Een Spine Robotic-Assisted Navigatiesysteem voor Pedicle Schroef Plaatsing

Summary

Dit artikel presenteert een gestandaardiseerde chirurgische techniek voor robot-ondersteunde pedicle schroef plaatsing met behulp van robot-ondersteunde navigatiesystemen. We presenteren een stapsgewijs protocol en beschrijven de workflow en voorzorgsmaatregelen van deze procedure.

Abstract

Pedicle schroef implantatie heeft uitstekende behandeling effecten en wordt vaak gebruikt door chirurgen in spinale fusie chirurgie. Echter, vanwege de complexiteit van de anatomie van het menselijk lichaam, deze chirurgische ingreep is moeilijk en uitdagend, vooral in minimaal invasieve chirurgie of patiënten met aangeboren afwijkingen en kyfoscoliose misvorming. Naast de bovengenoemde factoren hebben de chirurgische ervaring en techniek van de chirurg ook invloed op de herstelpercentages en complicaties van de patiënten na de chirurgische ingreep. Daarom, nauwkeurig presterende pedicle schroef implantatie heeft is een constant onderwerp van gemeenschappelijk belang voor chirurgen en patiënten. In de afgelopen jaren, met de technologische ontwikkeling, robot-ondersteunde navigatiesystemen zijn geleidelijk aan overgenomen. Deze robot-ondersteunde navigatiesystemen bieden chirurgen met volledige preoperatieve planning voor de operatie. Het systeem biedt 3D gereconstrueerde beelden van elke wervel, waardoor chirurgen de fysiologische kenmerken van de patiënt sneller kunnen begrijpen. Het biedt ook 2D-beelden van sagittale, coronale, axiale en schuine vlakken, zodat chirurgen nauwkeurig kunnen uitvoeren pedicle schroef plaatsing plan.

Eerdere studies hebben aangetoond dat de effectiviteit van robot-ondersteunde navigatiesystemen voor pedicle schroef implantatie procedures, met inbegrip van nauwkeurigheid en veiligheidsbeoordelingen. Dit stapsgewijze protocol is bedoeld om een gestandaardiseerde chirurgische techniek nota voor robot-ondersteunde pedicle schroef plaatsing schetsen.

Introduction

Op het gebied van spinale chirurgie, spinale fusie chirurgie is een fundamentele chirurgische procedure, met name achterste pedicle schroeffixatie, die drie-kolom ondersteuning van de wervels kan bieden en de sterkte van de biomechanica te verbeteren; zo is het uitgegroeid tot een van de meest gebruikte chirurgische ingrepen¹. In veel vroege studies, het klinische effect van achterste pediculaire schroef implantatie is bevestigd, en het is op grote schaal gebruikt in een operatie voor veel verschillende spinale aandoeningen, zoals degeneratieve, traumatische, en gecompliceerde spinale aandoeningen².

Echter, hoewel de achterste lumbale spinale fusie operatie kan bereiken uitstekende behandeling effecten, het is nog steeds riskant als gevolg van het menselijk lichaam anatomie. Er zijn veel vitale weefselstructuren dicht bij de pedicula, zoals het centrale zenuwstelsel, zenuwwortels, en de belangrijkste bloedvaten. De schade van deze weefsels tijdens de chirurgische ingreep kan ernstige complicaties veroorzaken, zoals vasculaire verwondingen, neurologische tekorten of schroefloslating^2,3. Bovendien worden de chirurgen en het personeel blootgesteld aan extra straling, met name in het geval van minimaal invasieve spinale procedures⁴. Chirurgen kunnen vermoeidheid en handtrillingen ervaren na langdurige en vervelende spinale operaties, zoals schroefplaatsingen, botosteotomie en zenuwdecompressie⁵.

De onbevredigende snelheid van de pedicle schroef plaatsing procedure noodzakelijk het voorstel voor een robot-ondersteunde navigatiesysteem worden toegepast in spinale operaties om de nauwkeurigheid van de operatie en de veiligheid van patiënten te verbeteren. Verschillende studies over robotondersteunde navigatiesystemen hebben verbeteringen aangetoond in de veiligheid, nauwkeurigheid en precisie van de plaatsing van pedicleschroeven, evenals verminderde blootstelling aan straling en operatieve tijden^6,7,8,9,10. Echter, grondige schroef traject planning, pre-operatieve planning met beelden, uitgebreide robotsysteem met fixatie apparaat, en robot controle software nog steeds moeten worden aangepakt om dit doel te bereiken. Deze studie richt zich op de beschrijving van de robotstructuur en de workflow van een zelfontwikkeld navigatiesysteem (d.w.z. het Point spine navigatiesysteem (PSNS)) voor robotondersteunde pedicle-schroefplaatsingsoperaties.

