En teleoperert robotsystemassistert perkutan transiliac-transsakral skruefikseringsteknikk

Summary

Teleoperert robotsystemassistert perkutan transiliac-transsakral skruefiksering er en mulig teknikk. Skruekanaler kan implementeres med høy nøyaktighet på grunn av den utmerkede bevegelsesfriheten og stabiliteten til robotarmene.

Abstract

Transiliac-transsakral skruefiksering er utfordrende i klinisk praksis da skruene må bryte gjennom seks lag med kortikal bein. Transiliac-transsakrale skruer gir en lengre spakarm for å motstå de vinkelrette vertikale skjærkreftene. Skruekanalen er imidlertid så lang at en mindre uoverensstemmelse kan føre til iatrogene nevrovaskulære skader. Utviklingen av medisinske roboter har forbedret presisjonen i kirurgi. Den nåværende protokollen beskriver hvordan man bruker et nytt teleoperert robotsystem for å utføre transiliac-transacral skruefiksering. Roboten ble fjernstyrt for å plassere inngangspunktet og justere orienteringen på hylsen. Skrueposisjonene ble evaluert ved hjelp av postoperativ computertomografi (CT). Alle skruene ble trygt implantert, som bekreftet ved bruk av intraoperativ fluoroskopi. Postoperativ CT bekreftet at alle skruene var i det avbrutte beinet. Dette systemet kombinerer legens initiativ med robotens stabilitet. Fjernkontrollen til denne prosedyren er mulig. Robotassistert kirurgi har høyere kapasitet til å beholde posisjoner sammenlignet med konvensjonelle metoder. I motsetning til aktive robotsystemer har kirurgene full kontroll over operasjonen. Robotsystemet er fullt kompatibelt med operasjonsromsystemer og krever ikke ekstra utstyr.

Introduction

Den første robotapplikasjonen som ble brukt i ortopedisk kirurgi var ROBODOC-systemet som ble brukt i 1992¹. Siden den gang har robotassisterte kirurgiske systemer utviklet seg raskt. Robotassistert kirurgi forbedrer artroplastikk ved å styrke kirurgens evne til å gjenopprette justeringen av lemmen og den fysiologiske kinematikken i leddet². I ryggkirurgi er plasseringen av pedicle skruer ved hjelp av en robot sikker og nøyaktig; Det reduserer også kirurgens strålingseksponering³. Imidlertid har studier på robotassistert kirurgi vært begrenset på grunn av heterogeniteten av traumatiske ortopediske sykdommer. Den eksisterende forskningen på robotkirurgi for ortopedisk traume fokuserer hovedsakelig på robotassisterte iliosakralleddskruer og kjønnsskruefiksering av bekkenringbrudd⁴, kanylert skruefiksering av lårhalsen⁵, inngangspunkt og distale låsebolter i intramedullær spiker^6,7, perkutan bruddreduksjon ^8,9, og behandling av kritisk sårede pasienter på militærområdet¹⁰.

Den perkutane skrueteknikken kan utføres ved hjelp av 2D- og 3D-navigasjonsstøtte. De sacroiliac, anterior column, posterior column, supraacetabular og magic skruer er de vanligste perkutane teknikkene for bekken- og acetabulære fakta¹¹. Den perkutane transiliac-transsakrale skrueteknikken er fortsatt utfordrende for kirurger. En forståelse av bekkenanatomi og røntgenfluoroskopi, nøyaktig posisjonering og langsiktig håndstabilitet er nødvendig for denne prosedyren. Det telestyrte robotsystemet kan oppfylle disse kravene godt. Denne studien benytter et teleoperert robotsystem for å fullføre perkutan transiliac-transsakral skruefiksering for bekkenringfrakturer. Detaljene og arbeidsflyten til denne protokollen presenteres nedenfor.

Robotsystem
Master-Slave Orthopaedic Positioning and Guidance System (MSOPGS) består hovedsakelig av tre deler: den kirurgiske roboten (slavemanipulatoren) med syv frihetsgrader (DOF), Master Manipulator med krafttilbakemelding og konsollen. Systemet har fire driftsmoduser: manuell trekkraft, master-slave-drift, fjernstyrt bevegelsessenter (ROM) og nødsituasjon. Figur 1 viser MSOPPGS; Hovedkomponentene er kort beskrevet nedenfor.

