W dziedzinie chirurgii kręgosłupa, chirurgia zespolenia kręgosłupa jest podstawowym zabiegiem chirurgicznym, szczególnie mocowanie śrubą przeznasadową tylnej, która może zapewnić trójkolumnowe podparcie kręgów i zwiększyć siłę biomechaniki; tym samym stała się jedną z najczęściej stosowanych procedur chirurgicznych1. W wielu wczesnych badaniach potwierdzono kliniczny efekt implantacji tylnej szypułkowej, która jest szeroko stosowana w chirurgii w przypadku wielu różnych schorzeń kręgosłupa, takich jak zwyrodnienia, urazy i skomplikowane schorzenia kręgosłupa2.
Jednakże, mimo że operacja tylnego odcinka lędźwiowego kręgosłupa może osiągnąć doskonałe efekty leczenia, jest nadal ryzykowna ze względu na anatomię ludzkiego ciała. W pobliżu szypułki znajduje się wiele ważnych struktur tkankowych, takich jak ośrodkowy układ nerwowy, korzenie nerwowe i główne naczynia krwionośne. Uszkodzenie tych tkanek podczas zabiegu chirurgicznego może spowodować poważne powikłania, takie jak urazy naczyniowe, deficyty neurologiczne lub poluzowanie2,3. Ponadto chirurdzy i personel są narażeni na dodatkowe promieniowanie, szczególnie w przypadku małoinwazyjnych zabiegów kręgosłupa4. Chirurdzy mogą odczuwać zmęczenie i drżenie rąk po długich i żmudnych zabiegach chirurgicznych kręgosłupa, takich jak zakładanie, osteotomia kości i dekompresja nerwów5.
Niezadowalająca szybkość procedury zakładania pedikularnych wymusiła propozycję zastosowania systemu nawigacji wspomaganego robotem w operacjach kręgosłupa w celu poprawy dokładności operacji i bezpieczeństwa pacjentów. Kilka badań nad zrobotyzowanymi systemami nawigacji wykazało poprawę bezpieczeństwa, dokładności i precyzji umieszczania pedikularnych, a także zmniejszenie narażenia na promieniowanie i skrócenie czasu operacji6,7,8,9,10. Jednak aby osiągnąć ten cel, nadal należy zająć się dokładnym planowaniem trajektorii, planowaniem przedoperacyjnym z obrazami, kompleksowym systemem robotycznym z urządzeniem mocującym oraz oprogramowaniem do sterowania robotem. Niniejsze badanie koncentruje się na opisie struktury robota i przebiegu pracy samodzielnie opracowanego systemu nawigacji (tj. systemu nawigacji punktowej kręgosłupa (PSNS)) do operacji umieszczania pedikularnych wspomaganych przez roboty.
Opis systemu i protokół chirurgiczny
Sieć PSNS składa się ze stacji roboczej nawigacji, która zawiera następujące elementy. (1) Istnieje oprogramowanie interfejsu użytkownika odpowiedzialne za odczyt obrazu poprzez trójwymiarową (3D) rekonstrukcję, planowanie przedoperacyjne, obliczanie przestrzennych zależności kinematycznych i rejestrację. (2) PSNS wykorzystuje optyczne systemy naprowadzania na podczerwień do śledzenia pozycji przestrzennej robotów chirurgicznych i pacjentów. System naprowadzania optycznego na podczerwień składa się z następujących elementów: (i) trackera optycznego, który aktywnie emituje światło podczerwone i wykonuje pozycjonowanie stereo za pomocą podwójnej kamery (Rysunek 1); (ii) kulę znacznika, której powierzchnia pokryta jest powłoką odblaskową o właściwościach odblaskowych umożliwiających precyzyjne śledzenie narzędzia; oraz (iii) narzędzie z dynamicznym układem odniesienia (DRF), które składa się z podstawy i czterech sfer znaczników. Aby uniknąć błędu identyfikacji systemu śledzenia, każde urządzenie ma unikalną konstrukcję DRF i nie można ich udostępniać sobie nawzajem. Zastosowany DRF obejmuje ramkę podstawy (BF) przymocowaną do podstawy rękojeści w celu potwierdzenia pozycji rękojeści, ramkę efektora końcowego (EF) przymocowaną do końca rękojeści w celu potwierdzenia pozycji rękojeści, ramkę odniesienia (FF) zakotwiczoną w kości pacjenta w celu potwierdzenia pozycji pacjenta oraz sondę, której końcówka służy do potwierdzania pozycji docelowej w przestrzeni 3D. (3) Istnieje rękojeść składająca się z platformy Stewarta o sześciu stopniach swobody (DOF), z jednym końcem robota wyposażonym w narzędzie operacyjne służące do wiercenia ścieżki. Rękojeść to zrobotyzowany system nawigacji, który pomaga chirurgom w dokładnym umieszczaniu implantów, takich jak pedikularne, lub ustawianiu narzędzi chirurgicznych podczas operacji kręgosłupa. Ruch celu chirurgicznego jest śledzony, ponieważ robot automatycznie kompensuje właściwy cel. Robot został zaprojektowany jako półaktywny system, który oferuje prowadzenie narzędzi chirurgicznych; Jednak właściwa operacja jest wykonywana przez chirurgów. Zasada działania i wyposażenie są zilustrowane na Rysunek 2.
PSNS jest wskazany do zabiegów, w tym między innymi następujących przykładowych procedur: (i) otwarta, minimalnie inwazyjna lub przezskórna chirurgia kręgosłupa; (ii) miejsce operacji kręgosłupa kręgów piersiowych, lędźwiowych lub krzyżowych; (iii) tylne zespolenie kręgosłupa w przypadku urazu, zwyrodnieniowej choroby zwężenia, niestabilności, kręgozmyku, przepukliny dysku, guza, infekcji lub korekcji deformacji kręgosłupa; (iv) umieszczanie tymczasowych lub stałych urządzeń, takich jak druty K lub igły, podczas wykonywania wertebroplastyki lub przezotworowej lub przezskórnej endoskopowej discektomii lędźwiowej; oraz (iv) wycięcie guza kości, w tym ablacja kostniaka kostnego lub biopsja guza, w której robot skierował igły lub prowadniki do danej lokalizacji kręgu. Ta procedura jest przeciwwskazana dla osób, które nie tolerują znieczulenia, zabiegu chirurgicznego lub gdy nie uzyskano zadowalających obrazów nawigacyjnych.
Zauważ, że personel operacyjny, w tym neurochirurdzy i chirurdzy ortopedzy, muszą być licencjonowani i przeszkoleni w zakresie kursów prowadzących. Wszystkie procedury obsługi robota podczas operacji muszą być zgodne z zalecanymi standardowymi procedurami, aby uniknąć wyrządzenia szkody pacjentowi lub chirurgowi. Chirurdzy muszą posiadać konwencjonalne doświadczenie chirurgiczne, aby zapewnić możliwość powrotu do konwencjonalnych narzędzi chirurgicznych i zakończenia operacji, gdy zostanie stwierdzone, że nawigacja jest niedokładna, w oparciu o wiedzę anatomiczną chirurgów.