Summary
מאמר זה מציג טכניקה כירורגית סטנדרטית להצבת ברגים רובוטית באמצעות מערכות ניווט רובוטיות בסיוע רובוטי. אנו מציגים פרוטוקול צעד אחר צעד ומתארים את זרימת העבודה ואת אמצעי הזהירות של הליך זה.
Abstract
השתלת בורג בריקשה יש השפעות טיפול מצוינות והוא משמש לעתים קרובות על ידי מנתחים בניתוח היתוך בעמוד השדרה. עם זאת, בשל המורכבות של אנטומיה הגוף האנושי, זה הליך כירורגי הוא קשה ומאתגר, במיוחד בניתוח מינימלית פולשנית או חולים עם חריגות מולדות עיוות עקמת. בנוסף לגורמים הנ ל, הניסיון והטכניקה הכירורגית של המנתח משפיעים גם על שיעורי ההחלמה והסיבוכים של המטופלים לאחר הניתוח. לכן, באופן מדויק ביצוע השרשה הבורג יש נושא קבוע של דאגה משותפת מנתחים וחולים. בשנים האחרונות, עם הפיתוח הטכנולוגי, מערכות ניווט בסיוע רובוטים הפכו בהדרגה למאומצים. אלה מערכות ניווט בסיוע רובוט לספק מנתחים עם תכנון טרום הניתוח המלא לפני הניתוחים. המערכת מספקת 3D תמונות משוחזר של כל חוליה, המאפשר למנתחים להבין את המאפיינים הפיזיולוגיים של המטופל מהר יותר. זה גם מספק תמונות 2D של משונן, coronal, צירית ומטוסים אלכסוניים כך מנתחים יכולים לבצע במדויק תוכנית מיקום הבורג ריקשה.
מחקרים קודמים הפגינו את האפקטיביות של מערכות ניווט בסיוע רובוט עבור הליכי השתלת בורג בריקשה, כולל דיוק והערכות בטיחות. פרוטוקול זה, שלב אחר שלב, נועד לשרטט הערה של טכניקה כירורגית סטנדרטית עבור מיקום בורג בעזרת רובוטי.
Introduction
בתחום הניתוח בעמוד השדרה, ניתוח היתוך בעמוד השדרה הוא הליך כירורגי יסודי, במיוחד האחורי קיבעון בורג, אשר יכול לספק תמיכה שלוש עמודות של החוליות ולשפר את החוזק של ביומכניקה; לכן, זה הפך להיות אחד ההליכים הניתוחים הנפוצים ביותר1. במחקרים מוקדמים רבים, ההשפעה הקלינית של השתלת הבורג האחורי אושרה, והיא הייתה משמשת רבות בניתוח להפרעות שונות בעמוד השדרה, כגון מחלות ניווניות, טראומטיות ומסובכות בעמוד השדרה2.
עם זאת, למרות ניתוח היתוך המותני האחורי של עמוד השדרה יכול להשיג אפקטים מצוינים לטיפול, זה עדיין מסוכן בשל אנטומיה הגוף האנושי. יש הרבה מבני רקמות חיוניים קרוב לריקשה, כגון מערכת העצבים המרכזית, שורשי העצבים וכלי הדם העיקריים. הנזק של רקמות אלה במהלך ההליך כירורגי עלול לגרום לסיבוכים חמורים, כגון פציעות כלי דם, בעיות נוירולוגיות, או בורג התרופפות2, 3. יתר על כן, המנתחים והצוות חשופים לקרינה נוספת, במיוחד במקרה של הליכים מינימלית בעמוד השדרה4. מנתחים עלולים לחוות עייפות ורעידות יד לאחר הליכי ניתוח ארוך ומייגע בעמוד השדרה, כגון מיקומים בורג, עצם האונה, ואת לחץ עצבי5.
השיעור האינו משביע רצון של הליך מיקום הברגים המחייב את ההצעה עבור מערכת ניווט בסיוע רובוטי להיות מיושם בניתוחי עמוד השדרה כדי לשפר את דיוק הניתוח ואת בטיחות החולים. מספר מחקרים על מערכות ניווט בסיוע רובוטי הפגינו שיפורים בטיחות, דיוק, ודיוק של מיקום בורג בריקשה, כמו גם חשיפה לקרינה ירידה וכפול פעיל6,7,8,9,10. עם זאת, תכנון מסלול בורג יסודית, תכנון טרום הניתוח עם תמונות, מערכת רובוטית מקיפה עם התקן קיבעון, ותוכנת בקרת רובוט עדיין צריך להיות ממוען כדי להשיג מטרה זו. מחקר זה מתמקד בתיאור של המבנה הרובוטי ואת זרימת העבודה של מערכת ניווט עצמית מפותחת (כלומר, מערכת הניווט של נקודת השדרה (PSNS)) עבור ניתוחי הצבת ברגים באמצעות רובוטים בסיוע רובוטי.
