Et spine robotassistert navigasjonssystem for pedicle skrue plassering

Summary

Denne artikkelen presenterer en standardisert kirurgisk teknikk for robotassistert pedicle skrue plassering ved hjelp av robotassistert navigasjonssystemer. Vi presenterer en trinnvis protokoll og beskriver arbeidsflyten og forholdsreglene for denne prosedyren.

Abstract

Pedicle skrue implantasjon har gode behandlingseffekter og brukes ofte av kirurger i spinal fusjon kirurgi. Men på grunn av kompleksiteten i menneskekroppen anatomi, er denne kirurgiske prosedyren vanskelig og utfordrende, spesielt i minimalinvasiv kirurgi eller pasienter med medfødte anomalier og kyfoskoliosedeformitet. I tillegg til de ovennevnte faktorene påvirker kirurgens kirurgiske erfaring og teknikk også gjenopprettingsfrekvensene og komplikasjonene til pasientene etter kirurgisk operasjon. Derfor, nøyaktig utføre pedicle skrue implantasjon har er et konstant tema av felles bekymring for kirurger og pasienter. De siste årene, med den teknologiske utviklingen, har robotassisterte navigasjonssystemer gradvis blitt vedtatt. Disse robotassisterte navigasjonssystemene gir kirurger fullstendig preoperativ planlegging før operasjonen. Systemet gir 3D rekonstruerte bilder av hver vertebra, slik at kirurger kan forstå pasientens fysiologiske egenskaper raskere. Det gir også 2D-bilder av sagittal, koronar, aksial og skrå fly slik at kirurger kan nøyaktig utføre pedicle skrue plassering plan.

Tidligere studier har vist effektiviteten av robotassisterte navigasjonssystemer for pedicle skrue implantasjon prosedyrer, inkludert nøyaktighet og sikkerhetsvurderinger. Denne trinnvise protokollen tar sikte på å skissere et standardisert kirurgisk teknikknotat for robotassistert pedicle skrueplassering.

Introduction

Innen spinal kirurgi, spinal fusjon kirurgi er en grunnleggende kirurgisk prosedyre, spesielt bakre pedicle skrue fiksering, som kan gi tre-kolonne støtte av ryggvirvlene og forbedre styrken av biomekanikk; dermed har det blitt en av de mest brukte kirurgiske prosedyrer¹. I mange tidlige studier har den kliniske effekten av bakre pedicle skrue implantasjon blitt bekreftet, og det har blitt mye brukt i kirurgi for mange forskjellige spinallidelser, som degenerative, traumatiske og kompliserte spinalforhold².

Men selv om den bakre lumbale spinalfusjonskirurgi kan oppnå gode behandlingseffekter, er det fortsatt risikabelt på grunn av menneskekroppens anatomi. Det er mange vitale vevsstrukturer nær pedicleen, som sentralnervesystemet, nerverøtter og hovedblodkar. Skaden av disse vevene under den kirurgiske prosedyren kan forårsake alvorlige komplikasjoner, som vaskulære skader, nevrologiske underskudd, eller skrue løsne^22,3. Videre er kirurger og ansatte utsatt for ekstra stråling, spesielt i tilfelle av minimalt invasive spinal prosedyrer⁴. Kirurger kan oppleve tretthet og hånd rystelser etter lange og kjedelige spinal kirurgi prosedyrer, for eksempel skrue plasseringer, bein osteotomi, og nerve dekompresjon⁵.

Den utilfredsstillende frekvensen av pedicle skrue plassering prosedyren nødvendiggjorde forslaget om en robot-assistert navigasjonssystem som skal brukes i spinal operasjoner for å forbedre kirurgi nøyaktighet og pasientenes sikkerhet. Flere studier på robotassisterte navigasjonssystemer har vist forbedringer i sikkerhet, nøyaktighet og presisjon av pedicle skrue plassering, samt redusert strålingeksponering og operative tider^6,7,8,9,10. Grundig skruebaneplanlegging, forhåndsoperativ planlegging med bilder, omfattende robotsystem med fikseringsenhet og robotkontrollprogramvare må imidlertid fortsatt tas opp for å oppnå dette målet. Denne studien fokuserer på beskrivelsen av robotstrukturen og arbeidsflyten til et selvutviklet navigasjonssystem (dvs. point spine navigation system (PSNS)) for robotassistertpedicle skrue plassering operasjoner.

