Et spine robotassistert navigasjonssystem for pedicle skrue plassering

Summary

Denne artikkelen presenterer en standardisert kirurgisk teknikk for robotassistert pedicle skrue plassering ved hjelp av robotassistert navigasjonssystemer. Vi presenterer en trinnvis protokoll og beskriver arbeidsflyten og forholdsreglene for denne prosedyren.

Abstract

Pedicle skrue implantasjon har gode behandlingseffekter og brukes ofte av kirurger i spinal fusjon kirurgi. Men på grunn av kompleksiteten i menneskekroppen anatomi, er denne kirurgiske prosedyren vanskelig og utfordrende, spesielt i minimalinvasiv kirurgi eller pasienter med medfødte anomalier og kyfoskoliosedeformitet. I tillegg til de ovennevnte faktorene påvirker kirurgens kirurgiske erfaring og teknikk også gjenopprettingsfrekvensene og komplikasjonene til pasientene etter kirurgisk operasjon. Derfor, nøyaktig utføre pedicle skrue implantasjon har er et konstant tema av felles bekymring for kirurger og pasienter. De siste årene, med den teknologiske utviklingen, har robotassisterte navigasjonssystemer gradvis blitt vedtatt. Disse robotassisterte navigasjonssystemene gir kirurger fullstendig preoperativ planlegging før operasjonen. Systemet gir 3D rekonstruerte bilder av hver vertebra, slik at kirurger kan forstå pasientens fysiologiske egenskaper raskere. Det gir også 2D-bilder av sagittal, koronar, aksial og skrå fly slik at kirurger kan nøyaktig utføre pedicle skrue plassering plan.

Tidligere studier har vist effektiviteten av robotassisterte navigasjonssystemer for pedicle skrue implantasjon prosedyrer, inkludert nøyaktighet og sikkerhetsvurderinger. Denne trinnvise protokollen tar sikte på å skissere et standardisert kirurgisk teknikknotat for robotassistert pedicle skrueplassering.

Introduction

Innen spinal kirurgi, spinal fusjon kirurgi er en grunnleggende kirurgisk prosedyre, spesielt bakre pedicle skrue fiksering, som kan gi tre-kolonne støtte av ryggvirvlene og forbedre styrken av biomekanikk; dermed har det blitt en av de mest brukte kirurgiske prosedyrer¹. I mange tidlige studier har den kliniske effekten av bakre pedicle skrue implantasjon blitt bekreftet, og det har blitt mye brukt i kirurgi for mange forskjellige spinallidelser, som degenerative, traumatiske og kompliserte spinalforhold².

Men selv om den bakre lumbale spinalfusjonskirurgi kan oppnå gode behandlingseffekter, er det fortsatt risikabelt på grunn av menneskekroppens anatomi. Det er mange vitale vevsstrukturer nær pedicleen, som sentralnervesystemet, nerverøtter og hovedblodkar. Skaden av disse vevene under den kirurgiske prosedyren kan forårsake alvorlige komplikasjoner, som vaskulære skader, nevrologiske underskudd, eller skrue løsne^22,3. Videre er kirurger og ansatte utsatt for ekstra stråling, spesielt i tilfelle av minimalt invasive spinal prosedyrer⁴. Kirurger kan oppleve tretthet og hånd rystelser etter lange og kjedelige spinal kirurgi prosedyrer, for eksempel skrue plasseringer, bein osteotomi, og nerve dekompresjon⁵.

Den utilfredsstillende frekvensen av pedicle skrue plassering prosedyren nødvendiggjorde forslaget om en robot-assistert navigasjonssystem som skal brukes i spinal operasjoner for å forbedre kirurgi nøyaktighet og pasientenes sikkerhet. Flere studier på robotassisterte navigasjonssystemer har vist forbedringer i sikkerhet, nøyaktighet og presisjon av pedicle skrue plassering, samt redusert strålingeksponering og operative tider^6,7,8,9,10. Grundig skruebaneplanlegging, forhåndsoperativ planlegging med bilder, omfattende robotsystem med fikseringsenhet og robotkontrollprogramvare må imidlertid fortsatt tas opp for å oppnå dette målet. Denne studien fokuserer på beskrivelsen av robotstrukturen og arbeidsflyten til et selvutviklet navigasjonssystem (dvs. point spine navigation system (PSNS)) for robotassistertpedicle skrue plassering operasjoner.

