Summary
이 기사에서는 로봇 보조 네비게이션 시스템을 사용하여 로봇 보조 페디클 나사 배치를 위한 표준화된 수술 기법을 제시합니다. 단계별 프로토콜을 제시하고 이 절차의 워크플로 및 예방 조치에 대해 설명합니다.
Abstract
Pedicle 나사 이식은 우수한 치료 효과를 가지고 있으며 종종 척추 융합 수술에서 외과 의사에 의해 사용된다. 그러나 인체 해부학의 복잡성으로 인해이 외과 적 수술은 특히 최소 침습 수술이나 선천성 기형 및 척추 측만증 환자에서 어렵고 도전적입니다. 위에서 언급 한 요인 외에도 외과 의사의 수술 경험과 기술은 수술 후 환자의 회복 속도 및 합병증에도 영향을 미칩니다. 따라서, 정확하게 수행 된 소아성부 수착은 외과 의사와 환자에 대한 공통관심사의 지속적인 주제이다. 최근 기술 개발과 함께 로봇 보조 네비게이션 시스템이 점차 채택되고 있습니다. 이 로봇 보조 네비게이션 시스템은 수술 전에 수술 전 완벽한 계획을 외과 의사에게 제공합니다. 이 시스템은 각 척추의 3D 재구성 이미지를 제공하여 외과 의사가 환자의 생리학적 특성을 보다 신속하게 이해할 수 있도록 합니다. 또한 시상, 관상, 축 및 경사 평면의 2D 이미지를 제공하여 외과 의사가 페디클 나사 배치 계획을 정확하게 수행 할 수 있도록합니다.
이전 연구는 정확도 및 안전성 평가를 포함하여 페디클 스크류 이식 절차를 위한 로봇 보조 네비게이션 시스템의 효과를 입증했습니다. 이 단계별 프로토콜은 로봇 보조 페디클 나사 배치를 위한 표준화된 수술 기법 노트를 설명하는 것을 목표로 합니다.
Introduction
척추 수술 분야에서 척추 융합 수술은 기본적인 외과 적 수술, 특히 척추의 3 열 지원을 제공하고 생체 역학의 강도를 향상시킬 수있는 후방 척추 나사 고정입니다. 따라서, 그것은 가장 일반적으로 사용되는 외과 적 절차 중 하나가되고있다1. 많은 초기 연구에서, 후방 소아성차임의 임상적 효과가 확인되었으며, 퇴행성, 외상성 및 복잡한 척추 질환과 같은 많은 다른 척추 질환에 대한 수술에 널리 사용되고 있다2.
그러나, 후방 요추 융합 수술은 우수한 치료 효과를 얻을 수 있지만, 인체 해부학으로 인해 여전히 위험하다. 중추 신경계, 신경 뿌리 및 주요 혈관과 같은 페디클에 가까운 많은 중요한 조직 구조가 있습니다. 외과 적 수술 중 이러한 조직의 손상은 혈관 손상, 신경 학적 결핍 또는 나사 풀림22,3과같은 심각한 합병증을 일으킬 수 있습니다. 또한 외과 의사와 직원은 특히 최소 침습 척추 절차의 경우 추가 방사선에 노출됩니다4. 외과 의사는 나사 배치, 뼈 절골술 및 신경감압5와 같은 길고 지루한 척추 수술 절차 후 피로와 손 떨림을 경험할 수 있습니다.
척추 수술에 적용될 로봇 보조 네비게이션 시스템을 수술 정확도와 환자의 안전을 개선하기 위한 제안이 필요했습니다. 로봇 보조 네비게이션 시스템에 대한 여러 연구는 혈통 나사 배치의 안전성, 정확성 및 정밀도의 향상뿐만 아니라 방사선 노출 및 작동 시간6,7,7,88,9,,10을감소시보였다. 그러나 철저한 나사 궤도 계획, 이미지로 의한 사전 작동 계획, 고정 장치가 있는 포괄적인 로봇 시스템 및 로봇 제어 소프트웨어는 여전히 이 목표를 달성하기 위해 해결되어야 합니다. 이 연구는 로봇 보조 페디클 나사 배치 수술을 위한 자체 개발 네비게이션 시스템(즉, 포인트 척추 네비게이션 시스템(PSNS))의 로봇 구조 및 워크플로우에 대한 설명에 중점을 둡니다.