תיאור מערכת ופרוטוקול כירורגי
ה-PSNS כולל תחנת עבודה לניווט הכוללת את הפרטים הבאים. (1) יש תוכנת ממשק משתמש אחראי על הקריאה תמונה דרך שחזור תלת מימדי (3D), תכנון טרום הניתוח, חישוב מרחבי הקשר קימטי, ורישום. (2) ה-PSNS משתמש במערכות הדרכה אופטיות של אינפרא-אדום כדי לעקוב אחר המיקום המרחבי של רובוטים וחולים כירורגיים. מערכת ההנחיה האופטית של אינפרא-אדום מכילה את הרכיבים הבאים: (i) מכשיר אופטי הפולט באופן פעיל אור אינפרא-אדום ומבצע מיקום סטריאו באמצעות מצלמה כפולה (איור 1); (ii) כדור סמן שפני השטח שלו כולל ציפוי רפלקטיבי עם תכונות רפלקטיבית למעקב אחר כלי מדויק; ו-(iii) כלי בעל מסגרת התייחסות דינאמית (DRF) הכוללת בסיס וארבעה כדורי סמן. כדי למנוע את כשל הזיהוי של מערכת המעקב, לכל התקן יש עיצוב DRF ייחודי ואין אפשרות לשתף אחד עם השני. ה-DRF המשמש כולל מסגרת בסיסית (BF) המצורפת לבסיס של פיסת הנייר כדי לאשר את המיקום הhandpiece, מסגרת הקצה-אפקטור (EF) מחוברת לסוף של פיסת הנייר כדי לאשר את מיקום עבודת יד, מסגרת fiducial (FF) מעוגנת על העצם של המטופל כדי לאשר את מיקומו של המטופל, ובדיקה אשר העצה שלו משמש כדי לאשר את מיקום היעד בחלל 3D. (3) יש פיסת יד הכוללת שש דרגות של חופש (הפלטפורמה) סטיוארט, עם קצה אחד של הרובוט מצויד כלי פעולה המשמש לקידוח את נתיב הבורג. עבודת היד היא מערכת ניווט רובוטית המסייעת מנתחים לכיוון המיקום המדויק של שתלים, כגון ברגים בריקשה, או מיקום של כלים כירורגיים במהלך ניתוח השדרה. התנועה של המטרה כירורגית מתבצע מעקב כאשר הרובוט מפצה אוטומטית על המטרה הנכונה. הרובוט מיועד כמערכת חצי פעילה המציעה הדרכה כלי כירורגי; עם זאת, הניתוח בפועל מבוצע על ידי מנתחים. עקרון התפעול והציוד מומחש באיור 2.
PSNS מצוין עבור פרוצדורות כולל אך לא מוגבל הליכים לדוגמה הבאים: (אני) פתוח, מינימלית פולשנית, או ניתוח בעמוד השדרה הפרעורית; (ii) האתר של ניתוח השדרה לחוליות החזה, המותני או הסאקרל; (iii) היתוך עמוד השדרה האחורי עבור טראומה, היצרות ניווניות מחלה, חוסר יציבות, ספונדילוקציה, פריצת דיסק, גידול, זיהום, או תיקון עיוות השדרה; (iv) מיקום של מכשירים זמניים או קבועים, כגון מחטים או חוטים, תוך כדי ביצוע vertebroplasty, או או מעבר או הניתוח המותני מותניים אנדוסקופית; ו (iv) הסרטן העצם כריתה, כולל האבלציה של אוסטאופאיד, או ביופסיה של הגידול, שבו הרובוט מכוון מחטים או הנחיה מיקום נתון החוליות. הליך זה הוא התווית עבור אלה עם חוסר יכולת לסבול הרדמה, הליך כירורגי, או כאשר תמונות ניווט משביע רצון לא נרכשו.
שימו לב כי צוות התפעול, לרבות מנתחים ומנתחים אורתופדיים, חייב להיות מורשה ומאומן בקורסים מנחים. כל ההליכים להפעלת הרובוט במהלך הניתוח צריך לעקוב אחר הליכים סטנדרטיים מומלצים כדי למנוע גרימת נזק החולה או המנתח. מנתחים חייבים להחזיק ניסיון כירורגי קונבנציונאלי כדי להבטיח כי ניתן לעבור חזרה מכשירים כירורגיים קונבנציונליים ולהשלים את הניתוח כאשר נקבע כי הניווט אינו מדויק, מבוסס על הידע האנטומי של המנתחים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
כל ההליכים ואחריו היו בהתאם לסטנדרטים האתיים של בית החולים הלאומי באוניברסיטת טייוואן (NTUH) ועדת אתיקה של המחקר (REC) והצהרת הלסינקי של 1975 (בגרסה האחרונה שתוקנה שלה). הסכמה מושכלת יש להשיג מכל המטופלים אם המשפט הקליני הנוסף מוכן.