Systembeskrivelse og kirurgisk protokoll
PSNS består av en navigasjonsarbeidsstasjon som inkluderer følgende. (1) Det er en brukergrensesnitt programvare ansvarlig for bildelesing gjennom tredimensjonal (3D) rekonstruksjon, pre-operativ planlegging, romlig kinematisk relasjonsberegning, og registrering. (2) PSNS bruker infrarøde optiske veiledningssystemer for å spore den romlige posisjonen til kirurgiske roboter og pasienter. Det infrarøde optiske veiledningssystemet inneholder følgende komponenter: (i) en optisk tracker som aktivt avgir infrarødt lys og utfører stereoposisjonering gjennom et dobbelt kamera (Figur 1); (ii) en markørsfære hvis overflate har et reflekterende belegg med reflekterende egenskaper for presis verktøysporing; og (iii) et verktøy med en dynamisk referanseramme (DRF) som består av en base og fire markørkuler. For å unngå identifikasjonssvikt i sporingssystemet, har hver enhet en unik DRF-design og kan ikke deles med hverandre. DRF brukes inkluderer en baseramme (BF) festet til bunnen av håndstykket for å bekrefte håndstykkets posisjon, en endeeffektorramme (EF) festet til enden av håndstykket for å bekrefte håndstykkets posisjon, en fiducial ramme (FF) forankret på pasientens bein for å bekrefte pasientens posisjon, og en sonde hvis spiss brukes til å bekrefte målposisjonen i 3D-rom. (3) Det er et håndstykke bestående av en seks frihetsgrader (DOF) Stewart-plattform, med den ene enden av roboten utstyrt med et driftsverktøy som brukes til å bore skruebanen. Håndstykket er et robotassistert navigasjonssystem som hjelper kirurger mot nøyaktig plassering av implantater, for eksempel pedicle skruer, eller posisjonering av kirurgiske verktøy under spinal kirurgi. Bevegelsen av det kirurgiske målet spores som roboten automatisk kompenserer for riktig mål. Roboten er designet som et semiaktivt system som tilbyr kirurgisk verktøyveiledning; Imidlertid utføres den faktiske operasjonen av kirurger. Driftsprinsippet og utstyret er illustrert i figur 2.

PSNS er indisert for prosedyrer, inkludert, men ikke begrenset til følgende prøveprosedyrer: (i) åpen, minimalt invasiv eller perkutan spinalkirurgi; (ii) spinalkirurgi for thorax, lumbal eller sakralryggvirvler; (iii) bakre spinalfusjon for traumer, degenerativ stenosesykdom, ustabilitet, spondyloisthese, herniated plate, tumor, infeksjon eller spinal deformitetskorreksjon; (iv) plassering av midlertidige eller permanente enheter, for eksempel k-ledninger eller nåler, mens du utfører vertebroplasty, eller enten transforaminal eller interlaminar perkutan endoskopisk lumbal diskektomi; og (iv) beintumorekscision, inkludert ablasjon av osteoid osteoma eller tumorbiopsi, der roboten rettet nåler eller ledetråder til en gitt vertebralplassering. Denne prosedyren er kontraindisert for de med manglende evne til å tolerere anestesi, kirurgisk prosedyre, eller når tilfredsstillende navigasjonsbilder ikke er anskaffet.

Merk at operasjonspersonalet, inkludert nevrokirurger og ortopediske kirurger, må være lisensiert og opplært i veiledende kurs. Alle prosedyrer for bruk av roboten under operasjonen må følge de anbefalte standardiserte prosedyrene for å unngå å forårsake skade på pasienten eller kirurgen. Kirurger må ha konvensjonell kirurgisk erfaring for å sikre at det er mulig å bytte tilbake til konvensjonelle kirurgiske instrumenter og fullføre operasjonen når det bestemmes at navigasjonen er unøyaktig, basert på kirurgenes anatomiske kunnskap.

