VISE 팀은 신장 결석을 더 잘 치료하기 위해 3D 내비게이션 시스템을 개발하기 위해 노력하고 있습니다.

질 클렌딩닝

Vanderbilt Institute for Surgery and Engineering(VISE)의 다학제 팀은 신장 결석 수술 후 남겨진 잔여 결석 조각을 줄이기 위한 실시간 탐색 시스템을 만들기 위해 노력하고 있습니다.

미국에서 매년 내시경 신장 결석 제거를 받는 100,000명의 환자 중 25%는 20개월 이내에 재결석 수술을 받아야 합니다. 이는 거의 항상 남겨진 돌 조각으로 인해 발생하며, 이는 요관 폐쇄, 요로 감염 및 신장 손상으로 이어질 수 있습니다. 국립 신장 재단(National Kidney Foundation)에 따르면, 10명 중 1명은 일생 중 언젠가는 신장 결석을 앓게 될 것으로 추정됩니다.

Vanderbilt University Medical Center의 비뇨기과 조교수이자 공동 연구 책임자인 Nicholas Kavoussi 박사는 "우리는 신장 결석 환자의 수술 치료를 변화시키기를 희망합니다"라고 말했습니다. “내시경 결석 수술을 위해서는 외과 의사가 모든 신장 결석을 찾기 위해 전체 신장 수집 시스템을 시각화해야 하며 여기에는 많은 어려움이 있습니다. 수술 중 혈액이나 잔해로 인해 이미 제한된 시야가 가려질 수 있습니다. 또한, 신장 수집 시스템을 성공적으로 탐색하려면 외과의사가 수술 전 2D 컴퓨터 단층촬영(CT) 이미지로부터 환자 해부학의 3D 모델을 정신적으로 생성해야 합니다.

“수술 과정에서 신장 결석이 파편화되고 흩어질 수 있어 수술 중 추적이 더욱 복잡해집니다. 우리는 결석 수술 중 내비게이션 시스템이 결석 없는 비율을 향상시켜 재발 수술과 잔여 파편으로 인한 합병증을 줄일 수 있다고 믿습니다.”

환자의 수술 전 영상의 3D 모델을 오버레이하고 수술 중에 이를 업데이트함으로써 결과 내비게이션 지도를 통해 외과 의사는 결석과 결석 조각을 보다 정확하게 추적할 수 있습니다. 최초의 항법 시스템은 일반적으로 먼지로 간주되는 크기인 직경 250마이크로미터 미만의 돌 조각을 식별한 후 제거하여 향후 문제를 완화할 수 있을 것으로 예상됩니다. 내비게이션 시스템은 기존 내시경 수술용 카메라와 함께 작동하도록 설계되어 사용 중인 모든 수술 시스템과 통합될 수 있습니다.

공동 연구 책임자인 Ipek Oguz 박사는 Vanderbilt University 컴퓨터 과학과 조교수로 의료 영상 분할을 위한 기계 학습/딥 러닝 방법의 전문가입니다. 그녀와 그녀의 팀은 연구 중에 얻은 비디오와 이미지를 분석하여 새로운 시스템의 효율성과 환자 결과에 미치는 영향을 판단할 것입니다.

Oguz는 "2년간의 연구를 통해 우리는 내비게이션 시스템 유무에 관계없이 신장 결석 제거 수술의 결과를 평가하기 위한 대규모 다기관 시험을 정당화하는 데 필요한 데이터를 수집할 것으로 기대합니다"라고 말했습니다. "또한 우리 시스템은 일반화 가능하므로 자동화된 추적 및 비디오 분할 시스템을 개발하는 미래의 연구자들이 잠재적으로 다른 내시경 수술에 대한 우리의 기본 접근 방식을 적용할 수 있습니다."

비뇨기과에서는 신장결석 진료를 활발하게 진행하고 있으며 매주 60명 이상의 신장결석 환자를 진료하고 있습니다. 이 지역에서 VUMC는 복합 신장 결석 환자를 위한 3차 진료 의뢰 센터 역할을 합니다.

Kavoussi는 “잔존 신장 결석 조각이 합병증을 유발할 때 반복 수술이 환자에게 미치는 영향을 직접 목격했습니다.”라고 말했습니다. “그들은 대개 좌절감을 느끼고 종종 고통을 느끼며, 그들이 가장 원하는 것은 또 다른 시술입니다. 여기에 직장과 일상 활동에서 잃어버린 시간을 추가하면 이것이 우리가 해결해야 하는 외과적 과제인 이유를 쉽게 알 수 있습니다.”

VISE는 엔지니어와 의사 간의 상호 작용과 교류를 촉진하도록 설계된 학제 간, 기관 간 구조입니다. 그 임무는 중재 과정과 그 결과를 촉진하도록 설계된 방법, 장치, 알고리즘 및 시스템의 생성, 개발, 구현, 임상 평가 및 번역입니다.

이 연구는 국립 당뇨병, 소화기 및 신장 질환 연구소(R21DK133742)의 지원을 받습니다. VISE는 예비 연구 수행에 활용된 Kavoussi 및 Oguz에 대한 상주 의사 상을 통해 이 프로젝트에 대한 초기 지원을 제공했습니다.