컴퓨터 지원 수술

Computer-assisted surgery
컴퓨터 지원 수술
ICD-9-CM00.3

컴퓨터 지원 수술(CAS)은 수술 계획 및 수술 개입을 안내 또는 수행하기 위해 컴퓨터 기술을 사용하는 수술 개념과 방법 집합을 나타냅니다.CAS는 컴퓨터 지원 수술, 컴퓨터 지원 개입, 이미지 안내 수술, 디지털 수술 및 외과 내비게이션이라고도 합니다만, 이것들은 CAS와 거의 같은 용어입니다.CAS는 로봇 수술 개발의 선도적인 요소였다.

일반 원칙

LUCS 워크스테이션에서의 이미지 수집("세그멘테이션")

환자의 가상 이미지 생성

CAS의 가장 중요한 요소는 환자의 정확한 모델을 개발하는 것입니다.이는 CT, MRI, X선, 초음파 등 다양한 의료 영상 기술을 통해 수행할 수 있습니다.이 모델을 생성하려면 조작할 해부학적 영역을 스캔하여 컴퓨터 시스템에 업로드해야 합니다.데이터 융합 기술을 통해 데이터셋을 결합하여 여러 스캔 방법을 사용할 수 있습니다.최종 목표는 해당 지역의 정상 및 병리학적 조직과 구조의 정확한 기하학적 상황을 재현하는 3D 데이터 세트를 만드는 것입니다.MRI 데이터 세트에는 부피 변형이 있어 부정확성을 초래할 수 있으므로 사용 가능한 스캔 방법 중 CT가 [1]선호됩니다.데이터 세트 예로는 1mm 간격으로 각각 512x512픽셀이 있는 180개의 CT 슬라이스로 컴파일된 데이터 컬렉션을 포함할 수 있습니다.3D 데이터 집합의 대비(수천만 픽셀)는 연조직 구조와 경조직 구조의 세부사항을 제공하므로 컴퓨터가 다른 조직과 구조를 시각적으로 구분하고 시각적으로 분리할 수 있습니다.환자로부터 가져온 이미지 데이터에는 나중에 수술 중에 실제 환자에 대해 가상 데이터 세트를 재구성할 수 있도록 의도적인 랜드마크 기능이 포함되어 있는 경우가 많습니다.환자 등록을 참조하십시오.

이미지 분석 및 처리

영상 분석에는 환자 3D 모델을 조작하여 데이터에서 관련 정보를 추출하는 작업이 포함됩니다.예를 들어, 이미지 내의 다른 조직들의 다른 대조도 수준을 사용하여, 모델은 뼈와 같은 단단한 구조만을 보여주거나 뇌를 통과하는 동맥과 정맥의 흐름을 보도록 바뀔 수 있습니다.

진단, 수술 전 계획, 수술 시뮬레이션

수집된 데이터 세트는 특수 소프트웨어를 사용하여 환자의 가상 3D 모델로 렌더링할 수 있으며, 볼륨 내의 모든 각도와 깊이에서 보기를 제공하도록 의사가 쉽게 조작할 수 있습니다.따라서 외과의사는 사례를 더 잘 평가하고 더 정확한 진단을 확립할 수 있습니다.또한 실제 수술이 이루어지기 전에 외과적 개입이 가상적으로 계획되고 시뮬레이션됩니다(컴퓨터 지원 수술 시뮬레이션(CAS)).수술 로봇은 전용 소프트웨어를 사용하여 실제 수술 중 계획된 작업을 수행하도록 프로그래밍됩니다.

외과 항법

컴퓨터 지원 수술에서 실제 개입은 외과 항법 수술로 정의됩니다.외과 항법 시스템을 사용하는 외과의사는 항법 시스템에 의해 추적되는 특수 기기를 사용합니다.추적된 기기의 위치는 환자의 해부도를 기준으로 의사가 기기를 이동할 때 환자의 영상에 표시됩니다.따라서 외과의사는 이 시스템을 사용하여 기기의 위치를 '항법'합니다.시스템에서 제공하는 기기 위치에 대한 피드백은 외과 의사가 최소 침습 수술과 같이 기기의 끝을 실제로 볼 수 없는 상황에서 특히 유용합니다.

