Pedikül Vida Yerleştirme için Bir Omurga Robotik Destekli Navigasyon Sistemi
Summary
Bu makalede, robotik destekli navigasyon sistemleri kullanılarak robotik destekli pedikül vida yerleşimi için standart bir cerrahi teknik sunmaktadır. Adım adım bir protokol sayılarak bu yordamın iş akışını ve önlemlerini açıklıyoruz.
Abstract
Pedikül vida implantasyonu mükemmel tedavi etkileri vardır ve genellikle spinal füzyon cerrahisi cerrahlar tarafından kullanılır. Ancak, insan vücut anatomisi karmaşıklığı nedeniyle, Bu cerrahi işlem zor ve zorlu, minimal invaziv cerrahi veya konjenital anomali ler ve kifoskolyoz deformitesi olan hastalarda özellikle. Yukarıda belirtilen faktörlere ek olarak, cerrahın cerrahi deneyimi ve tekniği de cerrahi operasyon sonrası hastaların iyileşme oranlarını ve komplikasyonlarını etkilemektedir. Bu nedenle, doğru pedikül vida implantasyonu gerçekleştirmek cerrahlar ve hastalar için ortak bir konudur. Son yıllarda teknolojik gelişme ile robot destekli navigasyon sistemleri yavaş yavaş benimsenmiştir. Bu robot destekli navigasyon sistemleri cerrahlara ameliyat öncesi tam bir preoperatif planlama sağlar. Sistem, cerrahların hastanın fizyolojik özelliklerini daha hızlı anlamalarını sağlayarak her bir omurun 3Boyutlu yeniden yapılandırılmış görüntülerini sağlar. Ayrıca cerrahlar doğru pedikül vida yerleştirme planı gerçekleştirebilirsiniz böylece sagittal, koronal, eksenel ve eğik düzlemlerin 2D görüntüleri sağlar.
Daha önceki çalışmalar, doğruluk ve güvenlik değerlendirmeleri de dahil olmak üzere pedikül vida implantasyon prosedürleri için robot destekli navigasyon sistemlerinin etkinliğini göstermiştir. Bu adım adım protokol, robotik destekli pedikül vida yerleşimi için standart laştırılmış bir cerrahi teknik notunu ana hatlamayı amaçlamaktadır.
Introduction
Spinal cerrahi alanında, spinal füzyon cerrahisi temel bir cerrahi işlemdir, özellikle posterior pedikül vida fiksasyonu, vertebra üç sütunlu destek sağlayabilir ve biyomekanik gücünü artırmak; böylece en sık kullanılan cerrahi işlemlerden biri haline gelmiştir1. Birçok erken çalışmalarda, posterior pedikül vidalı implantasyon klinik etkisi teyit edilmiştir, ve yaygın olarak birçok farklı spinal bozukluklar için cerrahi de kullanılmıştır, dejeneratif gibi, travmatik, ve karmaşık spinal koşullar2.
Ancak, posterior lomber spinal füzyon cerrahisi mükemmel tedavi etkileri elde edebilirsiniz rağmen, hala insan vücut anatomisi nedeniyle risklidir. Pediküle yakın merkezi sinir sistemi, sinir kökleri ve ana kan damarları gibi birçok hayati doku yapıları vardır. Cerrahi işlem sırasında bu dokuların hasarı vasküler yaralanmalar, nörolojik açıklar veya vida gevşeme22,3gibi ciddi komplikasyonlara neden olabilir. Ayrıca, cerrahlar ve personel ek radyasyona maruz kalmaktadır, özellikle minimal invaziv spinal prosedürler durumunda4. Cerrahlar uzun ve sıkıcı spinal cerrahi prosedürleri sonra yorgunluk ve el titremeyaşayabilirsiniz, vida yerleşimleri gibi, kemik osteotomi, ve sinir dekompresyonu5.
Pedikül vida yerleştirme işleminin tatmin edici olmayan oranı, cerrahinin doğruluğunu ve hastaların güvenliğini artırmak için spinal ameliyatlarda robotik destekli navigasyon sistemi uygulanması önerisini zorunlu kılmalıdır. Robotik destekli navigasyon sistemleri üzerinde yapılan çeşitli çalışmalar, pedikül vida yerleşiminin güvenliği, doğruluğu ve hassasiyetinin yanı sıra radyasyona maruz kalma ve çalışmasürelerinde6,7,8,9,10’daiyileştirmeler olduğunu göstermiştir. Ancak, kapsamlı vida yörünge planlama, görüntüleri ile pre-operatif planlama, fiksasyon cihazı ile kapsamlı robotik sistem, ve robot kontrol yazılımı hala bu hedefe ulaşmak için ele alınması gerekir. Bu çalışma, robotik destekli pedikül vida yerleştirme ameliyatları için robotik yapının tanımına ve kendi geliştirdiği navigasyon sisteminin (yani Nokta omurga navigasyon sistemi (PSNS)) iş akışına odaklanarak odaklanalmaktadır.
