ペディクルねじ配置のための脊椎ロボット支援ナビゲーションシステム

Summary

この記事では、ロボット支援ナビゲーションシステムを使用して、ロボット支援ペディクルねじの配置のための標準化された外科技術を提示します。ステップバイステップのプロトコルを提示し、この手順のワークフローと注意事項を説明します。

Abstract

ペディクルねじの注入は優秀な処置効果を有し、脊髄融合外科の外科医によってしばしば使用される。しかし、人体解剖学の複雑さのために、この外科的処置は、特に低侵襲手術または先天性異常および脊柱側弯症の変形を有する患者において困難で困難である。上記の要因に加えて、外科医の外科的経験および技術はまた、外科的手術後の患者の回復率および合併症に影響を及ぼす。従って、正確に行うペディクルスクリュー注入は、外科医および患者にとって共通の懸念の一定の話題である。近年、技術開発に伴い、ロボット支援ナビゲーションシステムが徐々に採用されつつになっています。これらのロボット支援ナビゲーションシステムは外科医に手術前の完全な術前計画を提供する。このシステムは各椎骨の3D再構成された画像を提供し、外科医が患者の生理学的特徴をより迅速に理解することを可能にする。また、外科医が正確にペディクルスクリュー配置計画を実行できるように、矢状、コロナ、軸および斜めの平面の2D画像を提供する。

これまでの研究では、精度や安全性評価を含む、ペディクルねじ注入手順のためのロボット支援ナビゲーションシステムの有効性が実証されています。このステップバイステップのプロトコルは、ロボット支援ペディクルスクリュー配置のための標準化された外科技術ノートを概説することを目的としています。

Introduction

脊椎手術の分野では、脊椎融合手術は基本的な外科的処置、特に脊椎の3カラム支持を提供し、バイオメカニクスの強度を高めることができる後部ペディクルねじ固定である。したがって、最も一般的に使用される外科的処置¹の1つとなっている。多くの初期の研究では、後部ペディクルねじの移植の臨床効果が確認されており、変性、外傷性、および複雑な脊髄状態²のような多くの異なる脊髄障害の手術に広く使用されている。

しかし、腰部脊椎後椎間核手術は優れた治療効果を達成できるが、人体解剖学のために依然として危険である。中枢神経系、神経根、主血管など、ペディクルに近い多くの重要な組織構造があります。外科的処置中にこれらの組織の損傷は、血管損傷、神経学的欠損、またはねじ緩み^2,3のような深刻な合併症²を引き起こす可能性があります。さらに、外科医およびスタッフは、特に低侵襲脊髄処置⁴の場合には、追加の放射線にさらされる。外科医は、ねじの配置、骨の骨の骨の骨切除、および神経減圧⁵のような長く、退屈な脊柱手術の処置の後に疲労および手の震えを経験するかもしれない。

ペディクルスクリュー配置手順の不十分な速度は、手術の精度と患者の安全性を向上させるために脊椎手術にロボット支援ナビゲーションシステムを適用するための提案を必要としました。ロボット支援ナビゲーションシステムに関するいくつかの研究は、ペディクルスクリュー配置の安全性、精度、精度の向上、放射線被ばくおよび手術時間^{66、7、8、9、107,8,9,10}の改善を実証している。しかし、徹底的なネジ軌道計画、画像を用いた術前計画、固定装置を備えた包括的なロボットシステム、ロボット制御ソフトウェアは、この目標を達成するためにまだ対処する必要があります。本研究では、ロボット支援ペディクルスクリュー配置手術のための自主開発ナビゲーションシステム(すなわち、ポイント脊椎ナビゲーションシステム(PSNS))のロボット構造とワークフローの説明に焦点を当てています。