시스템 설명 및 수술 프로토콜
PSNS는 다음을 포함하는 탐색 워크스테이션으로 구성됩니다. (1) 3차원(3D) 재구성, 사전 수술 계획, 공간 운동 관계 계산 및 등록을 통한 이미지 판독을 담당하는 사용자 인터페이스 소프트웨어가 있습니다. (2) PSNS는 적외선 광학 안내 시스템을 사용하여 수술 로봇과 환자의 공간 위치를 추적합니다. 적외선 광학 가이던스 시스템에는 다음과 같은 구성 요소가 포함되어 있습니다: (i) 적외선을 능동적으로 방출하고 듀얼 카메라를 통해 스테레오 포지셔닝을 수행하는 광학 트래커(그림1); (ii) 표면이 정밀한 공구 추적을 위한 반사 특성을 가진 반사 코팅을 가진 마커 구; 및 (iii) 베이스 및 4개의 마커 구를 포함하는 동적 참조 프레임(DRF)을 가진 도구. 추적 시스템의 식별 실패를 방지하기 위해 각 장치에는 고유한 DRF 설계가 있으며 서로 공유할 수 없습니다. 사용되는 DRF에는 핸드피스 위치를 확인하기 위해 핸드피스의 베이스에 부착된 베이스 프레임(BF), 핸드피스의 끝에 부착된 엔드 이펙터 프레임(EF), 환자의 뼈에 고정된 신탁 프레임(FF) 및 3D 공간에서 대상 위치를 확인하는 프로브가 포함됩니다. (3) 6자유도(DOF) 스튜어트 플랫폼을 포함하는 핸드피스가 있는데, 로봇의 한쪽 끝은 나사 경로를 드릴링하는 데 사용되는 동작 도구를 구비한다. 핸드피스는 외과 의사가 척추 수술 중 수술 도구의 위치 또는 페디클 나사와 같은 임플란트의 정확한 배치를 지원하는 로봇 보조 네비게이션 시스템입니다. 로봇이 자동으로 올바른 대상을 보정할 때 수술 대상의 움직임이 추적됩니다. 로봇은 수술 도구 지침을 제공하는 반 활성 시스템으로 설계되었습니다. 그러나, 실제 수술은 외과 의사에 의해 수행됩니다. 작동 원리 및 장비는 그림 2에나와 있습니다.
PSNS는 다음 시료 절차를 포함하되 이에 국한되지 않는 절차에 대해 표시됩니다: (i) 개방, 최소 침습, 또는 경피적 척추 수술; (ii) 흉부, 요추 또는 천골 척추에 대한 척추 수술 부위; (iii) 외상, 퇴행성 협착 질환, 불안정성, 척추 염, 추간판 추간판, 종양, 감염 또는 척추 기형 교정을위한 후방 척추 융합; (iv) 척추 성형술을 수행하는 동안 K-와이어 또는 바늘과 같은 일시적 또는 영구적 인 장치의 배치, 또는 경피 경피 내시경 요추 절제술; (iv) 골종양 절제술은 골양성 골종 또는 종양 생검의 절제, 로봇이 주어진 척추 위치로 바늘 또는 가이드와이어를 지시하는. 이 절차는 마취, 외과 적 수술을 견딜 수없는 사람들 또는 만족스러운 탐색 이미지가 획득되지 않은 사람들에게 금기입니다.
신경 외과 의사와 정형 외과 의사를 포함한 수술 직원은 지도 과정에 대한 라이센스와 훈련을 받아야합니다. 수술 중 로봇을 작동시키기위한 모든 절차는 환자 또는 외과 의사에게 해를 끼치지 않도록 권장 표준화 된 절차를 따라야합니다. 외과 의사는 기존의 수술 기구로 다시 전환하고 탐색이 부정확하다고 판단될 때 수술을 완료 할 수 있는지 확인하기 위해 기존의 수술 경험을 가지고 있어야합니다, 외과 의사의 해부학 적 지식에 따라.
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Protocol
모든 절차는 국립 대만 대학 병원 (NTUH) 연구 윤리위원회 (REC)와 1975 년 헬싱키 선언 (가장 최근에 개정 된 버전)의 윤리 기준에 따라 했다. 추가 임상 시험이 준비된 경우 모든 환자로부터 통보된 동의를 얻어야 합니다.
