الجراحة بمساعدة الحاسوب

يُعدّ تطوير نموذج دقيق للمريض أهمّ عنصر في الجراحة بمساعدة الحاسوب. ويمكن تحقيق ذلك باستخدام عدد من تقنيات التصوير الطبي، بما في ذلك التصوير المقطعي المحوسب (CT) ، والتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) ، والأشعة السينية ، والموجات فوق الصوتية ، وغيرها الكثير. ولإنشاء هذا النموذج، يجب مسح المنطقة التشريحية المراد إجراء الجراحة عليها وتحميل بياناتها إلى نظام الحاسوب. ومن الممكن استخدام عدد من طرق المسح، مع دمج مجموعات البيانات باستخدام تقنيات دمج البيانات . والهدف النهائي هو إنشاء مجموعة بيانات ثلاثية الأبعاد تُحاكي بدقة الوضع الهندسي للأنسجة والهياكل الطبيعية والمرضية في تلك المنطقة. ومن بين طرق المسح المتاحة، يُفضّل استخدام التصوير المقطعي المحوسب ^{[ 1 ]،} لأن مجموعات بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي معروفة بتشوهاتها الحجمية التي قد تؤدي إلى عدم الدقة. ومن أمثلة مجموعات البيانات، مجموعة بيانات مُجمّعة من 180 شريحة تصوير مقطعي محوسب، تفصل بينها مسافة 1 مم، وتحتوي كل شريحة على 512 × 512 بكسل . تُتيح تباينات مجموعة البيانات ثلاثية الأبعاد (التي تضم عشرات الملايين من البكسلات ) تفاصيل دقيقة عن بنية الأنسجة الرخوة والصلبة، مما يسمح للحاسوب بالتمييز بينها وفصلها بصريًا بالنسبة للإنسان. غالبًا ما تتضمن بيانات الصور المأخوذة من المريض معالم محددة عمدًا، وذلك لتمكين إعادة محاذاة مجموعة البيانات الافتراضية مع المريض الفعلي أثناء الجراحة. انظر تسجيل المريض . 

يتضمن تحليل الصور معالجة النموذج ثلاثي الأبعاد للمريض لاستخلاص المعلومات ذات الصلة من البيانات. فعلى سبيل المثال، باستخدام مستويات التباين المختلفة للأنسجة المختلفة في الصورة، يمكن تغيير النموذج لعرض الهياكل الصلبة فقط مثل العظام، أو لعرض تدفق الشرايين والأوردة عبر الدماغ.

باستخدام برامج متخصصة، يمكن تحويل البيانات المجمعة إلى نموذج ثلاثي الأبعاد افتراضي للمريض، مما يتيح للجراح التلاعب بهذا النموذج بسهولة لعرض صور من أي زاوية وعلى أي عمق داخل الحجم. وبذلك، يستطيع الجراح تقييم الحالة بشكل أفضل والتوصل إلى تشخيص أكثر دقة. علاوة على ذلك، سيتم تخطيط التدخل الجراحي ومحاكاته افتراضيًا قبل إجراء الجراحة الفعلية (محاكاة جراحية بمساعدة الحاسوب). وباستخدام برامج مخصصة، سيتم برمجة الروبوت الجراحي لتنفيذ الإجراءات المخطط لها أثناء التدخل الجراحي الفعلي.

في الجراحة بمساعدة الحاسوب، يُعرَّف التدخل الجراحي الفعلي بأنه توجيه جراحي. يستخدم الجراح نظام التوجيه الجراحي، حيث يُدخل أدوات خاصة يتم تتبعها بواسطة النظام. ويُظهر النظام موضع الأداة المُتتبعة بالنسبة لتشريح المريض على صور المريض، أثناء تحريك الجراح للأداة. وبذلك، يستخدم الجراح النظام لتحديد موقع الأداة. وتُعدّ المعلومات التي يُقدّمها النظام حول موقع الأداة مفيدةً للغاية في الحالات التي لا يستطيع فيها الجراح رؤية طرف الأداة، كما هو الحال في الجراحات طفيفة التوغل.

