Summary
Dieser Artikel stellt eine standardisierte operationstechnische Technik für die roboterunterstützte Pedikonschraubenplatzierung unter Verwendung von robotergestützten Navigationssystemen vor. Wir stellen ein Schritt-für-Schritt-Protokoll vor und beschreiben den Workflow und die Vorsichtsmaßnahmen dieses Verfahrens.
Abstract
Pedicle-Schraubimplantation hat ausgezeichnete Behandlungseffekte und wird oft von Chirurgen in der Wirbelsäulenfusionschirurgie eingesetzt. Aufgrund der Komplexität der Anatomie des menschlichen Körpers ist dieser chirurgische Eingriff jedoch schwierig und herausfordernd, insbesondere in minimalinvasiven Operationen oder Patienten mit angeborenen Anomalien und Kyphoskoliose-Deformität. Neben den oben genannten Faktoren beeinflussen die chirurgische Erfahrung und Technik des Chirurgen auch die Genesungsraten und Komplikationen der Patienten nach der Operation. Daher ist die präzise Durchführung der Pedikonik-Schraubimplantation ein ständiges Thema von häufigem Interesse für Chirurgen und Patienten. In den letzten Jahren haben sich robotergestützte Navigationssysteme mit der technologischen Entwicklung allmählich eingeführt. Diese robotergestützten Navigationssysteme bieten Chirurgen eine vollständige präoperative Planung vor der Operation. Das System liefert 3D-rekonstruierte Bilder von jedem Wirbel, so dass Chirurgen die physiologischen Eigenschaften des Patienten schneller verstehen können. Es bietet auch 2D-Bilder von sagittalen, koronalen, axialen und schrägen Ebenen, so dass Chirurgen genau Pedikulus-Schraubenplatzierungsplan durchführen können.
Frühere Studien haben die Wirksamkeit von robotergestützten Navigationssystemen für Pedikel-Schraubenimplantationsverfahren, einschließlich Genauigkeits- und Sicherheitsbewertungen, gezeigt. Dieses Schritt-für-Schritt-Protokoll zielt darauf ab, eine standardisierte chirurgische Technik Note für Roboter-unterstützte Pedikel Schraubenplatzierung zu skizzieren.
Introduction
Im Bereich der Wirbelsäulenchirurgie ist die Wirbelsäulenfusionschirurgie ein grundlegendes chirurgisches Verfahren, insbesondere die hintere Pedikonschraubenfixierung, die eine dreispaltige Unterstützung der Wirbel bieten und die Stärke der Biomechanik verbessern kann; so ist es zu einem der am häufigsten verwendeten chirurgischen Verfahrengeworden 1. In vielen frühen Studien wurde die klinische Wirkung der hinteren Pedikonit-Schraubenimplantation bestätigt, und es wurde weit verbreitet in der Chirurgie für viele verschiedene Wirbelsäulenerkrankungen, wie degenerative, traumatische, und komplizierte Wirbelsäulenerkrankungen2verwendet.
Obwohl die hintere Lendenwirbelsäulenfusionschirurgie hervorragende Behandlungseffekte erzielen kann, ist sie aufgrund der Anatomie des menschlichen Körpers immer noch riskant. Es gibt viele lebenswichtige Gewebestrukturen in der Nähe der Pedike, wie das zentrale Nervensystem, Nervenwurzeln, und Hauptblutgefäße. Die Schädigung dieser Gewebe während des chirurgischen Eingriffs kann schwerwiegende Komplikationen verursachen, wie Gefäßverletzungen, neurologische Defizite oder Schraubenlockerung2,3. Darüber hinaus sind Chirurgen und Mitarbeiter zusätzlicher Strahlung ausgesetzt, insbesondere bei minimalinvasiven Wirbelsäulenoperationen4. Chirurgen können Müdigkeit und Handzittern nach langwierigen und mühsamen Wirbelsäulenoperationen auftreten, wie Zwierungen, Knochenosteotomie und Nervendekompression5.
Die unbefriedigende Rate des Pedikeln-Schraubenplatzierungsverfahrens erforderte den Vorschlag für ein robotergestütztes Navigationssystem, das in Wirbelsäulenoperationen angewendet werden sollte, um die Genauigkeit der Operationen und die Sicherheit der Patienten zu verbessern. Mehrere Studien über roboterunterstützte Navigationssysteme haben Verbesserungen in der Sicherheit, Genauigkeit und Präzision der Pedikusschraubenplatzierung sowie verringerte Strahlenexposition und Betriebszeiten6,7,8,,9,10gezeigt. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen jedoch noch eine gründliche Schneckenbahnplanung, eine präoperative Planung mit Bildern, ein umfassendes Robotersystem mit Fixierungsvorrichtung und Robotersteuerungssoftware angegangen werden. Diese Studie konzentriert sich auf die Beschreibung der Roboterstruktur und den Workflow eines selbst entwickelten Navigationssystems (d.h. des Point Spine Navigation Systems (PSNS)) für roboterunterstützte Pedikon-Schraubenplatzierungsoperationen.
