Počítačem podporovaná chirurgie - Computer-assisted surgery

Počítačem podporovaná chirurgie (CAS) představuje chirurgický koncept a soubor metod, které využívají výpočetní techniku ​​pro chirurgické plánování a pro vedení nebo provádění chirurgických zákroků. CAS je také známý jako počítačem podporovaná chirurgie, zásah za pomoci počítače, chirurgie řízená obrazem, digitální chirurgie a chirurgická navigace, ale toto jsou termíny, které jsou víceméně synonymní s CAS. CAS je předním faktorem ve vývoji robotická chirurgie.

Obecné zásady

Shromažďování obrazu („segmentace“) na pracovní stanici LUCAS

Vytvoření virtuálního obrazu pacienta

Nejdůležitější složkou CAS je vývoj přesného modelu pacienta. To lze provést pomocí řady lékařské zobrazování technologie včetně CT, MRI, rentgenové záření, ultrazvuk plus mnoho dalších. Pro generování tohoto modelu musí být anatomická oblast, která má být provozována, naskenována a nahrána do počítačového systému. Je možné použít celou řadu skenovacích metod s kombinovanými datovými sadami fúze dat techniky. Konečným cílem je vytvoření a 3D datová sada který reprodukuje přesnou geometrickou situaci normálních a patologických tkání a struktur této oblasti. Z dostupných metod skenování se dává přednost CT,^[1] protože je známo, že datové sady MRI mají objemové deformace, které mohou vést k nepřesnostem. Příklad datové sady může zahrnovat sběr dat zkompilovaných se 180 řezy CT, které jsou od sebe vzdálené 1 mm, z nichž každý má 512 na 512 pixelů. Kontrasty 3D datové sady (s desítkami milionů pixelů ) poskytují podrobnosti struktur měkkých a tvrdých tkání a umožňují tak počítači rozlišovat a vizuálně oddělit různé tkáně a struktury od člověka. Obrazová data pořízená od pacienta budou často obsahovat záměrné orientační body, aby bylo možné později během operace virtuální soubor dat znovu srovnat se skutečným pacientem. Vidět registrace pacienta.

Analýza a zpracování obrazu

Analýza obrazu zahrnuje manipulaci s 3D modelem pacientů za účelem získání příslušných informací z dat. Pomocí různých úrovní kontrastu různých tkání v rámci snímků, jako příkladů, lze model změnit tak, aby zobrazoval pouze tvrdé struktury, jako jsou kosti, nebo zobrazoval tok tepen a žil mozkem.

Diagnostické, předoperační plánování, chirurgická simulace

Pomocí specializovaného softwaru lze shromážděnou datovou sadu vykreslit jako virtuální 3D model pacienta, s tímto modelem může chirurg snadno manipulovat a poskytovat pohledy z jakéhokoli úhlu a v jakékoli hloubce objemu. Chirurg tak může lépe posoudit případ a stanovit přesnější diagnostiku. Kromě toho bude chirurgický zákrok naplánován a simulován virtuálně před skutečným chirurgickým zákrokem (počítačová chirurgická simulace [CASS]). Pomocí vyhrazeného softwaru bude chirurgický robot naprogramován tak, aby prováděl plánované akce během skutečného chirurgického zákroku.

Chirurgická navigace

V chirurgii podporované počítačem je skutečný zásah definován jako chirurgická navigace. Při použití chirurgického navigačního systému používá chirurg speciální nástroje, které jsou navigačním systémem sledovány. Poloha sledovaného nástroje ve vztahu k pacientově anatomii je zobrazena na obrazech pacienta, když chirurg pohybuje nástrojem. Chirurg tak používá systém k „navigaci“ po umístění nástroje. Zpětná vazba, kterou systém poskytuje k umístění nástroje, je zvláště užitečná v situacích, kdy chirurg ve skutečnosti nevidí špičku nástroje, například při minimálně invazivních operacích.

