En Spine Robotic-Assisteret navigationssystem til pedicle skrue placering

Summary

Denne artikel præsenterer en standardiseret kirurgisk teknik til robot-assisteret pedicle skrue placering ved hjælp af robot-assisteret navigationssystemer. Vi præsenterer en trinvis protokol og beskriver arbejdsgangen og forholdsreglerne i denne procedure.

Abstract

Pedicle skrue implantation har fremragende behandling effekter og bruges ofte af kirurger i spinal fusion kirurgi. Men på grund af kompleksiteten af den menneskelige krop anatomi, denne kirurgiske procedure er vanskelig og udfordrende, især i minimalt invasiv kirurgi eller patienter med medfødte anomalier og kyphoscoliosis deformitet. Ud over de ovennævnte faktorer, den kirurgiske erfaring og teknik kirurgen påvirker også inddrivelse satser og komplikationer af patienterne efter den kirurgiske operation. Derfor præcist udfører pedicle skrue implantation har, er et konstant emne af fælles interesse for kirurger og patienter. I de senere år er robotassisterede navigationssystemer gradvist blevet vedtaget med den teknologiske udvikling. Disse robot-assisterede navigationssystemer giver kirurger fuldstændig præoperativ planlægning før operationen. Systemet giver 3D rekonstruerede billeder af hver ryghvirvel, så kirurger til at forstå patientens fysiologiske egenskaber hurtigere. Det giver også 2D-billeder af sagittale, koronale, aksiale og skrå fly, så kirurger præcist kan udføre pedicle skrue placering plan.

Tidligere undersøgelser har vist effektiviteten af robot-assisterede navigationssystemer til pedicle skrue implantation procedurer, herunder nøjagtighed og sikkerhedsvurderinger. Denne trin-for-trin protokol har til formål at skitsere en standardiseret kirurgisk teknik note for robot-assisteret pedicle skrue placering.

Introduction

Inden for spinal kirurgi, spinal fusion kirurgi er en grundlæggende kirurgisk procedure, især posterior pedicle skruefiksering, som kan give tre-kolonne støtte af ryghvirvler og øge styrken af biomekanik; Således er det blevet en af de mest almindeligt anvendte kirurgiske procedurer¹. I mange tidlige undersøgelser, den kliniske effekt af posterior pedicle skrue implantation er blevet bekræftet, og det har været meget udbredt i kirurgi for mange forskellige spinal lidelser, såsom degenerative, traumatiske, og komplicerede spinal betingelser².

Men selv om den bageste lumbal spinal fusion kirurgi kan opnå fremragende behandling effekter, det er stadig risikabelt på grund af den menneskelige krop anatomi. Der er mange vitale vævstrukturer tæt på pedicle, såsom centralnervesystemet, nerve rødder, og vigtigste blodkar. Beskadigelse af disse væv under den kirurgiske procedure kan forårsage alvorlige komplikationer, såsom vaskulære skader, neurologiske underskud, eller skrue løsne^22,3. Desuden er kirurger og personale udsat for yderligere stråling, især i tilfælde af minimalt invasive spinal procedurer⁴. Kirurger kan opleve træthed og hånd rystelser efter langvarige og kedelige spinal kirurgi procedurer, såsom skrue placeringer, knogle osteotomi, og nerve dekompression⁵.

Den utilfredsstillende hastighed af pedicle skrue placering procedure nødvendiggjorde forslaget om en robot-assisteret navigationssystem, der skal anvendes i spinal operationer for at forbedre kirurgi nøjagtighed og patienternes sikkerhed. Flere undersøgelser af robot-assisterede navigationssystemer har vist forbedringer i sikkerheden, nøjagtigheden og præcisionen af pedicle skrue placering, samt nedsat stråling og operative gange^6,7,8,9,10. Men grundig skrue bane planlægning, præ-operative planlægning med billeder, omfattende robot system med fiksering enhed, og robot kontrol software stadig skal løses for at nå dette mål. Denne undersøgelse fokuserer på beskrivelsen af robotstrukturen og arbejdsgangen i et selvudviklet navigationssystem (dvs. pointspinenavigationssystemet (PSNS)) til robotassisterede pedicleskrueplaceringsoperationer.