Protocol

Alle prosedyrer som fulgte var i samsvar med de etiske standardene til National Taiwan University Hospital (NTUH) Research Ethics Committee (REC) og Helsinki-erklæringen fra 1975 (i sin sist endrede versjon). Informert samtykke må innhentes fra alle pasienter hvis videre klinisk studie er utarbeidet.

MERK: Anestesiprosedyren kan kategoriseres i tre trinn: preoperativ evaluering av pasienten, intraoperativ styring og postoperativ styring. Under preoperativ evaluering bør alle pasientdata, inkludert grundig historie og fysisk undersøkelse, samles inn, og de ansatte bør gjenkjenne pasientens komorbiditeter og hvordan de forholder seg til pasientens bedøvelsesbehandling. En grundig luftveisundersøkelse bør utføres, og de ansatte bør være klar over de bedøvelsesalternativene for å formulere en grunnleggende bedøvelsesplan. Under intraoperativ ledelse bør anestesiologen sjekke de grunnleggende funksjonene til anestesimaskinen, og bruke grunnleggende fysiologiske skjermer anbefalt av American Society of Anesthesiologists, som inkluderer et pulsoksimeter, elektrokardiografi, en ikke-invasiv blodtrykksenhet, og en temperaturmonitor, luftveisbehandlingsalternativer, farmakologi av induksjonsmidler og indikasjoner under et bedøvelsesinduksjon. Intraoperative hendelser, som hypotensjon, hypertensjon, hypoksi og oliguri, må gjenkjennes, evalueres og administreres. I tillegg må de ansatte gjenkjenne når pasienten oppfyller ekstubasjonskriteriene.

1. Preoperativ innstilling og planlegging

MERK: Under operasjonen bør sterile kirurgiske gardiner brukes til å forhindre kontakt med uforberedte overflater og for å opprettholde steriliteten på det kirurgiske stedet av miljøflatene, utstyret og pasientens omgivelser. For å redusere risikoen for patogenoverføring til både pasientene og det kirurgiske teamet, bør sterile kirurgiske kjoler brukes over skrubbedraktene av driftsteamet under operasjonen.

1. Fjern alle komponenter som kan påvirke fluoroskopi fra operasjonsstedet; Dette avhenger av den kirurgiske planen i henhold til hver enkelt pasient.
2. Plasser pasienten i en utsatt stilling etter administrering av anestesi og forbered deg i henhold til kirurgiske krav.
   MERK: Alle anestesiprosedyrer må utføres under tilsyn av en anestesiolog, og hver plan bør justeres i henhold til hver enkelt pasient.
3. Rengjør og steriliser pasientens kirurgiske sted.
4. Dekk OP-stedet på pasientens kirurgiske sted.
5. Plasser den sterile kirurgiske draperingen på pasienten, unntatt på operasjonsstedet.
6. Forankre FF til pasienten; brukere kan velge en av følgende to metoder i henhold til deres behov.
   1. Forankring til iliac-beinet (gjeldende kirurgisk sted: L5 eller S1).
      1. Plasser to perkutane ledninger (Φ = 1,5 mm) på den bakre iliac kammen og kontroller inngangspunktet under fluoroskopi. Gjenta trinnet hvis kirurgen har en bekymring om inngangspunktet. Merk inngangspunktet ved hjelp av en merkepenn.
      2. Sett den første perkutane pinnen (Φ = 5 mm, L = 140 mm) inn i pasientens bakre iliac kam ved hjelp av en strømdrill (1000 RPM).
      3. Plasser FF sammen med den første perkutan pin. Juster FF til den gjenkjennes av det optiske sporingskameraet. Fest FF til den første perkutan pin ved hjelp av en skrutrekker.
      4. Sett inn den andre perkutane pinnen (Φ = 5 mm, L = 140 mm) sammen med et hull på FF ved hjelp av en strømdrill (1000 RPM). Fest skruen på FF til den andre perkutan pin ved hjelp av skrutrekker.
         MERK: I henhold til håndboken til det optiske sporingssystemet kan markørsfæren identifiseres innen 3 m fra den optiske trackeren.
   2. Forankring til den nåværende eller tilstøtende vertebral spinøse prosessen med en klemme gjeldende kirurgisk sted: thorax, lumbal eller sakralryggvirvler.
      1. Plasser en ledning (Φ = 1,5 mm) på pasientens rygg som referanse under fluoroskopi. Kontroller det kirurgiske feltet under fluoroskopi. Gjenta trinnet hvis kirurgen har en bekymring om det kirurgiske feltet. Merk det kirurgiske feltet ved hjelp av en markørpenn.
      2. Øk hudvevet på kirurgisk felt ved hjelp av en kirurgisk skalpell. Fest FF til spinous prosessen ved hjelp av en skrutrekker. På grunn av forskjellen av benmineraltetthet, må kirurgen avgjøre om FF er forankret på spinøs prosess fast.
7. Kontroller om utstyret og komponentene i PSNS er klargjort, inkludert håndstykket, det optiske sporingssystemet, robotarbeidsstasjonen og navigasjonsverktøysettet (dvs. sonde) (figur 3 og figur 4).
   MERK: Unngå å forstyrre det kirurgiske personalet; Unngå å blokkere det optiske sporingskameraet; Sørg for at sporingen er stabil og gjenkjennes av det optiske sporingssystemet; Steriliser navigasjonsverktøysettet og plasser den på betjeningsbordet.