Systembeschreibung und operationschirurgisches Protokoll
Das PSNS besteht aus einer Navigationsarbeitsstation, die Folgendes enthält. (1) Es gibt eine Benutzeroberflächensoftware, die für das Bildlesen durch dreidimensionale (3D) Rekonstruktion, präoperative Planung, räumliche kinematische Beziehungsberechnung und Registrierung verantwortlich ist. (2) Das PSNS verwendet infrarote optische Leitsysteme, um die räumliche Position von chirurgischen Robotern und Patienten zu verfolgen. Das infrarote optische Führungssystem enthält die folgenden Komponenten: (i) einen optischen Tracker, der aktiv Infrarotlicht aussendet und Stereopositionierung über eine Dual-Kamera durchführt (Abbildung 1); ii) eine Markerkugel, deren Oberfläche eine reflektierende Beschichtung mit reflektierenden Eigenschaften für eine präzise Werkzeugverfolgung aufweist; und (iii) ein Werkzeug mit einem dynamischen Referenzrahmen (DRF), der eine Basis und vier Markerkugeln umfasst. Um einen Identifizierungsfehler des Tracking-Systems zu vermeiden, hat jedes Gerät ein eindeutiges DRF-Design und kann nicht miteinander geteilt werden. Der verwendete DRF enthält einen Basisrahmen (BF), der an der Basis des Handstücks befestigt ist, um die Position des Handstücks zu bestätigen, einen Endeffektorrahmen (EF), der am Ende des Handstücks befestigt ist, um die Position des Handstücks zu bestätigen, einen am Knochen des Patienten verankerten Treuhandrahmen (FF), um die Position des Patienten zu bestätigen, und eine Sonde, deren Spitze verwendet wird, um die Zielposition im 3D-Raum zu bestätigen. (3) Es gibt ein Handstück, das aus einer sechs Freiheitsgrade (DOF) Stewart Plattform besteht, mit einem Ende des Roboters mit einem Bedienwerkzeug zum Bohren des Schneckenwegs ausgestattet. Das Handstück ist ein robotergestütztes Navigationssystem, das Chirurgen bei der genauen Platzierung von Implantaten wie Pedikelnschrauben oder der Positionierung von chirurgischen Werkzeugen während der Wirbelsäulenchirurgie unterstützt. Die Bewegung des chirurgischen Ziels wird verfolgt, da der Roboter automatisch das richtige Ziel kompensiert. Der Roboter ist als semiaktives System konzipiert, das chirurgische Werkzeugführung bietet; die eigentliche Operation wird jedoch von Chirurgen durchgeführt. Das Funktionsprinzip und die Ausrüstung sind in Abbildung 2dargestellt.
PSNS ist für Verfahren indiziert, einschließlich, aber nicht beschränkt auf die folgenden Probenverfahren: (i) offene, minimalinvasive oder perkutane Wirbelsäulenchirurgie; ii) Wirbelsäulenchirurgie für Brust-, Lenden- oder Sakralwirbel; iii) hintere Wirbelsäulenfusion bei Trauma, degenerativer Stenoseerkrankung, Instabilität, Spondylolisthesis, Bandscheibenvorfall, Tumor, Infektion oder Wirbelsäulendeformitätskorrektur; iv) Platzierung von temporären oder dauerhaften Vorrichtungen, wie k-Drähten oder Nadeln, bei der Durchführung von Vertebroplastie oder entweder transforaminal oder interlaminar perkutane endoskopische Lendenscheibeektomie; und (iv) Knochentumorexzision, einschließlich der Ablation von Osteodem oder Tumorbiopsie, bei der der Roboter Nadeln oder Führungsdrähte zu einer bestimmten Wirbelstelle lenkte. Dieses Verfahren ist kontraindiziert für Personen, die nicht in der Lage sind, Anästhesie, chirurgische Eingriffe oder wenn keine zufriedenstellenden Navigationsbilder erworben wurden.
Beachten Sie, dass das Operationspersonal, einschließlich Neurochirurgen und orthopädischen Chirurgen, in Führungskursen lizenziert und geschult werden muss. Alle Verfahren für die Bedienung des Roboters während der Operation müssen den empfohlenen standardisierten Verfahren folgen, um zu vermeiden, dass dem Patienten oder Chirurgen Schaden zugefügt wird. Chirurgen müssen über konventionelle chirurgische Erfahrung verfügen, um sicherzustellen, dass es möglich ist, auf herkömmliche chirurgische Instrumente umzusteigen und die Operation abzuschließen, wenn festgestellt wird, dass die Navigation auf der Grundlage des anatomischen Wissens der Chirurgen ungenau ist.