הערה: הליך ההרדמה יכול להיות מסווג לשלושה צעדים: הערכה טרום-הניתוח של המטופל, ניהול הפנים וניהול פוסט-פעיל. במהלך הערכה מראש, כל נתוני המטופל, לרבות ההיסטוריה היסודית והבדיקה הגופנית, יש לאסוף והצוות צריך להכיר בטיפול בתחלואה מטופלים וכיצד הם מתייחסים לטפל הרדמה של המטופל. יש לבצע בחינה יסודית של דרכי הנשימה, והצוות צריך להיות מודע לאפשרויות ההרדמה כדי לגבש תוכנית טיפול הרדמה בסיסית. במהלך ניהול הפנים, המרדים צריך לבדוק את הפונקציות הבסיסיות של מכונת ההרדמה, ולהחיל צגים פיזיולוגיים בסיסיים מומלץ על ידי החברה האמריקנית של המרדיולוגים, אשר כוללים חמצן הדופק, אלקטרוקרדיוגרפיה, לחץ דם לא פולשני המכשיר, ו ניטור טמפרטורה, אפשרויות ניהול דרכי הנשימה, פרמקולוגיה של סוכני אינדוקציה, ו אינדיקציות ב אירועים פנים, כגון יתר לחץ דם, היפוקסיה, ו oliguria, חייב להיות מזוהה, העריך, ומנוהל. בנוסף, על הצוות להכיר כאשר המטופל עומד בתנאי הקבלה.
1. הגדרה ותכנון לפני הניתוח
הערה: במהלך הניתוח, יש להשתמש בווילונות כירורגיים סטריליים כדי למנוע מגע עם משטחים לא מוכנים ולשמור על עקרות אתר כירורגי של משטחים סביבתיים, ציוד וסביבתו של המטופל. כדי להפחית את הסיכון של שידור הפתוגן הן החולים והן את הצוות הכירורגי, שמלות כירורגי סטרילי יש לענוד על חליפות לקרצף על ידי צוות ההפעלה במהלך הניתוח.
- הסר את כל הרכיבים שיכולים להשפיע על fluoroscopy מהאתר כירורגי; זה תלוי בתוכנית כירורגית על פי כל מטופל בודד.
- מניחים את החולה בתנוחה נוטה לאחר מתן הרדמה ולהכין לפי דרישות כירורגי.
הערה: יש לבצע את כל הליכי ההרדמה בפיקוחו של רופא מרדים, וכל תוכנית צריכה להיות מותאמת בהתאם לכל חולה בודד. - לנקות ולעקר את האתר הכירורגי של המטופל.
- כסו את אתר המבצעים באתר הכירורגי של המטופל.
- מניחים את העטוף הכירורגי סטרילי על המטופל, למעט באתר כירורגי.
- עגן את FF למטופל; משתמשים יכולים לבחור אחת משתי השיטות הבאות בהתאם לצרכיהם.
- עיגון אל עצם כסל (אתר כירורגי רלוונטי: L5 או S1).
- מניחים שני חוטים פרעורית (Φ = 1.5 מ"מ) על ציצה כסל האחורי ולבדוק את נקודת הכניסה תחת fluoroscopy. חזור על השלב אם למנתח יש חשש לגבי נקודת הכניסה. סמן את נקודת הכניסה באמצעות עט סמן.
- הכנס את הסיכה הראשונה פרעורית (Φ = 5 מ"מ, L = 140 מ"מ) לתוך ציצה כסל האחורי של המטופל באמצעות מקדחה כוח (1000 RPM).
- הצב את ה-FF יחד עם הסיכה הראשונה. כוונן את ה-FF עד שהוא יזוהה על-ידי מצלמת המעקב האופטית. תקן את ה-FF אל הסיכה העורית הראשונה באמצעות מברג.
- הכנס את הסיכה השנייה הפרעורית (Φ = 5 מ"מ, L = 140 מ"מ) יחד עם חור על FF באמצעות מקדחה כוח (1000 RPM). תקן את הבורג על ה-FF לפין השני באמצעות מברג.
הערה: על פי המדריך של מערכת המעקב האופטית, כדור סמן ניתן לזהות בתוך 3 מ מ הגשש האופטי.
- עיגון התהליך הנוכחי או הסמוך החוליות spinous עם מלחציים ישימה באתר כירורגי: בית החזה, המותני, או החוליה הסאקרל.
- מניחים חוט (Φ = 1.5 מ"מ) על גבו של המטופל כהפניה תחת fluoroscopy. תבדוק את השדה הכירורגי. תחת פלואורוסקופיה חזור על השלב אם למנתח יש דאגה לגבי התחום הכירורגי. סמן את השדה הכירורגי באמצעות עט סמן.
- להשתמש ברקמת העור על. שדה כירורגי בעזרת אזמל כירורגי תקן את ה-FF לתהליך spinous באמצעות מברג. בשל השוני של צפיפות מינרל העצם, יש המנתח לקבוע אם FF מעוגן על תהליך spinous בחוזקה.
- עיגון אל עצם כסל (אתר כירורגי רלוונטי: L5 או S1).
- בדוק אם הציוד והרכיבים של PSNS הוכנו, כולל handpiece, מערכת מעקב אופטי, תחנת עבודה רובוטית, וערכת הכלים ניווט (כלומר, בדיקה) (איור 3 & איור 4).
