Компьютерная хирургия ( CAS ) представляет собой хирургическую концепцию и набор методов, в которых используются компьютерные технологии для хирургического планирования , а также для руководства или выполнения хирургических вмешательств. CAS также известен как компьютерная хирургия , компьютерное вмешательство , хирургия под визуальным контролем , цифровая хирургия и хирургическая навигация , но эти термины более или менее синонимичны CAS. CAS была ведущим фактором в развитии роботизированной хирургии .
Компьютерная хирургия | |
---|---|
МКБ-9-СМ | 00.3 |
Общие принципы
Создание виртуального образа пациента
Наиболее важным компонентом CAS является создание точной модели пациента. Это может быть выполнено с помощью ряда технологий медицинской визуализации, включая КТ , МРТ , рентген , ультразвук и многие другие. Для создания этой модели необходимо просканировать анатомическую область и загрузить ее в компьютерную систему. Можно использовать несколько методов сканирования с объединением наборов данных с помощью методов слияния данных . Конечная цель - создание набора данных 3D, который воспроизводит точное геометрическое положение нормальных и патологических тканей и структур этой области. Из доступных методов сканирования предпочтительнее КТ [1], поскольку известно, что наборы данных МРТ имеют объемные деформации, которые могут приводить к неточностям. Примерный набор данных может включать в себя сбор данных, скомпилированных с помощью 180 CT-срезов, расположенных на расстоянии 1 мм друг от друга, каждый из которых имеет размер 512 на 512 пикселей . Контрасты набора 3D-данных (с его десятками миллионов пикселей ) обеспечивают детализацию структур мягких и твердых тканей и, таким образом, позволяют компьютеру различать и визуально разделять для человека различные ткани и структуры. Данные изображения, полученные от пациента, часто будут включать в себя преднамеренные ориентиры, чтобы впоследствии можно было повторно сопоставить виртуальный набор данных с реальным пациентом во время операции. См. Регистрацию пациентов .
Анализ и обработка изображений
Анализ изображений включает в себя манипуляции с 3D-моделью пациента для извлечения соответствующей информации из данных. Используя различные уровни контрастности различных тканей на изображении, в качестве примеров, модель можно изменить, чтобы показать только твердые структуры, такие как кость, или просмотреть поток артерий и вен через мозг.
Диагностика, предоперационное планирование, хирургическое моделирование
Используя специализированное программное обеспечение, собранный набор данных может быть визуализирован как виртуальная 3D-модель пациента, с помощью которой хирург может легко манипулировать этой моделью для получения изображений под любым углом и на любой глубине в пределах объема. Таким образом хирург может лучше оценить случай и установить более точный диагноз. Кроме того, хирургическое вмешательство будет планироваться и моделироваться виртуально до того, как будет проведена фактическая операция (компьютерное моделирование хирургии [CASS]). Используя специальное программное обеспечение, хирургический робот будет запрограммирован на выполнение запланированных действий во время фактического хирургического вмешательства.
В компьютерной хирургии фактическое вмешательство определяется как хирургическая навигация. Используя хирургическую систему навигации, хирург использует специальные инструменты, которые отслеживаются навигационной системой. Положение отслеживаемого инструмента по отношению к анатомии пациента показано на изображениях пациента, когда хирург перемещает инструмент. Таким образом, хирург использует систему для «навигации» по местоположению инструмента. Обратная связь, которую система обеспечивает о расположении инструмента, особенно полезна в ситуациях, когда хирург не может фактически видеть кончик инструмента, например, при минимально инвазивных операциях.
Роботизированная хирургия
Роботизированная хирургия - это термин, используемый для обозначения взаимосвязанных действий хирурга и хирургического робота (который был запрограммирован на выполнение определенных действий во время процедуры предоперационного планирования). Хирургический робот - это механическое устройство (обычно похожее на роботизированную руку), управляемое компьютером. Роботизированную хирургию можно разделить на три типа, в зависимости от степени взаимодействия хирурга во время процедуры: контролируемая, телехирургическая и коллективно-контролируемая. [2] В системе с диспетчерским управлением процедура выполняется исключительно роботом, который выполняет заранее запрограммированные действия. Телехирургическая система, также известная как дистанционная хирургия , требует от хирурга манипулировать роботизированными руками во время процедуры, а не позволять роботизированным манипуляторам работать по заранее определенной программе. В системах с совместным управлением хирург выполняет процедуру с помощью робота, который предлагает устойчивые манипуляции с инструментом. В большинстве роботов режим работы можно выбрать для каждого отдельного вмешательства, в зависимости от сложности операции и специфики случая.