الجراحة الروبوتية مصطلح يُستخدم لوصف الإجراءات المتناسقة بين الجراح والروبوت الجراحي (المُبرمج لتنفيذ إجراءات مُحددة خلال مرحلة التخطيط قبل الجراحة). الروبوت الجراحي جهاز ميكانيكي (يشبه عادةً ذراعًا روبوتية) يُتحكم به بواسطة الحاسوب. تُقسم الجراحة الروبوتية إلى ثلاثة أنواع، بحسب درجة تفاعل الجراح أثناء العملية: الجراحة الإشرافية، والجراحة عن بُعد، والجراحة المشتركة. ^{[ 2 ]} في نظام الجراحة الإشرافية، يُنفذ الروبوت العملية بالكامل، حيث يقوم بتنفيذ الإجراءات المُبرمجة مُسبقًا. أما نظام الجراحة عن بُعد ، فيتطلب من الجراح تحريك الأذرع الروبوتية أثناء العملية بدلًا من تركها تعمل وفق برنامج مُحدد مُسبقًا. في أنظمة الجراحة المشتركة، يُجري الجراح العملية باستخدام روبوت يُتيح له التحكم الدقيق بالأدوات. في معظم الروبوتات، يُمكن اختيار نمط العمل لكل عملية جراحية على حدة، بناءً على مدى تعقيد العملية وخصوصية الحالة.

استُخدمت أجهزة التحكم عن بُعد لأول مرة في جراحة الأعصاب في ثمانينيات القرن الماضي. وقد أتاح ذلك تطورًا كبيرًا في جراحة الدماغ المجهرية (حيث عوضت عن الرعشة الفسيولوجية للجراح بمقدار عشرة أضعاف)، وزادت من دقة التدخل الجراحي. كما فتحت آفاقًا جديدة لجراحة الدماغ طفيفة التوغل، مما قلل من مخاطر المضاعفات بعد الجراحة عن طريق تجنب إلحاق الضرر العرضي بالمراكز المجاورة.

تشمل جراحة الأعصاب بمساعدة الحاسوب أيضًا إجراءات العمود الفقري باستخدام أنظمة الملاحة والروبوتات. تشمل أنظمة الملاحة المتاحة حاليًا Medtronic StealthStation و BrainLab و 7D Surgical و Stryker و Zeta Surgical Zeta؛ وتشمل أنظمة الروبوتات المتاحة حاليًا Mazor Renaissance وMazorX و Globus Excelsius GPS و Brainlab Cirq. ^{[ 3 ]}

يُعدّ التوجيه العظمي النهج الجراحي الحديث في جراحة تقويم الفكين (تصحيح تشوهات الفكين والجمجمة)، وفي جراحة المفصل الصدغي الفكي ، أو في إعادة بناء منتصف الوجه والحجاج . ^{[ 4 ]}

يُستخدم هذا النظام أيضًا في زراعة الأسنان، حيث يُمكن رؤية العظم المتاح ومحاكاة موضع الزرعات وزاويتها وعمقها قبل الجراحة. أثناء العملية، يسترشد الجراح بصريًا وصوتيًا. يُعد نظام زراعة الأسنان الموجه بالصور (IGI) أحد أنظمة الملاحة التي تستخدم هذه التقنية.

جراحة زراعة الأسنان بمساعدة الحاسوب (CAIS)