הערה: הימנע מהפרעה לצוות הכירורגי; הימנע מחסימת מצלמת המעקב האופטית; ודא שמאתר המעקב יציב ומזוהה על-ידי מערכת המעקב האופטית; חטא את ערכת הכלים לניווט ומניחים אותו על טבלת ההפעלה.
2. תיוג מרחבי והרשמה
- העבר את תמונות ה-CT של המטופל מראש למערכת באמצעות DVD או USB וחתוך את גודל התמונה כדי לכוונן את הכיוון המבוסס על צרכים כירורגיים. המערכת מספקת תמונות מונחות וירטואליות כירורגית, כולל משונן, coronal, צירית, ומטוסים אלכסוניים, ומותאמים אישית שחזורים תלת-ממדיים עבור כל חוליה.
- כמו התוכנה PSNS מספק את ממשק תיוג, לשאול את המנתח לתייג כל חוליה עם המבט הקדמי האחורי לבין השקפה לרוחב, הבחנה את הדיסק הבין החוליות עבור השלבים הבאים כדי להיות מזוהה.
- בחר באורך הברגים האופטימלי ובממדי השתל המבוססים על תוכנת ההתקן.
- תכנן את המיקום והמסלול האופטימליים של הבורג בהתבסס על שחזור התמונה התלת-ממדי והרב מישורי של סריקת CT שלפני הניתוח.
- אשר אם כל הברגים המתוכננים נכונים ומתאימים.
- הזן את ממשק מעקב DRF בתוכנה PSNS המציג תצוגות מישורי מרובות (כוללים נפח תלת-ממד ושלושה מטוסים מופרדים בצד). כל ה-DRFs צריך להיות בתוך אזור הראייה של מערכת המעקב האופטית (בהתאם להוראות המשתמש, טווח הזיהוי המומלץ הטוב ביותר הוא טווח B). כאשר חץ הווקטור DRF המציין שמאתר המעקב מוצג בממשק המשתמש, הוא מזוהה באופן בלתי נשכח על-ידי מערכת המעקב (איור 5).
- לבצע לבקיעים לחיתוך תת-הדפסת לאורך תהליך spinous, למינציה החוצה את קצות התהליכים רוחבי של כל הרמות. להסיר את כמוסות משותף ההיבט כדי לחשוף את המפרקים. השימוש בסיוע עצמי שנשמר מחדש בחשיפה לחוליה על ידי החזקת מערכת השרירים בצד.
- לבצע הליכי רישום, כולל רישום לציון דרך והתאמת פני שטח. בצע את הרצף שלהלן כדי להבטיח את נכונות תוצאת ההרשמה.
- רישום לציון דרך
- בחר לפחות ארבעה נקודות של תכונות שאינן מסוג הcoplanar (כגון תהליך spinous, המפרש, והתהליך הרוחבי) על תמונות ה-CT של המטופל לפני הניתוח תלת-ממד.
- השתמש בקצה של בדיקה כדי לשמור על קשר עם נקודת התכונה הראשונה נבחר בשלב 2.8.1.1 באזור כירורגי בפועל.
- לחץ על לחצן בחירת בדיקה בממשק התוכנה כדי לאשר את נקודת הגישה.
- חזור על שלבים 2.8.1.2-2.8.1.3 עד ארבע נקודות התכונות שנבחרו בשלב 2.8.1.1 מאושרות.
- לחץ על לחצן חישוב בממשק התוכנה; המערכת יחשב את התוצאה של רישום הציון ולהציג אותו בממשק התוכנה.
- קריטריוני הקבלה לדיוק ההרשמה חייבים לעמוד בדרישות הסימנים הקליניים (< 5 מ"מ). אם התוצאה אינה משביעת רצון, חזור על שלבים 2.8.1.1-2.8.1.5 עד שתוצאת הרישום תעמוד בקריטריוני הקבלה.
הערה: להבטיח את תוקפו של שימוש במכשיר כדי להשיג את מידע המיקום של משטח העצם, כגון ניקוי הרקמה הרכה על משטח העצם והימנעות מתנדנד של העצה הבדיקה בעת איסוף נקודות.
- התאמת פני שטח
- השתמש בתיאור הבדיקה כדי ליצור קשר רציף בכל נקודה על משטח העצם באזור כירורגי בפועל.
- לחץ על לחצן בחירת בדיקה בממשק התוכנה כדי לאשר את נקודת הגישה
- להזיז את החללית (להפוך את המקדח שונה נקודת האיסוף הקודמת), ולחזור על שלבים 2.8.2.1-2.8.2.2 עד לפחות 50 נקודות האיסוף הושלמו.
- לחץ על לחצן חישוב בממשק התוכנה; המערכת יחשב את התוצאה התאמת פני השטח ולהציג אותו על ממשק התוכנה.
- קריטריוני הקבלה לדיוק ההרשמה חייבים לעמוד בדרישות הסימנים הקליניים (< 0.5 מ"מ). אם התוצאה אינה משביעת רצון, חזור על שלבים 2.8.2.1-2.8.2.4 עד שתוצאות ההרשמה יענו על קריטריוני הקבלה.