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Protocol
Alle angewandten Verfahren entsprachen den ethischen Standards des National Taiwan University Hospital (NTUH) Research Ethics Committee (REC) und der Helsinki-Erklärung von 1975 (in ihrer zuletzt geänderten Fassung). Eine informierte Einwilligung muss von allen Patienten eingeholt werden, wenn weitere klinische Studien vorbereitet werden.
HINWEIS: Das Anästhesieverfahren kann in drei Schritte unterteilt werden: präoperative Bewertung des Patienten, intraoperatives Management und postoperatives Management. Während der präoperativen Bewertung sollten alle Patientendaten, einschließlich der gründlichen Vorgeschichte und körperlichen Untersuchung, gesammelt werden, und das Personal sollte Patientenkomorbiditäten und deren Bezug zur Anästhesieversorgung des Patienten erkennen. Eine gründliche Atemwegsuntersuchung sollte durchgeführt werden, und das Personal sollte sich der Anästhesieoptionen bewusst sein, um einen grundlegenden Anästhesie-Pflegeplan zu formulieren. Während der intraoperativen Behandlung sollte der Anästhesist die grundlegenden Funktionen der Anästhesiemaschine überprüfen und grundlegende physiologische Monitore anwenden, die von der American Society of Anesthesiologists empfohlen werden, darunter ein Pulsoximeter, Elektrokardiographie, ein nichtinvasives Blutdruckmessgerät und ein Temperaturmessgerät, Möglichkeiten für das Atemwegsmanagement, die Pharmakologie von Induktionsmitteln und Indikationen während einer Anästhesistin. Intraoperative Ereignisse wie Hypotonie, Bluthochdruck, Hypoxie und Oligurie müssen erkannt, bewertet und verwaltet werden. Darüber hinaus muss das Personal erkennen, wann der Patient die Extubationskriterien erfüllt.
1. Präoperative Einstellung und Planung
HINWEIS: Während der Operation sollten sterile chirurgische Vorhänge verwendet werden, um den Kontakt mit unvorbereiteten Oberflächen zu verhindern und die Sterilität der Umgebungsoberflächen, der Ausrüstung und der Umgebung des Patienten aufrechtzuerhalten. Um das Risiko einer Übertragung von Krankheitserregern sowohl auf die Patienten als auch auf das chirurgische Team zu reduzieren, sollten sterile OP-Kleider während der Operation vom Operationsteam über den Peelinganzügen getragen werden.
- Entfernen Sie alle Komponenten, die die Fluoroskopie von der chirurgischen Stelle beeinflussen können; dies hängt vom Operationsplan je nach Patient ab.
- Stellen Sie den Patienten nach der Verabreichung der Anästhesie in eine anfällige Position und bereiten Sie sich nach chirurgischen Anforderungen vor.
HINWEIS: Alle Anästhesieverfahren müssen unter aufsicht eines Anästhesisten durchgeführt werden, und jeder Plan sollte entsprechend jedem einzelnen Patienten angepasst werden. - Reinigen und sterilisieren Sie die chirurgische Stelle des Patienten.
- Bedecken Sie die OP-Stelle an der chirurgischen Stelle des Patienten.
- Legen Sie den sterilen chirurgischen Vorhang auf den Patienten, außer an der chirurgischen Stelle.
- Verankern Sie die FF am Patienten; Benutzer können eine der beiden folgenden Methoden nach ihren Bedürfnissen wählen.
- Verankerung am Iliac-Knochen (anwendbare chirurgische Stelle: L5 oder S1).
- Legen Sie zwei perkutane Drähte (n = 1,5 mm) auf den hinteren Iliaskamm und überprüfen Sie den Einstiegspunkt unter Fluoroskopie. Wiederholen Sie den Schritt, wenn der Chirurg Bedenken hinsichtlich des Einstiegspunkts hat. Markieren Sie den Einstiegspunkt mit einem Markerstift.
- Setzen Sie den ersten perkutanen Stift (s = 5 mm, L = 140 mm) mit einem Bohrer (1000 RPM) in den hinteren Iliaskamm des Patienten ein.
- Platzieren Sie die FF zusammen mit dem ersten perkutanen Stift. Passen Sie den FF an, bis er von der optischen Überwachungskamera erkannt wird. Befestigen Sie den FF mit einem Schraubendreher am ersten Perkutanstift.
- Legen Sie den zweiten Perkutanstift (s = 5 mm, L = 140 mm) zusammen mit einem Loch auf dem FF mit einem Bohrer (1000 RPM) ein. Befestigen Sie die Schraube am FF mit einem Schraubendreher am zweiten Perkutanstift.
HINWEIS: Gemäß dem Handbuch des optischen Tracking-Systems kann die Markerkugel innerhalb von 3 m vom optischen Tracker entfernt identifiziert werden.