2. Romlig merking og registrering

1. Overfør pasientens preoperative CT-bilder til systemet via DVD eller USB og beskjær bildestørrelsen for å justere retningen basert på kirurgiske behov. Systemet gir virtuelle kirurgiske guidede bilder, inkludert sagittal, koronar, aksiale og skrå fly, og tilpassede 3D rekonstruksjoner for hver vertebra.
2. Som PSNS-programvaren gir merkingsgrensesnittet, be kirurgen om å merke hver vertebra med fremre posteriorvisning og sidevisning, differensiere intervertebralskiven for de påfølgende trinnene som skal identifiseres.
3. Velg optimal skruelengde og implantatdimensjoner basert på enhetsprogramvaren.
4. Planlegg den optimale posisjoneringen og banen til skruen basert på 3D- og multiplanarbilderekonstruksjonen av den preoperative CT-skanningen.
5. Bekreft om alle de planlagte skruene er riktige og hensiktsmessige.
6. Skriv inn DRF overvåkingsgrensesnittet i PSNS programvare som presenterer flere planar visninger (inkluderer 3D volum og tre tverrsnittsfly på siden). Alle DRFs bør være innenfor synsområdet til det optiske sporingssystemet (i henhold til bruksanvisningen er det anbefalte beste gjenkjenningsområdet område B.) Når DRF vektorpilen som angir at sporingen vises på brukergrensesnittet, gjenkjennes den stabilt av sporingssystemet (Figur 5).
7. Utfør en subperiosteal disseksjon bilateralt langs spinøs prosessen, laminae ut til spissene av de tverrgående prosessene på alle nivåer. Fjern fasettleddkapslene for å eksponere leddene. Bruk av selvbeholdtretraktorer hjelper til med eksponering av vertebra ved å holde muskulaturen av til siden.
8. Utfør registreringsprosedyrer, inkludert landemerkeregistrering og overflatetilpasning. Følg sekvensen nedenfor for å sikre riktigheten av registreringsresultatet.
   1. Landmark registrering
      1. Velg minst fire ikke-koplanar funksjonspunkter (for eksempel spinøs prosess, laminar og tverrgående prosess) på pasientens preoperative 3D rekonstruksjon CT-bilder.
      2. Bruk spissen av sonden for å holde kontakten med det første funksjonspunktet valgt i trinn 2.8.1.1 i det faktiske kirurgiske området.
      3. Trykk på probevalgknappen på programvaregrensesnittet for å bekrefte tilgangspunktet.
      4. Gjenta trinn 2.8.1.2-2.8.1.3 til de fire funksjonspunktene som er valgt i trinn 2.8.1.1, er bekreftet.
      5. Trykk på beregningsknappen på programvaregrensesnittet; systemet vil beregne resultatet av landemerkeregistreringen og presentere den i programvaregrensesnittet.
      6. Akseptkriteriene for registreringsnøyaktigheten må oppfylle behovene til de kliniske indikasjonene (<5 mm). Hvis resultatet ikke er tilfredsstillende, gjentar du trinn 2.8.1.1-2.8.1.5 til registreringsresultatet oppfyller akseptkriteriene.
         MERK: Sørg for at gyldigheten av å bruke sonden for å få posisjonsinformasjonen til beinoverflaten, for eksempel å fjerne bløtvev på beinoverflaten og unngå dingler av probespissen når du samler punkter.
   2. Overflatematching
      1. Bruk probespissen til å kontinuerlig kontakte et hvilket som helst punkt på beinoverflaten i det faktiske kirurgiske området.
      2. Trykk på probevalgknappen på programvaregrensesnittet for å bekrefte tilgangspunktet
      3. Flytt sonden (gjør sonden forskjellig fra forrige plukkpunkt), og gjenta trinn 2.8.2.1-2.8.2.2 til minst 50 plukkpunkter er fullført.
      4. Trykk på beregningsknappen på programvaregrensesnittet; systemet vil beregne overflatematchende resultat og presentere den på programvaregrensesnittet.
      5. Akseptkriteriene for registreringsnøyaktigheten må oppfylle behovene til de kliniske indikasjonene (<0,5 mm). Hvis resultatet ikke er tilfredsstillende, gjentar du trinn 2.8.2.1-2.8.2.4 til registreringsresultatene oppfyller akseptkriteriene.
9. Bruk sonden til å velge åpenbare anatomiske landemerker (for eksempel spinøs prosess, tverrgående prosesser, fasettledd) av det faktiske kirurgiske området for bekreftelse når registreringsresultatet er akseptert (Figur 6).
   MERK: Riktig refleksjon og mottak av det infrarøde lyset må opprettholdes under operasjonen. Hvis det optiske sporingssystemet ikke gjenkjenner markørene, vil programvaregrensesnittet vise en påminnelse om rødt lys. Kameraet bør justeres slik at det kirurgiske feltet er i midten av kameraets deteksjonsområde, og trackeren skal beskyttes mot lys og blod.