- רישום לציון דרך
- השתמש בגשוש כדי לבחור ציוני דרך ברורים (כגון תהליך spinous, תהליכים רוחבי, היבט משותף) של האזור כירורגי בפועל לאישור לאחר התוצאה ההרשמה מתקבלת (איור 6).
הערה: השתקפות מתאימה של אור האינפרא-אדום חייבת להישמר במהלך הניתוח. אם למערכת המעקב האופטית אין אפשרות לזהות את הסמנים, ממשק התוכנה יציג תזכורת לאור אדום. יש לכוונן את המצלמה כך שהשדה הכירורגי יהיה במרכז טווח הזיהוי של המצלמה, והגשש צריך להיות מוגן מפני האור והדם.
3. רובוט הרכבה ותנועה
- לכסות את היד עם וילונות עיקור ולהתקין את כלים כירורגי על הרובוט (למשל, נקז (Φ = 5 מ"מ) ו-k-pin (Φ = 1.8 mm)).
- כוונן את הזווית והמיקום של פיסת הנייר בחלל בהתאם להנחיות הבאות (צעדים 3.2.1-3.2.2) כך שעבודת היד נמצאת בטווח הפיצוי (במרחק של סנטימטר אחד וזווית כלולה של 4 מעלות מהנתיב המתוכנן).
- התאמת זווית: להפוך את הזווית של פיסת הידיים בחלל, כך שני העיגולים המייצגים את זווית האקדח חופפים על ממשק התוכנה.
- התאמת מיקום: אופקית ואנכית להעביר את המיקום של פיסת הידיים בחלל, כך הנקודות המייצגות את מיקום הידיים על ממשק התוכנה מיושרים עם נקודות הכניסה של הנתיב המתוכנן.
הערה: כאשר השלבים 3.2.1 & 3.2.2 הושלמו באותו זמן, מכשיר היד יפעיל באופן אוטומטי את פונקציית הפיצוי הפעילה כדי לשמור על הזווית והמיקום של המכשיר כדי להתאים לנתיב המתוכנן מראש (איור 7).
- קבע את מצב הפעולה של הרובוט על-ידי שופט את צבע הסמן של הרובוט המוצג בממשק המשתמש. אם הוא ירוק, זה יכול להיות מופעל, אם הוא אדום, זה לא יכול להיות מופעל.
הערה: אם המחברת מגיע במגע עם המטופל או המכשולים שמסביב, לחצן עצירת חירום הממוקם מעל הדיור של תחנת העבודה לניווט ניתן ללחוץ על ידי המנתח או הטכנאי. יש לבצע תחזוקה סדירה של הרובוט. הפלטפורמה חייבת להיות מכייל מקרוב עבור הפרמטרים kinאמאם לאחר 250 משתמש. יש לסלק את המכונית ואת ה-k-pin לאחר שימוש יחיד.
4. הכנה להכנה ובורגי בריקשה
- הפעל את פונקציית התרגיל של handpiece, ולקדוח את המכשירים רכוב על החלק הקדמי (כולל K-pin: Φ = 1.8 מ"מ ו trocar: Φ = 5 מ"מ) לתוך הגוף של המטופל לאורך הנתיב המתוכנן.
- השתמש בזרוע c כדי לאשר את המיקום של ה-k-pin ו-trocar.
- אם משרות k-pin ו נקז אינם נכונים תחת fluoroscopy, להסיר את ה-k-pin ו נקז. אז, באמצעות הכתבה, לקדוח לתוך הריקשה שוב עד k-pin ו נקז להכניס עמדות מועדים תחת fluoroscopy (עיין 4.3.1-4.3.2).
- תחת תצוגת AP, קבע אם המכשיר ממוקם באזור הסגלגל שנוצר על ידי הריקשה בתמונת הפרספקטיבה.
- תחת תצוגת LAT, קבע אם הכלי נמצא בטווח העוקץ והחוליה.
- החלפת K-pin ו נקז עם חוטים הנחיה (Φ = 1.5 מ"מ, L = 400 מ"מ) לאחר המיקומים מתאימים.
- הכנס את הבורג הריקשה דרך חוטי ההנחיה.
- חזור על שלבים 4.1 – 4.4 כדי להשלים את כל נתיבי התכנון הכירורגי.
הערה: באשר לניהול postאופרטיבית, המטופלים צריכים להיות מנוטרים ביחידת ההתאוששות לאחר ההרדמה (PACU) ואת האפשרויות לאחר כאבים שלאחר הניתוח יש לבחור. האירועים הבסיסיים PACU, כגון בחילות, כאב, לחץ דם גבוה, והיפוקסיה, יש להעריך. בנוסף, הצוות צריך להכיר כאשר המטופל פוגש את הקריטריונים של פריקה PACU.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
הבטיחות והדיוק של מיקומי הברגים הרובוטיים בסיוע רובוטי טופלו במספר מחקרים6,11. אנו מתאימים את החוליות עם תמונות תכנון טרום הניתוח תחת מערכת מעקב אופטי בשיטה המוצעת. לאחר קביעת הנתיב הכירורגי המתוכנן, מידע זה הועבר לכלי העבודה דרך יחידת השליטה בכלי היד. מערכת הניווט משלבת את מידע המעקב ומציגה אותה בצג במהלך הניתוח. יתר על כן, המסך מציג את נתיב הכניסה על עמוד השדרה ואת המיקומים של המכשירים.
