遠隔操作ロボットシステム支援経皮的経腸骨-経仙骨スクリュー固定技術
Summary
遠隔操作ロボットシステム支援経皮経腸骨-経仙骨スクリュー固定は実行可能な技術です。スクリューチャネルは、ロボットアームの優れた動きの自由度と安定性により、高精度で実装できます。
Abstract
経腸骨-経仙骨スクリュー固定は、スクリューが皮質骨の6層を突破する必要があるため、臨床診療では困難です。経腸骨-経仙ネジは、垂直垂直せん断力に耐えるために長いレバーアームを提供します。ただし、スクリューチャネルは非常に長いため、わずかな不一致が医原性神経血管損傷につながる可能性があります。医療用ロボットの開発により、手術の精度が向上しました。本プロトコルは、新しい遠隔操作ロボットシステムを使用して、経腸骨-経仙骨スクリュー固定を実行する方法を説明しています。ロボットはリモートで操作して、エントリポイントを配置し、スリーブの向きを調整しました。スクリュー位置は術後コンピュータ断層撮影(CT)を用いて評価した。術中透視法で確認したように、すべてのネジは安全に埋め込まれました。術後CTで全てのネジが海綿骨にあることを確認した.このシステムは、医師のイニシアチブとロボットの安定性を兼ね備えています。この手順のリモートコントロールが可能です。ロボット支援手術は、従来の方法と比較して高い位置保持能力を持っています。アクティブなロボットシステムとは対照的に、外科医は手術を完全に制御できます。ロボットシステムは手術室システムと完全に互換性があり、追加の機器を必要としません。
Introduction
整形外科手術で利用された最初のロボットアプリケーションは、1992年に採用されたROBODOCシステムでした1。それ以来、ロボット支援手術システムは急速に発展してきました。ロボット支援手術は、手足のアライメントと関節の生理学的運動学を回復する外科医の能力を高めることにより、関節形成術を改善します2。脊椎手術では、ロボットを使用した椎弓根スクリューの配置は安全で正確です。また、外科医の放射線被曝も減少します3。しかし、ロボット支援手術に関する研究は、外傷性整形外科疾患の不均一性のために限られていました。整形外科外傷に対するロボット手術に関する既存の研究は、主にロボット支援仙腸関節スクリューと骨盤リング骨折の恥骨スクリュー固定4、大腿骨頸部5のカニューレスクリュー固定、髄内釘6,7のエントリーポイントと遠位ロックボルト、経皮的骨折の減少8,9、および軍事分野における重傷患者の治療に焦点を当てています10。
経皮スクリュー技術は、2Dおよび3Dナビゲーションサポートを使用して実行できます。仙腸、前柱、後柱、寛骨臼上、および魔法のネジは、骨盤および寛骨臼のファクチャーの最も一般的な経皮的技術です11。経皮的経腸骨-経仙骨スクリュー技術は、外科医にとって依然として困難です。この手順には、骨盤の解剖学的構造とX線透視法の理解、正確な位置決め、および長期的な手の安定性が必要です。遠隔操作ロボットシステムは、これらの要件を十分に満たすことができます。この研究では、遠隔操作ロボットシステムを利用して、骨盤輪骨折に対する経皮的経腸骨-経仙骨スクリュー固定を完了します。このプロトコルの詳細とワークフローを以下に示します。
ロボットシステム
マスタースレーブ整形外科位置決めおよびガイダンスシステム(MSOPGS)は、主に7自由度(DOF)の手術ロボット(スレーブマニピュレータ)、フォースフィードバックを備えたマスターマニピュレータ、およびコンソールの3つの部分で構成されています。このシステムには、手動牽引、マスター/スレーブ操作、リモートモーションセンター(ROM)、および緊急時の4つの動作モードがあります。 図 1 に MSOPPG を示します。その主な構成要素を以下に簡単に説明します。
手術ロボット( 材料表を参照)は、医療製品への統合が事前に認定された7自由度マニピュレータです12。ロボットには、力の変化を検出できるフォースフィードバックセンサーがあります。ロボットアームは手動またはリモートで操作できます。先端にトルクセンサーを取り付けて「マスターマニピュレーター」にマッピングし、リアルタイムの力フィードバックを可能にします。ロボットアームの最大荷重は、軟部組織の力に抵抗し、手術器具の羽ばたきを減らすのに十分です。ロボットはモバイルプラットフォームに接続され、運用作業場を取得し、安定性を確保します。ベースは「マスターマニピュレータ」と操作システムに接続されており、操作システムからの指示を処理することができます。
「マスターマニピュレータ」は、ヘルスケア業界向けに設計されており、ロボットを正確に制御できます。このデバイスは、高精度のフォースフィードバック把持機能を含む7つのアクティブDOFを提供します。そのエンドエフェクタは、人間の手の自然な可動域をカバーします。インクリメンタル制御戦略は、ロボットアームの直感的な制御を実現するために使用されます。