참고 : 마취 절차는 환자의 수술 전 평가, 수술 중 관리 및 수술 후 관리의 세 단계로 분류 될 수 있습니다. 수술 전 평가 중 철저한 병력과 신체 검사를 포함한 모든 환자 데이터를 수집해야하며 직원은 환자 동반 및 환자의 마취 치료와 어떻게 관련이 있는지 인식해야합니다. 철저한 기도 검사가 수행되어야하며, 직원은 기본적인 마취 치료 계획을 수립하기 위해 마취 옵션을 알고 있어야합니다. 수술 중 관리 중 마취 전문의는 마취 기계의 기본 기능을 확인하고 맥박 산소 측정기, 심전도, 비침습적 혈압 장치 및 온도 모니터, 기도 관리 옵션, 유도 제 약리학 및 마취 제 중 적응증을 포함하는 미국 마취학회에서 권장하는 기본 생리학적 모니터를 적용해야합니다. 저혈압, 고혈압, 저산소증 및 올리구리아와 같은 수술 중 이벤트는 인식, 평가 및 관리되어야 합니다. 또한, 직원은 환자가 절착 기준을 충족하는 경우를 인식해야합니다.
1. 사전 운영 설정 및 계획
참고: 수술 중, 멸균 수술 커튼은 준비되지 않은 표면과의 접촉을 방지하고 환경 표면, 장비 및 환자의 주변의 수술 부위 멸균을 유지하기 위해 사용되어야합니다. 환자와 수술 팀 모두에게 병원균 전달의 위험을 줄이기 위해, 멸균 수술 가운은 수술 중 수술 팀에 의해 스크럽 정장 위에 착용해야합니다.
- 수술 부위에서 형광 투시경에 영향을 줄 수있는 모든 구성 요소를 제거하십시오. 이것은 각 개별적인 환자에 따라 수술 계획에 달려 있습니다.
- 마취를 투여 한 후 경향이 위치에 환자를 배치하고 수술 요구 사항에 따라 준비.
참고 : 모든 마취 절차는 마취 전문의의 감독하에 수행되어야하며 각 계획은 각 개별 환자에 따라 조정되어야합니다. - 환자의 수술 부위를 청소하고 살균하십시오.
- 환자의 수술 부위에서 수술 부위를 덮습니다.
- 수술 부위를 제외하고 환자에게 멸균 수술 용 드레이프를 놓습니다.
- 환자에게 FF를 고정; 사용자는 필요에 따라 다음 두 가지 방법 중 하나를 선택할 수 있습니다.
- 장골 뼈에 고정 (적용 가능한 수술 부위: L5 또는 S1).
- 후부 장골 문장에 두 개의 경피 선사 (Φ = 1.5 mm)를 놓고 형광 투시경 에서 진입점을 확인하십시오. 외과 의사가 진입점에 대한 우려가있는 경우 단계를 반복합니다. 마커 펜을 사용하여 진입점을 표시합니다.
- 파워 드릴 (1000 RPM)을 사용하여 환자의 후방 장골 문장에 첫 번째 경피 핀 (Φ = 5mm, L = 140mm)을 삽입하십시오.
- FF를 첫 번째 경피 핀과 함께 놓습니다. 광학 추적 카메라에서 인식될 때까지 FF를 조정합니다. 드라이버를 사용하여 FF를 첫 번째 경피 핀에 고정합니다.
- 파워 드릴(1000 RPM)을 사용하여 FF에 구멍과 함께 두 번째 경피 핀(Φ = 5mm, L = 140mm)을 삽입합니다. 드라이버를 사용하여 FF의 나사를 두 번째 경피 핀에 고정합니다.
참고 : 광학 추적 시스템의 설명서에 따르면, 마커 구는 광학 추적기에서 3m 이내에 식별 될 수있다.
- 흉부, 요추 또는 천골 척추 : 클램프 적용 수술 사이트와 현재 또는 인접한 척추 척추 과정에 고정.