로봇 수술

주요 기사: 로봇 수술

로봇 수술은 수술 전 계획 절차 동안 특정 작업을 수행하도록 프로그래밍된 외과 의사 및 수술 로봇의 상호 관련 작업에 사용되는 용어입니다.수술 로봇은 컴퓨터로 제어되는 기계 장치(일반적으로 로봇 팔처럼 보입니다)입니다.로봇 수술은 시술 중 외과 의사와의 상호 작용 정도에 따라 감독 제어, 원격 수술 및 공유 [2]제어의 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.감독 제어 시스템에서 절차는 로봇에 의해서만 실행되며 로봇이 사전 프로그래밍된 동작을 수행합니다.원격 수술로도 알려진 원격 수술 시스템은 의사가 로봇 팔이 미리 정해진 프로그램에서 작동하도록 놔두는 대신 시술 중에 로봇 팔을 조작해야 합니다.공유 제어 시스템의 경우 외과의사는 기기를 안정적으로 조작할 수 있는 로봇을 사용하여 절차를 수행합니다.대부분의 로봇에서 작업 모드는 수술의 복잡성과 사례의 특수성에 따라 각 개별 개입에 대해 선택할 수 있습니다.

적용들

컴퓨터 보조 수술은 수술 혁명의 시작이다.고정밀 수술 영역에서는 이미 큰 차이가 있지만 표준 수술 과정에서도 사용됩니다.

컴퓨터 지원 신경외과

텔레매니퓰레이터는 1980년대에 처음으로 신경외과에서 사용되었다.이를 통해 뇌 미세수술(외과의사의 생리적인 떨림을 10배 보상), 시술의 정확성과 정밀도가 향상되었습니다.그것은 또한 최소한의 침습적 뇌수술에 대한 새로운 문을 열었고, 인접한 센터에 우발적인 손상을 피함으로써 수술 후 질병 위험을 더 줄였다.

컴퓨터 보조 신경외과에는 내비게이션과 로봇 시스템을 이용한 척추 시술도 포함된다.현재 사용 가능한 내비게이션 시스템에는 Medtronic Stells, BrainLab, 7D Surgical 및 Stryker가 있으며, 현재 사용 가능한 로봇 시스템에는 Mazor Renaissance, MazorX, Globus Excelsius GPS 및 Brainlab Cirq가 [3]있습니다.

컴퓨터 지원 구강 및 안면악부 수술

뼈 부분 항법(bone segment navigation)은 정형외과(턱과 두개골의 이상 보정), TMJ(Temporo-mandibular joint) 수술 또는 안면 중앙 및 [4]안와 재구성의 현대적 외과적 접근법이다.

또한 사용 가능한 뼈를 볼 수 있고 수술 전에 임플란트의 위치, 각도 및 깊이를 시뮬레이션할 수 있는 임플란트학에도 사용됩니다.수술 중에는 외과 의사가 시각 및 음향 경보로 안내됩니다.IGI(Image Guided Implantology)는 이 기술을 사용하는 내비게이션 시스템 중 하나다.

유도 임플란트학

안내 수술이라는 새로운 치료 개념이 개발되고 치과 임플란트 배치에 적용되고 있다.보철물 재활도 수술 절차와 병행하여 계획되고 수행됩니다.계획 단계는 전면에 있으며 외과의사, 치과 의사 및 치과 기술자의 협력 하에 수행됩니다.한쪽 또는 양쪽 턱의 치근성 환자는 치료 시간이 [citation needed]줄어들면 도움이 됩니다.

치아의 경우 틀니가 올바른 해부학적 형태학에 [citation needed]기초해 만들어지더라도 보통 뼈의 위축으로 인해 기존의 틀니 지지대가 손상되는 경우가 많다.

