Abstract】 Objectivo Explorar e avaliar a aplicação específica da cirurgia assistida por computador (CAS) em ortopedia. Métodos A partir do actual estado de aplicação, composição do sistema e modo de trabalho do CAS, foram exploradas a aplicação específica e a tendência de desenvolvimento do CAS em vários campos da ortopedia. Os resultados foram discutidos do superficial ao profundo, e as vantagens e desvantagens do CAS foram resumidas de uma forma mais sistemática e abrangente. Conclusão CAS tornar-se-á um instrumento importante na cirurgia ortopédica e é um bom método técnico. Wang Weiguo, Departamento de Traumatologia Ortopédica, Hospital Geral da Região Militar de Jinan
【Key words】 words】 Assistido por computador; cirurgia ortopédica; técnica de posicionamento estereotáxico
O rápido desenvolvimento da tecnologia informática promoveu o desenvolvimento da tecnologia de visualização de imagens médicas. Para que os cirurgiões compreendam rapidamente a relação entre a posição dos instrumentos cirúrgicos e a anatomia do paciente, e para que a cirurgia seja mais precisa, segura e conveniente, as pessoas combinam a tecnologia informática, a tecnologia da realidade virtual, a tecnologia de imagens médicas, a tecnologia de processamento de imagem e a tecnologia dos robôs com a cirurgia, resultando em A cirurgia assistida por computador (CAS) é uma nova tecnologia abrangente baseada na capacidade dos computadores para processar e controlar grandes quantidades de dados a alta velocidade, e para apoiar os cirurgiões através de um ambiente cirúrgico virtual para tornar a cirurgia mais segura e mais precisa. A tecnologia informática, as técnicas de posicionamento espacial e outras reconstruções e fusões de imagem 3D permitem aos cirurgiões avaliar completamente o estado do paciente antes da cirurgia, planear o percurso cirúrgico e planear em pormenor, simular a cirurgia, seguir os instrumentos cirúrgicos intra-operatoriamente, orientar a cirurgia e determinar o âmbito da cirurgia, tornando assim a cirurgia mais precisa, segura e minimamente invasiva.
A aplicação específica de CAS em cirurgia ortopédica é conhecida como cirurgia ortopédica assistida por computador (CAOS), que combina o equipamento avançado actualmente disponível no campo médico: tomografia computorizada (CT), ressonância magnética (MRI), tomografia por emissão de positrões (PET), angiografia de subtracção digital (DSA), ultra-som (US), e outras técnicas de imagem. ), imagens de ultra-som (US), e robótica médica (MR). O CAOS fornece aos cirurgiões ortopédicos uma ferramenta e um método poderoso para melhorar a precisão do posicionamento cirúrgico, reduzir os danos cirúrgicos, realizar procedimentos ortopédicos complexos, e aumentar o sucesso cirúrgico. A tecnologia CAOS foi introduzida na Europa e América do Norte desde o início dos anos 90, e embora tenha sido utilizada durante um período relativamente curto, desenvolveu-se muito rapidamente e é cada vez mais utilizada. A aplicação do CAOS em ortopedia é descrita aqui.
1 Situação actual das aplicações CAOS
Embora o desenvolvimento de técnicas de imagiologia médica (por exemplo, TC, RM, etc., que podem mostrar a estrutura tridimensional de partes complexas da estrutura) tenha permitido ao cirurgião fazer uma avaliação mais adequada e precisa do estado do paciente do que anteriormente, estas características de imagem não são aplicáveis durante a cirurgia, onde o cirurgião depende principalmente de imagens de raios X bidimensionais e está em risco de exposição à radiação. O desenvolvimento de sistemas de imagem 3D intra-operatórios é, portanto, necessário para alguns procedimentos ortopédicos. O advento da navegação cirúrgica forneceu uma importante pista para estes problemas e foi concebida com base em princípios derivados da tecnologia de posicionamento global por satélite. A cirurgia assistida por computador (CAS) teve a sua origem como uma técnica estereotáxica em neurocirurgia, e as técnicas de posicionamento espacial evoluíram através do posicionamento robótico, posicionamento óptico, e posicionamento electromagnético sem obscurecimento da luz. Devido ao desenvolvimento de técnicas de posicionamento espacial, o seu equipamento tornou-se cada vez menos influente na cirurgia e foi gradualmente utilizado na cirurgia da coluna vertebral. Com o rápido desenvolvimento da tecnologia de imagem médica e tecnologia informática, o CAOS passou por uma fase inicial baseada na Orientação de Imagem Pré-Operatória por TC, que requer registo manual, Orientação de Imagem intra-operatória por TC ou Fluoroscopia (Fluoroscopia), e Orientação de Imagem intra-operatória por TC. Orientação Fluoroscópica Baseada em Orientação de Imagem) para registo automático de sistemas CAOS, Três Dimen-sional C-Arm Fluoroscopia para navegação, e os futuros sistemas CAOS serão combinados com o registo automático de uma verdadeira tecnologia baseada em imagem 3D intra-operatória.
