso foi o de pacientes que no seriam submetidos cirurgia endoscpica do seio frontal.

As pastas contendo os arquivos foram salvas no computador pessoal e variavam de tamanho entre 150 e 250 Mb. As TCs foram solicitadas aos pacientes pr-operatoriamente e foram realizadas em diferentes equipamentos "multi-slice". Os exames apresentavam cortes que variavam entre 0,5 e 1,3 mm de espessura.

Os arquivos prprios (DICOMS) das referentes TCs foram reconstrudos com programa de computador Intage Realia, verso 2009, 0, 0, 702 (KGT Inc, Japo), utilizando-se computador pessoal com sistema operacional Microsoft Windows 7 (Figura 1).

Utilizamos as seguintes ferramentas. O programa est na lngua inglesa, entretanto traduzimos as ferramentas para o Portugus para melhor compreenso.

1) Reconstruo multiplanar (multiplanar reconstruction): os arquivos DICOM originais das tomografias computadorizadas so em plano axial. Utilizando esta ferramenta, criamos as reconstrues coronais e sagitais, com imagens bem definidas (Figura 2). A isto chamamos de reconstruo triplanar ou multiplanar, que so comumente utilizadas nas estaes de trabalho de radiologistas ou em navegadores cirrgicos para diagnstico e orientao cirrgica. Entretanto, estas reconstrues multiplanares no ofereciam visualizao 3D e j so popularmente utilizadas para o planejamento pr-operatrio de pacientes.

2) Controle de contraste, brilho, sombras e segmentao: o "shaded surface displays" uma ferramenta que controla o brilho, contraste e sombras das imagens geradas a partir dos arquivos DICOM. A alterao destes parmetros possibilita a criao de imagens com diferentes janelas, o que pode facilitar a identificao de tecidos sseos e partes moles. O trabalho foi realizado a partir das densidades dos tecidos e nos permitiu marcar e colorir manualmente ou automaticamente (em reas principalmente de densidade area) regies com densidades sseas, areas e de partes moles (doenas). Esta ferramenta de segmentao tambm foi importante para suprimir estas reas de doena para que pudssemos ter visualizao adequada da regio estudada.

3) Renderizao de volume (Volume rendering): as imagens geradas a partir de arquivos DICOM foram transformadas em volume 3D (Figura 3) que poderia ser rotacionado em qualquer plano e "dissecado" virtualmente utilizando-se ferramenta de corte, que poderia tambm ser em qualquer plano, direo ou angulao, dependendo apenas de ajustes realizados pelo operador do programa de computador. Utilizamos com frequncia esta ferramenta. O volume criado a partir dos arquivos DICOM foi rotacionado para o ngulo que fosse compatvel com a apresentao do paciente cirurgia. A partir deste plano, disseces eram realizadas pelo volume tanto no sentido superior, quanto inferior, j com as densidades das reas sseas, areas e partes moles marcadas com diferentes cores. Isto nos possibilitou uma visualizao 3D da regio do recesso do seio frontal, permitindo um estudo detalhado dos possveis canais de drenagem do seio frontal.

4) "Fly through": esta ferramenta nos permitiu uma movimentao dentro do volume criado, simulando uma imagem endoscpica ou uma endoscopia virtual (Figura 4). A partir de comandos no programa de computador selecionando a opo VE (virtual endoscopy) obtemos uma visualizao endoscpica das configuraes dos stios do recesso frontal. Em pacientes com menos doena no seio frontal (edema de mucosa, dentre outras) foi mais fcil e conseguimos realizar esta tarefa em menos tempo, pois no precisamos segmentar e/ou suprimir reas de doena.

Fazendo a endoscopia virtual foi importante manter uma orientao que deveria ser a mesma daquela utilizada nas cirurgias endoscpicas ou endoscopias reais.

As ferramentas disponveis neste programa permitiam tambm a movimentao da cmera virtual e mudanas em sua angulao, para que pudssemos passar por espaos pequenos, o que no seria possvel com endoscpios reais.