- Verankerung an der aktuellen oder angrenzenden Wirbelspinsprozess mit einer Klemme anwendbaren chirurgischen Stelle: Brust-, Lenden- oder Sakralwirbel.
- Legen Sie einen Draht (n = 1,5 mm) als Referenz unter fluoroskopie auf den Rücken des Patienten. Überprüfen Sie das Operationsfeld unter Fluoroskopie. Wiederholen Sie den Schritt, wenn der Chirurg Bedenken hinsichtlich des operationsischen Feldes hat. Markieren Sie das Operationsfeld mit einem Markerstift.
- Incise das Hautgewebe auf chirurgischen Feld mit einem chirurgischen Skalpell. Fixieren Sie die FF auf den spinösen Prozess mit einem Schraubendreher. Aufgrund der Differenz der Knochenmineraldichte, lassen Sie den Chirurgen feststellen, ob die FF auf spinösen Prozess fest verankert ist.
- Verankerung am Iliac-Knochen (anwendbare chirurgische Stelle: L5 oder S1).
- Prüfen Sie, ob die Geräte und Komponenten von PSNS vorbereitet wurden, einschließlich des Handstücks, des optischen Tracking-Systems, der Roboter-Workstation und des Navigations-Toolkits (d. h. Sonde)(Abbildung 3 & Abbildung 4).
HINWEIS: Vermeiden Sie Eingriffe in das chirurgische Personal; Vermeiden Sie das Blockieren der optischen Überwachungskamera; Stellen Sie sicher, dass der Tracker stabil ist und vom optischen Tracking-System erkannt wird; Sterilisieren Sie das Navigations-Toolkit und legen Sie es auf den Operationstisch.
2. Räumliche Kennzeichnung und Registrierung
- Übertragen Sie die präoperativen CT-Bilder des Patienten über DVD oder USB auf das System und schneiden Sie die Bildgröße zu, um die Ausrichtung basierend auf chirurgischen Bedürfnissen anzupassen. Das System bietet virtuelle chirurgische geführte Bilder, einschließlich sagittaler, koronaler, axialer und schräger Ebenen, und maßgeschneiderte 3D-Rekonstruktionen für jeden Wirbel.
- Da die PSNS-Software die Etikettierschnittstelle bereitstellt, bitten Sie den Chirurgen, jeden Wirbel mit der vorderen-hinteren Ansicht und der seitlichen Ansicht zu beschriften und die Bandscheibe für die nachfolgenden Schritte zu unterscheiden.
- Wählen Sie die optimale Schneckenlänge und Implantatabmessungen basierend auf der Gerätesoftware aus.
- Planen Sie die optimale Positionierung und Flugbahn der Schraube basierend auf der 3D- und Multiplanarbildrekonstruktion des präoperativen CT-Scans.
- Bestätigen Sie, ob alle geplanten Schrauben korrekt und geeignet sind.
- Geben Sie die DRF-Überwachungsschnittstelle in der PSNS-Software ein, die mehrere planare Ansichten (einschließlich 3D-Volumen und drei Querschnittsebenen auf der Seite) darstellt. Alle DRFs sollten sich innerhalb des Sichtbereichs des optischen Tracking-Systems befinden (gemäß den Gebrauchsanweisungen ist der empfohlene beste Erkennungsbereich Bereich B.) Wenn der DRF-Vektorpfeil, der den Tracker angibt, auf der Benutzeroberfläche angezeigt wird, wird er vom Tracking-System stabil erkannt (Abbildung 5).
- Führen Sie eine subperiosteale Sezieren bilateral entlang des spinösen Prozesses, die Laminae bis zu den Spitzen der Querprozesse aller Ebenen. Entfernen Sie die Facettengelenkkapseln, um die Gelenke freizulegen. Die Verwendung von selbsterhaltenden Retraktoren hilft bei der Wirbelexposition, indem die Muskulatur zur Seite gehalten wird.
- Führen Sie Registrierungsverfahren durch, einschließlich der Registrierung von Sehenswürdigkeiten und der Oberflächenabgleich. Folgen Sie der folgenden Reihenfolge, um die Richtigkeit des Registrierungsergebnisses sicherzustellen.
- Landmark-Registrierung
- Wählen Sie mindestens vier nicht koplanare Feature-Punkte (z. B. den spinösen Prozess, das Laminar und den Querprozess) auf den präoperativen 3D-Rekonstruktions-CT-Bildern des Patienten aus.
- Verwenden Sie die Spitze der Sonde, um mit dem ersten Feature-Punkt in Schritt 2.8.1.1 im eigentlichen chirurgischen Bereich in Kontakt zu bleiben.
- Drücken Sie die Sondenauswahltaste auf der Softwareschnittstelle, um den Zugriffspunkt zu bestätigen.
- Wiederholen Sie die Schritte 2.8.1.2-2.8.1.3, bis die vier in Schritt 2.8.1.1 ausgewählten Feature-Punkte bestätigt werden.