במחקר הקודם שלנו12, בורג הכולל נמוך מונח מלפוזיציה של 1.7% מסכום כולל של 59 ברגים הונחו על 30 החוליות חזירי דרך ה-psns הפגינו (איור 8). הליכים כירורגיים המשיכו בצורה חלקה תוך שימוש ב-PSNS וברגים אלה ה59 בריקשה העריכו בסריקות CT שלאחר הניתוח. 51 ברגים (86.4%) נפל לקבוצה A, 7 ברגים (11.9%) נפל לתוך קבוצה ב', ו 1 בורג (1.7%) נפל לקבוצה E לפי סיווג הג-רובינס12. לא נמצאו ניקובים או פציעות של תעלות שדרה לספינות ראשיות אחרות וכל הברגים שנוספו בתוך האזור הבטוח. הקלטנו את מיקום המידע בתדר של 60 Hz ועקומת רגרסיה ליניארית חושבה עם מערכת המעקב האופטית במהלך הניתוח. הבדלים הכוללים את הזווית, המרחק הקצר ביותר, ונקודת הכניסה בין מיקום הברגים בפועל, ושביל תכנון טרום-הניתוח נרשמו גם הם12.
איור 1: עקרון העבודה של מערכת מעקב אופטי13. מכשיר המעקב האופטי פולט אור אינפרא-אדום ומבצע מיקום סטריאו באמצעות מצלמה כפולה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: עקרונות העבודה של מערכת הניווט בעמוד השדרה. תהליך היישום של המערכת כולל בקרת רובוטים, ממשק משתמש, חישה אופטית נא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: מערכת ניווט שידרה, כולל handpiece, מערכת מעקב אופטי, תחנת עבודה רובוטית, וערכת הניווט. (כלומר, בדיקה) אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: דיאגרמת סכמטית של תצורת חדר ניתוח, משתמשים חייבים להפנות לתרשים סכימטי להקים את ה-PSNS בחדר הניתוח. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 5: ממשק מעקב DRF בתוכנה. משתמשים יכולים לאשר את המצב הנוכחי של כל ה-DRFs בהתאם לתצוגה בממשק. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 6: דיוק הרישום ממשק אימות בתוכנה. השתמש בגשוש כדי לבחור תכונה אנטומית מסוימת (כגון תהליך spinous, תהליכים רוחבי, היבט משותף) באזור כירורגי בפועל, ואת המערכת יחשב את המרחק מן הבדיקה בדיקה לתכונה אנטומית כהתייחסות לדיוק. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 7: ממשק ניווט בתוכנה. באמצעות מודל העצם המשוחזר 3D ובורג הריקשה וירטואליזציה כדי לספק הדרכה לנתיב הכירורגי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 8: סריקות CT שלאחר הניתוח העריכו על פי הסיווג של גרציין ורובינס עם דוגמה של כיתה א' (א), כיתה ב' (ב) וכיתה E (ג)14. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
מאז 1990, היו התפתחויות מהירות ביישומים כירורגיים הכרוכים בשימוש של רובוטים. הטכנולוגיות הרובוטיות הזמינות ממוטבות, וכתוצאה מכך משופר הדיוק, התגברות על רעידות בידי האדם, ומופחתת זמני התאמה והרשמה של מערכות ניווט15. היתרונות של סיוע רובוט כירורגי כוללים: (1) סטנדרטיזציה מיידית ללא תהליכי למידה ממושכת; (2) מנתחים יכולים בדיוק לעקוב אחר תוכנית טרום הניתוח, אשר על גבי התמונה מבוססת CT באמצעות ממשק המשתמש; (3) הפחתת חשיפת הקרינה למנתחים ולצוות התפעול; ו (4) משופר הדיוק, במיוחד בעוד מול אנטומיה מורכבת או ניתוח תיקון מסובך.