Приложения
Компьютерная хирургия - это начало революции в хирургии. Он уже имеет большое значение в высокоточных хирургических областях, но он также используется в стандартных хирургических процедурах.
Компьютерная нейрохирургия
Телеманипуляторы впервые были использованы в нейрохирургии в 1980-х годах. Это позволило еще больше развить микрохирургию головного мозга (компенсировать физиологический тремор хирурга в 10 раз), повысить точность и точность вмешательства. Это также открыло новые возможности для минимально инвазивной хирургии головного мозга, а также снизило риск послеоперационных осложнений за счет предотвращения случайного повреждения соседних центров.
Компьютерная нейрохирургия также включает операции на позвоночнике с использованием систем навигации и робототехники. Доступные в настоящее время системы навигации включают Medtronic Stealth, BrainLab , 7D Surgical и Stryker ; Существующие системы роботизированных включают Мазор ренессанс, MazorX, Globus Excelsius GPS и BrainLAB Cirq. [3]
Компьютерная челюстно-лицевая хирургия
Навигация по костному сегменту - это современный хирургический подход в ортогнатической хирургии (коррекция аномалий челюстей и черепа), в хирургии височно-нижнечелюстного сустава (ВНЧС) или при реконструкции средней части лица и орбиты . [4]
Он также используется в имплантологии, где можно увидеть доступную кость, а положение, угол наклона и глубину имплантатов можно смоделировать до операции. Во время операции хирург руководствуется визуальными и звуковыми сигналами. IGI (Image Guided Implantology) - одна из навигационных систем, использующих эту технологию.
Управляемая имплантология
Новые терапевтические концепции, такие как управляемая хирургия, разрабатываются и применяются при установке дентальных имплантатов. Ортопедическая реабилитация также планируется и проводится параллельно с хирургическими вмешательствами. Шаги планирования находятся на переднем плане и выполняются в сотрудничестве хирурга, стоматолога и зубного техника. Пациенты с отсутствием зубов, одной или обеих челюстей, выигрывают от сокращения времени лечения.
Что касается беззубых пациентов, обычная опора зубного протеза часто оказывается под угрозой из-за умеренной атрофии кости, даже если зубные протезы построены на основе правильной анатомической морфологии.
С помощью компьютерной томографии с коническим лучом выполняется сканирование пациента и существующего протеза. Кроме того, сканируется только протез. Стеклянные жемчужины определенного диаметра помещаются в протез и используются как ориентиры для предстоящего планирования. Полученные данные обрабатываются и определяется положение имплантатов. Хирург, используя специально разработанное программное обеспечение, планирует имплантаты на основе ортопедических концепций с учетом анатомической морфологии. После завершения планирования хирургической части создается хирургический шаблон CAD / CAM для установки зубов. Хирургическая шина на слизистой оболочке обеспечивает точное размещение имплантата в пациенте. Параллельно с этим этапом создается новый протез с опорой на имплант.
Зубной техник, используя данные, полученные в результате предыдущих сканирований, создает модель, представляющую ситуацию после установки имплантата. Ортопедические составы, абатменты уже изготовлены заводским способом. Можно выбрать длину и наклон. Абатменты присоединяются к модели в положении, соответствующем ортопедической ситуации. Регистрируется точное положение абатментов. Теперь зубной техник может изготовить протез.
Подгонка хирургической шины подтверждена клинически. После этого шина прикрепляется с помощью трехточечной системы опорных штифтов. Перед установкой рекомендуется промыть химическим дезинфицирующим средством. Штифты проходят через определенные оболочки от вестибулярной до оральной стороны челюсти. Следует учитывать анатомию связок, и при необходимости можно добиться декомпенсации с минимальным хирургическим вмешательством. Правильная подгонка шаблона имеет решающее значение и должна поддерживаться на протяжении всего лечения. Независимо от упругости слизистой оболочки, правильное и стабильное прикрепление достигается за счет фиксации костей. Доступ к челюсти теперь возможен только через гильзы, встроенные в хирургический шаблон. С помощью специальных боров через рукава удаляется слизистая оболочка. Каждый используемый бор имеет втулку, совместимую с втулками в шаблоне, что обеспечивает достижение конечного положения, но невозможность дальнейшего продвижения альвеолярного гребня. Дальнейшая процедура очень похожа на традиционную установку имплантата. Пилотное отверстие просверливается, а затем расширяется. Окончательно устанавливаются имплантаты с помощью шины. После этого шину можно снимать.