Robotická chirurgie

Robotická chirurgie je termín používaný pro korelované akce chirurga a chirurgického robota (který byl naprogramován k provádění určitých akcí během předoperačního plánování). Chirurgický robot je mechanické zařízení (obecně vypadající jako robotické rameno), které je řízeno počítačem. Robotickou chirurgii lze rozdělit do tří typů v závislosti na míře interakce chirurga během postupu: supervizorem řízený, telesurgický a sdílený řízení.^[2] V systému řízeném dozorem provádí proceduru pouze robot, který provede předem naprogramované akce. Telesurgický systém, známý také jako vzdálená operace, vyžaduje chirurga, aby během procedury manipuloval s robotickými rameny, místo aby robotickým ramenům umožňoval práci z předem stanoveného programu. U systémů se sdíleným řízením provádí chirurg zákrok pomocí robota, který nabízí stabilní manipulaci s nástrojem. U většiny robotů lze pracovní režim zvolit pro každý samostatný zásah v závislosti na chirurgické složitosti a zvláštnostech případu.

Aplikace

Počítačem podporovaná chirurgie je počátkem revoluce v chirurgii. Již nyní má velký rozdíl ve vysoce přesných chirurgických doménách, ale používá se také u standardních chirurgických postupů.

Počítačem podporovaná neurochirurgie

Telemanipulátory byly poprvé použity v neurochirurgii, v 80. letech. To umožnilo větší rozvoj v mikrochirurgii mozku (kompenzace fyziologického třesu chirurga 10krát), zvýšená přesnost a přesnost zásahu. Rovněž otevřela novou bránu k minimálně invazivní operaci mozku, dále snížila riziko pooperační morbidity tím, že zabránila náhodnému poškození sousedních center.

Počítačem podporovaná neurochirurgie také zahrnuje páteř postupy využívající navigační a robotické systémy. Aktuální dostupné navigační systémy zahrnují Medtronic Tajnost, BrainLab, 7D Chirurgické, a Stryker; současné dostupné robotické systémy zahrnují Mazor Renaissance, MazorX, Globus Excelsius GPS a Brainlab Cirq.^[3]

Počítačem podporovaná orální a maxilofaciální chirurgie

Navigace segmentu kostí je moderní chirurgický přístup v ortognatická chirurgie (korekce anomálií čelistí a lebky), v temporo-mandibulární kloub (TMJ) chirurgický zákrok nebo při rekonstrukci středního obličeje a obíhat.^[4]

Používá se také v implantologii, kde je možné vidět dostupnou kost a simulovat polohu, úhlení a hloubku implantátů před operací. Během operace je chirurg veden vizuálně a zvukovými výstrahami. IGI (Image Guided Implantology) je jedním z navigačních systémů využívajících tuto technologii.

Řízená implantologie

Při zavádění zubních implantátů se vyvíjejí a používají nové terapeutické koncepty jako řízená chirurgie. Protetická rehabilitace je také plánována a prováděna souběžně s chirurgickými zákroky. Kroky plánování jsou v popředí a jsou prováděny ve spolupráci chirurga, zubaře a zubního technika. Bezzubí pacienti, jedna nebo obě čelisti, mají prospěch, protože se zkracuje doba léčby.

Pokud jde o bezzubé pacienty, konvenční podpora zubních náhrad je často ohrožena v důsledku mírné atrofie kostí, i když jsou zubní náhrady konstruovány na základě správné anatomické morfologie.

Pomocí počítačové kuželové paprskové tomografie se skenuje pacient a stávající protéza. Kromě toho je také skenována samotná protéza. Skleněné perly definovaného průměru se umístí do protézy a použijí se jako referenční body pro nadcházející plánování. Výsledná data jsou zpracována a je stanovena poloha implantátů. Chirurg pomocí speciálně vyvinutého softwaru plánuje implantáty na základě protetických konceptů s ohledem na anatomickou morfologii. Po dokončení plánování chirurgické části je sestrojen chirurgický průvodce CAD / CAM pro umístění zubů. Chirurgická dlaha podporovaná sliznicí zajišťuje přesné umístění implantátů u pacienta. Souběžně s tímto krokem je konstruována nová protéza podporovaná implantátem.