Systeembeschrijving en chirurgisch protocol
De PSNS bestaat uit een navigatiewerkstation met het volgende. (1) Er is een user interface software die verantwoordelijk is voor het lezen van afbeeldingen door middel van driedimensionale (3D) reconstructie, pre-operatieve planning, ruimtelijke kinematische relatie berekening, en registratie. (2) De PSNS maakt gebruik van infrarood optische geleidingssystemen om de ruimtelijke positie van chirurgische robots en patiënten te volgen. Het infrarood optische geleidingssysteem bevat de volgende componenten: (i) een optische tracker die actief infrarood licht uitzendt en stereopositionering uitvoert via een dubbele camera (Figuur 1); ii) een markeringsbol waarvan het oppervlak een reflecterende coating heeft met reflecterende eigenschappen voor nauwkeurige gereedschapstracking; en iii) een gereedschap met een dynamisch referentiekader (DRF) dat bestaat uit een basis en vier markeringsbollen. Om de identificatiefout van het volgsysteem te voorkomen, heeft elk apparaat een uniek DRF-ontwerp en kan het niet met elkaar worden gedeeld. De GEBRUIKTE DRF omvat een basisframe (BF) dat aan de basis van het handstuk is bevestigd om de positie van het handstuk te bevestigen, een end-effectorframe (EF) dat aan het einde van het handstuk is bevestigd om de positie van het handstuk te bevestigen, een fiducial frame (FF) verankerd op het bot van de patiënt om de positie van de patiënt te bevestigen, en een sonde waarvan de tip wordt gebruikt om de doelpositie in de 3D-ruimte te bevestigen. (3) Er is een handstuk bestaande uit een zes graden van vrijheid (DOF) Stewart platform, met een uiteinde van de robot uitgerust met een operatie gereedschap dat wordt gebruikt voor het boren van de schroef pad. Het handstuk is een robot-ondersteunde navigatiesysteem dat chirurgen helpt in de richting van de nauwkeurige plaatsing van implantaten, zoals pedicle schroeven, of positionering van chirurgische hulpmiddelen tijdens spinale chirurgie. De beweging van het chirurgische doel wordt bijgehouden als de robot automatisch compenseert voor het juiste doel. De robot is ontworpen als een semi-actief systeem dat chirurgische gereedschapsbegeleiding biedt; echter, de eigenlijke operatie wordt uitgevoerd door chirurgen. Het werkingsprincipe en de uitrusting worden geïllustreerd in figuur 2.

PSNS is geïndiceerd voor procedures, waaronder maar niet beperkt tot de volgende monsterprocedures: i) open, minimaal invasieve of percutane spinale chirurgie; ii) plaats van spinale chirurgie voor thoracale, lenden- of sacrale wervels; iii) achterste spinale fusie voor trauma, degeneratieve stenoseziekte, instabiliteit, spondylolisthesis, hernia, tumor, infectie of spinale misvormingcorrectie; iv) plaatsing van tijdelijke of permanente inrichtingen, zoals k-draden of naalden, tijdens het uitvoeren van vertebroplastie, of transforaminal of interlaminaire peregijnige endoscopische lumbale lumineumie; en (iv) bottumorexcisie, met inbegrip van de ablatie van osteoïde osteoma of tumorbiopsie, waarbij de robot naalden of geleidedraden naar een bepaalde wervellocatie leidde. Deze procedure is contra-geïndiceerd voor mensen met een onvermogen om anesthesie, chirurgische ingreep te tolereren, of wanneer bevredigende navigatiebeelden niet zijn verworven.