С помощью регистрационного шаблона абатменты могут быть прикреплены и присоединены к имплантатам в определенном положении. Одновременно следует подключать не менее пары абатментов, чтобы избежать каких-либо расхождений. Важным преимуществом этой техники является параллельное расположение абатментов. Радиологический контроль необходим для проверки правильности установки и соединения имплантата и абатмента.
На следующем этапе абатменты закрываются золотыми коническими колпачками, которые представляют собой вторичные коронки. При необходимости переход золотых колпачков на слизистую оболочку можно изолировать с помощью колец из резины.
Новый протез соответствует обычному полному протезу, но в его основе есть полости, позволяющие установить вторичные коронки. Протез контролируется в терминальном положении и при необходимости корректируется. Полости заполняются самоотверждающимся цементом, и протез устанавливается в конечное положение. После процесса самоотверждения золотые колпачки окончательно фиксируются в полостях протеза, и теперь протез можно отсоединить. Излишки цемента могут быть удалены, и могут потребоваться некоторые исправления, такие как полировка или заполнение вторичных коронок. Новый протез устанавливается с использованием конструкции телескопических двуконусных коронок. В конечном положении протез застегивается на абатментах, чтобы обеспечить надежную фиксацию.
На этом же сидении пациенту устанавливают имплантаты и протез. Промежуточный протез не требуется. Объем операции сведен к минимуму. Из-за наложения шины отражение мягких тканей не требуется. Пациент испытывает меньше кровотечений, отеков и дискомфорта. Также избегаются такие осложнения, как травмы соседних структур. Использование 3D-изображений на этапе планирования обеспечивает надежную связь между хирургом, стоматологом и зубным техником, а любые проблемы можно легко обнаружить и устранить. Каждый специалист сопровождает все лечение, и можно наладить взаимодействие. Поскольку конечный результат уже спланирован и все хирургические вмешательства проводятся в соответствии с первоначальным планом, возможность любого отклонения сведена к минимуму. Учитывая эффективность первоначального планирования, вся продолжительность лечения короче любых других лечебных процедур.
Компьютерная ЛОР-хирургия
Хирургия под визуальным контролем и CAS в ЛОР обычно состоят из навигации по данным предоперационного изображения, таким как КТ или КТ с коническим лучом, чтобы помочь найти или избежать анатомически важных областей, таких как зрительный нерв или отверстие в лобных пазухах. [5] Роботизированная хирургия применялась в хирургии среднего уха, поскольку требовалась высокая точность действий. [6]
Компьютерная ортопедическая хирургия (CAOS)
Применение роботизированной хирургии широко распространено в ортопедии, особенно при рутинных вмешательствах, таких как полная замена тазобедренного сустава [7] или установка транспедикулярного винта во время спондилодеза. [8] Это также полезно для предварительного планирования и определения правильного анатомического положения смещенных костных фрагментов при переломах, обеспечивая хорошую фиксацию путем остеосинтеза , особенно для неправильно ротационных костей. Ранние системы CAOS включают HipNav , OrthoPilot и Praxim. Недавно для процедур артропластики бедра были разработаны мини-оптические средства навигации под названием Intellijoint HIP . [9]
Компьютерная висцеральная хирургия
С появлением компьютерной хирургии большой прогресс был достигнут в общей хирургии в направлении минимально инвазивных подходов. Лапароскопия в абдоминальной и гинекологической хирургии является одним из преимуществ, позволяя хирургическим роботам выполнять рутинные операции, такие как холецистэктомия или даже гистерэктомия. В кардиохирургии общие системы управления могут выполнять замену митрального клапана или желудочковую стимуляцию с помощью небольших торакотомий. В урологии хирургические роботы способствовали лапароскопическим доступам для пиелопластики, нефрэктомии или вмешательств на предстательной железе. [10] [11]
Компьютерные кардиологические вмешательства
Применения включают фибрилляцию предсердий и сердечную ресинхронизирующую терапию. Для планирования процедуры используется предоперационная МРТ или КТ. Предоперационные изображения, модели или информация о планировании могут быть зарегистрированы на интраоперационном рентгеноскопическом изображении для управления процедурами.