- Drücken Sie die Berechnungstaste auf der Software-Schnittstelle; Das System berechnet das Ergebnis der Landmark-Registrierung und stellt es in der Software-Schnittstelle dar.
- Die Zulassungskriterien für die Registrierungsgenauigkeit müssen den Anforderungen der klinischen Indikationen entsprechen (<5 mm). Wenn das Ergebnis nicht zufriedenstellend ist, wiederholen Sie die Schritte 2.8.1.1-2.8.1.5, bis das Registrierungsergebnis die Annahmekriterien erfüllt.
HINWEIS: Stellen Sie sicher, dass die Gültigkeit der Verwendung der Sonde, um die Positionsinformationen der Knochenoberfläche zu erhalten, wie z. B. das Löschen des Weichgewebes auf der Knochenoberfläche und das Vermeiden des Baumelns der Sondenspitze beim Sammeln von Punkten.
- Oberflächenübereinstimmung
- Verwenden Sie die Sondenspitze, um kontinuierlich jeden Punkt auf der Knochenoberfläche im eigentlichen Operationsbereich zu kontaktieren.
- Drücken Sie die Sondenauswahltaste auf der Softwareschnittstelle, um den Zugriffspunkt zu bestätigen
- Verschieben Sie die Sonde (machen Sie die Sonde vom vorherigen Kommissionierpunkt ab), und wiederholen Sie die Schritte 2.8.2.1-2.8.2.2, bis mindestens 50 Pickpunkte abgeschlossen sind.
- Drücken Sie die Berechnungstaste auf der Software-Schnittstelle; Das System berechnet das Oberflächenabgleichsergebnis und stellt es auf der Software-Schnittstelle dar.
- Die Zulassungskriterien für die Registrierungsgenauigkeit müssen den Anforderungen der klinischen Indikationen entsprechen (<0,5 mm). Wenn das Ergebnis nicht zufriedenstellend ist, wiederholen Sie die Schritte 2.8.2.1-2.8.2.4, bis die Registrierungsergebnisse die Annahmekriterien erfüllen.
- Landmark-Registrierung
- Verwenden Sie die Sonde, um offensichtliche anatomische Landmarken (wie spinöse Prozesse, Querprozesse, Facettengelenk) des eigentlichen Operationsbereichs zur Bestätigung auszuwählen, sobald das Registrierungsergebnis akzeptiert wird (Abbildung 6).
HINWEIS: Während der Operation muss eine angemessene Reflexion und Aufnahme des Infrarotlichts aufrechterhalten werden. Wenn das optische Tracking-System die Marker nicht erkennen kann, zeigt die Softwareschnittstelle eine Rotlicht-Erinnerung an. Die Kamera sollte so eingestellt werden, dass sich das Operationsfeld in der Mitte des Erfassungsbereichs der Kamera befindet und der Tracker vor Licht und Blut geschützt werden sollte.
3. Robotermontage und Bewegung
- Bedecken Sie das Handstück mit Sterilisationsvorhängen und installieren Sie die chirurgischen Instrumente am Roboter (z. B. Trokar (ca. 5 mm) und k-pin (= 1,8 mm)).
- Stellen Sie den Winkel und die Position des Handstücks im Raum gemäß den folgenden Anweisungen (Schritte 3.2.1-3.2.2) so ein, dass sich das Handstück innerhalb des Kompensationsbereichs befindet (in einem Abstand von einem Zentimeter und einem eingeschlossenen Winkel von 4 Grad vom geplanten Pfad).
- Winkeleinstellung: Drehen Sie den Winkel des Handstücks im Raum, so dass die beiden Kreise, die den Winkel des Handstücks darstellen, auf der Software-Schnittstelle übereinstimmen.
- Positionsanpassung: Bewegen Sie horizontal und vertikal die Position des Handstücks im Raum, so dass die Punkte, die die Position des Handstücks auf der Softwareschnittstelle darstellen, an den Einstiegspunkten des geplanten Pfades ausgerichtet sind.
HINWEIS: Wenn die Schritte 3.2.1 & 3.2.2 gleichzeitig abgeschlossen sind, aktiviert das Handstück automatisch die aktive Kompensationsfunktion, um den Winkel und die Position des Instruments so beizubehalten, dass sie dem vorgeplanten Pfad entsprechen (Abbildung 7).
- Bestimmen Sie den Betriebszustand des Roboters, indem Sie die Markerfarbe des Roboters beurteilen, der auf der Benutzeroberfläche angezeigt wird. Wenn es grün ist, kann es betrieben werden, wenn es rot ist, kann es nicht betrieben werden.