Zubní technik na základě údajů získaných z předchozích skenů vyrobí model představující situaci po zavedení implantátu. Protetické sloučeniny, abutmenty, jsou již prefabrikované. Lze zvolit délku a sklon. Opěry jsou připojeny k modelu v poloze s ohledem na protetickou situaci. Přesná poloha pilířů je zaregistrována. Zubní technik může nyní vyrobit protézu.

Vhodnost chirurgické dlahy je klinicky prokázána. Poté se dlaha připevní pomocí tříbodového podpěrného kolíku. Před připojením se doporučuje zavlažování chemickým dezinfekčním prostředkem. Kolíky jsou vedeny přes definované pláště od vestibulu k ústní straně čelisti. Je třeba vzít v úvahu anatomii vazů a v případě potřeby lze dosáhnout dekompenzace s minimálními chirurgickými zákroky. Správné přizpůsobení šablony je zásadní a mělo by být zachováno po celou dobu léčby. Bez ohledu na odolnost sliznice je správného a stabilního připevnění dosaženo fixací kosti. Přístup k čelisti lze nyní dosáhnout pouze pomocí rukávů vložených do chirurgické šablony. Pomocí specifických vrtáků přes rukávy je odstraněna sliznice. Každý použitý vrták nese objímku kompatibilní s objímkami v šabloně, což zajišťuje dosažení konečné polohy, ale již nemůže dojít k dalšímu postupu v alveolárním hřebenu. Další postup je velmi podobný tradičnímu umístění implantátu. Pilotní otvor je vyvrtán a poté rozšířen. Pomocí dlahy jsou implantáty nakonec umístěny. Poté lze dlahu odstranit.

Pomocí registrační šablony lze abutmenty připojit a připojit k implantátům v definované poloze. Aby se předešlo jakémukoli rozporu, mělo by být současně připojeno nejméně pár opěr. Důležitou výhodou této techniky je paralelní umístění opěrek. K ověření správného umístění a připojení implantátu a abutmentu je nutná radiologická kontrola.

V dalším kroku jsou opěry pokryty krytkami zlatých kuželů, které představují sekundární korunky. V případě potřeby lze přechod čepiček zlatého kuželu na sliznici izolovat pomocí gumových kroužků.

Nová protéza odpovídá konvenční celkové protéze, ale základ obsahuje dutiny, aby bylo možné začlenit sekundární korunky. Protéza je řízena v koncové poloze a v případě potřeby korigována. Dutiny jsou vyplněny samovolně tuhnoucím cementem a protéza je umístěna do koncové polohy. Po samovolném vytvrzování jsou zlaté čepičky definitivně slinuty v dutinách protézy a protéza může být nyní oddělena. Může být odstraněn přebytečný cement a mohou být nutné některé úpravy, jako je leštění nebo vyplnění sekundárních korunek. Nová protéza je osazena konstrukcí dvojitých kónických korunek dalekohledu. V koncové poloze protéza tlačí na opěry, aby bylo zajištěno odpovídající držení.

Při stejném sezení obdrží pacient implantáty a protézu. Prozatímní protéza není nutná. Rozsah operace je omezen na minimum. Díky použití dlahy není nutný odraz měkkých tkání. Pacient pociťuje menší krvácení, otoky a nepohodlí. Rovněž se předchází komplikacím, jako je poranění sousedních struktur. Pomocí 3D zobrazování během fáze plánování je vysoce podporována komunikace mezi chirurgem, zubním lékařem a zubním technikem a jakékoli problémy lze snadno detekovat a eliminovat. Každý odborník doprovází celou léčbu a lze provést interakci. Protože konečný výsledek je již naplánován a veškerý chirurgický zákrok je prováděn podle původního plánu, je možnost jakékoli odchylky omezena na minimum. Vzhledem k účinnosti počátečního plánování je celá doba léčby kratší než u jiných postupů léčby.