يجري تطوير وتطبيق مفاهيم علاجية جديدة، كالجراحة الموجهة، في زراعة الأسنان. وقد صُنفت مؤخرًا مختلف مناهج الجراحة الموجهة في مجال زراعة الأسنان تحت مصطلح أوسع هو "جراحة زراعة الأسنان بمساعدة الحاسوب" (CAIS). ^{[ 5 ]} تتطلب جراحة زراعة الأسنان بمساعدة الحاسوب خطة علاج رقمية خاصة بكل مريض، وبعد ذلك يمكن استخدام تقنيات ثابتة وديناميكية وروبوتية لتوجيه عملية زراعة الأسنان. ^{[ 6 ]} تستخدم التقنيات الثابتة أدلة جاهزة لتوجيه عملية قطع العظم وزراعة الأسنان، ^{[ 7 ]} بينما تعتمد التقنيات الديناميكية على تتبع موضع المثاقب في الوقت الفعلي باستخدام تقنية بصرية، ^{[ 8 ]} أما التقنيات الروبوتية فتتضمن زراعة الأسنان بالتعاون مع ذراع روبوتية مستقلة. ^{[ 9 ]} تتوفر حاليًا سبعة أنظمة روبوتية لجراحة زراعة الأسنان بمساعدة الحاسوب تجاريًا في مناطق مختلفة من العالم، وهي من الصين أو الولايات المتحدة الأمريكية. تستخدم معظم هذه الأنظمة تقنية التتبع البصري لتحديد المواقع المكانية، بينما يسعى المطورون بنشاط إلى تطوير كل من الأنظمة التعاونية والأنظمة المستقلة عن المهام ^{[ 10 ].} على الرغم من أن أنظمة زراعة الأسنان بمساعدة الحاسوب الروبوتية أظهرت دقة أعلى في وضع الزرعات في التحليل التلوي للتجارب السريرية ^{[ 11 ]} ، إلا أن العديد من العيوب المتعلقة بالتكلفة والفعالية والكفاءة العامة تحول دون تطبيق هذه الأنظمة على نطاق واسع في الممارسة السريرية السائدة في الوقت الحالي ^{[ 12 ] .}

أُفيد ^{[ 13 ]} أن الأساليب الهجينة، التي تجمع بين نظامي CAIS الثابت والديناميكي في نفس العملية الجراحية ، تحقق دقة أعلى بشكل طفيف من تلك التي يحققها كل منهما على حدة. ومع ذلك، فقد تحقق ذلك في سياقات بحثية ^{[ 14 ]} ، وقد لا يكون تطبيقه في الممارسة السريرية السائدة ممكنًا نظرًا لارتفاع التكاليف والتعقيد.

يتم التخطيط لإعادة التأهيل باستخدام الأطراف الاصطناعية وتنفيذها بالتوازي مع العمليات الجراحية. وتُعدّ خطوات التخطيط أساسية، وتُنفّذ بالتعاون بين الجراح وطبيب الأسنان وفني الأسنان. ويستفيد المرضى فاقدو الأسنان، سواء في فك واحد أو كليهما، من تقليل مدة العلاج. ^{[ 15 ]}

فيما يتعلق بالمرضى الذين فقدوا جميع أسنانهم، فإن دعم أطقم الأسنان التقليدية غالباً ما يكون ضعيفاً بسبب ضمور العظام المعتدل، حتى لو تم تصميم أطقم الأسنان بناءً على الشكل التشريحي الصحيح.

باستخدام التصوير المقطعي المحوسب ذي الحزمة المخروطية، يتم تصوير المريض والتركيبة السنية الموجودة. كما يتم تصوير التركيبة السنية وحدها. توضع لآلئ زجاجية ذات قطر محدد داخل التركيبة السنية وتُستخدم كنقاط مرجعية للتخطيط اللاحق. تُعالج البيانات الناتجة ويُحدد موضع الزرعات. يقوم الجراح، باستخدام برنامج مُصمم خصيصًا، بتخطيط الزرعات بناءً على مفاهيم التركيبات السنية مع مراعاة التشريح. بعد اكتمال تخطيط الجزء الجراحي، يتم إنشاء دليل جراحي بتقنية CAD/CAM لوضع الأسنان. يضمن الجبيرة الجراحية المدعومة بالغشاء المخاطي وضع الزرعات بدقة في فم المريض. بالتوازي مع هذه الخطوة، يتم تصنيع التركيبة السنية الجديدة المدعومة بالزرعات.

يقوم فني الأسنان، باستخدام البيانات الناتجة عن عمليات المسح السابقة، بصنع نموذج يمثل الوضع بعد زراعة الأسنان. تكون المكونات التعويضية، أي الدعامات، مُجهزة مسبقًا. يمكن اختيار طولها وميلها. تُوصل الدعامات بالنموذج في موضع يُراعي الوضع التعويضي. يتم تسجيل الموضع الدقيق للدعامات. وبذلك، يستطيع فني الأسنان تصنيع الطرف الاصطناعي.