Houd er rekening mee dat het operatiepersoneel, waaronder neurochirurgen en orthopedisch chirurgen, een vergunning moet hebben en getraind moet zijn in het begeleiden van cursussen. Alle procedures voor het bedienen van de robot tijdens de operatie moeten de aanbevolen gestandaardiseerde procedures volgen om schade aan de patiënt of chirurg te voorkomen. Chirurgen moeten beschikken over conventionele chirurgische ervaring om ervoor te zorgen dat het mogelijk is om terug te schakelen naar conventionele chirurgische instrumenten en de operatie te voltooien wanneer wordt vastgesteld dat de navigatie onjuist is, op basis van anatomische kennis van de chirurgen.

Protocol

Alle gevolgde procedures waren in overeenstemming met de ethische normen van de National Taiwan University Hospital (NTUH) Research Ethics Committee (REC) en de Helsinki Declaration van 1975 (in de meest recent gewijzigde versie). Geïnformeerde toestemming moet worden verkregen van alle patiënten als verdere klinische proef wordt voorbereid.

OPMERKING: De anesthesieprocedure kan worden onderverdeeld in drie stappen: preoperatieve evaluatie van de patiënt, intraoperatief beheer en postoperatief beheer. Tijdens de preoperatieve evaluatie moeten alle patiëntgegevens, inclusief de grondige geschiedenis en het lichamelijk onderzoek, worden verzameld en moet het personeel comorbiditeiten van de patiënt herkennen en hoe deze zich verhouden tot de verdovingszorg van de patiënt. Een grondige luchtweg examen moet worden uitgevoerd, en het personeel moet zich bewust zijn van de verdoving opties om een basis verdovingsplan te formuleren. Tijdens intraoperatief beheer moet de anesthesist de basisfuncties van de anesthesiemachine controleren en basisfysiologische monitoren toepassen die worden aanbevolen door de American Society of Anesthesiologen, waaronder een pulsoximeter, elektrocardiografie, een niet-invasief bloeddrukapparaat en een temperatuurmonitor, opties voor luchtwegbeheer, farmacologie van inductiemiddelen en indicaties tijdens een anesthetische inductie. Intraoperatieve voorvallen, zoals hypotensie, hypertensie, hypoxie en oliguria, moeten worden herkend, geëvalueerd en beheerd. Bovendien moet het personeel herkennen wanneer de patiënt voldoet aan de extubatiecriteria.

1. Preoperatieve instelling en planning

OPMERKING: Tijdens de operatie moeten steriele chirurgische gordijnen worden gebruikt om contact met onvoorbereide oppervlakken te voorkomen en om de chirurgische steriliteit van de omgevingsoppervlakken, apparatuur en de omgeving van de patiënt te handhaven. Om het risico van pathogene overdracht naar zowel de patiënten als het chirurgisch team te verminderen, moeten steriele chirurgische jurken tijdens de operatie over de scrubpakken worden gedragen door het operatieteam.