3. Robotmontering og bevegelse

1. Dekk håndstykket med steriliseringsgardiner og monter de kirurgiske instrumentene på roboten (f.eks. trokar (Φ = 5 mm) og k-pin (Φ = 1,8 mm)).
2. Juster vinkelen og posisjonen til håndstykket i rommet i henhold til følgende instruksjoner (trinn 3.2.1-3.2.2) slik at håndstykket er innenfor kompensasjonsområdet (innenfor en avstand på en centimeter og en inkludert vinkel på 4 grader fra den planlagte banen).
   1. Vinkeljustering: Vri vinkelen på håndstykket i rommet slik at de to sirklene som representerer vinkelen på håndstykket faller sammen på programvaregrensesnittet.
   2. Posisjonsjustering: Horisontalt og vertikalt flytte posisjonen til håndstykket i rommet, slik at prikkene som representerer plasseringen av håndstykket på programvaregrensesnittet er på linje med inngangspunktene til den planlagte banen.
      MERK: Når trinn 3.2.1 og 3.2.2 er fullført samtidig, aktiveres håndstykket automatisk den aktive kompensasjonsfunksjonen for å opprettholde vinkelen og posisjonen til instrumentet for å samsvare med den forhåndsplanlagte banen (figur 7).
3. Bestem robotens driftsstatus ved å bedømme markørfargen på roboten som vises på brukergrensesnittet. Hvis den er grønn, kan den betjenes, hvis den er rød, kan den ikke betjenes.
   MERK: Hvis håndstykket kommer i kontakt med pasienten eller de omkringliggende hindringene, kan en nødstoppknapp som ligger over navigasjonsstasjonshuset, trykkes av kirurgen eller teknikeren. Regelmessig vedlikehold av roboten skal utføres. Plattformen må kalibreres på nytt for kinematikkparametrene etter 250 bruksområder. Trokaret og k-pin en skal kastes etter engangsbruk.

