Компьютерная хирургия - Computer-assisted surgery

Компьютерная хирургия
МКБ-9-СМ00.3

Компьютерная хирургия (CAS) представляет собой хирургическую концепцию и набор методов, использующих компьютерные технологии для хирургическое планирование, а также для направления или выполнения хирургических вмешательств. CAS также известен как компьютерная хирургия, компьютерное вмешательство, хирургия под визуальным контролем, цифровая хирургия и хирургическая навигация, но это термины, которые более или менее синоним с CAS. CAS была ведущим фактором в развитии роботизированная хирургия.

Общие принципы

Сбор изображений («сегментация») на рабочей станции LUCAS

Создание виртуального образа пациента

Самым важным компонентом CAS является создание точной модели пациента. Это можно сделать с помощью ряда медицинская визуализация технологии, включая CT, МРТ, рентгеновские лучи, УЗИ плюс многое другое. Для создания этой модели анатомическая область, которую необходимо оперировать, должна быть отсканирована и загружена в компьютерную систему. Можно использовать несколько методов сканирования, объединяя наборы данных с помощью слияние данных техники. Конечная цель - создание 3D набор данных 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 привести к неточности. Примерный набор данных может включать сбор данных, скомпилированных с помощью 180 CT-срезов, расположенных на расстоянии 1 мм друг от друга, каждый из которых имеет размер 512 на 512 пиксели. Контрасты набора 3D-данных (с его десятками миллионов пиксели ) 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 согласовать виртуальный набор данных с реальным пациентом во время операции. Видеть регистрация пациентов.

Анализ и обработка изображений

Анализ изображений включает в себя манипуляции с трехмерной 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.

Хирургическая навигация

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 о расположении инструмента, которую обеспечивает система, особенно полезна в ситуациях, когда хирург не может фактически видеть кончик инструмента, например, при минимально инвазивных операциях.

Роботизированная хирургия

Основная статья: 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: контролируемое наблюдение, телехирургия и совместная хирургия. контроль.[2] В системе с диспетчерским управлением процедура выполняется исключительно роботом, который выполняет заранее запрограммированные действия. Телехирургическая система, также известная как удаленная хирургия, требует от хирурга манипулировать роботизированными руками во время процедуры, а не позволять роботизированным манипуляторам работать по заранее заданной 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 были впервые 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: позвоночник процедуры с использованием систем навигации и робототехники. Текущие доступные навигационные системы включают Medtronic Стелс, BrainLab, 7D хирургический, и Страйкер; текущие доступные робототехнические системы включают Mazor Ренессанс, MazorX, Глобус Excelsius GPS и Brainlab Cirq.[3]

Компьютерная челюстно-лицевая хирургия

Навигация по костному сегменту это современный хирургический подход в ортогнатическая хирургия (исправление аномалий челюстей и черепа), в височно-нижнечелюстной сустав (ВНЧС) хирургия или реконструкция средней части лица и орбита.[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. Протезная 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, получают пользу 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 проводится 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 прикрепляются 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 применением 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 минимальными хирургическими вмешательствами. 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 кости. Доступ к челюсти теперь возможен только через гильзы, встроенные в хирургический шаблон. С помощью специальных боров через рукава удаляют слизистую. 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 будет снять.

С помощью регистрационного шаблона абатменты могут быть прикреплены к имплантатам в определенном положении. Одновременно следует подключать не менее пары абатментов, чтобы избежать 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 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 коррекции, такие как полировка или заполнение вторичных коронок. Новый протез устанавливается с использованием конструкции коронок с двойным конусом телескопа. 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 не требуется отражения мягких тканей. Пациент испытывает меньше кровотечений, отеков и дискомфорта. Также избегаются такие осложнения, как травмы соседних структур. Использование трехмерной визуализации 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 возможно 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 КАС 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] Для использования в хирургии среднего уха в некоторой степени применялась роботизированная хирургия, поскольку требовалась высокая точность действий.[6]