- 형광 투시경 의 밑에 참조로 환자의 등에 철사 (Φ = 1.5 mm)를 놓습니다. 형광투시경 하에 수술장을 확인하십시오. 외과 의사가 수술 분야에 대한 우려가있는 경우 단계를 반복합니다. 마커 펜을 사용하여 수술 필드를 표시합니다.
- 외과 메스를 사용하여 수술 현장에서 피부 조직을 절개하십시오. 드라이버를 사용하여 FF를 가시 공정에 고정합니다. 뼈 미네랄 밀도의 차이로 인해 외과 의사는 FF가 가시 공정에 단단히 고정되어 있는지 결정하도록합니다.
- 장골 뼈에 고정 (적용 가능한 수술 부위: L5 또는 S1).
- 핸드피스, 광학 추적 시스템, 로봇 워크스테이션 및 네비게이션 툴킷(즉, 프로브)을 포함하여 PSNS의 장비 및 구성 요소가 준비되었는지 확인합니다(그림3 및 그림 4).
참고 : 외과 직원을 방해하지 마십시오. 광학 추적 카메라를 차단하지 마십시오. 트래커가 광학 추적 시스템에 의해 안정적이고 인식되었는지 확인합니다. 탐색 도구 키트를 소독하고 수술대에 놓습니다.
2. 공간 라벨링 및 등록
- 환자의 수술 전 CT 이미지를 DVD 또는 USB를 통해 시스템에 전송하고 수술 요구에 따라 방향을 조정하기 위해 이미지 크기를 자르십시오. 이 시스템은 시상, 관상, 축 및 경사 평면을 포함한 가상 수술 유도 이미지와 각 척추에 대한 맞춤형 3D 재구성을 제공합니다.
- PSNS 소프트웨어가 라벨링 인터페이스를 제공함에 따라 외과의사에게 각 척추에 전방 후방 보기및 측면 뷰에 라벨을 부착하여 추간판을 분화하여 식별할 단계를 식별하도록 요청합니다.
- 장치 소프트웨어에 따라 최적의 나사 길이 및 임플란트 치수를 선택합니다.
- 수술 전 CT 스캔의 3D 및 다중 평면 이미지 재구성을 기반으로 나사의 최적의 위치 및 궤적을 계획합니다.
- 계획된 모든 나사가 정확하고 적절한지 확인합니다.
- 여러 평면 뷰를 제공하는 PSNS 소프트웨어에 DRF 모니터링 인터페이스를 입력합니다(측면에 3D 볼륨 및 3개의 단면 평면 포함). 모든 DRF는 광학 추적 시스템의 시야 영역 내에 있어야 합니다(사용자 지침에 따라 권장되는 최상의 인식 범위는 범위 B입니다.) 트래커를 나타내는 DRF 벡터 화살표가 사용자 인터페이스상에 표시되면, 추적 시스템에 의해 안정적으로 인식된다(도5).
- 가소성 공정을 따라 양자간 서브 페리오스텔해부를 수행하고, 모든 레벨의 횡방향 공정의 팁까지 라미네를 내보낸다. 조인트 조인트 캡슐을 제거하여 관절을 노출시다. 자기 유지 리트랙터의 사용은 측면에 근육을 유지하여 척추 노출에 도움이.
- 랜드마크 등록 및 표면 일치를 포함한 등록 절차를 수행합니다. 등록 결과의 정확성을 확인하려면 아래 순서를 따르십시오.
- 랜드마크 등록
- 환자의 수술 전 3D 재구성 CT 이미지에서 적어도 4개의 비코플라나 특징점(예: 가시 공정, 층상 및 횡방향 프로세스)을 선택합니다.
- 프로브 팁을 사용하여 실제 수술 영역에서 2.8.1.1 단계에서 선택한 첫 번째 특징점과 계속 접촉합니다.
- 소프트웨어 인터페이스의 프로브 선택 버튼을 눌러 액세스 포인트를 확인합니다.
- 2.8.1.1.1.1단계에서 선택된 4개의 특징점이 확인될 때까지 2.8.1.2-2.8.1.3단계를 반복합니다.
- 소프트웨어 인터페이스의 계산 버튼을 누릅니다. 시스템은 랜드마크 등록 결과를 계산하여 소프트웨어 인터페이스에 제시합니다.