1. Verwijder alle componenten die fluoroscopie van de chirurgische plaats kunnen beïnvloeden; dit hangt af van het chirurgische plan volgens elke individuele patiënt.
2. Plaats de patiënt in een gevoelige positie na het toedienen van anesthesie en bereid u voor op basis van chirurgische vereisten.
   OPMERKING: Alle anesthesieprocedures moeten worden uitgevoerd onder toezicht van een anesthesist en elk plan moet worden aangepast aan elke individuele patiënt.
3. Maak de chirurgische plaats van de patiënt schoon en steriliseer.
4. Bedek de OP-site op de chirurgische plaats van de patiënt.
5. Plaats het steriele chirurgische gordijn op de patiënt, behalve op de chirurgische plaats.
6. Veranker de FF aan de patiënt; gebruikers kunnen kiezen voor een van de volgende twee methoden op basis van hun behoeften.
   1. Verankering aan het iliacale bot (toepasselijke chirurgische plaats: L5 of S1).
      1. Plaats twee percutane draden (Φ = 1,5 mm) op de achterste iliacale kam en controleer het ingangspunt onder fluoroscopie. Herhaal de stap als de chirurg zich zorgen maakt over het ingangspunt. Markeer het ingangspunt met behulp van een markeringspen.
      2. Steek de eerste percutane pin (Φ = 5 mm, L = 140 mm) in de achterste iliacale kam van de patiënt met behulp van een boormachine (1000 RPM).
      3. Plaats de FF samen met de eerste percutane pin. Pas de FF aan totdat deze wordt herkend door de optische trackingcamera. Bevestig de FF aan de eerste percutane pin met behulp van een schroevendraaier.
      4. Plaats de tweede percutane pin (Φ = 5 mm, L = 140 mm) samen met een gat op de FF met behulp van een boormachine (1000 RPM). Bevestig de schroef op de FF aan de tweede percutane pin met behulp van schroevendraaier.
         OPMERKING: Volgens de handleiding van het optische volgsysteem kan de markeringsbol binnen 3 m van de optische tracker worden geïdentificeerd.
   2. Verankering aan het huidige of aangrenzende wervelspinous proces met een klem toepasselijke chirurgische plaats: thoracale, lumbale of sacrale wervels.
      1. Plaats een draad (Φ = 1,5 mm) op de rug van de patiënt als referentie onder fluoroscopie. Controleer het chirurgische veld onder fluoroscopie. Herhaal de stap als de chirurg zich zorgen maakt over het chirurgische veld. Markeer het chirurgische veld met behulp van een stift.
      2. Insik het huidweefsel op chirurgisch veld met behulp van een chirurgische scalpel. Bevestig de FF aan het spinous proces met behulp van een schroevendraaier. Als gevolg van het verschil in botminerale dichtheid, laat de chirurg bepalen of de FF is verankerd op spinous proces stevig.
7. Controleer of de apparatuur en onderdelen van PSNS zijn voorbereid, waaronder het handstuk, het optische volgsysteem, het robotwerkstation en de navigatietoolkit (d.w.z. sonde) (figuur 3 en figuur 4).
   OPMERKING: Vermijd het verstoren van het chirurgisch personeel; Vermijd het blokkeren van de optische tracking camera; Zorg ervoor dat de tracker stabiel is en wordt herkend door het optische volgsysteem; Steriliseer de navigatietoolkit en leg deze op de operatietafel.

