Компьютерная хирургия ( CAS ) представляет собой хирургическую концепцию и набор методов, которые используют компьютерные технологии для хирургического планирования , а также для руководства или выполнения хирургических вмешательств. CAS также известна как компьютерная хирургия , компьютерное вмешательство , хирургия с визуальным контролем , цифровая хирургия и хирургическая навигация , но эти термины являются более или менее синонимами CAS. CAS была ведущим фактором в развитии роботизированной хирургии .
Самым важным компонентом CAS является разработка точной модели пациента. Это может быть выполнено с помощью ряда медицинских технологий визуализации, включая КТ , МРТ , рентген , ультразвук и многое другое. Для создания этой модели анатомическая область, подлежащая операции, должна быть отсканирована и загружена в компьютерную систему. Можно использовать ряд методов сканирования, объединяя наборы данных с помощью методов слияния данных . Конечной целью является создание трехмерного набора данных , который воспроизводит точную геометрическую ситуацию нормальных и патологических тканей и структур этой области. Из доступных методов сканирования предпочтительным является КТ [1], поскольку известно, что наборы данных МРТ имеют объемные деформации, которые могут привести к неточностям. Пример набора данных может включать набор данных, составленных с помощью 180 срезов КТ, которые находятся на расстоянии 1 мм друг от друга, каждый из которых имеет разрешение 512 на 512 пикселей . Контрастность трехмерного набора данных (с его десятками миллионов пикселей ) обеспечивает детализацию структур мягких и твердых тканей, и, таким образом, позволяет компьютеру различать и визуально разделять для человека различные ткани и структуры. Данные изображения, полученные от пациента, часто включают преднамеренные ориентиры, чтобы иметь возможность позже перестроить виртуальный набор данных относительно реального пациента во время операции. См. регистрацию пациента .
Анализ изображений включает в себя манипуляцию 3D-моделью пациента для извлечения соответствующей информации из данных. Используя различные уровни контрастности различных тканей на снимках в качестве примеров, модель может быть изменена для отображения только твердых структур, таких как кость, или для просмотра потока артерий и вен через мозг.
Используя специализированное программное обеспечение, собранный набор данных может быть визуализирован как виртуальная 3D-модель пациента, этой моделью может легко манипулировать хирург, чтобы обеспечить виды с любого угла и на любой глубине в пределах объема. Таким образом, хирург может лучше оценить случай и установить более точную диагностику. Кроме того, хирургическое вмешательство будет спланировано и смоделировано виртуально, до того как произойдет фактическая операция (компьютерное хирургическое моделирование [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 навигационную систему, хирург использует специальные инструменты, которые отслеживаются навигационной системой. Положение отслеживаемого инструмента по отношению к анатомии пациента отображается на изображениях пациента, когда хирург перемещает инструмент. Таким образом, хирург использует систему для «навигации» по местоположению инструмента. Обратная связь, которую система предоставляет по местоположению инструмента, особенно полезна в ситуациях, когда хирург фактически не может видеть кончик инструмента, например, при минимально инвазивных операциях.
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), которое управляется компьютером. Роботизированную хирургию можно разделить на три типа в зависимости от степени взаимодействия хирурга во время процедуры: контролируемая под контролем, телехирургическая и с совместным управлением. [2] В системе с контролируемым под контролем процедура выполняется исключительно роботом, который будет выполнять заранее запрограммированные действия. Телехирургическая система, также известная как дистанционная хирургия , требует, чтобы хирург манипулировал роботизированными руками во время процедуры, а не позволял роботизированным рукам работать по заранее определенной программе. В системах с совместным управлением хирург выполняет процедуру с помощью робота, который обеспечивает устойчивые манипуляции инструментом. В большинстве роботов рабочий режим может быть выбран для каждого отдельного вмешательства в зависимости от хирургической сложности и особенностей случая.
Компьютерная хирургия — это начало революции в хирургии. Она уже вносит большой вклад в области высокоточной хирургии, но также используется в стандартных хирургических процедурах.
Телеманипуляторы впервые были использованы в нейрохирургии в 1980-х годах. Это позволило добиться большего развития в микрохирургии мозга (компенсируя физиологический тремор хирурга в 10 раз), повысить точность и аккуратность вмешательства. Это также открыло новые ворота для малоинвазивной хирургии мозга, кроме того, снизив риск послеоперационных осложнений за счет избежания случайного повреждения соседних центров.