Компьютерная радиохирургия
Радиохирургия также включает передовые роботизированные системы. CyberKnife - это такая система, в которой на манипуляторе робота установлен легкий линейный ускоритель. Его направляют на опухолевые процессы с использованием структур скелета в качестве системы отсчета (система стереотаксической радиохирургии). Во время процедуры рентгеновские лучи в реальном времени используются для точного позиционирования устройства перед подачей луча излучения. Робот может компенсировать дыхательное движение опухоли в режиме реального времени. [12]
Преимущества
CAS начинается с предпосылки гораздо лучшей визуализации операционного поля, что позволяет проводить более точную предоперационную диагностику и четко определенное хирургическое планирование за счет использования хирургического планирования в предоперационной виртуальной среде . Таким образом, хирург может легко оценить большинство хирургических трудностей и рисков и иметь четкое представление о том, как оптимизировать хирургический подход и снизить хирургическую заболеваемость. Во время операции компьютерное руководство улучшает геометрическую точность хирургических жестов, а также снижает избыточность действий хирурга. Это значительно улучшает эргономику операционной, снижает риск хирургических ошибок, сокращает время операции и улучшает хирургический результат. [13]
Недостатки
У компьютерной хирургии есть несколько недостатков. Стоимость многих систем исчисляется миллионами долларов, что делает их крупными инвестициями даже для крупных больниц. Некоторые люди считают, что усовершенствования технологий, такие как тактильная обратная связь, увеличение скорости процессора и более сложное и функциональное программное обеспечение, повысят стоимость этих систем. [14] Еще один недостаток - размер систем. Эти системы занимают относительно большие площади. Это важный недостаток в сегодняшних и без того переполненных операционных. И хирургической бригаде, и роботу может быть сложно поместиться в операционной. [14]
Смотрите также
- Advanced Simulation Library [15] - это программное обеспечение для мультифизического моделирования с аппаратным ускорением.
Рекомендации
- ^ Mischkowski RA, Zinser MJ, Ritter L, Neugebauer J, Keeve E, Zoeller JE (2007b) Интраоперационная навигация в челюстно-лицевой области на основе трехмерной визуализации, полученной с помощью устройства с коническим лучом. Int J Oral Maxillofac Surg 36: 687-694.
- ^ Бэйл Р.Дж., Мельцер А. и др .: Робототехника для интервенционных процедур. Информационный бюллетень Европейского общества сердечно-сосудистой и интервенционной радиологии, 2006 г.
- ^ Малхэм, Грегори М; Уэллс-Куинн, Томас (2019). «Что моя больница должна купить дальше? - Руководство по приобретению и применению изображений, навигации и робототехники для хирургии позвоночника» . J Spine Surg . 5 (1): 155–165. DOI : 10,21037 / jss.2019.02.04 . PMC 6465454 . PMID 31032450 .
- ^ Marmulla R, Niederdellmann H: Навигация по сегментам кости с помощью компьютера. J Cranio-Maxillofac Surg 26: 347-359, 1998.
- ^ Хирургическая малоинвазивная эндоназальная резекция опухоли
- ^ Berlinger NT: Роботизированная хирургия - втискивание в труднодоступные места . Медицинский журнал Новой Англии, 354: 2099-2101, 2006 г.
- ^ Haaker RG, Stockheim M, Kamp M, Proff G, Breitenfelder J, Ottersbach A: Компьютерная навигация повышает точность размещения компонентов при тотальном артропластике коленного сустава. Clin Orthop Relat Res 433: 152-9, 2005
- ^ Manbachi A, Cobbold RS, Ginsberg HJ: «Установка транспедикулярного винта по шаблонам: методы и обучение». Спайн Дж. 2014 Январь; 14 (1): 165-79.
- ^ Paprosky РГ, Muir JM. Intellijoint HIP®: мини-оптический инструмент трехмерной навигации для повышения интраоперационной точности во время тотального эндопротезирования тазобедренного сустава. Med Devices (Окл). 2016 18 ноября; 9: 401-408.
- ^ Muntener M, Ursu D, Patriciu A, Petrisor D, Stoianovici D: Роботизированная хирургия простаты. Эксперт Rev Med Devices 3 (5): 575-84
- ^ Гийонно, Бертран: Какие робототехники в урологии? Текущая точка зрения. Европейская урология. 43: 103-105 2003
- ^ Schweikard А., Shiomi, H., и Адлер, J. (2004). Отслеживание дыхания в радиохирургии. Медицинская физика, 31 (10), 2738-2741.
- ^ Патил, Н.Р .; Дхандапани, S; и другие. (Октябрь 2020 г.). «Дифференциальное независимое влияние интраоперационного использования навигационных и угловых эндоскопов на хирургический результат эндоназальной эндоскопии опухолей гипофиза: проспективное исследование» . Neurosurg Ред . DOI : 10.1007 / s10143-020-01416-х . PMID 33089448 .
- ^ а б Ланфранко, Энтони. «Роботизированная хирургия: современные перспективы» .
- ^ "ASL: Интраоперационное моделирование сдвига мозга" .
Внешние ссылки
СМИ, связанные с компьютерной хирургией на Викискладе?