Systembeskrivelse og kirurgisk protokol
PSNS består af en navigationsarbejdsstation, der omfatter følgende. (1) Der er en brugergrænseflade software ansvarlig for billedaflæsning gennem tre-dimensionelle (3D) genopbygning, præ-operative planlægning, rumlige kinematiske forhold beregning, og registrering. (2) PSNS anvender infrarøde optiske styresystemer til at spore kirurgiske robotters og patienters rumlige position. Det infrarøde optiske styresystem indeholder følgende komponenter: (i) en optisk tracker, der aktivt udsender infrarødt lys og udfører stereopositionering gennem et dobbeltkamera (Figur 1); ii) en markørkugle, hvis overflade har en reflekterende belægning med reflekterende egenskaber til præcis værktøjssporing og iii) et værktøj med en dynamisk referenceramme (DRF), der omfatter en base og fire markørkugler. For at undgå identifikationsfejl i sporingssystemet har hver enhed et unikt DRF-design og kan ikke deles med hinanden. Den anvendte DRF omfatter en basisramme (BF), der er fastgjort til bunden af håndstykket for at bekræfte håndstykkets position, en sluteffektramme (EF), der er fastgjort til enden af håndstykket for at bekræfte håndstykkets position, en fiducial ramme (FF), der er forankret på patientens knogle for at bekræfte patientens position, og en sonde, hvis spids bruges til at bekræfte målpositionen i 3D-rum. (3) Der er et håndstykke bestående af en seks graders frihed (DOF) Stewart platform, med den ene ende af robotten er udstyret med et betjeningsværktøj, der anvendes til boring af skruen sti. Håndstykket er en robot-assisteret navigationssystem, der hjælper kirurger mod nøjagtig placering af implantater, såsom pedicle skruer, eller positionering af kirurgiske værktøjer under spinal kirurgi. Bevægelsen af det kirurgiske mål spores, da robotten automatisk kompenserer for det korrekte mål. Robotten er designet som et semiaktivt system, der tilbyder kirurgisk værktøjsvejledning; den faktiske operation udføres dog af kirurger. Driftsprincippet og -udstyret er illustreret i figur 2.

PSNS er indiceret til procedurer, herunder, men ikke begrænset til, følgende prøveprocedurer: i) åben, minimalt invasiv eller perkutan spinalkirurgi; ii) spinalkirurgi sted for thorax, lænde, eller sakrale ryghvirvler; iii) efterfølgende spinal fusion for traumer, degenerative stenose sygdom, ustabilitet, spondylolisthesis, diskusprolaps diskusprolaps, tumor, infektion, eller spinal deformitet korrektion; iv) placering af midlertidige eller permanente anordninger, såsom k-ledninger eller nåle, under udførelse af vertebroplasty, eller enten transforaminal eller interlaminar perkutan endoskopisk lumbal discectomy; og (iv) knoglemarvsudskillelse, herunder ablation af osteoid osteomeller tumorbiopsi, hvor robotten dirigerede nåle eller guideledninger til en given vertebrale placering. Denne procedure er kontraindiceret for dem med en manglende evne til at tolerere anæstesi, kirurgisk procedure, eller når tilfredsstillende navigationsbilleder ikke er blevet erhvervet.

Bemærk, at operationen personale, herunder neurokirurger og ortopædiske kirurger, skal have licens og uddannet i vejledende kurser. Alle procedurer for betjening af robotten under operationen skal følge de anbefalede standardiserede procedurer for at undgå at forårsage skade på patienten eller kirurgen. Kirurger skal have konventionel kirurgisk erfaring for at sikre, at det er muligt at skifte tilbage til konventionelle kirurgiske instrumenter og fuldføre operationen, når det fastslås, at navigationen er unøjagtig, baseret på kirurgernes anatomiske viden.

Protocol

Alle procedurer, der blev fulgt, var i overensstemmelse med de etiske standarder i National Taiwan University Hospital (NTUH) Research Ethics Committee (REC) og Helsinki-erklæringen fra 1975 (i den senest ændrede udgave). Der skal indhentes informeret samtykke fra alle patienter, hvis der forberedes yderligere kliniske forsøg. BEMÆRK: Anæstesiproceduren kan kategoriseres i tre trin: præoperativ vurdering af patienten, intraoperativ behandling og postoperativ behandling. Under præoperati…

Representative Results

Sikkerheden og nøjagtigheden af robotassisterede pedicleskrueplaceringer er blevet behandlet i flere undersøgelser6,11. Vi matcher ryghvirvlerne med præoperative planlægningsbilleder under et optisk sporingssystem i den foreslåede metode. Efter bestemmelse af den planlagte kirurgiske vej blev disse oplysninger overført til håndstykket gennem håndstykkets kontrolenhed. Navigationssystemet integrerer sporingsoplysningerne og viser dem på skærmen under ope…

Discussion

Siden 1990 har der været en hurtig udvikling inden for kirurgiske anvendelser, der involverer brug af robotter. De tilgængelige robotteknologier er blevet optimeret, hvilket resulterer i forbedret nøjagtighed, overvinde rysten i menneskelige hænder, og reduceret matchning og registreringstider af navigationssystemer¹⁵. Fordelene ved kirurgisk robot bistand omfatter: (1) øjeblikkelig standardisering uden langvarige indlæringsprocesser; 2) kirurger kan nøje følge den præoperative plan, som …

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