למרות השימוש המקובל בברגים, שיטות ההשמה החופשיות באופן חופשי תלויות בעיקר באתרים אנאטומיים, במדריכים לתמונה ובחווית המנתחים. גם עם מנתחים מנוסים, השתל מלריה שיעורי הם בטווח של 5.1 – 31%, כפי שמתואר במחקרים סקירה מרובים3,16. מנתחים רבים לקבל סטיות בין 2 ו 3 מ"מ תוך הערכת הדיוק של תנוחות בורג, כמו שיעור סטייה זה לעתים נדירות הופך סימפטומטי. Lonstein ואח ' דיווחו כי 5.1% של 4,790 ברגים פרצו עצם קליפת העצמות במחקר מטה ניתוח שלהם, ו כ 0.2% אלה גרמו סימפטומים נוירולוגיים17. בנוסף, אפילו סטיות מינורי בורג עלול לגרום לתסמינים ומנתחים יכול להיות ההסס לפעול שוב. לכן, מגוון גדול של מערכות מציע הדרכה תמונה בעמוד השדרה כגון ניווט אלקטרומגנטי, הפנים-3D fluoroscopy ו-CT ניווט, מסגרות התייחסות פרעורית, ו רובוטיים ניתוח מונחה נמצאים תחת מחקר או בשימוש קליני. טכנולוגיות אלה מאפשרות למנתחים לקבוע תוכניות ביצוע מדויקות לפני הניתוח והפנים-אופרטיביות, כולל אורך וקוטר בורג, אפילו בנוכחות מומים חמורים וחוסר ציוני דרך אנטומיים.
השימוש במיקומי ברגים מבוססי-רובוטים מעודד בשל הדיוק של עד 98.3%12. למרות הדיוק הכולל הכללי של הצבת בורג בריקשה תחת PSNS, מערכת הרובוט נכשל רישום כראוי 10 – 20% מהתנאים במהלך הבדיקות שלנו. בתנאים של מידה גבוהה של עקמומיות, השמנת יתר, אוסטאופורוזיס, התרופפות של חומרה שהונחו בעבר במהלך ניתוח מהדורה, הדמיה פלואורוסקופי באיכות ירודה של הגוף, מגבלות פיזיות של הרחבה handpiece, כשל המכשיר, תנועה מכנית, בעיות טכניות, עלול לגרום לקשיים עם הרישום עשוי לדרוש חזרה למיקום בורג ביד חופשית מנתחים השדרה צריך להחזיק ניסיון כירורגי מסורתי כדי לקבוע אם מערכת הניווט פועל כראוי ולהיות מסוגל לעבור לניתוח המסורתי אם המערכת רובוטית להיכשל. בנוסף, כיום, PSNS מצוין עבור השתלת בורג thoracolumbar, ואת הדיוק של מערכת זו היא 2 מ"מ. בניתוח קליני, סובלנות השגיאה של השתלת בורג צוואר הרחם היא כ 0.2 – 0.5 מ"מ; לכן, מערכת זו אינה מתאימה לניתוח צוואר הרחם כיום.
PSNS המורכב handpiece ניתן להשתמש בשילוב עם כלים כירורגיים כדי לקדוח ישירות לתוך החוליה. טביעת הרגל של המכשיר קטנה ותופסת מקום קטן בחדר הניתוח. תכונות אלה שונים ממערכות ניווט רובוטי השדרה אחרים, ביצוע ניתוח ניווט השדרה גמיש יותר ונוח עבור מנתחים. PSNS מורכב רישום תמונה והתאמת, טכנולוגיה רובוטית וניווט, וייצור ציוד מדויק. המערכת מסתמכת על רכיבים אלה הפועלים יחד כהלכה כאשר שגיאות עלולות להתרחש אם אחד מהרכיבים הללו נכשל. המיקום המרחבי של האנטומיה באתר הכירורגי יהיה קבוע יחסית לאחר הרכישה של התמונות. גורמים כגון הפרעה רקמות רכות מוגזם, ביטול דחיסה או האוסטטומיה, ניתוחים מקטע ארוך מעל 3 חוליות, או כמות הנפח של הנשימה הנשימתית עלול לגרום לסטיות הניווט. אם המנתח חושד בסטייה הניווט, ניתן להשתמש בגשוש כדי לבחור את ציוני הדרך האנטומיים לאישור (למשל, תהליך spinous או מפרקים היבט). אם המיקום נכון, הפעולה יכולה להימשך. עם זאת, אם המיקום שגוי, חלק מהגורמים והפתרונות האפשריים הם כדלקמן: (1) מסגרת ההפניה הדינאמית fiducial מסגרת מועברת במהלך הפעולה. המנתח צריך להגביל את ההפניה הדינמית מסגרת fiducial ורישום שוב. (2) יש הזחה יחסית בין המבנים האנטומיים, כגון לאחר תיקון עיוות, שנגרם על ידי המבצע. המנתח צריך לסרוק מחדש את fluoroscopy כדי להשיג תמונות חדשות לניתוח. על פי מחקרים שפורסמו בעבר, מערכות ניווט בסיוע רובוט יכולים להפחית את הזמן שנלקח עבור כל הכנסת בורג הריקשה; עם זאת, הזמן הפעיל עולה בשל ההתקנה הרובוט רישום10.