1.1 Componentes do sistema CAOS
Os sistemas CAOS podem ser divididos em componentes de hardware e software. Os componentes de hardware são aproximadamente os mesmos para todos os tipos de navegação: incluem equipamento de imagem, ferramentas de navegação e posicionamento, estações de trabalho de computador, etc. As ferramentas de posicionamento são também semelhantes para todos os tipos de navegação: Base de Referência Dinâmica (DRB), Fixação de Calibração, Transmissor, Receptor, etc. O software é principalmente o programa operacional do computador: inclui processamento de imagem, algoritmos de correspondência, registo de ferramentas, posicionamento, medição de ângulos e distâncias e outros sistemas operacionais. O processamento de imagens envolve reconstrução 3D, segmentação de imagens, fusão de imagens, etc. O sistema de software é o núcleo da tecnologia CAOS. Actualmente, vários produtos CAOS têm software incompatível e são necessários diferentes pacotes de software para diferentes procedimentos, tais como substituição do joelho, substituição da anca e navegação por parafusos de pedículo. Por conseguinte, o desenvolvimento de hardware e software compatível pode ser a futura direcção do desenvolvimento de CAOS.
1.2 Como funciona o CAOS
A aquisição da imagem pré-operatória, ou seja, a informação da imagem das radiografias relevantes pré-operatórias do paciente, TC, RM é introduzida no computador do sistema CAOS e processada pelo pacote de software para a construção 3D. Com base na informação anatómica do paciente, o cirurgião pode fazer um plano pré-operatório e simular a cirurgia, determinar o tamanho do implante endósseo, o trajecto do implante e a localização precisa. Uma vez no bloco operatório é instalado um dispositivo de correcção no intensificador de imagem do arco em C, o cabo de fibra óptica vídeo do arco em C é ligado à navegação, o transmissor é fixado no paciente, o transmissor é ligado e o receptor é ligado ao sistema de navegação. A distância entre o arco em C e o sítio cirúrgico do paciente é ajustada, a informação da imagem é obtida, a imagem é alinhada, a ferramenta é registada, o computador é calculado para posicionamento, o instrumento é rastreado, a imagem é exibida e o procedimento é iniciado após a confirmação de que a posição indicada pela ferramenta é a mesma que a posição na imagem de navegação. A operação específica varia de navegação para navegação, mas o procedimento geral é semelhante. O sistema de navegação intra-operatória segue os instrumentos cirúrgicos e exibe uma imagem multidimensional em tempo real para orientar o procedimento. Graças à introdução do CAOS, os cirurgiões ortopédicos podem resolver mais facilmente os procedimentos com uma anatomia mais obscura, obscura e complexa.
2 Aplicações do CAOS em cirurgia da coluna vertebral
O CAOS foi aplicado pela primeira vez à técnica do parafuso pedicular, desde a coluna torácica lombar e inferior aplicando a fixação do parafuso pedicular à coluna torácica superior e cervical, e tem sido amplamente promovido e utilizado na correcção da deformidade da escoliose, técnica do parafuso de bloqueio lateral cervical, sistema de fixação interna anterior da coluna vertebral e ressecção do corpo vertebral, etc. A técnica está a tornar-se cada vez mais madura. A técnica CAOS minimiza a incidência de mal posicionamento de parafusos devido à grande variação anatómica e diferenças individuais nos procedimentos, tais como correcção da deformidade espinal e fractura da coluna vertebral, e a ausência de pontos anatómicos óbvios para a colocação de parafusos pediculares, tornando a aplicação do sistema CAOS mais precisa e segura do que as técnicas tradicionais de colocação de parafusos, com uma exposição intra-operatória significativamente menor à radiação tanto para o cirurgião como para o paciente, e um procedimento mais minimamente invasivo.
2.1 Espinha lombar
A técnica tradicional do parafuso de pedículo lombar tem uma alta incidência de mal posicionamento do parafuso.