تم إثبات ملاءمة الدليل الجراحي سريريًا. بعد ذلك، يُثبّت الدليل الجراحي باستخدام نظام دبابيس دعم ثلاثية النقاط. يُنصح بغسل المنطقة بمطهر كيميائي قبل التثبيت. تُدفع الدبابيس عبر أغلفة محددة من الجانب الدهليزي إلى الجانب الفموي للفك. يجب مراعاة تشريح الأربطة، وإذا لزم الأمر، يمكن تحقيق التعويض بأقل قدر من التدخلات الجراحية. تُعدّ الملاءمة الصحيحة للقالب أمرًا بالغ الأهمية ويجب الحفاظ عليها طوال فترة العلاج. بغض النظر عن مرونة الغشاء المخاطي، يتم تحقيق تثبيت صحيح ومستقر من خلال تثبيت العظم. لا يمكن الوصول إلى الفك الآن إلا من خلال الأكمام المدمجة في القالب الجراحي. باستخدام مثاقب خاصة من خلال الأكمام، تتم إزالة الغشاء المخاطي. كل مثقاب مستخدم مزود بغلاف متوافق مع الأكمام الموجودة في القالب، مما يضمن الوصول إلى الموضع النهائي دون إمكانية إحراز أي تقدم إضافي في الحافة السنخية. الإجراء اللاحق مشابه جدًا لزراعة الأسنان التقليدية. يتم حفر الثقب التجريبي ثم توسيعه. بمساعدة الجبيرة، يتم وضع الغرسات أخيرًا. بعد ذلك، يمكن إزالة الجبيرة.

باستخدام قالب التسجيل، يمكن تركيب الدعامات وتوصيلها بالزرعات في الموضع المحدد. يجب توصيل زوج واحد على الأقل من الدعامات في وقت واحد لتجنب أي خلل. من أهم مزايا هذه التقنية وضع الدعامات بشكل متوازٍ. يلزم إجراء فحص بالأشعة السينية للتحقق من صحة موضع الزرعة والدعامة وتوصيلهما.

في خطوة لاحقة، تُغطى الدعامات بأغطية مخروطية ذهبية، تمثل التيجان الثانوية. وعند الضرورة، يمكن عزل منطقة انتقال الأغطية المخروطية الذهبية إلى الغشاء المخاطي باستخدام حلقات مطاطية عازلة.

تُطابق التركيبة السنية الجديدة التركيبة الكاملة التقليدية، إلا أن قاعدتها تحتوي على تجاويف تسمح بتركيب التيجان الثانوية. يتم التحكم في التركيبة عند وضعها النهائي وتصحيحها عند الحاجة. تُملأ التجاويف بمادة لاصقة ذاتية التصلب، ثم توضع التركيبة في وضعها النهائي. بعد اكتمال عملية التصلب، تُثبت التيجان الذهبية نهائيًا في تجاويف التركيبة، ويمكن حينها فصلها. قد يلزم إزالة المادة اللاصقة الزائدة، وقد يتطلب الأمر بعض التعديلات مثل التلميع أو الحشو الجزئي حول التيجان الثانوية. تُركّب التركيبة الجديدة باستخدام تيجان مخروطية مزدوجة متداخلة. عند وضعها النهائي، تُثبّت التركيبة بإحكام على الدعامات لضمان ثباتها.

في نفس الجلسة، يتلقى المريض الغرسات والتركيبة السنية، فلا حاجة لتركيبة مؤقتة. يتم تقليل حجم الجراحة إلى الحد الأدنى. وبفضل استخدام الجبيرة، لا حاجة لرفع الأنسجة الرخوة، مما يقلل من النزيف والتورم والانزعاج. كما يتم تجنب المضاعفات، مثل إصابة الأنسجة المجاورة. وباستخدام التصوير ثلاثي الأبعاد خلال مرحلة التخطيط، يتم تعزيز التواصل بين الجراح وطبيب الأسنان وفني الأسنان بشكل كبير، مما يسهل اكتشاف أي مشكلة وحلها. ويرافق كل متخصص المريض طوال فترة العلاج، مما يتيح التفاعل بين جميع الأطراف. وبما أن النتيجة النهائية مُخطط لها مسبقًا، ويتم تنفيذ جميع التدخلات الجراحية وفقًا للخطة الأولية، فإن احتمالية أي انحراف تكون في أدنى حد. ونظرًا لفعالية التخطيط الأولي، فإن مدة العلاج الإجمالية أقصر من أي إجراء علاجي آخر.