Den kirurgiske roboten (se materialfortegnelse) er en syv DOF-manipulator som er forhåndssertifisert for integrering i medisinske produkter¹². Roboten har force feedback-sensorer som kan oppdage endringer i kraft. Robotarmen kan betjenes manuelt eller eksternt. En momentsensor er installert på spissen og kartlagt til “Master Manipulator”, noe som muliggjør krafttilbakemelding i sanntid. Den maksimale belastningen på robotarmen er tilstrekkelig til å motstå bløtvevskrefter og redusere flagrende kirurgiske instrumenter. Roboten er festet til en mobil plattform for å skaffe seg en operativ arbeidsplass og sikre stabilitet. Basen er koblet til “Master Manipulator” og operativsystemet og kan behandle instruksjoner fra operativsystemet.

“Master Manipulator” er designet for helsevesenet for å nøyaktig kontrollere roboten. Denne enheten tilbyr syv aktive DOF, inkludert høy presisjon kraft-tilbakemelding gripe evner. Endeeffektoren dekker det naturlige bevegelsesområdet til den menneskelige hånden. En inkrementell kontrollstrategi brukes for å oppnå intuitiv kontroll over robotarmen.

Operativsystemet har fire metoder for å kontrollere robotarmen: manuell trekkraft, master-slave-driftsmodus, fjernstyrt bevegelsessenter (RCM) og nødsituasjon. Operativsystemet knytter kirurgen og roboten sammen og gir trygghetsalarmer. Den manuelle trekmodusen lar manipulatoren dras fritt innenfor et bestemt arbeidsområde. Roboten låses automatisk etter å ha blitt stoppet i 5 sekunder. I master-slave-modus kan kirurgen bruke “Master Manipulator” for å kontrollere bevegelsen av robotarmen. RCM-modus tillater det kirurgiske instrumentet å svinge rundt enden av instrumentet. RCM-modusen er best egnet til å reorientere på den aksiale fluoroskopivisningen av kanalen, for eksempel det radiografiske dråpetegnet til den supraacetabulære kanalen og det sanne sakrale bildet av den transiliac-transsakrale osseøse banen. Manipulatoren kan brukes til nødbremsing i alle posisjoner. Figur 2 viser arbeidsflyten til systemet.

Protocol

Anvendelsen av denne robotteknikken ble godkjent av etikkomiteen ved Tongji Hospital of Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology, og den overholder Helsingforserklæringen fra 1975, som revidert i 2013. 1. Preoperativ planlegging Fest de kadaveriske bekkenene i ryggleie ved hjelp av en fluoroskopisk platebase (se materialfortegnelse) ved å sette inn to Schanz-pinner gjennom lårbenet. I den bakre posisjonen, plasser båd…

Representative Results

En senior ortopedisk kirurg fullførte operasjonen ved hjelp av prosedyren som er beskrevet. Alle skruene (tre i S1 og to i S2) ble festet. Tiden det tok (fra den første røntgenfluoroskopien til innsetting av skruen) for å sette inn hver av de fem skruene var henholdsvis 32 min, 28 min, 26 min, 20 min og 23 min. Fluoroskopitiden for hver skrue var ca. 5 min. Selv om alle skruene var på riktig sted på de intraoperative fluoroskopiske bildene, har flere artikler fremhevet behovet for postoperative CT-skanninger for å…

Discussion

Uansett hvilken type robot, gir kjerneapplikasjonen av roboter i ortopedi et avansert verktøy for kirurger for å forbedre nøyaktigheten av kirurgi. Fremveksten av kirurgiske roboter er imidlertid ikke en erstatning for leger. Kirurger som utfører robotkirurgi kan eller ikke kan være i operasjonssalen. Kirurgiske roboter inkluderer vanligvis et datastyringssystem, en robotarm som er ansvarlig for operasjonen, og et navigasjonssystem som er ansvarlig for sporing. Det er tre kategorier av robotsystemer avhengig av hvor…

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