Робототехническая навигационная система Для размещения pedicle Screw
Summary
В этой статье представлена стандартизированная хирургическая техника для размещения роботизированного педикл-винта с помощью роботизированных навигационных систем. Мы представляем пошаговой протокол и описываем рабочий процесс и меры предосторожности этой процедуры.
Abstract
Pedicle винт имплантации имеет отличные эффекты лечения и часто используется хирургами в хирургии синтеза позвоночника. Однако, из-за сложности анатомии человеческого тела, эта хирургическая процедура является сложной и сложной, особенно в минимально инвазивной хирургии или пациентов с врожденными аномалиями и деформацией кифосколиоза. В дополнение к вышеупомянутым факторам, хирургический опыт и техника хирурга также влияют на темпы восстановления и осложнений пациентов после хирургической операции. Таким образом, точное выполнение pedicle винт имплантации имеет постоянную тему общей озабоченности для хирургов и пациентов. В последние годы, с технологическим развитием, робот-помощь навигационные системы постепенно стали приняты на вооружение. Эти роботизированные навигационные системы обеспечивают хирургов с полным предоперационным планированием перед операцией. Система обеспечивает 3D реконструированные изображения каждого позвонка, что позволяет хирургам быстрее понять физиологические характеристики пациента. Он также предоставляет 2D изображения сагиттальных, корональных, осевых и косых плоскостей, так что хирурги могут точно выполнять план размещения pedicle винта.
Предыдущие исследования продемонстрировали эффективность роботизированных навигационных систем для процедур имплантации педикеля винта, включая точность и оценку безопасности. Этот пошаговой протокол направлен на наметить стандартизированную хирургическую технику к сведению для роботизированной при помощи pedicle винт размещения.
Introduction
В области хирургии позвоночника, хирургия спинного синтеза является фундаментальной хирургической процедурой, особенно задней педикл винт фиксации, которая может обеспечить трехколонку поддержки позвонков и повышения прочности биомеханики; Таким образом, он стал одним из наиболее часто используемых хирургических процедур1. Во многих ранних исследованиях, клинический эффект задней pedicle винт имплантации была подтверждена, и он был широко использован в хирургии для многих различных заболеваний позвоночника, таких как дегенеративные, травматические, и сложные условия позвоночника2.
Однако, хотя задняя хирургия семенозамения поясничного отдела может достичь превосходных эффектов лечения, это все еще рискованно из-за анатомии человеческого тела. Есть много жизненно важных структур ткани близко к pedicle, таких как центральная нервная система, нервные корни, и основные кровеносные сосуды. Повреждение этих тканей во время хирургической процедуры может вызвать серьезные осложнения, такие как сосудистые травмы, неврологические дефициты, или винт ослабления22,3. Кроме того, хирурги и персонал подвергаются дополнительному облучению, особенно в случае минимально инвазивных спинальных процедур4. Хирурги могут испытывать усталость и дрожание рук после длительных и утомительных процедур хирургии позвоночника, таких как винт размещения, остеотомия костей, и декомпрессия нерва5.
Неудовлетворительная скорость процедуры размещения pedicle винта потребовала предложения о роботизированной навигационной системе, которая будет применяться в операциях на позвоночнике для повышения точности операции и безопасности пациентов. Несколько исследований по роботизированным навигационным системам продемонстрировали улучшение безопасности, точности и точности размещения винта pedicle, а также снижение радиационного облучения и оперативное время6,,77,88,9,10. Тем не менее, тщательное планирование траектории винта, предоперационное планирование с изображениями, комплексная роботизированная система с устройством фиксации, и программное обеспечение для управления роботом все еще должны быть рассмотрены для достижения этой цели. Это исследование фокусируется на описании роботизированной структуры и рабочего процесса саморазвитой навигационной системы (т.е. навигационной системы point spine (PSNS)) для роботизированных операций по размещению винта для педикона.
Описание системы и хирургический протокол
PSNS включает в себя навигационную рабочую станцию, которая включает в себя следующее. (1) Существует пользовательский интерфейс программного обеспечения, ответственного за чтение изображений через трехмерную (3D) реконструкцию, предоперационное планирование, расчет пространственных кинематической связи, и регистрации. (2) PSNS использует инфракрасные оптические системы наведения для отслеживания пространственного положения хирургических роботов и пациентов. Инфракрасная система оптического наведения содержит следующие компоненты: i) оптический трекер, который активно излучает инфракрасный свет и выполняет стереопозиционирование через двойную камеру(рисунок 1); ii) маркерная сфера, поверхность которой имеет отражающее покрытие со светоотражающими свойствами для точного отслеживания инструментов; и iii) инструмент с динамической эталонной рамкой (DRF), которая включает в себя базу и четыре маркерные сферы. Чтобы избежать сбоя идентификации системы слежения, каждое устройство имеет уникальную конструкцию DRF и не может быть совместно с другом. Используемый DRF включает в себя базовую рамку (BF), прикрепленную к основанию ручной клади для подтверждения положения ручной клади, раму конечного эффектора (EF), прикрепленную к концу ручной клади для подтверждения положения ручья, фидуциальную раму (FF), закрепленную на кости пациента для подтверждения положения пациента, и зонд, наконечник которого используется для подтверждения целевого положения в 3D пространстве. (3) Существует handpiece, состоящий из шести степеней свободы (DOF) Стюарт платформы, с одним концом робота оснащен ы операции инструмент, используемый для бурения винта пути. Рука представляет собой роботизированную навигационную систему, которая помогает хирургам в направлении точного размещения имплантатов, таких как pedicle винты, или позиционирование хирургических инструментов во время операции на позвоночнике. Движение хирургической цели отслеживается, так как робот автоматически компенсирует правильную цель. Робот разработан как полуактивная система, которая предлагает хирургическое руководство инструментом; однако, фактическая операция выполняется хирургами. Принцип эксплуатации и оборудование проиллюстрированы на рисунке 2.