تتضمن الجراحة الموجهة بالصور والجراحة بمساعدة الحاسوب في طب الأنف والأذن والحنجرة عادةً استخدام بيانات الصور قبل الجراحة، مثل التصوير المقطعي المحوسب أو التصوير المقطعي المحوسب ذي الحزمة المخروطية، للمساعدة في تحديد أو تجنب البنى التشريحية المهمة، مثل العصب البصري أو فتحة الجيب الجبهي. ^{[ 16 ]} وفي جراحة الأذن الوسطى، تم تطبيق الجراحة الروبوتية جزئيًا نظرًا لمتطلبات الدقة العالية. ^{[ 17 ]}

يُعدّ استخدام الجراحة الروبوتية شائعًا في جراحة العظام، لا سيما في التدخلات الروتينية، مثل استبدال مفصل الورك بالكامل ^{[ 18 ]} أو إدخال براغي الدعامة أثناء دمج الفقرات ^{[ 19 ]} . كما أنها مفيدة في التخطيط المسبق وتوجيه الوضع التشريحي الصحيح لشظايا العظام المزاحة في الكسور، مما يسمح بتثبيت جيد عن طريق تثبيت العظام ، خاصةً في حالات دوران العظام غير الطبيعي . تشمل أنظمة الجراحة الروبوتية بمساعدة الحاسوب (CAOS) المبكرة HipNav و OrthoPilot وPraxim. ومؤخرًا، تم تطوير أدوات ملاحة بصرية مصغرة تُسمى Intellijoint HIP لإجراءات استبدال مفصل الورك ^{[ 20 ] .}

مع ظهور الجراحة بمساعدة الحاسوب، تحققت إنجازات كبيرة في الجراحة العامة نحو أساليب التدخل الجراحي المحدود. وتُعدّ جراحة المناظير في جراحة البطن وأمراض النساء من بين المستفيدين، إذ تُمكّن الروبوتات الجراحية من إجراء عمليات روتينية، مثل استئصال المرارة، أو حتى استئصال الرحم. وفي جراحة القلب، تستطيع أنظمة التحكم المشتركة إجراء استبدال الصمام التاجي أو تنظيم ضربات القلب البطيني من خلال فتحات صدرية صغيرة. وفي جراحة المسالك البولية، ساهمت الروبوتات الجراحية في تطوير أساليب جراحة المناظير في رأب الحويضة أو استئصال الكلية أو التدخلات الجراحية في البروستاتا. ^{[ 21 ] [ 22 ]}

تشمل التطبيقات علاج الرجفان الأذيني وإعادة تزامن القلب. يُستخدم التصوير بالرنين المغناطيسي أو التصوير المقطعي المحوسب قبل الجراحة لتخطيط العملية. ويمكن دمج الصور أو النماذج أو معلومات التخطيط التي تم الحصول عليها قبل الجراحة مع صورة التنظير الفلوري أثناء العملية لتوجيه الإجراءات.

تتضمن الجراحة الإشعاعية أيضًا أنظمة روبوتية متطورة. يُعدّ نظام سايبر نايف أحد هذه الأنظمة، وهو مزود بمسرّع خطي خفيف الوزن مُثبّت على ذراع روبوتية. يتم توجيهه نحو الأورام باستخدام الهيكل العظمي كنظام مرجعي (نظام الجراحة الإشعاعية التجسيمية). أثناء العملية، تُستخدم الأشعة السينية في الوقت الفعلي لتحديد موضع الجهاز بدقة قبل توجيه شعاع الإشعاع. يستطيع الروبوت تعويض حركة الورم التنفسية في الوقت الفعلي. ^{[ 23 ]}