4. Tilberedning og skruinnsetting

1. Aktiver borfunksjonen til håndstykket, og bor instrumentene montert på forsiden (inkludert K-pin: Φ = 1,8 mm og trocar: Φ = 5 mm) inn i pasientens kropp langs den planlagte banen.
2. Bruk c-armen til å bekrefte posisjonen til k-pin og trokar.
3. Hvis k-pin og trocar posisjoner ikke er riktig under fluoroskopi, fjerne k-pin og trocar. Deretter borer du inn i pedicleen igjen til k-pin- og trokarinnsatsen settes inn i utsatte posisjoner under fluoroskopi (se 4.3.1-4.3.2).
   1. Under AP-visning må du avgjøre om instrumentet er plassert i det ovale området dannet av pedicleen i perspektivbildet.
   2. Under LAT-visning må du avgjøre om instrumentet er innenfor rekkevidden til pedicleen og ryggvirvlene.
4. Skift ut K-pin og trokar med ledevaier (Φ = 1,5 mm, L = 400 mm) når posisjonene er passende.
5. Sett pedicleskruen gjennom føringsledningene.
6. Gjenta trinn 4.1–4.4 for å fullføre alle kirurgiske planleggingsbaner.
   MERK: Når det gjelder postoperativ behandling, bør pasientene overvåkes i post-anestesigjenvinningsenheten (PACU), og de postoperative analgesialternativene bør velges. De grunnleggende PACU-hendelsene, som kvalme, smerte, hypotensjon, hypertensjon og hypoksi, bør evalueres. I tillegg bør de ansatte gjenkjenne når pasienten oppfyller kriteriene for PACU-utslipp.

Representative Results

Sikkerheten og nøyaktigheten av robotassistertpedicle skrue plasseringer har blitt adressert i flere studier^6,11. Vi matcher ryggvirvlene med forhåndsoperative planleggingsbilder under et optisk sporingssystem i den foreslåtte metoden. Etter å ha bestemt den planlagte kirurgiske banen, ble denne informasjonen overført til håndstykket gjennom håndstykkets kontrollenhet. Navigasjonssystemet integrerer sporingsinformasjonen og viser den på skjermen under operasjonen. Videre viser skjermen opptaksbanen på ryggraden og posisjonene til instrumentene.

I vår forrige studie¹²ble det vist en lav total skruefeilrate på 1,7 % fra totalt 59 skruer på 30 svinevirvler gjennom PSNS (figur 8). Kirurgiske prosedyrer fortsatte jevnt under bruk av PSNS, og disse 59 pedicleskruene ble vurdert ved postoperative CT-skanninger. 51 skruer (86,4 %) falt inn i gruppe A, 7 skruer (11,9%) falt inn i gruppe B, og 1 skrue (1,7 %) falt inn i gruppe E i henhold til Gertzbein-Robbins klassifisering¹². Ingen spinalkanalperforeringer eller skader på andre store fartøy ble funnet, og alle pedicleskruer ble satt inn innenfor den sikre sonen. Vi registrerte tipsposisjonsdataene med en frekvens på 60 Hz, og en lineær regresjonskurve ble beregnet med det optiske sporingssystemet under operasjonen. Forskjeller, inkludert vinkel, kortest avstand og inngangspunkt mellom den faktiske pedicle skrue posisjon og preoperative planleggingsbane ble også registrert¹².