원뿔 빔 컴퓨터 단층 촬영을 사용하여 환자와 기존 보철물을 스캔합니다.또, 보철물만을 스캔 한다.정의된 직경의 유리 펄을 보철물 안에 배치하여 향후 계획의 기준점으로 사용합니다.결과 데이터가 처리되고 삽입물의 위치가 결정됩니다.외과의사는 특수 개발된 소프트웨어를 사용하여 해부학적 형태학을 고려하여 보철 개념에 따라 임플란트를 계획합니다.수술부위 계획이 완료된 후 치과 배치를 위한 CAD/CAM 수술 가이드를 구축한다.점막 지지 수술용 부목을 통해 환자에게 임플란트를 정확하게 배치할 수 있습니다.이 단계와 병행하여 새로운 임플란트 지지 보철물이 [citation needed]제작됩니다.

치과 기술자는 이전 스캔에서 얻은 데이터를 사용하여 임플란트 배치 후 상황을 나타내는 모델을 제작합니다.보철 화합물, 교대는 이미 조립되어 있습니다.길이와 기울기를 선택할 수 있습니다.교대는 보철 상태를 고려한 위치에서 모델에 연결됩니다.교대의 정확한 위치가 등록된다.이제 치과 기술자가 [citation needed]보철물을 제조할 수 있습니다.

수술 부목의 적합성은 임상적으로 증명되었다.그 후 3점 지지핀 방식으로 부목을 부착한다.부착하기 전에 화학 소독제로 세척하는 것이 좋습니다.핀은 전정에서 턱의 구강 쪽으로 정의된 칼집을 통해 구동됩니다.인대 해부학을 고려해야 하며, 필요한 경우 최소한의 외과적 개입으로 분해가 이루어질 수 있습니다.템플릿의 적절한 착용이 중요하며 시술 내내 유지해야 합니다.점막 복원력에 관계없이 뼈 고정을 통해 정확하고 안정적인 부착이 이루어집니다.이제 수술 템플릿에 내장된 슬리브를 통해서만 턱에 접근할 수 있습니다.소매를 통해 특정 버를 사용하여 점막을 제거합니다.사용되는 모든 버에는 템플릿의 슬리브와 호환되는 슬리브가 포함되어 있어 최종 위치는 확보되지만 치조 융기가 더 이상 진행되지 않습니다.추가 절차는 기존의 임플란트 배치와 매우 유사합니다.파일럿 홀을 천공한 후 확장합니다.부목을 이용하여 임플란트를 최종적으로 배치합니다.그 후 부목을 [citation needed]제거할 수 있다.

기록 템플릿을 사용하여 교대를 지정된 위치에서 삽입물에 부착하고 연결할 수 있습니다.일체의 불일치를 피하기 위해 한 쌍의 교대를 동시에 연결해야 합니다.이 기술의 중요한 장점은 교대의 평행한 위치입니다.임플란트 및 교대의 올바른 배치 및 연결을 확인하려면 방사선 제어가 필요합니다.

더 나아가 교대는 2차 크라운을 나타내는 금색 원뿔 캡으로 덮여 있습니다.필요한 경우, 점막으로의 골드 콘 캡의 천이를 고무 댐 링으로 분리할 수 있습니다.

새로운 보철물은 기존의 전체 보철물에 해당하지만, 기본에는 2차 크라운을 통합할 수 있도록 충치가 포함되어 있습니다.보철물은 터미널 위치에서 제어되고 필요한 경우 교정됩니다.캐비티는 자가 경화 시멘트로 채워지고 보철물은 터미널 위치에 놓입니다.자가 경화 공정 후 금색 캡이 보철물 구멍에 확실히 접착되어 보철물을 분리할 수 있게 되었습니다.여분의 시멘트는 제거될 수 있으며, 광택 또는 보조 크라운 주변의 언더 필링과 같은 일부 보정이 필요할 수 있습니다.새 보철물은 망원경 이중 원뿔 크라운 구조를 사용하여 장착됩니다.끝 위치에서 보철물 버튼을 교대로 내려 적절한 고정을 보장합니다.