HINWEIS: Wenn das Handstück mit dem Patienten oder den umliegenden Hindernissen in Kontakt kommt, kann ein Not-Halt-Knopf über dem Gehäuse des Navigationsarbeitsplatzes vom Chirurgen oder Techniker gedrückt werden. Regelmäßige Wartung des Roboters sollte durchgeführt werden. Die Plattform muss nach 250 Verwendungen für die Kinematikparameter neu kalibriert werden. Der Trokar und der k-Pin müssen nach einer einmaligen Verwendung entsorgt werden.
4. Pedikusvorbereitung und Schraubeneinschub
- Aktivieren Sie die Bohrfunktion des Handstücks, und bohren Sie die am Frontende montierten Instrumente (einschließlich K-Pin: = 1,8 mm und Trokar: s = 5 mm) entlang des geplanten Pfades in den Körper des Patienten.
- Verwenden Sie den c-Arm, um die Position von k-Pin und Trocar zu bestätigen.
- Wenn die k-Pin- und Trocar-Positionen unter der Fluoroskopie nicht korrekt sind, entfernen Sie den k-Pin und den Trocar. Dann, mit dem Handstück, bohren Sie wieder in den Pedikulus, bis der k-Pin und Trocar in anfällige Positionen unter Fluoroskopie einfügen (siehe 4.3.1-4.3.2).
- Bestimmen Sie unter AP-Ansicht, ob sich das Instrument im ovalen Bereich befindet, der durch den Pedikulus im perspektivischen Bild gebildet wird.
- Bestimmen Sie unter LAT-Ansicht, ob sich das Instrument im Bereich des Pedikles und des Wirbels befindet.
- Ersetzen Sie K-Pin und Trocar durch Führungsdrähte (= 1,5 mm, L = 400 mm), sobald die Positionen geeignet sind.
- Setzen Sie die Pedikusschraube durch die Führungsdrähte.
- Wiederholen Sie die Schritte 4.1–4.4, um alle chirurgischen Planungspfade abzuschließen.
HINWEIS: Was das postoperative Management betrifft, so sollten die Patienten in der Postanästhesie-Wiederherstellungseinheit (PACU) überwacht und die postoperativen Analgesie-Optionen ausgewählt werden. Die grundlegenden PACU-Ereignisse, wie Übelkeit, Schmerzen, Hypotonie, Bluthochdruck und Hypoxie, sollten bewertet werden. Darüber hinaus sollte das Personal erkennen, wenn der Patient die Kriterien für die PACU-Entladung erfüllt.
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Representative Results
Die Sicherheit und Genauigkeit von robotergestützten Pedikonschraubenplatzierungen wurden in mehreren Studien6,11behandelt. Wir passen die Wirbel mit präoperativen Planungsbildern unter einem optischen Tracking-System in der vorgeschlagenen Methode ab. Nach Der Ermittlung des geplanten operationsischen Weges wurde diese Information über die Handstücksteuerung auf das Handstück übertragen. Das Navigationssystem integriert die Tracking-Informationen und zeigt sie während der Operation auf dem Monitor an. Darüber hinaus zeigt der Bildschirm den Aufnahmepfad auf der Wirbelsäule und die Positionen der Instrumente an.
In unserer vorherigen Studie12wurde eine niedrige Gesamt-Schraubenfehlstellungsrate von 1,7 % von insgesamt 59 Schrauben an 30 Schweinewirbeln durch das PSNS nachgewiesen (Abbildung 8). Die chirurgischen Eingriffe verliefen während der Verwendung des PSNS reibungslos und diese 59 Pedikelschrauben wurden durch postoperative CT-Scans bewertet. 51 Schrauben (86,4%) in Gruppe A, 7 Schrauben (11,9%) in Gruppe B und 1 Schraube (1,7%) in gruppe E nach der Gertzbein-Robbins-Klassifikation12gefallen. Es wurden keine Spinalkanalperforationen oder Verletzungen an anderen größeren Gefäßen gefunden und alle Pedikelschrauben wurden in die sichere Zone eingeführt. Wir zeichneten die Spitzenpositionsdaten mit einer Frequenz von 60 Hz auf und eine lineare Regressionskurve wurde mit dem optischen Tracking-System während der Operation berechnet. Unterschiede wie Winkel, kürzester Abstand und Einstiegspunkt zwischen der eigentlichen Pedikusschraubenposition und dem präoperativen Planungspfad wurden ebenfalls12erfasst.