Компьютерная ортопедическая хирургия (CAOS)

Применение роботизированной хирургии широко распространено в ортопедии, особенно при рутинных вмешательствах, таких как общее замена бедра[7] или же ножка установка винта при спондилодезе.[8] Это также полезно для предварительного планирования и определения правильного анатомического положения смещенных костных фрагментов при переломах, обеспечивая хорошую фиксацию остеосинтез, особенно для испорченный кости. Ранние системы CAOS включают HipNav, ОртоПилот, и Праксим. В последнее время мини-оптические средства навигации называются Intellijoint HIP были разработаны для процедур артропластики бедра.[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 колецистэктомия 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. Предоперационная МРТ или КТ используется для планирования процедуры. Предоперационные изображения, модели или информация о планировании могут быть зарегистрированы на интраоперационном рентгеноскопическом изображении для управления процедурами.

Компьютерная радиохирургия

Радиохирургия также включает в себя передовые роботизированные системы. Кибер-нож представляет собой такую ​​систему, в которой на манипуляторе 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 предоперационном периоде. виртуальная среда. 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 управление улучшает геометрическую точность хирургических жестов, а также снижает избыточность действий хирурга. Это значительно улучшает эргономичность в операционной снижает риск хирургических ошибок и сокращает время работы.

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.[13] Еще один недостаток - размер систем. Эти системы имеют относительно большие размеры. Это важный недостаток в сегодняшних и без того переполненных операционных. И хирургической бригаде, и роботу может быть сложно поместиться в операционной.[13]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Mischkowski RA, Zinser MJ, Ritter L, Neugebauer J, Keeve E, Zoeller JE (2007b) Интраоперационная навигация в челюстно-лицевой области на основе 3D-изображений, полученных с помощью устройства с коническим лучом. Int J Oral Maxillofac Surg 36: 687-694.
  2. ^ Бэйл Р.Дж., Мельцер А. и др .: Робототехника для интервенционных процедур. Информационный бюллетень Европейского общества сердечно-сосудистой и интервенционной радиологии, 2006 г.
  3. ^ 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. Дои:10.21037 / jss.2019.02.04. ЧВК  6465454. PMID  31032450.
  4. ^ Мармулла Р., Нидерделманн Х: Компьютерная навигация по костному сегменту. J Cranio-Maxillofac Surg 26: 347-359, 1998
  5. ^ Хирургическая малоинвазивная эндоназальная резекция опухоли
  6. ^ Берлингер NT:Роботизированная хирургия - втискивание в труднодоступные места. Медицинский журнал Новой Англии, 354: 2099-2101, 2006 г.
  7. ^ Хаакер Р.Г., Штокхайм М., Камп М., Профф Дж., Брайтенфельдер Дж., Оттерсбах А: Компьютерная навигация повышает точность размещения компонентов при тотальном артропластике коленного сустава. Clin Orthop Relat Res 433: 152-9, 2005
  8. ^ Manbachi A, Cobbold RS, Ginsberg HJ: «Установка транспедикулярного винта по шаблонам: методы и обучение». Spine J. 2014 Январь; 14 (1): 165-79.
  9. ^ Папроски WG, 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.
  10. ^ Мунтенер М., Урсу Д., Патрисиу А., Петрисор Д., Стоянович Д.: Роботизированная хирургия простаты. Эксперт Rev Med Devices 3 (5): 575-84
  11. ^ Гийонно, Бертран: Что такое робототехника в урологии? Текущая точка зрения. Европейская урология. 43: 103-105 2003
  12. ^ Швейкард А., Шиоми Х. и Адлер Дж. (2004). Отслеживание дыхания в радиохирургии. Медицинская физика, 31 (10), 2738-2741.
  13. ^ а б Ланфранко, Энтони. «Роботизированная хирургия: современные перспективы».
  14. ^ "ASL: интраоперационное моделирование сдвига мозга".

внешняя ссылка

СМИ, связанные с Компьютерная хирургия в Wikimedia Commons