Компьютерная нейрохирургия также включает спинальные процедуры с использованием навигационных и роботизированных систем. Текущие доступные навигационные системы включают Medtronic StealthStation, BrainLab , 7D Surgical, Stryker и Zeta Surgical Zeta; текущие доступные роботизированные системы включают Mazor Renaissance, MazorX, Globus Excelsius GPS и Brainlab Cirq. [3]
Навигация по костным сегментам — это современный хирургический подход в ортогнатической хирургии (коррекция аномалий челюстей и черепа), в хирургии височно-нижнечелюстного сустава (ВНЧС) или при реконструкции средней зоны лица и глазницы . [4]
Он также используется в имплантологии, где можно увидеть имеющуюся кость и смоделировать положение, наклон и глубину имплантатов перед операцией. Во время операции хирург руководствуется визуально и звуковыми сигналами. IGI (Image Guided Implantology) — одна из навигационных систем, использующих эту технологию.
Разрабатываются и применяются новые терапевтические концепции, такие как направленная хирургия при установке зубных имплантатов. Направленная хирургия в области имплантологии в настоящее время описывается как «компьютерная имплантология» (CAIS), которая в настоящее время охватывает три различные технологии: статическую, динамическую и роботизированную. [5] Статическая использует готовые направляющие для прямой остеотомии и установки имплантата, [6] динамическая основана на отслеживании положения сверл в реальном времени с помощью оптической технологии [7], в то время как роботизированная включает установку имплантата автономной роботизированной рукой. [8]
Протезная реабилитация также планируется и выполняется параллельно с хирургическими процедурами. Этапы планирования находятся на переднем плане и выполняются в сотрудничестве хирурга, стоматолога и зубного техника. Пациенты с адентией, как с одной, так и с обеих челюстей, выигрывают, поскольку время лечения сокращается. [ необходима цитата ]
Что касается пациентов с полной адентией, то традиционная поддержка зубных протезов часто оказывается неэффективной из-за умеренной атрофии костной ткани, даже если зубные протезы изготовлены на основе правильной анатомической морфологии. [ необходима цитата ]
Используя конусно-лучевую компьютерную томографию, сканируется пациент и имеющийся протез. Кроме того, сканируется только протез. Стеклянные жемчужины определенного диаметра помещаются в протез и используются в качестве контрольных точек для предстоящего планирования. Полученные данные обрабатываются и определяется положение имплантатов. Хирург, используя специально разработанное программное обеспечение, планирует имплантаты на основе протезных концепций с учетом анатомической морфологии. После завершения планирования хирургической части создается хирургический шаблон CAD/CAM для размещения зубов. Хирургическая шина с опорой на слизистую оболочку обеспечивает точное размещение имплантатов у пациента. Параллельно с этим этапом создается новый протез с опорой на имплантаты. [ необходима цитата ]
Зубной техник, используя данные, полученные в результате предыдущих сканирований, изготавливает модель, представляющую ситуацию после установки имплантата. Протезные соединения, абатменты, уже готовы. Длина и наклон могут быть выбраны. Абатменты присоединяются к модели в положении, учитывающем протезную ситуацию. Точное положение абатментов регистрируется. Теперь зубной техник может изготовить протез. [ необходима цитата ]
Подгонка хирургической шины клинически доказана. После этого шина крепится с помощью трехточечной системы опорных штифтов. Перед креплением рекомендуется промывание химическим дезинфицирующим средством. Штифты вводятся через определенные оболочки с вестибулярной на оральную сторону челюсти. Следует учитывать анатомию связок, и при необходимости декомпенсация может быть достигнута 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 крепление достигается посредством фиксации кости. Доступ к челюсти теперь может быть достигнут только через втулки, встроенные в хирургический шаблон. Используя специальные боры через втулки, слизистая оболочка удаляется. Каждый используемый бор имеет втулку, совместимую с втулками в шаблоне, что обеспечивает достижение конечного положения, но не позволяет дальнейшего продвижения в альвеолярном гребне. Дальнейшая процедура очень похожа на традиционную установку имплантата. Пилотное отверстие просверливается и затем расширяется. С помощью шины имплантаты окончательно устанавливаются. После этого шину можно снять. [ необходима цитата ]
С помощью регистрационного шаблона абатменты можно прикрепить и соединить с имплантатами в определенном положении. Не менее пары абатментов следует соединить одновременно, чтобы избежать несоответствия. Важным преимуществом этой техники является параллельное расположение абатментов. Для проверки правильности размещения и соединения имплантата и абатмента необходим рентгенологический контроль.
На следующем этапе абатменты покрываются золотыми конусными колпачками, которые представляют собой вторичные коронки. При необходимости переход золотых конусных колпачков к слизистой оболочке может быть изолирован резиновыми кольцами.