操作システムは、手動牽引、マスタースレーブ操作モード、リモートモーションセンター(RCM)、および緊急の4つのロボットアームを制御する方法を提供します。手術システムは外科医とロボットをリンクし、安全アラームを提供します。手動トラクションモードでは、マニピュレータを特定の動作範囲内で自由にドラッグできます。ロボットは5秒間停止すると自動的にロックされます。マスタースレーブモードでは、外科医は「マスターマニピュレータ」を使用してロボットアームの動きを制御できます。RCMモードでは、手術器具が器具の端を中心に回転することができます。RCMモードは、寛骨臼上チャネルのX線写真のティアドロップサインや経腸骨-経仙骨骨経路の真の仙骨ビューなど、チャネルの軸方向透視ビューでの向きを変えるのに最適です。マニピュレータは、任意の位置での緊急ブレーキに使用できます。 図 2 に、システムのワークフローを示します。
Protocol
Representative Results
Discussion
ロボットの種類に関係なく、整形外科におけるロボットのコアアプリケーションは、外科医が手術の精度を向上させるための高度なツールを提供します。しかし、手術ロボットの出現は医師に代わるものではありません。ロボット手術を行う外科医は、手術室にいる場合といない場合があります。外科用ロボットは、一般に、コンピュータ制御システム、操作を担当するロボットアーム、お?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
何一つ。
Materials
| 160-slice CT | United Imaging Healthcare Surgical Technology Co. Ltd | uCT780 | Acquire the prescise image and DICOM data |
| Electric bone drill | YUTONG Medical | None | Power system |
| Fluoroscopic plate base | None | None | Fix the cadaveric pelves to operating table |
| K-wire | None | 2.5mm | Guidewire |
| Master-Slave Orthopaedic Positioning and Guidance System | United Imaging Healthcare Surgical Technology Co. Ltd | None | A teleoperated robotic system that positions screws for orthopaedic surgery |
| Mimics Innovation Suite | Materialise | Mimics Medical 21 | Preoperative planning software |
| Mobile C-arm | United Imaging Healthcare Surgical Technology Co. Ltd | uMC560i | Low Dose CMOS Mobile C-arm |
| Operating table | KELING | DL·C-I | Fluoroscopic surgical table |
| Schanz pins | Tianjin ZhengTian Medical Instrument Co.,Ltd. | 5.0mm | Fix the cadaveric pelves |
| Semi-threaded screw | Tianjin ZhengTian Medical Instrument Co.,Ltd. | 7.3mm | Transiliac-Transsacral Screw |
| Seven DOF manipulator | KUKA, Germany | LBR Med 7 R800 | Device for performing surgical operations |
Riferimenti
- Bargar, W. L., Bauer, A., Börner, M. Primary and revision total hip replacement using the Robodoc system. Clinical Orthopaedics and Related Research. (354), 82-91 (1998).
- Jacofsky, D. J., Allen, M. Robotics in arthroplasty: A comprehensive review. Journal of Arthroplasty. 31 (10), 2353-2363 (2016).