2. Ruimtelijke etikettering en registratie

1. Breng de preoperatieve CT-beelden van de patiënt via DVD of USB naar het systeem en snijd de beeldgrootte bij om de oriëntatie aan te passen op basis van chirurgische behoeften. Het systeem biedt virtuele chirurgische geleide beelden, waaronder sagittale, coronale, axiale en schuine vlakken, en aangepaste 3D-reconstructies voor elke wervel.
2. Als de PSNS-software biedt de etikettering interface, vraag de chirurg om elke wervel label met de voorste-achterste weergave en laterale weergave, het onderscheiden van de tussenwervelschijf voor de volgende stappen worden geïdentificeerd.
3. Selecteer de optimale schroeflengte en implantaatafmetingen op basis van de apparaatsoftware.
4. Plan de optimale positionering en baan van de schroef op basis van de 3D en multi-planaire beeldreconstructie van de preoperatieve CT-scan.
5. Controleer of alle geplande schroeven correct en geschikt zijn.
6. Voer de DRF-bewakingsinterface in de PSNS-software in die meerdere planaire weergaven presenteert (inclusief 3D-volume en drie cross-sectionele vlakken aan de zijkant). Alle DRF's moeten zich binnen het zichtgebied van het optische volgsysteem bevinden (volgens de gebruikersinstructies is het aanbevolen beste herkenningsbereik bereik B.) Wanneer de DRF-vectorpijl die de tracker aangeeft op de gebruikersinterface wordt weergegeven, wordt deze stabiel herkend door het volgsysteem (figuur 5).
7. Voer een subperiosteal dissectie bilateraal uit langs het spinous proces, het laminae uit naar de uiteinden van de transversale processen van alle niveaus. Verwijder de facet gewrichtcapsules om de gewrichten bloot te stellen. Het gebruik van zelfbehouden oprolmechanismen helpt bij blootstelling aan wervels door het spierstelsel aan de zijkant te houden.
8. Voer registratieprocedures uit, waaronder oriëntatiepuntregistratie en oppervlaktematching. Volg de onderstaande volgorde om de juistheid van het registratieresultaat te garanderen.
   1. Inschrijving voor oriëntatiepunten
      1. Selecteer ten minste vier niet-coplanar functiepunten (zoals het spinous proces, de laminaire en het transversale proces) op de preoperatieve 3D-reconstructie CT-beelden van de patiënt.
      2. Gebruik de punt van de sonde om in contact te blijven met het eerste functiepunt dat is geselecteerd in stap 2.8.1.1 in het eigenlijke chirurgische gebied.
      3. Druk op de selectieknop voor sonde sonde op de software-interface om het toegangspunt te bevestigen.
      4. Herhaal stap 2.8.1.2-2.8.1.3 totdat de vier functiepunten die in stap 2.8.1.1 zijn geselecteerd, zijn bevestigd.
      5. Druk op de berekeningsknop op de software-interface; het systeem berekent het resultaat van de oriëntatiepuntregistratie en presenteert het in de software-interface.
      6. De acceptatiecriteria voor de registratienauwkeurigheid moeten voldoen aan de behoeften van de klinische indicaties (<5 mm). Als het resultaat niet bevredigend is, herhaalt u de stappen 2.8.1.1-2.8.1.5 totdat het registratieresultaat aan de acceptatiecriteria voldoet.
         OPMERKING: Zorg ervoor dat de geldigheid van het gebruik van de sonde om de positie-informatie van het botoppervlak te verkrijgen, zoals het opruimen van het zachte weefsel op het botoppervlak en het vermijden van het bungelen van de sonde tip bij het verzamelen van punten.
   2. Oppervlaktematching
      1. Gebruik de sondetip om continu contact te maken met elk punt op het botoppervlak in het eigenlijke chirurgische gebied.
      2. Druk op de selectieknop van de sonde op de software-interface om het toegangspunt te bevestigen
      3. Verplaats de sonde (maak de sonde anders dan het vorige pickpunt) en herhaal stappen 2.8.2.1-2.8.2.2 totdat ten minste 50 pickpunten zijn voltooid.
      4. Druk op de berekeningsknop op de software-interface; het systeem berekent het resultaat van de oppervlaktematching en presenteert het op de software-interface.
      5. De acceptatiecriteria voor de registratienauwkeurigheid moeten voldoen aan de behoeften van de klinische indicaties (<0,5 mm). Als het resultaat niet bevredigend is, herhaalt u de stappen 2.8.2.1-2.8.2.4 totdat de registratieresultaten aan de acceptatiecriteria voldoen.
9. Gebruik de sonde om duidelijke anatomische oriëntatiepunten (zoals spineuze proces, transversale processen, facet gewricht) van het eigenlijke chirurgische gebied te selecteren voor bevestiging zodra het registratieresultaat is geaccepteerd (Figuur 6).
   LET OP: De juiste reflectie en ontvangst van het infraroodlicht moet tijdens de operatie worden gehandhaafd. Als het optische volgsysteem de markeringen niet herkent, wordt in de software-interface een herinnering door rood licht weergegeven. De camera moet zodanig worden aangepast dat het chirurgische veld zich in het midden van het detectiebereik van de camera bevindt en de tracker moet worden beschermd tegen licht en bloed.

3. Robotmontage en beweging

1. Bedek het handstuk met sterilisatiegordijnen en installeer de chirurgische instrumenten op de robot (bijvoorbeeld trocar (Φ = 5 mm) en k-pin (Φ = 1,8 mm)).
2. Pas de hoek en positie van het handstuk in de ruimte aan volgens de volgende instructies (stappen 3.2.1-3.2.2) zodat het handstuk zich binnen het compensatiebereik bevindt (binnen een afstand van een centimeter en een meegeleverde hoek van 4 graden van het geplande pad).
   1. Hoekaanpassing: Draai de hoek van het handstuk in de ruimte, zodat de twee cirkels die de hoek van het handstuk vertegenwoordigen samenvallen op de software-interface.
   2. Positieaanpassing: beweeg horizontaal en verticaal de positie van het handstuk in de ruimte, zodat de stippen die de positie van het handstuk op de software-interface weergeven, worden uitgelijnd met de ingangspunten van het geplande pad.
      OPMERKING: Wanneer stappen 3.2.1 en 3.2.2 tegelijkertijd zijn voltooid, activeert het handstuk automatisch de actieve compensatiefunctie om de hoek en positie van het instrument te behouden om te voldoen aan het vooraf geplande pad (figuur 7).
3. Bepaal de werkingsstatus van de robot door de markeringskleur van de robot te beoordelen die op de gebruikersinterface wordt weergegeven. Als het groen is, kan het worden bediend, als het rood is, kan het niet worden bediend.
   OPMERKING: Als het handstuk in contact komt met de patiënt of de omliggende obstakels, kan een noodstopknop boven de behuizing van het navigatiewerkstation door de chirurg of technicus worden ingedrukt. Regelmatig onderhoud van de robot moet worden uitgevoerd. Het platform moet na 250 gebruikopnieuw worden gekalibreerd voor de kinematicaparameters. De trocar en k-pin moeten na eenmalig gebruik worden weggegooid.