- 등록 정확도에 대한 수용 기준은 임상 적응증(&5 mm)의 요구를 충족해야 합니다. 결과가 만족스럽지 않은 경우 등록 결과가 합격 기준을 충족할 때까지 2.8.1.1-2.8.1.5단계를 반복합니다.
참고: 프로브를 사용하여 뼈 표면의 연조직을 지우고 점 수집 시 프로브 팁의 매달려 있는 것을 방지하는 등 뼈 표면의 위치 정보를 얻을 수 있는지 확인합니다.
- 표면 일치
- 프로브 팁을 사용하여 실제 수술 부위의 골표면의 모든 지점에 지속적으로 접촉합니다.
- 소프트웨어 인터페이스의 프로브 선택 버튼을 눌러 액세스 포인트를 확인합니다.
- 프로브를 이동하고(프로브를 이전 선택 점과 다르게 만들고) 50개 이상의 선택 점이 완료될 때까지 2.8.2.1-2.8.2.2 단계를 반복합니다.
- 소프트웨어 인터페이스의 계산 버튼을 누릅니다. 시스템은 표면 일치 결과를 계산하고 소프트웨어 인터페이스에 제시합니다.
- 등록 정확도에 대한 수용 기준은 임상 적응증(&0.5 mm)의 요구를 충족해야 합니다. 결과가 만족스럽지 않은 경우 등록 결과가 합격 기준을 충족할 때까지 2.8.2.1-2.8.2.4 단계를 반복합니다.
- 랜드마크 등록
- 프로브를 사용하여 등록 결과가 수락되면 확인을 위해 실제 수술 부위의 명백한 해부학 적 랜드 마크 (예 : 가시 공정, 횡방향 프로세스, 면 관절)를 선택합니다(그림 6).
참고: 수술 중에 적외선을 적절히 반사하고 수신해야 합니다. 광학 추적 시스템이 마커를 인식할 수 없는 경우 소프트웨어 인터페이스에 빨간색 표시등이 표시됩니다. 수술 장이 카메라 감지 범위의 중심에 있고 트래커가 빛과 혈액으로부터 보호되도록 카메라를 조정해야 합니다.
3. 로봇 조립 및 모션
- 핸드피스를 살균 커튼으로 덮고 로봇에 수술 기구를 설치합니다 (예 : 트로카 (Φ = 5mm) 및 K 핀 (Φ = 1.8 mm)).
- 다음 지침(단계 3.2.1-3.2.2)에 따라 핸드피스의 각도와 위치를 조정하여 핸드피스가 보상 범위 내에 있도록 합니다(계획된 경로에서 1센티미터 의 거리 및 포함된 각도 4도).
- 각도 조정: 핸드피스의 각도를 나타내는 두 원이 소프트웨어 인터페이스에서 일치되도록 공간에서 핸드피스의 각도를 돌립니다.
- 위치 조정: 소프트웨어 인터페이스에서 핸드피스의 위치를 나타내는 점이 계획된 경로의 진입점에 정렬되도록 공간에서 핸드피스의 위치를 수평 및 수직으로 이동합니다.
참고: 3.2.1 및 3.2.2 단계가 동시에 완료되면 핸드피스는 사전 계획된 경로에 맞게 계측기의 각도와 위치를 유지하기 위해 능동 보정 기능을 자동으로 활성화합니다(그림7).
- UI에 표시된 로봇의 마커 색상을 판단하여 로봇의 작동 상태를 결정합니다. 녹색이면 작동할 수 있고 빨간색이면 작동할 수 없습니다.
참고: 핸드피스가 환자 나 주변 장애물과 접촉하는 경우, 내비게이션 워크스테이션 하우징 위에 있는 비상 정지 버튼을 외과 의사 나 기술자가 누를 수 있습니다. 로봇의 정기적 인 유지 보수가 수행되어야한다. 플랫폼은 250회 사용 후 운동학 매개 변수에 대해 다시 보정되어야 합니다. 트로카와 K-핀은 한 번 사용한 후에 버려야 합니다.
4. 페디클 준비 및 나사 삽입
- 핸드피스의 드릴 기능을 활성화하고 프런트 엔드에 장착된 기기(K 핀: Φ = 1.8mm 및 트로카: Φ = 5mm)를 계획된 경로를 따라 환자의 신체에 드릴링합니다.