Systembeskrivelse og kirurgisk protokoll
PSNS består av en navigasjonsarbeidsstasjon som inkluderer følgende. (1) Det er en brukergrensesnitt programvare ansvarlig for bildelesing gjennom tredimensjonal (3D) rekonstruksjon, pre-operativ planlegging, romlig kinematisk relasjonsberegning, og registrering. (2) PSNS bruker infrarøde optiske veiledningssystemer for å spore den romlige posisjonen til kirurgiske roboter og pasienter. Det infrarøde optiske veiledningssystemet inneholder følgende komponenter: (i) en optisk tracker som aktivt avgir infrarødt lys og utfører stereoposisjonering gjennom et dobbelt kamera (Figur 1); (ii) en markørsfære hvis overflate har et reflekterende belegg med reflekterende egenskaper for presis verktøysporing; og (iii) et verktøy med en dynamisk referanseramme (DRF) som består av en base og fire markørkuler. For å unngå identifikasjonssvikt i sporingssystemet, har hver enhet en unik DRF-design og kan ikke deles med hverandre. DRF brukes inkluderer en baseramme (BF) festet til bunnen av håndstykket for å bekrefte håndstykkets posisjon, en endeeffektorramme (EF) festet til enden av håndstykket for å bekrefte håndstykkets posisjon, en fiducial ramme (FF) forankret på pasientens bein for å bekrefte pasientens posisjon, og en sonde hvis spiss brukes til å bekrefte målposisjonen i 3D-rom. (3) Det er et håndstykke bestående av en seks frihetsgrader (DOF) Stewart-plattform, med den ene enden av roboten utstyrt med et driftsverktøy som brukes til å bore skruebanen. Håndstykket er et robotassistert navigasjonssystem som hjelper kirurger mot nøyaktig plassering av implantater, for eksempel pedicle skruer, eller posisjonering av kirurgiske verktøy under spinal kirurgi. Bevegelsen av det kirurgiske målet spores som roboten automatisk kompenserer for riktig mål. Roboten er designet som et semiaktivt system som tilbyr kirurgisk verktøyveiledning; Imidlertid utføres den faktiske operasjonen av kirurger. Driftsprinsippet og utstyret er illustrert i figur 2.

PSNS er indisert for prosedyrer, inkludert, men ikke begrenset til følgende prøveprosedyrer: (i) åpen, minimalt invasiv eller perkutan spinalkirurgi; (ii) spinalkirurgi for thorax, lumbal eller sakralryggvirvler; (iii) bakre spinalfusjon for traumer, degenerativ stenosesykdom, ustabilitet, spondyloisthese, herniated plate, tumor, infeksjon eller spinal deformitetskorreksjon; (iv) plassering av midlertidige eller permanente enheter, for eksempel k-ledninger eller nåler, mens du utfører vertebroplasty, eller enten transforaminal eller interlaminar perkutan endoskopisk lumbal diskektomi; og (iv) beintumorekscision, inkludert ablasjon av osteoid osteoma eller tumorbiopsi, der roboten rettet nåler eller ledetråder til en gitt vertebralplassering. Denne prosedyren er kontraindisert for de med manglende evne til å tolerere anestesi, kirurgisk prosedyre, eller når tilfredsstillende navigasjonsbilder ikke er anskaffet.

Merk at operasjonspersonalet, inkludert nevrokirurger og ortopediske kirurger, må være lisensiert og opplært i veiledende kurs. Alle prosedyrer for bruk av roboten under operasjonen må følge de anbefalte standardiserte prosedyrene for å unngå å forårsake skade på pasienten eller kirurgen. Kirurger må ha konvensjonell kirurgisk erfaring for å sikre at det er mulig å bytte tilbake til konvensjonelle kirurgiske instrumenter og fullføre operasjonen når det bestemmes at navigasjonen er unøyaktig, basert på kirurgenes anatomiske kunnskap.

Protocol

Alle prosedyrer som fulgte var i samsvar med de etiske standardene til National Taiwan University Hospital (NTUH) Research Ethics Committee (REC) og Helsinki-erklæringen fra 1975 (i sin sist endrede versjon). Informert samtykke må innhentes fra alle pasienter hvis videre klinisk studie er utarbeidet. MERK: Anestesiprosedyren kan kategoriseres i tre trinn: preoperativ evaluering av pasienten, intraoperativ styring og postoperativ styring. Under preoperativ evaluering bør alle pasientdata, in…

Representative Results

Sikkerheten og nøyaktigheten av robotassistertpedicle skrue plasseringer har blitt adressert i flere studier6,11. Vi matcher ryggvirvlene med forhåndsoperative planleggingsbilder under et optisk sporingssystem i den foreslåtte metoden. Etter å ha bestemt den planlagte kirurgiske banen, ble denne informasjonen overført til håndstykket gjennom håndstykkets kontrollenhet. Navigasjonssystemet integrerer sporingsinformasjonen og viser den på skjermen under ope…

Discussion

Siden 1990 har det vært en rask utvikling i kirurgiske applikasjoner som involverer bruk av roboter. De tilgjengelige robotteknologiene er optimalisert, noe som resulterer i forbedret nøyaktighet, overvinne skjelvingen i menneskelige hender, og redusert samsvars- og registreringstider for navigasjonssystemer¹⁵. Fordelene med kirurgisk robotassistanse inkluderer: (1) umiddelbar standardisering uten lange læringsprosesser; (2) kirurger kan nøyaktig følge den preoperative planen, som er lagt på…

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