4. Pedicle bereiding en schroef inbrengen

1. Activeer de boorfunctie van het handstuk en boor de instrumenten die aan de voorkant zijn gemonteerd (inclusief K-pin: Φ = 1,8 mm en trocar: Φ = 5 mm) in het lichaam van de patiënt langs het geplande pad.
2. Gebruik de c-arm om de positie van k-pin en trocar te bevestigen.
3. Als de k-pin en trocar posities niet correct zijn onder fluoroscopie, verwijder dan de k-pin en trocar. Boor vervolgens met behulp van het handstuk opnieuw in de pedicula totdat de k-pin en trocar in gevoelige posities onder fluoroscopie insteken (zie 4.3.1-4.3.2).
   1. Bepaal onder ap-weergave of het instrument zich in het ovale gebied bevindt dat door de pedicula in het perspectiefbeeld wordt gevormd.
   2. Bepaal onder de LAT-weergave of het instrument zich binnen het bereik van de pedicula en de wervel bevindt.
4. Vervang K-pin en trocar door geleidedraden (Φ = 1,5 mm, L = 400 mm) zodra de posities geschikt zijn.
5. Steek de pedicle schroef door de geleidedraden.
6. Herhaal stap 4.1–4.4 om alle chirurgische planningspaden te voltooien.
   OPMERKING: Wat postoperatief beheer betreft, moeten patiënten worden gecontroleerd in de hersteleenheid na anesthesie (PACU) en moeten de postoperatieve analgesieopties worden geselecteerd. De fundamentele PACU-voorvallen, zoals misselijkheid, pijn, hypotensie, hypertensie en hypoxie, moeten worden geëvalueerd. Bovendien moet het personeel herkennen wanneer de patiënt voldoet aan de criteria voor PACU-kwijting.

Representative Results

De veiligheid en nauwkeurigheid van robot-ondersteunde pedicle schroef plaatsingen zijn aangepakt in verschillende studies^6,11. We matchen de wervels met preoperatieve planningsbeelden onder een optisch volgsysteem in de voorgestelde methode. Na het bepalen van het geplande chirurgische pad, werd deze informatie overgebracht naar het handstuk via de handstuk controle-eenheid. Het navigatiesysteem integreert de tracking informatie en toont deze op de monitor tijdens de operatie. Verder toont het scherm het toegangspad op de wervelkolom en de posities van de instrumenten.

In onze vorige studie¹², een lage totale schroef malposition rate van 1,7% van een totaal van 59 schroeven werden geplaatst op 30 varkenswervels via de PSNS werd aangetoond (Figuur 8). Chirurgische ingrepen verliepen soepel tijdens het gebruik van de PSNS en deze 59 pedicle schroeven werden beoordeeld door postoperatieve CT-scans. 51 schroeven (86,4%) viel in groep A, 7 schroeven (11,9%) viel in groep B, en 1 schroef (1,7%) viel in groep E volgens de Gertzbein-Robbins classificatie¹². Geen spinale kanaal perforaties of verwondingen aan andere belangrijke schepen werden gevonden en alle pediculie schroeven werden ingevoegd binnen de veilige zone. We registreerden de tippositiegegevens op een frequentie van 60 Hz en tijdens de operatie werd een lineaire regressiecurve berekend met het optische volgsysteem. Verschillen, waaronder de hoek, de kortste afstand en het ingangspunt tussen de werkelijke pedicle schroefpositie en preoperatieve planning pad werden ook geregistreerd¹².