PSNS показан для процедур включая но не ограничиваюсто к следующим процедурам образца: i) открытое, минимально инвазивно, или percutaneous хирургия позвоночника; ii) место операции на позвоночнике грудных, поясничных или крестцовых позвонков; iii) стригев стриговый стрим для травм, дегенеративного заболевания стеноза, нестабильности, спондилолистеза, грыжи межпозвоночного диска, опухоли, инфекции или коррекции деформации позвоночника; iv) размещение временных или постоянных устройств, таких как к-провода или иглы, при выполнении вертебропластики, либо трансфораминаальной или межламинарной перкутанической эндоскопической поясничной дисэктомии; и (iv) иссечение костной опухоли, включая абляцию остеоидной остеомы или биопсии опухоли, при которой робот направил иглы или направляющие провода в данное место позвонков. Эта процедура противопоказана для тех, кто не может терпеть анестезию, хирургическую процедуру, или когда удовлетворительные навигационные изображения не были приобретены.
Обратите внимание, что операционный персонал, в том числе нейрохирурги и хирурги-ортопеды, должны быть лицензированы и обучены на руководящих курсах. Все процедуры для работы робота во время операции должны следовать рекомендуемым стандартизированным процедурам, чтобы избежать причинения вреда пациенту или хирургу. Хирурги должны обладать обычным хирургическим опытом, чтобы убедиться, что можно вернуться к обычным хирургическим инструментам и завершить операцию, когда будет установлено, что навигация является неточной, на основе анатомических знаний хирургов.
Protocol
Representative Results
Discussion
С 1990 года наблюдается быстрое развитие хирургического применения, связанного с использованием роботов. Доступные роботизированные технологии были оптимизированы, что привело к повышению точности, преодолению толчка в руках человека, а также сокращению времени соответствия и регистр…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование было частично поддержано Point Robotics Medtech Incorporation, которая предоставила роботизированную систему. Фарм был оказан поддержку в виде окладов X.Y. Xiao, C.W. Chen, H.K. Chou, и C.Y. Sung, но не имел никакой дополнительной роли в проектировании, сборе и анализе данных, решении опубликовать или подготовке рукописи.
Materials
| 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 |
Riferimenti
- Verma, K., Boniello, A., Rihn, J. Emerging techniques for posterior fixation of the lumbar spine. Journal of the American Academy of Orthopaedic Surgery. 24 (6), 357-364 (2016).
- Gaines, R. W. The use of pedicle-screw internal fixation for the operative treatment of spinal disorders. The Journal of Bone and Joint Surgery-American. 82 (10), 1458-1476 (2000).
- Dede, O., Ward, W., Bosch, P., Bowles, A., Roach, J. Using the freehand pedicle screw placement technique in adolescent idiopathic scoliosis surgery: what is the incidence of neurological symptoms secondary to misplaced screws. Spine. 39 (4), 286-290 (2014).
- Costa, F. Erratum: Radiation exposure in spine surgery using an image-guided system based on intraoperative cone-beam computed tomography: analysis of 107 consecutive cases. Journal of Neurosurgery: Spine SPI. 26 (4), 542 (2017).
- Stuer, C., et al. Robotic technology in spine surgery: Current applications and future developments. Intraoperative Imaging. 109, 241-245 (2011).
- Devito, D. P., et al. Clinical acceptance and accuracy assessment of spinal implants guided with SpineAssist surgical robot: retrospective study. Spine. 35 (24), 2109-2115 (2010).
- Fan, Y., et al. Radiological and clinical differences among three assisted technologies in pedicle screw fixation of adult degenerative scoliosis. Scientific Reports. 8 (1), 890 (2018).
- Kantelhardt, S. R., et al. Perioperative course and accuracy of screw positioning in conventional, open robotic-guided and percutaneous robotic-guided, pedicle screw placement. European Spine Joutnal. 20 (6), 860-868 (2011).
- Verma, R., Krishnan, S., Haendlmayer, K., Mohsen, A. Functional outcome of computer-assisted spinal pedicle screw placement: a systematic review and meta-analysis of 23 studies including 5,992 pedicle screws. European Spine Journal. 19 (3), 370-375 (2010).
- Ghasem, A., Sharma, A., Greif, D., Alam, M., Maaieh, M. The Arrival of Robotics in Spine Surgery: A Review of the Literature. Spine. 43 (23), 1670-1677 (2018).
- Roser, F., Tatagiba, M., Maier, G. Spinal robotics: current applications and future perspectives. Neurosurgery. 72 (1), 12-18 (2013).
- Chen, H. Y., et al. Results of using robotic-assisted navigational system in pedicle screw placement. PLoS One. 14 (8), 0220851 (2019).
- . NDI Medical Available from: https://www.ndigital.com/medical/products/polaris-vega (2020)
- Gertzbein, S. D., Robbins, S. E. Accuracy of pedicular screw placement in vivo. Spine. 15 (1), 11-14 (1990).
- Kim, T. T., Johnson, J. P., Pashman, R., Drazin, D. Minimally Invasive Spinal Surgery with Intraoperative Image-Guided Navigation. Biomed Research International. 2016, 5716235 (2016).
- Bailey, S. I., et al. The BWM spinal fixator system. A preliminary report of a 2-year prospective, international multicenter study in a range of indications requiring surgical intervention for bone grafting and pedicle screw fixation. Spine. 21 (17), 2006-2015 (1996).
- Lonstein, J. E., et al. Complications associated with pedicle screws. The Journal of Bone and Joint Surgery-American Volume. 81 (11), 1519-1528 (1999).