2.2 Coluna torácica
O arco torácico é pequeno devido à presença do contorno torácico e as radiografias intra-operatórias são afectadas pelo contorno torácico, o que reduz a precisão da colocação do parafuso do pedículo. estudos laboratoriais e de investigação clínica demonstraram que a taxa de perfuração do pedículo na coluna torácica utilizando técnicas convencionais varia de 15,9% a 54,7%. merloz et al. relataram que apenas 6,6% dos parafusos foram mal posicionados utilizando CAOS na correcção da escoliose do segmento torácico.
2.3 Coluna cervical
A anatomia da coluna cervical é complexa, com estreita proximidade dos nervos e artérias vertebrais, e grande variabilidade nas artérias vertebrais, tornando a cirurgia mais precisa e difícil. Estudos clínicos demonstraram que a técnica de fixação com parafuso de fixação com bloco lateral cervical inferior resulta numa taxa de 1 4%, com 5% com sintomas significativos de lesão da raiz nervosa, enquanto que a aplicação do sistema CAOS melhora significativamente a segurança e precisão do procedimento. 6% das amostras não puderam receber fixação com parafuso quando o sistema CAOS foi aplicado a 17 cadáveres para fixação com parafuso de bloco lateral C1 a C2 por Bloch et al. 23% das amostras não puderam receber fixação com parafuso com pontos de referência radiográficos e anatómicos convencionais Welch et al. utilizaram a navegação para realizar odontoidectomia transoral e ressecção tumoral com resultados satisfatórios, e Kotani et al. relataram que a taxa de perfuração do implante de parafusos pediculares cervicais com CAOS foi significativamente mais baixa do que a do grupo cirúrgico convencional, e que os parafusos foram posicionados de forma mais precisa e ideal. Com o desenvolvimento do sistema CAOS, a fixação de parafusos de pedículo cervical não será mais um desafio técnico, mas será mais precisa e segura. Além disso, o sistema CAOS tem sido utilizado na fixação percutânea do parafuso pedicular lombar, endoscopia espinal, cervical anterior, torácica e lombar do corpo vertebral e na cirurgia de ressecção e descompressão de tumores, utilizando pinças especiais de mordedura que podem ser seguidas por navegação, tornando o corpo vertebral e a ressecção de tumores mais seguros e reduzindo o risco de lesão do nervo vascular. após quase 10 anos de uso clínico, as vantagens do sistema CAOS na cirurgia do parafuso pedicular são evidentes. Da perspectiva da medicina baseada em provas, a utilização do sistema CAOS pode tornar-se um padrão de ouro para a fixação de parafusos pediculares.
3 Aplicação da tecnologia CAOS em cirurgia de articulação
3.1 Substituição total da anca
Num estudo prospectivo randomizado e controlado, 150 pacientes de substituição da anca foram divididos aleatoriamente num grupo CAOS e num grupo convencional. Além disso, DiGioia et al. relataram uma redução de 50% nas incisões cirúrgicas e uma melhoria na função pós-operatória devido à colocação correcta da prótese acetabular.
3.2 Substituição do joelho
É importante restaurar a linha de carga dos membros inferiores na cirurgia de substituição do joelho e um ângulo de valgo pós-operatório inferior a ±3° tem um impacto significativo no resultado a longo prazo da substituição do joelho. A precisão das linhas de força dos membros inferiores da substituição do joelho sob o sistema CAOS é superior à da cirurgia convencional e tem implicações importantes na função a longo prazo do joelho. A técnica CAOS permite a normalização e a consistência do procedimento, tornando assim possível separar as várias causas complexas que afectam o resultado após a artroplastia das causas cirúrgicas, o que é importante para avaliar a eficácia da artroplastia.
3.3 Artroscopia e mais além
Picard et al. realizaram uma análise aleatória de ensaio controlado da aplicação de um sistema de navegação (sistema KneeNav-ACL) numa simulação in vitro versus artroscopia convencional para reconstrução do LCA do joelho, e demonstraram, medindo a distância entre o ponto de posição ideal fixado pré-operatoriamente e o buraco ósseo cirúrgico real, que o sistema de navegação era mais preciso do que a cirurgia artroscópica convencional, com uma diferença estatística entre os dois grupos. Além disso, Langlotz et al. usaram CAOS para realizar osteotomias peri-acetabulares na pélvis, o que, num estudo experimental, permitiu uma precisão cirúrgica de cerca de 0,5 mm e, na prática clínica, osteotomias cirúrgicas de até 2 mm. CAOS ajuda o cirurgião a simular a osteotomia antes da cirurgia, a calcular precisamente a quantidade de osteotomia e o ângulo do acetábulo, e a exibir imagens instantaneamente com o dispositivo de rastreio durante a cirurgia, permitindo ao cirurgião realizar a cirurgia com maior precisão e evitando lesões medicamente induzidas Também ajuda a formar cirurgiões com menos experiência em osteotomia peri-acetabular.