- c-arm을 사용하여 k-핀과 트로카의 위치를 확인합니다.
- 형광투시경에서 K핀과 트로카 위치가 올바르지 않은 경우 K-핀과 트로카를 제거하십시오. 그런 다음 핸드피스를 사용하여 k-pin과 트로카 삽입이 형광 투시경 (4.3.1-4.3.2 참조)에서 경향이있는 위치로 삽입 될 때까지 다시 페디클에 드릴.
- AP 뷰에서 원근 이미지에서 페디클에 의해 형성된 타원형 영역에 계측기가 있는지 확인합니다.
- LAT 뷰에서 계측기의 범위가 페디클과 척추 범위 내에 있는지 확인합니다.
- 위치가 적절하면 K 핀과 트로카를 가이드와이어(Φ = 1.5mm, L = 400mm)로 교체하십시오.
- 가이드와이어를 통해 페디클 나사를 삽입합니다.
- 4.1-4.4 단계를 반복하여 모든 수술 계획 경로를 완료합니다.
참고 : 수술 후 관리에 관해서는, 환자는 마취 후 회복 단위에서 모니터링해야 (PACU) 수술 후 진통 옵션을 선택해야합니다. 구역질, 고통, 저혈압, 고혈압 및 저산소증과 같은 기본적인 PACU 사건은 평가되어야 합니다. 추가적으로, 직원은 환자가 PACU 출력을 위한 기준을 충족하는 때 인식해야 합니다.
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Representative Results
로봇 보조 페디클 나사 배치의 안전성과 정확성은 여러 연구에서 해결되었습니다6,,11. 우리는 제안된 방법의 광학 추적 시스템에서 수술 전 계획 이미지와 척추를 일치시다. 계획된 수술 경로를 결정한 후, 이 정보는 핸드피스 제어부를 통해 핸드피스로 전달되었다. 내비게이션 시스템은 추적 정보를 통합하여 수술 중 모니터에 표시합니다. 또한, 화면은 척추의 입학 경로와 악기의 위치를 표시합니다.
이전 연구12에서,총 59개의 나사로부터 1.7%의 낮은 전체 나사 부설률을 PSNS를 통해 30개의 돼지 척추에 배치하였다(도8). 외과 적 절차는 PSNS를 사용하는 동안 원활하게 진행하고이 59 페디클 나사는 수술 후 CT 스캔에 의해 평가되었다. 나사 51개(86.4%) A조7명(11.9%) B조에 속해 1명(1.7%)으로 떨어졌다. 게르츠빈-로빈스 분류12에따르면 E조에 속했다. 다른 주요 선박에 대한 척추 관 천공이나 부상은 발견되지 않았으며 모든 페디클 나사는 안전 구역 내에 삽입되었습니다. 우리는 60 Hz의 주파수에서 팁 위치 데이터를 기록하고 선형 회귀 곡선은 수술 중 광학 추적 시스템으로 계산되었다. 실제 페디클 나사 위치와 수술 전 계획 경로 사이의 각도, 단거리 및 진입점을 포함한 차이도12로기록되었다.