Figuur 1: Werkprincipe van het optische volgsysteem¹³. De optische tracker zal actief infrarood licht uitzenden en stereopositionering uitvoeren via een dubbele camera. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Figuur 2: Werkprincipes van het wervelkolomnavigatiesysteem. Het aanvraagproces van het systeem omvat robotcontrole, gebruikersinterface en optische detectie Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Figuur 3: Spine navigatiesysteem, inclusief handstuk, optisch volgsysteem, robotwerkstation en navigatietoolkit. (d.w.z. sonde) Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Figuur 4: Schematisch diagram van de configuratie van de operatiekamer, moeten gebruikers verwijzen naar het schematische diagram om de PSNS in de operatiekamer in te stellen. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Figuur 5: DRF-bewakingsinterface in de software. Gebruikers kunnen de huidige status van alle DRF's bevestigen volgens het display op de interface. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Figuur 6: Verificatieinterface voor registratienauwkeurigheid in de software. Gebruik sonde om een specifieke anatomische functie (zoals spineuze proces, transversale processen, facet gewricht) in de werkelijke chirurgische gebied te selecteren, en het systeem zal de afstand van de sonde tip naar de anatomische functie als referentie voor nauwkeurigheid te berekenen. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Figuur 7: Navigatie-interface in de software. Met behulp van een 3D gereconstrueerd bot model en gevirtualiseerde pedicle schroef om begeleiding te bieden voor de chirurgische pad. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Figuur 8: Postoperatieve CT-scans beoordeeld volgens de classificatie van Gertzbein en Robbins met een voorbeeld van rang A a), rang B (b) en graad E (c)¹⁴. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Discussion

Sinds 1990 zijn er snelle ontwikkelingen in chirurgische toepassingen waarbij robots worden gebruikt. De beschikbare robottechnologieën zijn geoptimaliseerd, wat resulteert in een verbeterde nauwkeurigheid, het overwinnen van de tremor in menselijke handen, en verminderde matching en registratietijden van navigatiesystemen¹⁵. De voordelen van chirurgische robothulp zijn: (1) onmiddellijke standaardisatie zonder lange leerprocessen; (2) chirurgen kunnen precies het preoperatieve plan volgen, dat via de gebruikersinterface op een CT-gebaseerde afbeelding wordt geplaatst; (3) vermindering van de blootstelling aan straling aan chirurgen en operatiepersoneel; en (4) verbeterde nauwkeurigheid, vooral tijdens het gezicht van complexe anatomie of ingewikkelde revisie chirurgie.

Ondanks het algemeen aanvaarde gebruik van pedicle schroeven, uit de vrije hand pedicle plaatsing technieken zijn grotendeels afhankelijk van anatomische oriëntatiepunten, beeldgidsen, en de ervaring van de chirurgen. Zelfs bij ervaren chirurgen liggen de mispositiepercentages van het implantaat tussen de 5,1 en 31%, zoals beschreven in meerdere beoordelingsonderzoeken^3,16. Veel chirurgen accepteren afwijkingen tussen 2 en 3 mm bij het beoordelen van de nauwkeurigheid van schroefposities, omdat deze afwijking zelden symptomatisch wordt. Lonstein et al. gemeld dat 5,1% van de 4.790 schroeven geschonden het corticale bot in hun meta-analyse studie, en ongeveer 0,2% van deze neurologische symptomen^{veroorzaakt 17}. Bovendien kunnen zelfs kleine schroefafwijkingen leiden tot symptomen en chirurgen kunnen aarzelen om opnieuw te opereren. Daarom wordt een grote verscheidenheid aan systemen die spinale beeldbegeleiding bieden, zoals elektromagnetische navigatie, intraoperatieve 3D-fluoroscopie en CT-navigatie, percutane referentiekaders en robotgeleide chirurgie onderzocht of klinisch gebruikt. Deze technologieën stellen chirurgen in staat om nauwkeurige preoperatieve en intraoperatieve uitvoeringsplannen te bepalen, inclusief pediculaatschroeflengte en -diameter, zelfs in aanwezigheid van ernstige misvormingen en het ontbreken van anatomische oriëntatiepunten.