Počítačem podporovaná ORL chirurgie

Chirurgie řízená obrazem a CAS v ORL obvykle spočívá v navigaci předoperačních obrazových dat, jako je CT nebo kónický paprsek CT, které pomáhají s lokalizací nebo vyhýbáním se anatomicky důležitým oblastem, jako je optický nerv nebo otvor v čelních dutinách.^[5] Pro použití v chirurgii středního ucha došlo k určité aplikaci robotické chirurgie kvůli požadavku na vysoce přesné akce.^[6]

Počítačem podporovaná ortopedická chirurgie (CAOS)

Uplatnění robotické chirurgie je v ortopedii velmi rozšířené, zejména při rutinních intervencích, jako je totální náhrada kyčle^[7] nebo pedikl zavedení šroubu během fúze páteře.^[8] Je také užitečné při předběžném plánování a vedení správné anatomické polohy posunutých kostních fragmentů ve zlomeninách, což umožňuje dobrou fixaci osteosyntéza, zejména pro malrotovaný kosti. Mezi rané systémy CAOS patří HipNav, OrthoPilot a Praxim. Nedávno volali minioptické navigační nástroje Intellijoint HIP byly vyvinuty pro postupy kyčelní artroplastiky.^[9]

Počítačem asistovaná viscerální chirurgie

S příchodem chirurgie podporované počítačem došlo v obecné chirurgii k velkým pokrokům směrem k minimálním invazivním přístupům. Laparoskopie v břišní a gynekologické chirurgii je jedním z příjemců, který umožňuje chirurgickým robotům provádět rutinní operace, jako jsou colecystektomie nebo dokonce hysterektomie. V kardiochirurgii mohou sdílené kontrolní systémy provádět náhradu mitrální chlopně nebo komorovou stimulaci pomocí malých torakotomií. V urologii chirurgické roboty přispěly laparoskopickými přístupy k pyeloplastice nebo nefrektomii nebo k prostatickým intervencím.^[10][11]

Počítačem podporované srdeční intervence

Mezi aplikace patří fibrilace síní a srdeční resynchronizační terapie. K plánování postupu se používá předoperační MRI nebo CT. Předoperační obrazy, modely nebo plánovací informace lze zaregistrovat do intraoperačního fluoroskopického obrazu, aby byly vodítkem postupy.

Počítačem podporovaná radiochirurgie

Radiochirurgie také zahrnuje pokročilé robotické systémy. CyberKnife je takový systém, který má lehký lineární urychlovač namontovaný na robotickém rameni. Je veden k nádorovým procesům pomocí kosterních struktur jako referenčního systému (Stereotactic Radiosurgery System). Během procedury se rentgenové záření v reálném čase používá k přesné poloze zařízení před vydáním paprsku záření. Robot dokáže kompenzovat respirační pohyb nádoru v reálném čase.^[12]

Výhody

CAS začíná předpokladem mnohem lepší vizualizace operativního pole, což umožňuje přesnější předoperační diagnostiku a dobře definované chirurgické plánování pomocí chirurgického plánování v předoperačním virtuální prostředí. Tímto způsobem může chirurg snadno posoudit většinu chirurgických obtíží a rizik a mít jasnou představu o tom, jak optimalizovat chirurgický přístup a snížit chirurgickou morbiditu. Během operace počítačové vedení zlepšuje geometrickou přesnost chirurgických gest a také snižuje nadbytečnost operací chirurga. To se výrazně zlepšuje ergonomie na operačním sále, snižuje riziko chirurgických chyb a zkracuje provozní dobu.

Nevýhody

Počítačem podporovaná chirurgie má několik nevýhod. Mnoho systémů má náklady v milionech dolarů, což z nich činí velkou investici i pro velké nemocnice. Někteří lidé věří, že vylepšení technologií, jako je haptická zpětná vazba, vyšší rychlost procesoru a složitější a schopný software, zvýší náklady na tyto systémy.^[13] Další nevýhodou je velikost systémů. Tyto systémy mají relativně velké stopy. To je důležitá nevýhoda v dnešních již přeplněných operačních sálech. Může být obtížné, aby se chirurgický tým i robot vešli do operačního sálu.^[13]

Viz také

• Knihovna Advanced Simulation^[14] je hardwarově akcelerovaný multiphysický simulační software

Reference

externí odkazy

Média související s Počítačem podporovaná chirurgie na Wikimedia Commons