システム記述と外科プロトコル
PSNSは、次のナビゲーション・ワークステーションで構成されています。(1) 3次元(3D)再構成、術前計画、空間運動関係計算、登録を通じた画像読み込みを担当するユーザーインターフェースソフトウェアがあります。(2) PSNSは、赤外線光学誘導システムを使用して、手術ロボットや患者の空間位置を追跡します。赤外線光学誘導システムには、(i)赤外線を積極的に放射し、デュアルカメラを介してステレオ位置決めを行う光学トラッカーが含まれています(図1)。(ii) 正確なツール追跡のための反射特性を持つ反射性を有する表面のマーカー球。(iii) ベースと 4 つのマーカー球で構成される動的参照フレーム (DRF) を持つツール。トラッキング・システムの識別障害を回避するために、各デバイスは固有のDRF設計を有し、互いに共有することはできません。使用するDRFには、ハンドピースのベースに取り付けられたベースフレーム(BF)、ハンドピース位置を確認するためにハンドピースの端部に取り付けられたエンドエフェクタフレーム(EF)、患者の位置を確認するために患者の骨に固定された受託者フレーム(FF)、および3D空間での目標位置を確認するために使用されるプローブが含まれる。(3)6自由度(DOF)スチュワートプラットフォームからなるハンドピースがあり、ロボットの一方の端にスクリューパスの掘削に使用される操作ツールが装備されています。ハンドピースは、ペディクルねじなどのインプラントの正確な配置や脊椎手術中の手術用具の位置決めに向けて外科医を支援するロボット支援ナビゲーションシステムです。手術対象の動きは、ロボットが自動的に正しいターゲットを補うように追跡されます。ロボットは外科用具指導を提供する半活動システムとして設計されている;しかし、実際の手術は外科医によって行われます。動作原理と装置は図 2に示されています。

PSNSは、次のサンプル手順を含むがこれらに限定されない手順のために示されている:(i)開いた、低侵襲、または経皮的な脊柱手術;(ii) 胸部、腰椎、または仙骨椎の脊椎手術部位。(iii) 外傷の後脊椎融合, 変性狭窄症, 不安定性, 脊椎症, 椎間板ヘルニア, 腫瘍, 感染症, または脊髄変形補正;(iv) 脊椎形成術を行っている間、または経時または経皮的内視鏡的腰椎椎間板切除術を行っている間、k線または針のような一時的または永久的な装置の配置;(iv)骨腫瘍切除は、骨軟骨腫または腫瘍生検の切除を含み、ロボットが所定の椎体位置に針またはガイドワイヤーを指示した。この手順は、麻酔、外科的処置を許容することができない人、または満足のいくナビゲーション画像が取得されていない場合に禁忌である。

神経外科医や整形外科医を含む手術スタッフは、指導コースでライセンスを取得し、訓練を受ける必要があることに注意してください。手術中にロボットを操作するためのすべての手順は、患者または外科医に害を引き起こすことを避けるために推奨される標準化された手順に従う必要があります。外科医は、従来の手術器具に戻って、外科医の解剖学的知識に基づいてナビゲーションが不正確であると判断されたときに手術を完了することが可能であることを保証するために、従来の外科経験を有する必要があります。

Protocol

その後の手続きはすべて、国立台湾大学病院(NTUH)研究倫理委員会(REC)と1975年のヘルシンキ宣言(最新の改正版)の倫理基準に従った。さらなる臨床試験が準備されている場合は、インフォームド・コンセントをすべての患者から得る必要があります。 注:麻酔手順は、患者の術前評価、術中管理、術後管理の3つのステップに分類できます。術前評価の間、徹底的な履歴およ?…

Representative Results

ロボット支援ペディクルスクリュー配置の安全性と精度は、いくつかの研究66,1111で取り上げられてきた。提案された方法では、光学的追跡システムの下で椎骨を術前計画画像と一致させる。計画された外科的経路を決定した後、この情報はハンドピース制御部を通してハンドピースに移された。ナビゲーションシステムは追跡情報を統合し、手術?…

Discussion

1990年以来、ロボットの使用を含む外科アプリケーションの急速な発展がありました。利用可能なロボット技術が最適化され、精度が向上し、人間の手の揺れを克服し、ナビゲーションシステム¹⁵のマッチングと登録時間が短縮されました。手術ロボット支援の利点は、次のとおりです: (1) 長い学習プロセスなしの即時標準化;(2) 外科医は、ユーザインターフェースを介してCT…

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