동시에 환자는 임플란트와 보철물을 받는다.중간 보철물은 필요 없습니다.수술의 정도를 최소한으로 유지한다.부목을 도포하기 때문에 연조직의 반사가 필요하지 않습니다.환자는 출혈, 붓기, 불편함을 덜 경험합니다.인접 구조물의 부상과 같은 합병증도 피할 수 있다.계획 단계에서 3D 영상을 사용하여 의사, 치과 의사 및 치과 기술자 간의 커뮤니케이션이 매우 지원되며 문제를 쉽게 감지하고 제거할 수 있습니다.각 전문의는 전체 치료와 상호 작용을 수행할 수 있습니다.최종 결과는 이미 계획되어 있고 모든 외과적 개입이 초기 계획에 따라 이루어지기 때문에 편차의 가능성을 최소한으로 억제할 수 있다.초기 계획의 효과를 고려할 때 전체 치료 기간은 다른 치료 절차보다 짧습니다.

컴퓨터 보조 이비인후과 수술

이비인후과에서 영상유도수술과 CAS는 일반적으로 CT 또는 원추형 빔 CT와 같은 수술 전 영상 데이터를 탐색하여 광학 신경이나 전두 부비강 [5]개구부와 같은 해부학적으로 중요한 부위를 찾거나 피하는 데 도움을 주는 것으로 구성됩니다.고정밀 [6]동작에 대한 요구로 인해 중귀 수술에 사용되는 로봇 수술이 일부 적용되고 있습니다.

컴퓨터 지원 정형외과(CAOS)

로봇 수술의 적용은 정형외과, 특히 척추 융접[7] 중 고관절 [8]치환이나 경골 나사 삽입과 같은 일상적인 시술에서 널리 사용됩니다.또한 골절에서 변위된 뼛조각의 정확한 해부학적 위치를 미리 계획하고 안내하는 데에도 유용하며, 골합성에 의해 특히 부정 회전된 뼈에 대해 잘 고정할 수 있습니다.초기 CAOS 시스템에는 HipNav, OrthoPilot 및 Praxim이 포함됩니다.최근에는 고관절 형성술을 [9]위해 Intellijoint HIP라고 불리는 미니 광학 항법 도구가 개발되었습니다.

컴퓨터 지원 내장 수술

컴퓨터 보조 수술의 등장으로, 최소한의 침습적 접근으로 일반 수술에 큰 진전이 있었다.복부 및 산부인과 수술에서의 복강경 검사는 수술 로봇이 결장 절제술이나 자궁 적출술과 같은 일상적인 수술을 수행할 수 있게 해주는 수혜자들 중 하나이다.심장외과에서 공유 제어 시스템은 작은 흉부절제술로 승모판 치환 또는 심실 페이싱을 수행할 수 있습니다.비뇨기과에서 수술 로봇은 신우성형술이나 전립선 [10][11]개입을 위한 복강경 접근법에 기여했다.

컴퓨터 지원 심장 시술

심방 세동과 심장 재동기 요법이 이에 해당된다.수술 전 MRI 또는 CT를 사용하여 시술을 계획합니다.수술 전 영상, 모델 또는 계획 정보를 수술 중 형광 투시 영상에 등록하여 [citation needed]절차를 안내할 수 있습니다.

컴퓨터 지원 무선 수술

라디오 외과 또한 첨단 로봇 시스템을 통합하고 있다.CyberKnife는 로봇 팔에 가벼운 선형 가속기를 장착한 시스템이다.골격 구조를 기준 시스템(Steoretic Radiosurgy System)으로 사용하여 종양 과정으로 유도됩니다.시술 중에는 방사선 빔을 전달하기 전에 장치를 정확하게 배치하기 위해 실시간 X선이 사용됩니다.이 로봇은 종양의 호흡 운동을 실시간으로 [12]보정할 수 있다.

이점

CAS는 수술 전 가상 환경에서 외과적 계획을 사용함으로써 수술 전 진단과 명확한 수술 계획 수립을 보다 정확하게 할 수 있다는 전제에서 시작합니다.이렇게 하면 외과의사는 대부분의 외과적 어려움과 위험을 쉽게 평가할 수 있고 외과적 접근 방식을 최적화하고 외과적 이환율을 감소시키는 방법에 대한 명확한 생각을 가질 수 있습니다.수술 중 컴퓨터 가이던스는 수술 제스처의 기하학적 정확도를 향상시키고 외과의사의 행동의 중복성을 감소시킨다.이를 통해 수술실에서의 인체공학이 크게 개선되고 수술 오류의 위험이 감소하며 수술 시간이 단축되며 수술 [13]결과가 개선됩니다.