Figur 1: Arbeidsprinsippet for optisk sporingssystem¹³. Den optiske trackeren vil aktivt avgi infrarødt lys og utføre stereoposisjonering gjennom dobbelt kamera. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figur 2: Arbeidsprinsipper for ryggraden navigasjonssystem. Søknadsprosessen av systemet inkluderer robotkontroll, brukergrensesnitt og optisk sensing Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figur 3: Navigasjonssystem for ryggrad, inkludert håndholdt, optisk sporingssystem, robotarbeidsstasjon og navigasjonsverktøykasse. (dvs. sonde) Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figur 4: Skjematisk diagram for operasjonsromkonfigurasjon, må brukerne se det skjematiske diagrammet for å definere PSNS i operasjonssalen. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figur 5: DRF overvåking grensesnitt i programvaren. Brukere kan bekrefte gjeldende status for alle DRF-er i henhold til skjermen på grensesnittet. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figur 6: Grensesnittet for bekreftelse av registreringsnøyaktighet i programvaren. Bruk sonde til å velge en bestemt anatomisk funksjon (for eksempel spinøs prosess, tverrgående prosesser, fasettledd) i det faktiske kirurgiske området, og systemet vil beregne avstanden fra probespissen til den anatomiske funksjonen som en referanse for nøyaktighet. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figur 7: Navigasjonsgrensesnitt i programvaren. Ved hjelp av en 3D rekonstruert bein modell og virtualisert pedicle skrue for å gi veiledning for kirurgisk bane. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figur 8: Postoperative CT-skanninger vurdert i henhold til Gertzbein og Robbins klassifisering med et eksempel på klasse A (a), klasse B (b) og klasse E (c)¹⁴. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Discussion

Siden 1990 har det vært en rask utvikling i kirurgiske applikasjoner som involverer bruk av roboter. De tilgjengelige robotteknologiene er optimalisert, noe som resulterer i forbedret nøyaktighet, overvinne skjelvingen i menneskelige hender, og redusert samsvars- og registreringstider for navigasjonssystemer¹⁵. Fordelene med kirurgisk robotassistanse inkluderer: (1) umiddelbar standardisering uten lange læringsprosesser; (2) kirurger kan nøyaktig følge den preoperative planen, som er lagt på et CT-basert bilde gjennom brukergrensesnittet; (3) reduksjon av strålingseksponering for kirurger og driftspersonell; og (4) forbedret nøyaktighet, spesielt når du står overfor kompleks anatomi eller komplisert revisjonskirurgi.

Til tross for den allment aksepterte bruken av pedicle skruer, er frihåndspedicle plasseringteknikker i stor grad avhengig av anatomiske landemerker, bildeguider og kirurgenes erfaring. Selv med erfarne kirurger er implantatfeilfrekvensene i området 5,1–31 %, som beskrevet i flere gjennomgangsstudier^3,16. Mange kirurger aksepterer avvik mellom 2 og 3 mm mens de vurderer nøyaktigheten av skrueposisjoner, da denne avviksraten sjelden blir symptomatisk. Lonstein et al. rapporterte at 5,1% av 4790 skruer brøt kortikale bein i deres meta-analyse studie, og ca 0,2% av disse forårsaket nevrologiske symptomer¹⁷. I tillegg kan selv mindre skrueavvik føre til symptomer, og kirurger kan være nølende til å operere igjen. Derfor er et stort utvalg av systemer som tilbyr spinal bildeveiledning som elektromagnetisk navigasjon, intraoperativ 3D fluoroskopi og CT-navigasjon, perkutane referanserammer og robotstyrt kirurgi under forskning eller klinisk bruk. Disse teknologiene tillater kirurger å bestemme nøyaktige pre-operative og intra-operative utførelsesplaner, inkludert pedicle skrue lengde og diameter, selv i nærvær av alvorlige deformiteter og mangel på anatomiske landemerker.

Bruken av robotassisterte pedicle skrue plasseringer er oppmuntrende på grunn av nøyaktigheten på opptil 98,3%¹². Til tross for den generelle høye nøyaktigheten av pedicle skrue plassering under PSNS, robotsystemet klarte ikke å tilstrekkelig registrere 10-20% av forholdene under vår testing. Under forhold av som høy grad av krumning, fedme, osteoporose, løsning av tidligere plassert maskinvare under revisjonkirurgi, dårlig kvalitet intraoperativ fluorskopisk avbildning, fysiske begrensninger av håndstykket utvidbarhet, enhetssvikt, mekanisk bevegelse, og tekniske problemer, kan føre til vanskeligheter med registreringog kan kreve tilbakestilling til en frihåndspedicle skrue plassering. Spine kirurger bør ha tradisjonell kirurgisk erfaring for å avgjøre om navigasjonssystemet fungerer riktig og være i stand til å bytte til tradisjonell kirurgi hvis robotsystemet mislykkes. I tillegg er PSNS indisert for thoracolumbar pedicle skrue implantasjon, og nøyaktigheten av dette systemet er 2 mm. Ved klinisk kirurgi er feiltoleransen for cervikal pedicleskrueimplantasjon ca. 0,2–0,5 mm; Dermed er dette systemet ikke egnet for livmorhalskirurgi i dag.