그림 1: 광학 추적 시스템13의작동 원리 . 광학 트래커는 적외선을 적극적으로 방출하고 듀얼 카메라를 통해 스테레오 포지셔닝을 수행합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: 척추 네비게이션 시스템의 작동 원리. 시스템의 응용 프로그램 프로세스에는 로봇 제어, 사용자 인터페이스 및 광학 감지가 포함되어 있으며 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: 핸드피스, 광학 추적 시스템, 로봇 워크스테이션 및 네비게이션 툴킷을 포함한 척추 네비게이션 시스템. (즉, 프로브) 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4: 수술실 구성의 회로도, 사용자는 수술실에서 PSNS를 설정하기 위해 회로도다이어를 참조해야 한다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 5: 소프트웨어의 DRF 모니터링 인터페이스입니다. 사용자는 인터페이스의 디스플레이에 따라 모든 DRF의 현재 상태를 확인할 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 6: 소프트웨어의 등록 정확도 확인 인터페이스입니다. 프로브를 사용하여 실제 수술 영역에서 특정 해부학 적 특징 (예 : 가시 공정, 횡방향 프로세스, 면 관절)을 선택하면 시스템은 프로브 팁에서 해부학 적 기능까지의 거리를 정확도에 대한 참조로 계산합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 7: 소프트웨어의 탐색 인터페이스입니다. 3D 재구성 된 뼈 모델과 가상화 된 페디클 나사를 사용하여 수술 경로에 대한 지침을 제공합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 8: Gertzbein 및 로빈스 분류에 따라 평가된 수술 후 CT 스캔은 A(a), B등급(b) 및 E등급(c)14등급의예로서 평가되었다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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Discussion
1990년 이래로 로봇 사용과 관련된 외과 적 응용 분야가 급속히 발전해 왔습니다. 사용 가능한 로봇 기술이 최적화되어 정확도가 향상되고, 사람의 손의 떨림을 극복하고, 네비게이션 시스템의 일치 및 등록 시간이단축되었습니다 15. 수술 로봇 지원의 장점은 다음과 같습니다 : (1) 긴 학습 과정없이 즉각적인 표준화; (2) 외과 의사는 사용자 인터페이스를 통해 CT 기반 이미지에 중첩되는 수술 전 계획을 정확하게 따를 수 있습니다. (3) 외과 의사 및 운영 직원에 대한 방사선 노출 의 감소; (4) 특히 복잡한 해부학 또는 복잡한 개정 수술에 직면하는 동안, 정확도를 향상.
페디클 나사의 널리 허용 된 사용에도 불구하고, 자유형 페디클 배치 기술은 해부학 랜드 마크, 이미지 가이드 및 외과 의사의 경험에 크게 의존한다. 경험이 풍부한 외과 의사와도 불구하고 임플란트 부처분율은 5.1-31 %의 범위에 있으며 여러 검토 연구에서 설명한 대로3,16. 많은 외과 의사는 나사 위치의 정확성을 평가하는 동안 2와 3mm 사이의 편차를 받아들입니다.이 편차는 거의 증상이되지 않습니다. Lonstein 등은 4,790개의 나사 중 5.1%가 메타 분석 연구에서 피질 뼈를 위반했으며, 이들 중 약 0.2%가 신경학적 증상을 유발했다고보고했습니다 17. 또한 사소한 나사 편차조차도 증상이 발생할 수 있으며 외과 의사는 다시 수술을 주저 할 수 있습니다. 따라서 전자기 항법, 수술 내 3D 형광 투시 및 CT 네비게이션, 경피 적 참조 프레임 및 로봇 유도 수술과 같은 척추 이미지 안내를 제공하는 다양한 시스템이 연구 또는 임상 용으로 진행중입니다. 이러한 기술을 통해 외과 의사는 심한 기형과 해부학 적 랜드 마크가 없는 경우에도 페디클 나사 길이및 직경을 포함하여 정확한 수술 전 및 수술 중 실행 계획을 결정할 수 있습니다.
로봇 보조 페디클 나사 배치의 사용은 최대 98.3 %12의정확도로 인해 고무적입니다. PSNS하에서 페디클 스크류 배치의 전반적인 높은 정확도에도 불구하고, 로봇 시스템은 우리의 테스트 기간 동안 조건의 10-20 %를 적절하게 등록하지 못했습니다. 곡률, 비만, 골다공증, 개정 수술 중 이전에 배치된 하드웨어의 풀림, 열악한 작동 내 형광 이미징, 핸드피스 확장성의 물리적 한계, 장치 고장, 기계적 이동 및 기술적 문제와 같은 조건에서는 등록에 어려움을 초래할 수 있으며 프리핸드 페디클 나사로 되돌려야 할 수 있습니다. 척추 외과 의사는 내비게이션 시스템이 적절하게 작동하는지 여부를 결정하고 로봇 시스템이 실패할 경우 전통적인 수술로 전환 할 수 있는지 여부를 결정하기 위해 전통적인 수술 경험을 가져야합니다. 또한, 현재, PSNS는 thoracolumbar 페디클 나사 이식에 대해 표시되고,이 시스템의 정확도는 2mm입니다. 임상 수술에서, 자궁 경부 소아성차림의 오차 허용 오차는 약 0.2-0.5 mm; 따라서,이 시스템은 현재 자궁 경부 수술에 적합하지 않습니다.