Abbildung 1: Funktionsprinzip des optischen Tracking-Systems13. Der optische Tracker emittiert aktiv Infrarotlicht und führt Stereopositionierung durch Dual-Kamera durch. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 2: Arbeitsprinzipien des Wirbelsäulennavigationssystems. Der Anwendungsprozess des Systems umfasst Robotersteuerung, Benutzeroberfläche und optische Erfassung Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 3: Spine-Navigationssystem, einschließlich Handstück, optisches Tracking-System, Roboter-Workstation und Navigations-Toolkit. (d.h. Sonde) Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 4: Schemadiagramm der Betriebsraumkonfiguration, Benutzer müssen auf das Schemadiagramm verweisen, um das PSNS im Operationssaal einzurichten. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 5: DRF-Überwachungsschnittstelle in der Software. Benutzer können den aktuellen Status aller DRFs entsprechend der Anzeige auf der Schnittstelle bestätigen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 6: Schnittstelle zur Überprüfung der Registrierungsgenauigkeit in der Software. Verwenden Sie Sonde, um ein bestimmtes anatomisches Merkmal (z. B. spinöse Prozesse, Querprozesse, Facettengelenk) im eigentlichen operationsischen Bereich auszuwählen, und das System berechnet den Abstand von der Sondenspitze zum anatomischen Merkmal als Referenz für genauigkeit. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 7: Navigationsschnittstelle in der Software. Mit einem 3D rekonstruierten Knochenmodell und einer virtualisierten Pedikonschraube, um den chirurgischen Weg zu leiten. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 8: Postoperative CT-Scans, die nach Gertzbein- und Robbins-Klassifikation am Beispiel der Grade A (a), der Besoldungsgruppe B (b) und der Besoldungsgruppe E (c)14bewertet werden. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
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Discussion
Seit 1990 gibt es rasante Entwicklungen in chirurgischen Anwendungen mit dem Einsatz von Robotern. Die verfügbaren Robotertechnologien wurden optimiert, was zu einer verbesserten Genauigkeit, der Überwindung des Zitterns in menschlichen Händen und reduzierten Abstimmungs- und Registrierungszeiten von Navigationssystemen15führte. Zu den Vorteilen der chirurgischen Roboterunterstützung gehören: (1) sofortige Standardisierung ohne langwierige Lernprozesse; (2) Chirurgen können genau dem präoperativen Plan folgen, der über die Benutzeroberfläche auf einem CT-basierten Bild überlagert wird; (3) Verringerung der Strahlenexposition bei Chirurgen und Betriebspersonal; und (4) verbesserte Genauigkeit, insbesondere bei komplexer Anatomie oder komplizierter Revisionschirurgie.
Trotz des weithin akzeptierten Einsatzes von Pedikelnschrauben hängen Freihand-Pedikel-Platzierungstechniken weitgehend von anatomischen Landmarken, Bildführern und der Erfahrung der Chirurgen ab. Selbst bei erfahrenen Chirurgen liegen die Malpositionsraten im Implantat im Bereich von 5,1–31%, wie in mehreren Review-Studien3,16beschrieben. Viele Chirurgen akzeptieren Abweichungen zwischen 2 und 3 mm bei der Beurteilung der Genauigkeit von Schraubenpositionen, da diese Abweichungsrate selten symptomatisch wird. Lonstein et al. berichteten, dass 5,1% von 4.790 Schrauben in ihrer Metaanalysestudie den kortikalen Knochen durchbrochen haben, und etwa 0,2% davon verursachten neurologische Symptome17. Darüber hinaus können auch geringfügige Schraubenabweichungen zu Symptomen führen und Chirurgen können zögerlich sein, wieder zu operieren. Daher werden eine Vielzahl von Systemen, die eine Spinalbildführung wie elektromagnetische Navigation, intraoperative 3D-Fluoroskopie und CT-Navigation, perkutane Referenzrahmen und robotergesteuerte Chirurgie anbieten, erforscht oder im klinischen Einsatz. Diese Technologien ermöglichen es Chirurgen, präzise präoperative und intraoperative Ausführungspläne zu bestimmen, einschließlich der Länge und des Durchmessers der Pedikelnschnecken, selbst bei schweren Missbildungen und dem Fehlen anatomischer Landmarken.
Der Einsatz von robotergestützten Pedikeln-Schraubenplatzierungen ist aufgrund seiner Genauigkeit von bis zu 98,3%12ermutigend. Trotz der insgesamt hohen Genauigkeit der Pedikusschraubenplatzierung unter PSNS konnte das Robotersystem 10–20% der Bedingungen während unserer Tests nicht ausreichend registrieren. Unter Bedingungen wie hohem Krümmungsgrad, Adipositas, Osteoporose, Lockerung der zuvor platzierten Hardware während der Revisionsoperation, minderwertige intraoperative fluoroskopische Bildgebung, physikalische Einschränkungen der Handstückerweiterbarkeit, Geräteversagen, mechanische Bewegung und technische Probleme können zu Schwierigkeiten bei der Registrierung führen und möglicherweise die Rückkehr zu einer freihändigen Pedikonschraubenplatzierung erfordern. Wirbelsäulenchirurgen sollten über traditionelle chirurgische Erfahrung verfügen, um festzustellen, ob das Navigationssystem angemessen funktioniert, und in der Lage sein, auf traditionelle Chirurgie umzusteigen, falls das Robotersystem ausfällt. Zusätzlich ist DERZEIT PSNS für thoracolumbar Pedicle-Schraubenimplantation angezeigt, und die Genauigkeit dieses Systems beträgt 2 mm. In der klinischen Chirurgie beträgt die Fehlertoleranz der zervikalen Pedikon-Schraubenimplantation etwa 0,2–0,5 mm; Daher ist dieses System derzeit nicht für die Gebärmutterhalschirurgie geeignet.