Het gebruik van robot-ondersteunde pedicle schroef plaatsingen is bemoedigend vanwege de nauwkeurigheid van maximaal 98,3%¹². Ondanks de algehele hoge nauwkeurigheid van pedicle schroef plaatsing onder PSNS, het robotsysteem niet adequaat registreren 10-20% van de voorwaarden tijdens onze tests. In omstandigheden van zoals hoge mate van kromming, obesitas, osteoporose, losmaken van eerder geplaatste hardware tijdens revisiechirurgie, intraoperatieve fluoroscopische beeldvorming van slechte kwaliteit, fysieke beperkingen van de uitbreidbaarheid van het handstuk, apparaatfalen, mechanische beweging en technische problemen, kan dit leiden tot problemen met de registratie en kan het nodig zijn om terug te keren naar een handschroefschroefplaatsing uit de vrije hand. Rugchirurgen moeten beschikken over traditionele chirurgische ervaring om te bepalen of het navigatiesysteem op de juiste manier werkt en in staat zijn om over te schakelen naar traditionele chirurgie moet het robotsysteem mislukken. Bovendien, momenteel, PSNS is aangegeven voor thoracolumbar pedicle schroef implantatie, en de nauwkeurigheid van dit systeem is 2 mm. In klinische chirurgie is de fouttolerantie van cervicale pediculaire schroefimplantatie ongeveer 0,2-0,5 mm; dit systeem is momenteel dus niet geschikt voor baarmoederhalschirurgie.

PSNS bestaande uit een handstuk kan worden gebruikt in combinatie met chirurgische instrumenten om direct boren in de wervel. De voetafdruk van het apparaat is klein en neemt weinig ruimte in de operatiekamer in beslag. Deze functies zijn verschillend van andere navigatie robotspinale chirurgie systemen, waardoor spinale navigatie chirurgie flexibeler en handiger voor chirurgen. De PSNS bestaat uit beeldregistratie en matching, robot- en navigatietechnologie en nauwkeurige apparatuurproductie. Het systeem vertrouwt erop dat deze componenten op de juiste manier samenwerken, omdat er fouten kunnen optreden als een van deze componenten uitvalt. De ruimtelijke positionering van de anatomie op de chirurgische plaats zal relatief worden vastgesteld nadat de beelden zijn verworven. Factoren zoals overmatig weke delen verstoring, decompressie of osteotomie, lange segment operaties over 3 wervels, of de hoeveelheid ademhalingsgetijdenvolume kan leiden tot navigatieafwijkingen. Als de chirurg een navigatieafwijking vermoedt, kan de sonde worden gebruikt om de anatomische oriëntatiepunten te selecteren voor bevestiging (bijvoorbeeld spinachtig proces of facetgewrichten). Als de positie juist is, kan de bewerking worden voortgezet. Als de positie echter onjuist is, zijn enkele mogelijke oorzaken en oplossingen als volgt: (1) Het dynamische referentiekader-fiducialframe wordt tijdens de bewerking verplaatst. De chirurg moet het dynamische referentiekader-fiducialframe en de registratie opnieuw beperken. (2) Er is relatieve verplaatsing tussen de anatomische structuren, zoals na misvormingcorrectie, veroorzaakt door de operatie. De chirurg moet de fluoroscopie opnieuw scannen om nieuwe beelden voor een operatie te verkrijgen. Volgens eerder gepubliceerd onderzoek, robot-ondersteunde navigatiesystemen kan de tijd die nodig is voor elke pedicle schroef inbrengen te verminderen; echter, de operatieve tijd toeneemt als gevolg van de robot setup en registratie¹⁰.

Er bestaan nog steeds verschillende beperkingen van robotondersteunde chirurgie, zoals registratieproblemen, waaronder problemen bij het bereiken van oriëntatiepunten, onverenigbaarheid bij minimaal invasieve chirurgie en tijdrovend, patiënten die worden blootgesteld aan extra straling, gereedschapsskiving door gebrek aan live-intraoperatieve feedback, impact op traditionele wervelkolomtraining, afhankelijkheid van technologie en hoge kosten. PSNS heeft bepaalde beperkingen: ten eerste moet de chirurg tijd besteden aan het leren van het PSNS-systeem grondig; ten tweede, het is zwaar voor de chirurgen om het vast te houden. Ons team zal zich richten op het maken van de gebruiker leercurve gemakkelijker en bieden een ondersteunende arm voor het verminderen van het gewicht van het handstuk. Desalniettemin zijn wij van mening dat er voortdurend ontwikkelingen zijn in robotondersteunde navigatiesystemen, die mogelijkheden hebben om chirurgische resultaten te verbeteren.

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