핸드피스를 포함하는 PSNS는 척추내로 직접 드릴링하기 위해 수술 도구와 조합하여 사용될 수 있다. 장치 설치 공간이 작고 수술실의 공간을 거의 차지하지 않습니다. 이러한 기능은 다른 네비게이션 로봇 척추 수술 시스템과 는 다르므로 척추 탐색 수술이 외과 의사에게 보다 유연하고 편리합니다. PSNS는 이미지 등록 및 매칭, 로봇 및 네비게이션 기술, 정밀 장비 제조로 구성됩니다. 시스템은 이러한 구성 요소 중 하나가 실패할 경우 오류가 발생할 수 있기 때문에 적절하게 함께 작동하는 이러한 구성 요소에 의존합니다. 수술 부위에서의 해부학의 공간 위치는 이미지가 획득 된 후 상대적으로 고정됩니다. 지나치게 연약한 조직 소요, 감압 또는 절골술, 3 척추 이상 긴 세그먼트 수술, 또는 호흡 조수 부피의 양과 같은 요인은 항해 편차를 일으키는 원인이 될 수 있습니다. 외과 의사가 항법 편차를 의심하는 경우 프로브는 확인을 위해 해부학 적 랜드 마크 (예 : 가시 공정 또는 면 관절)를 선택하는 데 사용할 수 있습니다. 위치가 올바르면 작업을 계속할 수 있습니다. 그러나 위치가 올바르지 않은 경우 몇 가지 가능한 원인과 해결 방법은 다음과 같습니다: (1) 동적 참조 프레임-fiducial 프레임은 작업 중에 이동됩니다. 외과 의사는 동적 참조 프레임 fiducial 프레임및 등록을 다시 제한해야합니다. (2) 기형 보정 후와 같은 해부학 적 구조 사이에 는 수술에 의한 상대적 변위가 있습니다. 외과 의사는 수술을 위한 새로운 심상을 얻기 위하여 형광투시경을 다시 검사해야 합니다. 이전에 발표 된 연구에 따르면, 로봇 보조 네비게이션 시스템은 각 페디클 스크류 삽입에 걸린 시간을 줄일 수 있습니다. 그러나 로봇 설치 및등록(10)으로인해 작동 시간이 증가합니다.
랜드마크 접근의 어려움, 최소 침습 수술 및 시간 소모의 비호환성, 추가 방사선에 노출되는 환자, 살아있는 수술 중 피드백의 부족으로 인한 도구 건너뛰기, 전통적인 척추 훈련에 미치는 영향, 기술에 대한 의존성 및 높은 비용과 같은 로봇 보조 수술의 몇 가지 제한 사항이 여전히 존재합니다. PSNS에는 특정 한도가 있습니다 : 첫째, 외과 의사는 PSNS 시스템을 철저히 배우는 데 시간을 할애해야합니다. 둘째, 외과 의사가 그것을 잡는 것은 무겁습니다. 우리 팀은 사용자 학습 곡선을 쉽게 만드는 데 초점을 맞추고 핸드피스의 무게를 줄이기위한 지원 팔을 제공 할 것입니다. 그럼에도 불구하고, 우리는 수술 결과를 개선하기위한 잠재력을 가지고 로봇 보조 네비게이션 시스템의 지속적인 발전이 있다고 생각합니다.
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Disclosures
포인트 로보틱스 메드테크 는 저자 시우윤 샤오, 치웨이 첸, 하오카이 추, 성첸유를 고용했다. 이 연구는 로봇 시스템을 제공하는 포인트 로보틱스 메드테크(Point Robotics MedTech Inc.)에 의해 부분적으로 지원되었습니다. 저자는 이 연구에서 평가된 포인트 척추 네비게이션 시스템(PSNS)이 개발 된 제품이라고 선언합니다.
Acknowledgments
이 연구는 부분적으로 로봇 시스템을 제공하는 포인트 로보틱스 메드테크 법인에 의해 지원되었다. 이 헌금자는 X.Y. Xiao, C.W. Chen, H.K. Chou 및 C.Y. Sung에 대한 급여 형태로 지원을 제공했지만 연구 설계, 데이터 수집 및 분석, 출판 결정 또는 원고 준비에 추가적인 역할은 없었습니다.
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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