En telebetjent robotsystemassisteret perkutan transiliac-transsakral skruefikseringsteknik
Summary
Telebetjent robotsystemassisteret perkutan transiliac-transsacral skruefiksering er en gennemførlig teknik. Skruekanaler kan implementeres med høj nøjagtighed på grund af robotarmenes fremragende bevægelsesfrihed og stabilitet.
Abstract
Transiliak-transsakral skruefiksering er udfordrende i klinisk praksis, da skruerne skal bryde igennem seks lag kortikal knogle. Transiliac-transsakrale skruer giver en længere håndtagarm til at modstå de vinkelrette lodrette forskydningskræfter. Skruekanalen er imidlertid så lang, at en mindre uoverensstemmelse kan føre til iatrogene neurovaskulære skader. Udviklingen af medicinske robotter har forbedret præcisionen i kirurgi. Denne protokol beskriver, hvordan man bruger et nyt teleopereret robotsystem til at udføre transiliak-transacral skruefiksering. Robotten blev fjernbetjent for at placere indgangspunktet og justere muffens retning. Skruepositionerne blev evalueret ved hjælp af postoperativ computertomografi (CT). Alle skruerne blev sikkert implanteret, som bekræftet ved hjælp af intraoperativ fluoroskopi. Postoperativ CT bekræftede, at alle skruerne var i den annullerede knogle. Dette system kombinerer lægens initiativ med robottens stabilitet. Fjernbetjeningen til denne procedure er mulig. Robotassisteret kirurgi har en højere position-fastholdelseskapacitet sammenlignet med konventionelle metoder. I modsætning til aktive robotsystemer har kirurger fuld kontrol over operationen. Robotsystemet er fuldt kompatibelt med operationsstuesystemer og kræver ikke ekstra udstyr.
Introduction
Den første robotapplikation, der blev anvendt i ortopædkirurgi, var ROBODOC-systemet, der blev anvendt i 19921. Siden da har robotassisterede kirurgiske systemer udviklet sig hurtigt. Robotassisteret kirurgi forbedrer artroplastik ved at forbedre kirurgens evne til at genoprette justeringen af lemmen og den fysiologiske kinematik i leddet2. I rygkirurgi er placeringen af pedikelskruer ved hjælp af en robot sikker og præcis; Det reducerer også kirurgens strålingseksponering3. Undersøgelser af robotassisteret kirurgi har imidlertid været begrænset på grund af heterogeniteten af traumatiske ortopædiske sygdomme. Den eksisterende forskning i robotkirurgi for ortopædiske traumer fokuserer hovedsageligt på robotassisterede sacroiliac ledskruer og skamskruefiksering af bækkenringfrakturer4, kanyleret skruefiksering af lårbenshalsen5, indgangspunkt og distale låsebolte i intramedullær sømning 6,7, perkutan frakturreduktion 8,9 og behandling af kritisk sårede patienter på militærområdet10.
Den perkutane skrueteknik kan udføres ved hjælp af 2D- og 3D-navigationsstøtte. Sacroiliac, anterior column, posterior column, supraacetabular og magic skruer er de mest almindelige perkutane teknikker til bækken og acetabulære factures11. Den perkutane transiliac-transsakrale skrueteknik forbliver udfordrende for kirurger. En forståelse af bækkenets anatomi og røntgenfluoroskopi, nøjagtig positionering og langsigtet håndstabilitet er nødvendige for denne procedure. Det telebetjente robotsystem kan godt opfylde disse krav. Denne undersøgelse anvender et teleopereret robotsystem til at fuldføre perkutan transiliac-transsakral skruefiksering for bækkenringfrakturer. Detaljerne og arbejdsgangen i denne protokol er præsenteret nedenfor.
Robotsystem
Master-Slave Orthopaedic Positioning and Guidance System (MSOPGS) består hovedsageligt af tre dele: den kirurgiske robot (slavemanipulator) med syv frihedsgrader (DOF), mastermanipulatoren med kraftfeedback og konsollen. Systemet har fire driftstilstande: manuel trækkraft, master-slave-drift, fjerncenter for bevægelse (ROM) og nødsituation. Figur 1 viser MSOPPGS; Dets hovedkomponenter er kort beskrevet nedenfor.
Den kirurgiske robot (se materialetabel) er en syv DOF-manipulator, der er præcertificeret til integration i medicinske produkter12. Robotten har force-feedback-sensorer, der kan registrere ændringer i kraft. Robotarmen kan betjenes manuelt eller eksternt. En momentsensor er installeret på spidsen og kortlagt til “Master Manipulator”, hvilket muliggør kraftfeedback i realtid. Den maksimale belastning på robotarmen er tilstrækkelig til at modstå blødt vævskræfter og reducere flagren af de kirurgiske instrumenter. Robotten er knyttet til en mobil platform for at erhverve en operationel arbejdsplads og sikre stabilitet. Basen er forbundet til “Master Manipulator” og operativsystemet og kan behandle instruktioner fra operativsystemet.
“Master Manipulator” er designet til sundhedsindustrien til præcis styring af robotten. Denne enhed tilbyder syv aktive DOF, herunder højpræcisions force-feedback gribefunktioner. Dens sluteffektor dækker det naturlige bevægelsesområde for den menneskelige hånd. En trinvis styringsstrategi bruges til at opnå intuitiv styring af robotarmen.
Styresystemet indeholder fire metoder til styring af robotarmen: manuel trækkraft, master-slave-driftstilstand, fjernbevægelsescenter (RCM) og nødsituation. Det operative system forbinder kirurgen og robotten og giver sikkerhedsalarmer. Den manuelle trækkraft gør det muligt at trække manipulatoren frit inden for et bestemt arbejdsområde. Robotten låses automatisk efter at have været stoppet i 5 sekunder. I master-slave-tilstand kan kirurgen bruge “Master Manipulator” til at styre robotarmens bevægelse. RCM-tilstanden gør det muligt for det kirurgiske instrument at dreje rundt om enden af instrumentet. RCM-tilstanden er bedst egnet til omorientering på kanalens aksiale fluoroskopivisning, såsom det radiografiske dråbetegn for den supraacetabulære kanal og det sande sakrale billede af den transiliac-transsakrale osseøse vej. Manipulatoren kan bruges til nødbremsning i enhver position. Figur 2 viser systemets arbejdsgang.
Protocol
Representative Results
Discussion
Uanset typen af robot giver kerneanvendelsen af robotter inden for ortopædi et avanceret værktøj for kirurger til at forbedre operationens nøjagtighed. Fremkomsten af kirurgiske robotter er imidlertid ikke en erstatning for læger. Kirurger, der udfører robotkirurgi, er måske eller måske ikke i operationsstuen. Kirurgiske robotter omfatter generelt et computerstyringssystem, en robotarm, der er ansvarlig for operationen, og et navigationssystem, der er ansvarlig for sporing. Der er tre kategorier af robotsystemer …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ingen.
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).