- Perfetti, D. C., Kisinde, S., Rogers-LaVanne, M. P., Satin, A. M., Lieberman, I. H. Robotic spine surgery: Past, present and future. Spine. 47 (13), 909-921 (2022).
- Long, T., et al. Comparative study of percutaneous sacroiliac screw with or without TiRobot assistance for treating pelvic posterior ring fractures. Orthopaedic Surgery. 11 (3), 386-396 (2019).
- Duan, S. J., et al. Robot-assisted percutaneous cannulated screw fixation of femoral neck fractures: Preliminary clinical results. Orthopaedic Surgery. 11 (1), 34-41 (2019).
- Lei, H., Sheng, L., Manyi, W., Junqiang, W., Wenyong, L. A biplanar robot navigation system for the distal locking of intramedullary nails. International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery. 6 (1), 61-65 (2010).
- Oszwald, M., et al. Robotized access to the medullary cavity for intramedullary nailing of the femur. Technology and Health Care. 18 (3), 173-180 (2010).
- Hung, S. S., Lee, M. Y. Functional assessment of a surgical robot for reduction of lower limb fractures. International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery. 6 (4), 413-421 (2010).
- Dagnino, G., et al. Image-guided surgical robotic system for percutaneous reduction of joint fractures. Annual Review of Biomedical Engineering. 45 (11), 2648-2662 (2017).
- Garcia, P., et al. Trauma Pod: A semi-automated telerobotic surgical system. International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery. 5 (2), 136-146 (2009).
- Gaensslen, A., Müller, M., Nerlich, M. . Acetabular Fractures: Diagnosis, Indications, Treatment Strategies. , (2017).
- LBR Med: A collaborative robot for medical applications. KUKA Available from: https://www.kuka.com/en-cn/industries/health-care/kuka-medical-robotics/lbr-med (2023)
- Gras, F., et al. 2D-fluoroscopic navigated percutaneous screw fixation of pelvic ring injuries–A case series. BMC Musculoskeletal Disorders. 11, 153 (2010).
- Innocenti, B., Bori, E. Robotics in orthopaedic surgery: Why, what and how. Archives of Orthopaedic and Trauma Surgery. 141 (12), 2035-2042 (2021).
- Chen, A. F., Kazarian, G. S., Jessop, G. W., Makhdom, A. Robotic technology in orthopaedic surgery. Journal of Bone and Joint Surgery. 100 (22), 1984-1992 (2018).
- D’Souza, M., et al. Robotic-assisted spine surgery: History, efficacy, cost, and future trends. Robotic surgery. 6, 9-23 (2019).
- Dagnino, G., et al. Navigation system for robot-assisted intra-articular lower-limb fracture surgery. International Journal for Computer Assisted Radiology and Surgery. 11 (10), 1831-1843 (2016).
- Füchtmeier, B., et al. Reduction of femoral shaft fractures in vitro by a new developed reduction robot system ‘RepoRobo. Injury. 35, 113-119 (2004).
- Schuijt, H. J., Hundersmarck, D., Smeeing, D. P. J., vander Velde, D., Weaver, M. J. Robot-assisted fracture fixation in orthopaedic trauma surgery: A systematic review. OTA International. 4 (4), 153 (2021).
- Wang, J. Q., et al. Percutaneous sacroiliac screw placement: A prospective randomized comparison of robot-assisted navigation procedures with a conventional technique. Chinese Medical Journal. 130 (21), 2527-2534 (2017).
- Zhu, Z. D., et al. TiRobot-assisted percutaneous cannulated screw fixation in the treatment of femoral neck fractures: A minimum 2-year follow-up of 50 patients. Orthopaedic Surgery. 13 (1), 244-252 (2021).
- Gardner, M. J., Routt, M. L. Transiliac-transsacral screws for posterior pelvic stabilization. Journal of Orthopaedic Trauma. 25 (6), 378-384 (2011).
- Verhey, J. T., Haglin, J. M., Verhey, E. M., Hartigan, D. E. Virtual, augmented, and mixed reality applications in orthopedic surgery. International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery. 16 (2), 2067 (2020).