4 Aplicação da tecnologia CAOS em traumas ortopédicos
O principal problema enfrentado pela aplicação de CAOS em ortopedia traumática é o desenvolvimento de software para reposicionamento de fractura e a monitorização do reposicionamento de fractura durante a cirurgia, porque o sistema CAOS é baseado na tecnologia de imagem virtual pré-operatória ou intra-operatória, e o reposicionamento intra-operatório de fractura, o deslocamento do bloco de fractura e o deslocamento da base de referência podem causar grandes erros no sistema CAOS e reduzir grandemente a precisão da cirurgia de orientação. Kahler et al. desenvolveram um novo sistema de software CAOS para fixação interna de fracturas do anel pélvico e compararam-no com a visualização directa do bloco fracturado, as diferenças no deslocamento residual e ângulo de rotação entre os dois grupos não foram estatisticamente significativas (com uma média de cerca de 1 mm e 0,7°). Jacob et al. reportaram a aplicação clínica da técnica CAOS para auxiliar a colocação do parafuso sacroilíaco com resultados satisfatórios; Slomczykowaki et al. reportaram a utilização do sistema CAOS para fixação interna de unhas intramedulares bloqueadas em fracturas do fémur, o que reduziu o tempo operatório e reduziu significativamente a exposição intra-operatória à radiação. O sistema CAOS é actualmente um grande foco de desenvolvimento na aplicação de fixação interna para reposicionamento de fracturas e tem uma grande procura, por isso, se houver um grande avanço no desenvolvimento de software de reposicionamento de fracturas, as perspectivas da aplicação são muito atractivas.
5 Problemas e tendências em CAOS
A melhoria contínua do sistema CAOS deu um forte impulso ao desenvolvimento da ortopedia: melhorou a precisão da cirurgia e a credibilidade dos instrumentos, rastreando e exibindo instrumentos cirúrgicos; levou ao desenvolvimento de instrumentos cirúrgicos mais precisos; pode adaptar o plano cirúrgico a cada paciente específico; levou ao desenvolvimento de endopróteses mais precisas e perfeitas; reduziu a exposição da cirurgia e tornou-a mais precisa, segura e minimamente invasiva; CAOS O advento do CAOS trouxe também todo um novo campo à ortopedia, tornando-a mais inteligente, minimamente invasiva e normalizada. Contudo, a tecnologia CAOS está ainda na sua fase de desenvolvimento, com custos elevados; ferramentas bastante primitivas; equipamento volumoso; operações pesadas; um período de aprendizagem necessário para dominar a tecnologia CAOS; possíveis erros no alinhamento pré-operatório da imagem, processo de registo intra-operatório, possível deslocamento intra-operatório do anel de referência dinâmico, a própria navegação tendo a sua própria precisão, e a possibilidade de erro do operador; e a sua precisão. Os seus custos e benefícios precisam de ser mais avaliados; contudo, com o avanço da ciência e da tecnologia, o sistema CAOS continuará a ser melhorado e aperfeiçoado, e a sua aplicação na ortopedia tornar-se-á cada vez mais generalizada.
Em conclusão, a tecnologia CAS é um campo completamente novo que facilitará o desenvolvimento de técnicas cirúrgicas e tornará os procedimentos cirúrgicos mais cómodos e intuitivos, mas é apenas um complemento ao diagnóstico e tratamento da doença e deve funcionar sob controlo rigoroso e especializado do cirurgião, com erros, se os houver, corrigidos a tempo sem resultados desnecessários. O sistema de cirurgia assistida não só substitui a cirurgia complexa convencional, reduz a quantidade de radiação de raios X para pacientes e pessoal médico em cirurgia convencional, mas também simplifica as operações cirúrgicas, encurta o tempo de cirurgia e anestesia, reduz grandemente a dor física dos pacientes, encurta a sua estadia hospitalar, reduz os custos médicos e permite que os pacientes regressem mais cedo à sociedade. É assim mais económico, mais seguro, mais preciso e mais conveniente do que a cirurgia tradicional.
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