מספר מגבלות של ניתוח בסיוע הרובוט עדיין קיים, כגון הרישום בעיות כולל קושי גישה לנקודת הציון, אי התאמה בניתוח פולשני מינימלית זמן רב, חולים נחשפים קרינה נוספת, כלים skiving ינג עקב חוסר משוב חי-הפנים, השפעה על הכשרה עמוד השדרה המסורתי, התלות בטכנולוגיה, עלויות גבוהות. PSNS יש מגבלות מסוימות: הראשון, המנתח צריך לבלות זמן כדי ללמוד את מערכת PSNS ביסודיות; שנית, זה כבד. שהמנתחים יחזיקו אותו הצוות שלנו יתמקד להפוך את עקומת למידה המשתמש קל יותר לספק זרוע תומכת להפחתת המשקל של handpiece. עם זאת, אנו מאמינים כי יש התפתחויות רציפות במערכות ניווט בסיוע רובוטי, אשר יש פוטנציאל לשיפור תוצאות כירורגי.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
פוינט רובוטיקה MedTech Inc מועסקים סופרים צ'יו-יון שיאו, Chih-ווי צ'ן, האו-קאי צ'ו, ו צ'אן יו סונג. מחקר זה היה נתמך חלקית על ידי פוינט רובוטיקה MedTech Inc., אשר סיפק את מערכת הרובוט. המחברים מצהירים כי מערכת ניווט הנקודה בעמוד השדרה (PSNS) המוערך במחקר זה הוא מוצר בפיתוח.
Acknowledgments
מחקר זה היה נתמך חלקית על ידי פוינט רובוטיקה Medtech התאגדות, אשר סיפק את מערכת הרובוט. הפונדר סיפק תמיכה בצורה של משכורות עבור X.Y. קסיאו, סי-וו צ'ן, ה-צ'ו-צ'או, ו-C.Y. סונג, אך לא היה לו תפקיד נוסף בעיצוב המחקר, איסוף נתונים וניתוח, החלטה לפרסם, או הכנת כתב היד.
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
- Verma, K., Boniello, A., Rihn, J. Emerging techniques for posterior fixation of the lumbar spine. Journal of the American Academy of Orthopaedic Surgery. 24 (6), 357-364 (2016).
- Gaines, R. W. The use of pedicle-screw internal fixation for the operative treatment of spinal disorders. The Journal of Bone and Joint Surgery-American. 82 (10), 1458-1476 (2000).
- Dede, O., Ward, W., Bosch, P., Bowles, A., Roach, J. Using the freehand pedicle screw placement technique in adolescent idiopathic scoliosis surgery: what is the incidence of neurological symptoms secondary to misplaced screws. Spine. 39 (4), 286-290 (2014).
- Costa, F. Erratum: Radiation exposure in spine surgery using an image-guided system based on intraoperative cone-beam computed tomography: analysis of 107 consecutive cases. Journal of Neurosurgery: Spine SPI. 26 (4), 542 (2017).
- Stuer, C., et al. Robotic technology in spine surgery: Current applications and future developments. Intraoperative Imaging. 109, 241-245 (2011).
- Devito, D. P., et al. Clinical acceptance and accuracy assessment of spinal implants guided with SpineAssist surgical robot: retrospective study. Spine. 35 (24), 2109-2115 (2010).
- Fan, Y., et al. Radiological and clinical differences among three assisted technologies in pedicle screw fixation of adult degenerative scoliosis. Scientific Reports. 8 (1), 890 (2018).
- Kantelhardt, S. R., et al. Perioperative course and accuracy of screw positioning in conventional, open robotic-guided and percutaneous robotic-guided, pedicle screw placement. European Spine Joutnal. 20 (6), 860-868 (2011).
- Verma, R., Krishnan, S., Haendlmayer, K., Mohsen, A. Functional outcome of computer-assisted spinal pedicle screw placement: a systematic review and meta-analysis of 23 studies including 5,992 pedicle screws. European Spine Journal. 19 (3), 370-375 (2010).
- Ghasem, A., Sharma, A., Greif, D., Alam, M., Maaieh, M. The Arrival of Robotics in Spine Surgery: A Review of the Literature. Spine. 43 (23), 1670-1677 (2018).
- Roser, F., Tatagiba, M., Maier, G. Spinal robotics: current applications and future perspectives. Neurosurgery. 72 (1), 12-18 (2013).
- Chen, H. Y., et al. Results of using robotic-assisted navigational system in pedicle screw placement. PLoS One. 14 (8), 0220851 (2019).
- NDI Medical. , Available from: https://www.ndigital.com/medical/products/polaris-vega (2020).
- Gertzbein, S. D., Robbins, S. E. Accuracy of pedicular screw placement in vivo. Spine. 15 (1), 11-14 (1990).
- Kim, T. T., Johnson, J. P., Pashman, R., Drazin, D. Minimally Invasive Spinal Surgery with Intraoperative Image-Guided Navigation. Biomed Research International. 2016, 5716235 (2016).
- Bailey, S. I., et al. The BWM spinal fixator system. A preliminary report of a 2-year prospective, international multicenter study in a range of indications requiring surgical intervention for bone grafting and pedicle screw fixation. Spine. 21 (17), 2006-2015 (1996).
- Lonstein, J. E., et al. Complications associated with pedicle screws. The Journal of Bone and Joint Surgery-American Volume. 81 (11), 1519-1528 (1999).