Sistem tanımı ve cerrahi protokol
PSNS aşağıdakileri içeren bir navigasyon iş istasyonu içerir. (1) Üç boyutlu (3D) rekonstrüksiyon, ameliyat öncesi planlama, mekansal kinematik ilişki hesaplama ve kayıt yoluyla görüntü okumadan sorumlu bir kullanıcı arabirimi yazılımı vardır. (2) PSNS, cerrahi robotların ve hastaların mekansal konumlarını izlemek için kızılötesi optik yönlendirme sistemleri kullanır. Kızılötesi optik yönlendirme sistemi aşağıdaki bileşenleri içerir: (i) aktif olarak kızılötesi ışık yayan ve çift kamera ile stereo konumlandırma gerçekleştiren bir optik izleyici(Şekil 1); (ii) yüzeyi hassas takım takibi için yansıtıcı özelliklere sahip yansıtıcı kaplamaya sahip bir işaret küresi; ve (iii) bir taban ve dört işaretküresi içeren dinamik referans çerçevesi (DRF) ile bir araç. İzleme sisteminin kimlik arızası önlemek için, her cihaz benzersiz bir DRF tasarımına sahiptir ve birbirleri ile paylaşılamaz. Kullanılan DRF, el parçası nın konumunu onaylamak için el parçasının tabanına bağlı bir taban çerçevesi (BF), el parçasının ucunu onaylamak için el parçasının ucuna bağlı bir son efektör çerçeve (EF), hastanın konumunu doğrulamak için hastanın kemiğine sabitlenmiş bir fiduyal çerçeve (FF) ve 3B alandaki hedef konumu doğrulamak için ucu kullanılan bir sonda içerir. (3) Altı serbestlik dereceli (DOF) Stewart platformundan oluşan bir el parçası vardır ve robotun bir ucu vida yolunu delmede kullanılan bir operasyon aletiile donatılmıştır. El aleti, cerrahlara pedikül vidaları veya spinal cerrahi sırasında cerrahi aletlerin konumlandırılması gibi implantların doğru yerleştirilmesi konusunda yardımcı olan robotik destekli bir navigasyon sistemidir. Robot doğru hedefi otomatik olarak dengeler gibi cerrahi hedefin hareketi izlenir. Robot cerrahi alet rehberlik sunan yarı aktif bir sistem olarak tasarlanmıştır; ancak, gerçek cerrahi cerrahlar tarafından gerçekleştirilir. Çalışma prensibi ve donanımı Şekil 2’degösterilmiştir.
PSNS aşağıdaki örnek prosedürleri de dahil ancak bunlarla sınırlı olmamak üzere prosedürler için endikedir: (i) açık, minimal invaziv veya perkütan spinal cerrahi; (ii) torasik, lomber veya sakral vertebra için spinal cerrahi sitesi; (iii) travma için posterior spinal füzyon, dejeneratif darlık hastalığı, instabilite, spondilolisthesis, herniatlı disk, tümör, enfeksiyon veya spinal deformite düzeltme; (iv) vertebroplasti veya transforaminal veya interlaminar perkütan endoskopik lomber diskektomi yaparken k-teller ivediveya iğne ler gibi geçici veya kalıcı cihazların yerleştirilmesi; ve (iv) kemik tümörü eksizyonu, osteoid osteoma veya tümör biyopsisi ablasyon dahil, hangi robot belirli bir vertebral yere iğne veya kılavuz teller yönetti. Bu işlem anestezi, cerrahi işlem tolere etmek için bir yetersizlik olanlar için kontrendikedir, ya da tatmin edici navigasyon görüntüleri elde edilmemiştir.
Beyin cerrahları ve ortopedi cerrahları da dahil olmak üzere operasyon personelinin lisanslı ve rehberlik kursları konusunda eğitilmesi gerektiğini unutmayın. Ameliyat sırasında robotun çalıştırılması na yönelik tüm prosedürlerin hastaya veya cerraha zarar vermemek için önerilen standart prosedürleri izlemesi gerekir. Cerrahlar, cerrahların anatomik bilgilerine dayanarak navigasyonun yanlış olduğu tespit edildiğinde konvansiyonel cerrahi aletlere geri dönmenin ve ameliyatı tamamlamanın mümkün olduğundan emin olmak için konvansiyonel cerrahi deneyime sahip olmalıdır.