Новый протез соответствует обычному полному протезу, но в основе имеются полости, чтобы можно было установить вторичные коронки. Протез контролируется в конечном положении и корректируется при необходимости. Полости заполняются самоотверждающимся цементом, и протез помещается в конечное положение. После процесса самоотверждения золотые колпачки окончательно цементируются в полостях протеза, и теперь протез можно снять. Излишки цемента можно удалить, и могут потребоваться некоторые исправления, такие как полировка или подпломбирование вокруг вторичных коронок. Новый протез устанавливается с использованием конструкции телескопических двухконусных коронок. В конечном положении протез защелкивается на абатментах, чтобы обеспечить надлежащую фиксацию.
Пациенту одновременно вживляют имплантаты и протезы. Временный протез не требуется. Объем операции сводится к минимуму. Благодаря наложению шины не требуется отражение мягких тканей. Пациент испытывает меньше кровотечений, отеков и дискомфорта. Также избегаются такие осложнения, как повреждение соседних структур. Использование 3D-визуализации на этапе планирования обеспечивает надежную поддержку коммуникации между хирургом, стоматологом и зубным техником, а любые проблемы можно легко обнаружить и устранить. Каждый специалист сопровождает все лечение, и взаимодействие может быть осуществлено. Поскольку конечный результат уже запланирован, а все хирургические вмешательства проводятся в соответствии с первоначальным планом, возможность любых отклонений сводится к минимуму. Учитывая эффективность первоначального планирования, общая продолжительность лечения короче, чем у любых других лечебных процедур.
Хирургия под визуальным контролем и CAS в ЛОР-органах обычно состоит из навигации по предоперационным данным изображений, таким как КТ или конусно-лучевая КТ, чтобы помочь обнаружить или обойти анатомически важные структуры, такие как зрительный нерв или отверстие лобной пазухи. [9] Для использования в хирургии среднего уха имело место некоторое применение роботизированной хирургии из-за необходимости высокоточных действий. [10]
Применение роботизированной хирургии широко распространено в ортопедии, особенно при рутинных вмешательствах, таких как полная замена тазобедренного сустава [11] или введение транспедикулярного винта во время спондилодеза. [12] Это также полезно для предварительного планирования и направления правильного анатомического положения смещенных фрагментов кости при переломах, что позволяет обеспечить хорошую фиксацию остеосинтезом , особенно для неправильно ротированных костей. Ранние системы CAOS включают HipNav , OrthoPilot и Praxim. Недавно были разработаны мини-оптические навигационные инструменты под названием Intellijoint HIP для процедур эндопротезирования тазобедренного сустава. [13]
С появлением компьютерной хирургии был достигнут большой прогресс в общей хирургии в направлении минимально инвазивных подходов. Лапароскопия в абдоминальной и гинекологической хирургии является одним из бенефициаров, 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 внесли свой вклад в лапароскопические подходы для пиелопластики или нефрэктомии или вмешательств на предстательной железе. [14] [15]
Приложения 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 флюороскопическом изображении для руководства процедурами. [ необходима цитата ]
Радиохирургия также включает в себя передовые роботизированные системы. CyberKnife — это такая система, которая имеет легкий линейный ускоритель, установленный на роботизированной руке. Он направляется к опухолевым процессам, используя скелетные структуры в качестве системы отсчета (стереотаксическая радиохирургическая система). Во время процедуры используется рентгеновское излучение в реальном времени для точного позиционирования устройства перед доставкой радиационного луча. Робот может компенсировать респираторное движение опухоли в реальном времени. [16]
CAS начинается с предпосылки гораздо лучшей визуализации операционного поля, что позволяет проводить более точную предоперационную диагностику и четко определенное хирургическое планирование, используя хирургическое планирование 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 уменьшает избыточность действий хирурга. Это значительно улучшает эргономику в операционной, снижает риск хирургических ошибок, сокращает время операции и улучшает хирургический результат. [17]
У компьютерной хирургии есть несколько недостатков. Многие системы стоят миллионы долларов, что делает их крупными инвестициями даже для крупных больниц. Некоторые люди считают, что усовершенствования в технологиях, такие как тактильная обратная связь , повышенная скорость процессора и более сложное и мощное программное обеспечение, увеличат стоимость этих систем. [18] Другим недостатком является размер систем. Эти системы имеют относительно большие размеры. Это важный недостаток в современных и без того переполненных операционных. И хирургической бригаде, и роботу может быть сложно разместиться в операционной. [18]
Медиа, связанные с компьютерной хирургией на Wikimedia Commons