O ponto de incio para a endoscopia virtual ("fly through") foi regio do meato mdio, entre o processo uncinado, bolha etmoidal e corneto mdio. Aps este posicionamento inicial, o campo de viso era movido superiormente no sentido do recesso do seio frontal. medida que amos avanando, vrios orifcios aparentes apareciam. Mapeamos esta configurao de stios e capturamos a tela para compararmos viso endoscpica obtida em cirurgias reais.

Aps este estudo da reconstruo 3D, a cirurgia foi realizada e armazenada digitalmente. As imagens endoscpicas reais da regio do recesso e seio frontal foram comparadas com as imagens geradas a partir do computador pessoal para avaliar a semelhana.


RESULTADOS

A reconstruo 3D e a endoscopia virtual foram realizadas em todos os 10 pacientes que posteriormente foram submetidos cirurgia endoscpica nasossinusal do recesso e seio frontal.

As imagens geradas no computador apresentavam grande semelhana visual com as imagens encontradas nas cirurgias reais (Figuras 5, 6 e 7).

Estas reconstrues foram realizadas sem maiores dificuldades tcnicas em computador pessoal, utilizando-se programa prprio para leitura e edio de arquivos DICOM.



Figura 1. Imagem da tela dos comandos do software utilizado.




Figura 2. Imagem capturada da tela do computador com programa mostrando reconstrues coronais e sagitais, ou seja, as imagens nos trs planos (triplanares), porm em 2D.




Figura 3. Imagem da tela do computador com programa mostrando renderizao de volume 3D. Nas elipses roxas se visualizam os comandos para "disseco" virtual, cortes livres ("free cuts"), alm de controles para rotao e orientao deste volume 3D. Note elipse amarela com comandos para seleo (que pode ser manual ou automtica) de reas tanto nas reconstrues 2D, quanto nas reconstrues de volume 3D, para posterior segmentao e/ou supresso de algumas densidades.




Figura 4. Imagem mostrando exemplo de endoscopia virtual, no comando VE. Note possibilidade de navegao ("fly through") e diferentes angulaes da imagem (que pode variar de 30 at 120 graus).




DISCUSSO

O padro dos orifcios presentes na rea do recesso frontal muito varivel e a localizao exata da drenagem natural deste seio no facilmente determinada pelos tradicionais cortes anatmicos bidimensionais encontrados em uma TC (axial, coronal e sagital) (7,9,11,12).

Em casos de doena extensa isto se torna mais difcil ainda. Com a reconstruo 3D a partir dos arquivos prprios da TC dos pacientes conseguimos realizar um "mapa" virtual da regio do recesso do seio frontal, avaliando a configurao dos stios e o caminho correto para a drenagem natural do seio frontal. Entretanto, nestes casos em que encontramos doenas muito extensas na regio do seio e recesso frontal, a identificao do correto caminho de drenagem do seio frontal foi difcil, mesmo com as reconstrues 3D, visto que para a realizao das endoscopias virtuais necessrio alguma presena de ar nas cavidades para uma melhor orientao e navegao. Nestes casos, fomos guiados diretamente pela parte ssea ou utilizamos ferramentas especiais para renderizao e supresso da rea destas doenas.

Para a correta localizao da regio do recesso do seio frontal comeamos tentando identificar o Agger Nasi, que estava presente em todos os casos estudados e reconstrudos. Esta tipicamente a primeira clula etmoidal vista no plano coronal no sentido ntero-posterior e tipicamente confluente com o processo uncinado (12).

O segundo passo foi selecionar o ponto de vista endoscpico do software com a orientao correta, ou seja, a mesma utilizada nas cirurgias tradicionais, para a rea entre o processo uncinado, a bolha etmoidal e o corneto mdio. A partir deste ponto, movemos o campo de viso no sentido superior para o seio frontal e mapeamos a configurao dos stios, para que pudssemos saber em qual orifcio se encontrava a drenagem natural do seio frontal.