Protocol
Representative Results
Discussion
1990 yılından bu yana robotların kullanımını içeren cerrahi uygulamalarda hızlı gelişmeler olmuştur. Mevcut robotik teknolojiler optimize edilmiştir, geliştirilmiş doğruluk ile sonuçlanan, insan elinde titreme üstesinden, ve navigasyon sistemlerinin eşleşen ve kayıt süreleri azaltılmış15. Cerrahi robot yardımının yararları şunlardır: (1) uzun öğrenme süreçleri olmadan hemen standardizasyon; (2) cerrahlar, kullanıcı arabirimi üzerinden CT tabanlı bir görüntü…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma kısmen robot sistemini sağlayan Point Robotics Medtech Incorporation tarafından desteklenmiştir. Funder, X.Y. Xiao, C.W. Chen, H.K. Chou ve C.Y. Sung’un maaşları şeklinde destek sağladı, ancak makalenin yayınlanması veya hazırlanması nda çalışma tasarımı, veri toplama ve analizinde ek bir rol yoktu.
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 |
References
- Verma, K., Boniello, A., Rihn, J. Emerging techniques for posterior fixation of the lumbar spine. Journal of the American Academy of Orthopaedic Surgery. 24 (6), 357-364 (2016).
- Gaines, R. W. The use of pedicle-screw internal fixation for the operative treatment of spinal disorders. The Journal of Bone and Joint Surgery-American. 82 (10), 1458-1476 (2000).
- Dede, O., Ward, W., Bosch, P., Bowles, A., Roach, J. Using the freehand pedicle screw placement technique in adolescent idiopathic scoliosis surgery: what is the incidence of neurological symptoms secondary to misplaced screws. Spine. 39 (4), 286-290 (2014).
- Costa, F. Erratum: Radiation exposure in spine surgery using an image-guided system based on intraoperative cone-beam computed tomography: analysis of 107 consecutive cases. Journal of Neurosurgery: Spine SPI. 26 (4), 542 (2017).
- Stuer, C., et al. Robotic technology in spine surgery: Current applications and future developments. Intraoperative Imaging. 109, 241-245 (2011).
- Devito, D. P., et al. Clinical acceptance and accuracy assessment of spinal implants guided with SpineAssist surgical robot: retrospective study. Spine. 35 (24), 2109-2115 (2010).
- Fan, Y., et al. Radiological and clinical differences among three assisted technologies in pedicle screw fixation of adult degenerative scoliosis. Scientific Reports. 8 (1), 890 (2018).
- Kantelhardt, S. R., et al. Perioperative course and accuracy of screw positioning in conventional, open robotic-guided and percutaneous robotic-guided, pedicle screw placement. European Spine Joutnal. 20 (6), 860-868 (2011).
- Verma, R., Krishnan, S., Haendlmayer, K., Mohsen, A. Functional outcome of computer-assisted spinal pedicle screw placement: a systematic review and meta-analysis of 23 studies including 5,992 pedicle screws. European Spine Journal. 19 (3), 370-375 (2010).
- Ghasem, A., Sharma, A., Greif, D., Alam, M., Maaieh, M. The Arrival of Robotics in Spine Surgery: A Review of the Literature. Spine. 43 (23), 1670-1677 (2018).
- Roser, F., Tatagiba, M., Maier, G. Spinal robotics: current applications and future perspectives. Neurosurgery. 72 (1), 12-18 (2013).
- Chen, H. Y., et al. Results of using robotic-assisted navigational system in pedicle screw placement. PLoS One. 14 (8), 0220851 (2019).
- . NDI Medical Available from: https://www.ndigital.com/medical/products/polaris-vega (2020)
- Gertzbein, S. D., Robbins, S. E. Accuracy of pedicular screw placement in vivo. Spine. 15 (1), 11-14 (1990).
- Kim, T. T., Johnson, J. P., Pashman, R., Drazin, D. Minimally Invasive Spinal Surgery with Intraoperative Image-Guided Navigation. Biomed Research International. 2016, 5716235 (2016).
- Bailey, S. I., et al. The BWM spinal fixator system. A preliminary report of a 2-year prospective, international multicenter study in a range of indications requiring surgical intervention for bone grafting and pedicle screw fixation. Spine. 21 (17), 2006-2015 (1996).
- Lonstein, J. E., et al. Complications associated with pedicle screws. The Journal of Bone and Joint Surgery-American Volume. 81 (11), 1519-1528 (1999).