단점들

컴퓨터 보조 수술에는 몇 가지 단점이 있다.많은 시스템이 수백만 달러에 달하는 비용을 가지고 있기 때문에 대형 병원에도 큰 투자를 하고 있습니다.일부에서는 촉각 피드백, 프로세서 속도 향상, 더 복잡하고 성능이 뛰어난 소프트웨어 등 테크놀로지의 향상에 의해 [14]이들 시스템의 비용이 증가할 것으로 믿고 있습니다.또 다른 단점은 시스템의 크기입니다.이러한 시스템은 비교적 큰 풋프린트를 가지고 있습니다.이것은 이미 붐비는 오늘날의 수술실에서 중요한 단점입니다.수술팀과 로봇이 모두 [14]수술실에 들어가기는 어려울 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Mischkowski RA, Zinser MJ, Ritter L, Neugebauer J, Keeve E, Zoeler JE(2007b) 콘빔 장치에 의해 얻어지는 3D 이미징에 기초한 안면 최대 영역에서의 수술 중 항법.국제 J 경구 맥실로팩 수술 36:687-694
  2. ^ Bale RJ, Melzer A 등:중재적 시술을 위한 로봇 공학.유럽심혈관 및 중재방사선학회 뉴스레터, 2006
  3. ^ Malham, Gregory M; Wells-Quinn, Thomas (2019). "What should my hospital buy next?—Guidelines for the acquisition and application of imaging, navigation, and robotics for spine surgery". J Spine Surg. 5 (1): 155–165. doi:10.21037/jss.2019.02.04. PMC 6465454. PMID 31032450.
  4. ^ Marmulla R, Niederdellmann H: 컴퓨터 지원 골격 세그먼트 탐색.J Cranio-Maxilofac 서그 26:347-359, 1998
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  6. ^ Berlinger NT: 로봇 수술 - 꽉 끼는 곳에 비집고 들어갑니다.뉴잉글랜드 의학저널 354:2099-2101, 2006
  7. ^ Haaker RG, Stockheim M, Camp M, Proff G, Breitenfelder J, Oortsbach A: 컴퓨터 보조 내비게이션은 전체 무릎 관절 성형술에서 구성요소 배치의 정밀도를 높입니다.Clinic Orthop Relative Res 433:152-9, 2005
  8. ^ Manbachi A, Cobbold RS, Ginsberg HJ: "가이드 페디클 나사 삽입: 기술과 훈련"척추 J. 2014년 1월 14일 (1): 165-79.
  9. ^ 파프로스키 WG, 뮤어 JMIntelijoint HIP®: 전체 고관절 성형 수술 중 수술 정확도를 높이기 위한 3D 미니 슬롯 항법 도구입니다.Med Devices(Auckl).2016년 11월 18일 9:401-408.
  10. ^ Muntener M, Ursu D, Patriciu A, Petrisor D, Stoianovici D: 로봇 전립선 수술.Expert Rev Med 디바이스 3(5): 575-84
  11. ^ 기요뉴, 베르트랑:비뇨기과에서 로봇공학은? 현재 시점유럽 비뇨기과43: 103-105 2003
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  13. ^ Patil, NR; Dhandapani, S; et, al. (Oct 2020). "Differential independent impact of the intraoperative use of navigation and angled endoscopes on the surgical outcome of endonasal endoscopy for pituitary tumors: a prospective study". Neurosurg Rev. 44 (4): 2291–2298. doi:10.1007/s10143-020-01416-x. PMID 33089448. S2CID 224824578.
  14. ^ a b Lanfranco, Anthony (2004). "Robotic Surgery: A Current Perspective". Annals of Surgery. 239 (1): 14–21. doi:10.1097/01.sla.0000103020.19595.7d. PMC 1356187. PMID 14685095.
  15. ^ "ASL - ASL assists neurosurgeons and robots, computes brain deformation in real time". asl.org.il.

외부 링크

Wikimedia Commons 컴퓨터 지원 수술 관련 매체