PSNS, das ein Handstück enthält, kann in Kombination mit chirurgischen Werkzeugen verwendet werden, um direkt in den Wirbel zu bohren. Der Geräteraum ist klein und nimmt wenig Platz im Operationssaal ein. Diese Eigenschaften unterscheiden sich von anderen Navigationsroboter-Spinalchirurgie-Systemen, was die Wirbelsäulennavigation flexibler und bequemer für Chirurgen macht. Das PSNS besteht aus Bildregistrierung und Matching, Roboter- und Navigationstechnik sowie präziser Gerätefertigung. Das System ist darauf angewiesen, dass diese Komponenten ordnungsgemäß zusammenarbeiten, da Fehler auftreten können, wenn eine dieser Komponenten ausfällt. Die räumliche Positionierung der Anatomie an der Operationsstelle wird nach der Bildbeobachtung relativ fixiert. Faktoren wie übermäßige Weichteilstörungen, Dekompression oder Osteotomie, Lange Segmentoperationen über 3 Wirbel oder die Menge des Gezeitenvolumens der Atemwege können Navigationsabweichungen verursachen. Wenn der Chirurg eine Navigationsabweichung vermutet, kann die Sonde verwendet werden, um die anatomischen Landmarken zur Bestätigung auszuwählen (z. B. spinous process oder facet joints). Wenn die Position korrekt ist, kann der Vorgang fortgesetzt werden. Wenn die Position jedoch falsch ist, sind einige mögliche Ursachen und Lösungen wie folgt: (1) Der dynamische Referenzrahmen-Fiducial-Rahmen wird während des Vorgangs verschoben. Der Chirurg sollte den dynamischen Referenzrahmen-Fiducial-Rahmen und die Registrierung wieder einschränken. (2) Es gibt eine relative Verschiebung zwischen den anatomischen Strukturen, z. B. nach der Deformitätskorrektur, die durch die Operation verursacht wird. Der Chirurg sollte die Fluoroskopie erneut scannen, um neue Bilder für die Chirurgie zu erhalten. Nach zuvor veröffentlichten Forschungen können robotergestützte Navigationssysteme die Zeit für jedes Einsetzen von Pedikulusschrauben reduzieren; Die Betriebszeit erhöht sich jedoch aufgrund der Robotereinrichtung und Registrierung10.
Es gibt nach wie vor mehrere Einschränkungen der robotergestützten Chirurgie, wie z. B. Registrierungsprobleme, darunter Schwierigkeiten beim Zugang zu wegweisenden Geräten, Inkompatibilität in minimalinvasiven Operationen und zeitaufwändig, Patienten, die zusätzlicher Strahlung ausgesetzt sind, Werkzeugableiter aufgrund fehlender live-intraoperativer Rückmeldungen, Auswirkungen auf traditionellewirbelsäulentraining, Abhängigkeit von Technologie und hohe Kosten. PSNS hat gewisse Einschränkungen: Erstens muss der Chirurg Zeit darauf verwenden, das PSNS-System gründlich zu erlernen; zweitens ist es schwer für die Chirurgen, es zu halten. Unser Team wird sich darauf konzentrieren, die Lernkurve des Benutzers zu vereinfachen und einen unterstützenden Arm zur Reduzierung des Gewichts des Handstücks bereitzustellen. Dennoch glauben wir, dass es kontinuierliche Entwicklungen bei robotergestützten Navigationssystemen gibt, die Potenzial zur Verbesserung der chirurgischen Ergebnisse haben.
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Disclosures
Point Robotics MedTech Inc. beschäftigte die Autoren Xiu-Yun Xiao, Chih-Wei Chen, Hao-Kai Chou und Chen-Yu Sung. Diese Studie wurde teilweise von Point Robotics MedTech Inc. unterstützt, die das Robotersystem zur Verfügung stellte. Die Autoren erklären, dass das in dieser Studie bewertete Point-Spine-Navigationssystem (PSNS) ein Produkt in der Entwicklung ist.
Acknowledgments
Diese Studie wurde teilweise von Point Robotics Medtech Incorporation unterstützt, die das Robotersystem zur Verfügung stellte. Der Geldgeber unterstützte X.Y. Xiao, C.W. Chen, H.K. Chou und C.Y. Sung in Form von Gehältern, hatte aber keine zusätzliche Rolle bei der Erstellung, Datensammlung und -analyse, der Entscheidung zur Veröffentlichung oder Vorbereitung des Manuskripts.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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
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