什么是计算机辅助骨科手术 (CAOS)？
计算机辅助骨科手术 (CAOS) 代表了骨科领域的重大进步，它集成了先进的计算机技术来提高外科手术的精度和结果。这个跨学科领域将骨科实践与工程学、计算机科学和机器人学原理相结合，旨在改善手术干预的各个方面，包括术前规划、术中指导和术后评估[2][3]。虽然 CAOS 的实施可以追溯到 20 世纪 90 年代，但它仍然是一个充满活力的研究和开发领域，不断发展以应对肌肉骨骼疾病和损伤的复杂挑战 [4]。
CAOS 的目标和目标成果
CAOS 的根本目标是通过计算机技术的战略应用来优化运营结果。在关节置换等手术中，将新组件准确集成到患者的解剖结构中至关重要，CAOS 技术使外科医生能够实现几个关键目标 [2] [4]：
- **术前规划：** 促进组件放置的精确规划，包括根据患者个体的解剖结构确定适当的植入物尺寸。
- **术中指导：**在手术过程中提供实时反馈，确保严格遵守预先制定的手术计划，提高组件定位的准确性。
- **术后评估：** 能够对手术结果进行全面评估，从而客观地衡量所取得的结果。
通过提供增强的可视化和控制，CAOS 旨在减少人为错误，延长种植体寿命，并最终为患者带来更好的功能结果。
CAOS 中的程序方法
CAOS 方法旨在增强而不是取代传统手术技术。患者通常会接受标准的术前筛查，但 CAOS 引入了额外的工具，例如患者专用的夹具（骨骼结构的 3D 打印模型），以帮助进行细致的术前计划 [4]。 CAOS 系统大致分为两种类型 [2]：
- **主动系统：**这些涉及机器人系统，可以执行整个外科手术，而外科医生的直接干预最少。
- **被动系统：**在这些系统中，计算机程序或机器人设备协助外科医生执行手术，充当向导而不是自主操作员。
无论系统类型如何，准确的导航都是至关重要的。 CAOS [2] [4] 采用三种主要导航方法：
- **基于 CT 的导航：** 此方法利用计算机断层扫描 (CT) 成像来创建患者解剖结构的详细 3D 模型。该模型通过分步说明或实时反馈引导外科医生完成手术，显着提高解剖标志的可视化和假体植入的精确度[2] [4]。
- **基于荧光镜的导航：**外科医生使用以不同角度拍摄的多个荧光镜图像来建立仪器和假肢定位的标志。与连续成像相比，虽然提供静态 2D 或 3D 图像并减少辐射暴露，但该方法不提供实时视频反馈 [2] [4]。
- **无图像导航：** 这种方法无需术前成像即可构建数字化解剖模型。相反，它引用来自骨科测试的数据，例如关节旋转和屈曲/伸展角度。这消除了辐射暴露并可以减少手术时间，尽管其准确性在很大程度上取决于外科医生输入精确值的技能[2] [4]。
计算机辅助骨科手术的优点
CAOS 的主要优势在于其能够显着提高骨科手术的**准确性和精密度** [6] [7] [8] [9]。这种精度的提高可以带来多种好处：
- **最佳种植体植入：** 更准确地定位假体种植体，这有助于改善生物力学并有可能延长种植体的使用寿命。
- **减少并发症：** 通过最大限度地减少骨切割和组件对齐的错误，CAOS 可以降低术后并发症的风险。
- **强化培训：** CAOS 是培训新外科医生的宝贵工具，提供视觉指导和实时反馈，有助于理解复杂的解剖标志和手术步骤 [12] [13]。
限制和挑战
尽管 CAOS 具有诸多优点，但它仍面临一些限制，阻碍了其在骨科界的广泛采用 [5] [3]：
- **成本增加：**计算机技术和专用设备的集成导致医院支出增加，而这些支出往往转嫁给患者。此外，由于其正在进行的研究状态，CAOS 手术的保险范围可能不一致[3]。
- **辐射暴露：** 基于 CT 的导航系统本质上会增加患者的辐射暴露 [2]。虽然基于透视的系统减少了这种情况，但由于外科医生暂停采集图像，它们可以延长手术时间[2]。
- **学习曲线：** 外科医生需要接受专门培训才能有效利用 CAOS 系统，这可能会成为采用的障碍。
- **长期结果数据：** 虽然研究表明准确性和精确度更高，但由于这些技术相对较新的发展，有关手术结果长期显着改善或翻修率持续降低的确凿证据仍在不断涌现 [10] [11]。
当前发展现状及未来展望
CAOS 主要应用于膝关节植入手术，其中精确的股骨和胫骨骨切割至关重要，以及髋关节手术中髋臼假体放置的导航，其中正确的髋臼倾斜度至关重要 [3] [4]。正在进行的研究重点是降低成本和辐射暴露，用于手术指导的超声成像取得了有希望的发展[14]。虽然尚未得到普遍接受，但 CAOS 因其彻底改变骨科培训和提高手术标准的潜力而得到认可。
结论
计算机辅助骨科手术代表了医学专业知识和技术创新的强大融合。通过提供更高的精度、改进的规划能力和实时指导，CAOS 为推进骨科护理带来了巨大的希望。解决当前与成本、辐射和长期结果数据相关的挑战对于其更广泛地融入临床实践至关重要。随着技术的不断发展，CAOS 有望在塑造骨科手术的未来方面发挥越来越重要的作用，最终通过更准确、更有效的治疗使患者受益。
参考文献
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