Anteriormente havamos tentado a localizao do caminho de drenagem natural do seio frontal atravs dos cortes comuns (2D) de tomografias computadorizadas. Entretanto, mesmo tentando relacionar imagens em planos axial, coronal e sagital, encontramos alguma dificuldade na localizao exata do caminho de drenagem natural do seio frontal.

Vale ressaltar que estas reconstrues 3D a partir de arquivos DICOMS prprios das TCs dos pacientes tambm podem ser realizadas em outros computadores pessoais com outro sistema operacional, como o MacintoshTM, da AppleTM, em programa prprio denominado OsiriXTM, tambm sendo possvel realizao de otoscopias virtuais e planejamento pr-operatrio para cirurgias de laringe e de ouvido.



Figura 5. Comparao de imagem de endoscopia real com endoscopia virtual. A: endoscopia real (instrumento de 30 graus) da regio do recesso do seio frontal esquerdo. Cm: corneto mdio; be: bolha etmoidal; pmo: parede medial da rbita. B: endoscopia virtual da mesma regio. Note semelhana das imagens.




Figura 6. Comparao de imagem de endoscopia real com endoscopia virtual. A: endoscopia real (instrumento de 30 graus) da regio do recesso do seio frontal esquerdo. Cm: corneto mdio; pmo: parede medial da rbita. B: endoscopia virtual da mesma regio. Note semelhana das imagens.




Figura 7. Comparao de imagem de endoscopia real com endoscopia virtual. A: endoscopia real (instrumento de 45 graus) da regio do seio frontal (SF) esquerdo da paciente aps a abertura. BC: base do crnio na regio do ngulo fronto-etmoidal. B: endoscopia virtual da mesma regio. Note semelhana das imagens.




CONCLUSO

Demonstramos a possibilidade, com ferramentas relativamente simples e computador pessoal, de se gerar reconstrues 3D e endoscopias virtuais a partir de arquivos DICOM de TC de pacientes. Nestes pacientes submetidos cirurgia com o estudo da reconstruo 3D previamente, o seio frontal foi acessado em todos os casos. Entretanto, vale ressaltar, que no realizamos estudos comparativos com grupo de pacientes em que no foi realizada reconstruo 3D.

O conhecimento pr-operatrio da localizao do caminho de drenagem natural do seio frontal pode vir a gerar benefcios significativos durante a realizao das cirurgias tais como menor tempo cirrgico e maior segurana aos pacientes. Entretanto vale ressaltar que mais estudos devem ser desenvolvidos para a avaliao do real papel destas reconstrues 3D e endoscopias virtuais.


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1 Graduao em Medicina. Residente de 3a. Ano de Otorrinolaringologia do Hospital Geral de Fortaleza - HGF.
2 Ttulo de Especialista em Otorrinolaringologia pela ABORL-CCF. Diretor Sinus Centro Mdico Otorrinolaringologista do Hospital Geral de Fortaleza - HGF.
3 Graduao em Medicina. Residente de 2a. Ano de Otorrinolaringologia do Hospital Geral de Fortaleza - HGF.
4 Graduao em Medicina. Residente de 1a. Ano de Otorrinolaringologia do Hospital Geral de Fortaleza - HGF.

Instituio: Hospital Geral de Fortaleza - HGF & Sinus Centro. Fortaleza / CE - Brasil. Endereo para correspondnica: Joo Flvio Nogueira - Avenida Pontes Vieira, 2531 - Bairro: So Joo do Tauape - Fortaleza / CE - Brasil - Telefone: (+55 85) 8152-2322 - http://www.sinuscentro.com.br - E-mail: joaoflavioce@hotmail.com

Artigo recebido em 1 de Setembro de 2010. Artigo aprovado em 7 de Outubro de 2010.
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