PSNS bestående av et håndstykke kan brukes i kombinasjon med kirurgiske verktøy for å bore direkte inn i ryggvirvlene. Enhetens fotavtrykk er lite og opptar liten plass i operasjonssalen. Disse funksjonene er forskjellige fra andre navigasjon robot spinal kirurgi systemer, noe som gjør spinal navigasjon kirurgi mer fleksibel og praktisk for kirurger. PSNS består av bilderegistrering og matching, robot- og navigasjonsteknologi og presis utstyrsproduksjon. Systemet er avhengig av at disse komponentene fungerer sammen på riktig måte, da det kan oppstå feil hvis en av disse komponentene mislykkes. Den romlige plasseringen av anatomien på operasjonsstedet vil bli relativt løst etter at bildene er anskaffet. Faktorer som for mye bløtvevsforstyrrelser, dekompresjon eller osteotomi, lange segmentoperasjoner over 3 ryggvirvler, eller mengden åndedrettsvern kan forårsake navigasjonsavvik. Hvis kirurgen mistenker et navigasjonsavvik, kan sonden brukes til å velge de anatomiske landemerkene for bekreftelse (f.eks. spinøs prosess eller fasettledd). Hvis posisjonen er riktig, kan operasjonen fortsette. Men hvis posisjonen er feil, er noen mulige årsaker og løsninger som følger: (1) Den dynamiske referanseramme-fiducial rammen flyttes under operasjonen. Kirurgen bør begrense den dynamiske referanseramme-fiducial ramme og registrering igjen. (2) Det er relativ forskyvning mellom de anatomiske strukturene, for eksempel etter deformitetskorreksjon, forårsaket av operasjonen. Kirurgen bør re-skanne fluoroskopi for å få nye bilder for kirurgi. Ifølge tidligere publisert forskning kan robotassisterte navigasjonssystemer redusere tiden det tar for hver pedicle skrue innsetting; Men den operative tiden øker på grunn av robotoppsett og registrering¹⁰.

Det finnes fortsatt flere begrensninger av robotassistert kirurgi, for eksempel registreringsproblemer, inkludert problemer med å få tilgang til landemerke, inkompatibilitet i minimalt invasiv kirurgi og tidkrevende, pasienter blir utsatt for ekstra stråling, verktøyskiving på grunn av mangel på live-intraoperativ tilbakemelding, innvirkning på tradisjonell ryggradstrening, avhengighet av teknologi og høye kostnader. PSNS har visse begrensninger: For det første må kirurgen bruke tid på å lære PSNS-systemet grundig; for det andre er det tungt for kirurgene å holde den. Vårt team vil fokusere på å gjøre brukerlæringskurven enklere og gi en støttearm for å redusere vekten av håndstykket. Likevel tror vi at det er kontinuerlig utvikling i robotassisterte navigasjonssystemer, som har potensial for å forbedre kirurgiske resultater.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Dynamic reference frames	POINT
FF tool kit: 1.Connecting Rod 2.Combination clamps 3.Multi-pin clamps 4.Schanz screw 5.Spinous process clamp 6.Open wrench 7.Hexagonal wrench	POINT
Handpiece	POINT
Handpiece holder	POINT
Handpiece stand	POINT
K-pin	POINT
Optical tracker	NDI
Passive spheres	NDI
Probe	POINT
Sterile box	POINT
Sterile drape	POINT
Trocar	POINT
Workstation cart	POINT