En Spine Robotic-Assisteret navigationssystem til pedicle skrue placering

Summary

Denne artikel præsenterer en standardiseret kirurgisk teknik til robot-assisteret pedicle skrue placering ved hjælp af robot-assisteret navigationssystemer. Vi præsenterer en trinvis protokol og beskriver arbejdsgangen og forholdsreglerne i denne procedure.

Abstract

Pedicle skrue implantation har fremragende behandling effekter og bruges ofte af kirurger i spinal fusion kirurgi. Men på grund af kompleksiteten af den menneskelige krop anatomi, denne kirurgiske procedure er vanskelig og udfordrende, især i minimalt invasiv kirurgi eller patienter med medfødte anomalier og kyphoscoliosis deformitet. Ud over de ovennævnte faktorer, den kirurgiske erfaring og teknik kirurgen påvirker også inddrivelse satser og komplikationer af patienterne efter den kirurgiske operation. Derfor præcist udfører pedicle skrue implantation har, er et konstant emne af fælles interesse for kirurger og patienter. I de senere år er robotassisterede navigationssystemer gradvist blevet vedtaget med den teknologiske udvikling. Disse robot-assisterede navigationssystemer giver kirurger fuldstændig præoperativ planlægning før operationen. Systemet giver 3D rekonstruerede billeder af hver ryghvirvel, så kirurger til at forstå patientens fysiologiske egenskaber hurtigere. Det giver også 2D-billeder af sagittale, koronale, aksiale og skrå fly, så kirurger præcist kan udføre pedicle skrue placering plan.

Tidligere undersøgelser har vist effektiviteten af robot-assisterede navigationssystemer til pedicle skrue implantation procedurer, herunder nøjagtighed og sikkerhedsvurderinger. Denne trin-for-trin protokol har til formål at skitsere en standardiseret kirurgisk teknik note for robot-assisteret pedicle skrue placering.

Introduction

Inden for spinal kirurgi, spinal fusion kirurgi er en grundlæggende kirurgisk procedure, især posterior pedicle skruefiksering, som kan give tre-kolonne støtte af ryghvirvler og øge styrken af biomekanik; Således er det blevet en af de mest almindeligt anvendte kirurgiske procedurer¹. I mange tidlige undersøgelser, den kliniske effekt af posterior pedicle skrue implantation er blevet bekræftet, og det har været meget udbredt i kirurgi for mange forskellige spinal lidelser, såsom degenerative, traumatiske, og komplicerede spinal betingelser².

Men selv om den bageste lumbal spinal fusion kirurgi kan opnå fremragende behandling effekter, det er stadig risikabelt på grund af den menneskelige krop anatomi. Der er mange vitale vævstrukturer tæt på pedicle, såsom centralnervesystemet, nerve rødder, og vigtigste blodkar. Beskadigelse af disse væv under den kirurgiske procedure kan forårsage alvorlige komplikationer, såsom vaskulære skader, neurologiske underskud, eller skrue løsne^22,3. Desuden er kirurger og personale udsat for yderligere stråling, især i tilfælde af minimalt invasive spinal procedurer⁴. Kirurger kan opleve træthed og hånd rystelser efter langvarige og kedelige spinal kirurgi procedurer, såsom skrue placeringer, knogle osteotomi, og nerve dekompression⁵.

Den utilfredsstillende hastighed af pedicle skrue placering procedure nødvendiggjorde forslaget om en robot-assisteret navigationssystem, der skal anvendes i spinal operationer for at forbedre kirurgi nøjagtighed og patienternes sikkerhed. Flere undersøgelser af robot-assisterede navigationssystemer har vist forbedringer i sikkerheden, nøjagtigheden og præcisionen af pedicle skrue placering, samt nedsat stråling og operative gange^6,7,8,9,10. Men grundig skrue bane planlægning, præ-operative planlægning med billeder, omfattende robot system med fiksering enhed, og robot kontrol software stadig skal løses for at nå dette mål. Denne undersøgelse fokuserer på beskrivelsen af robotstrukturen og arbejdsgangen i et selvudviklet navigationssystem (dvs. pointspinenavigationssystemet (PSNS)) til robotassisterede pedicleskrueplaceringsoperationer.

Systembeskrivelse og kirurgisk protokol
PSNS består af en navigationsarbejdsstation, der omfatter følgende. (1) Der er en brugergrænseflade software ansvarlig for billedaflæsning gennem tre-dimensionelle (3D) genopbygning, præ-operative planlægning, rumlige kinematiske forhold beregning, og registrering. (2) PSNS anvender infrarøde optiske styresystemer til at spore kirurgiske robotters og patienters rumlige position. Det infrarøde optiske styresystem indeholder følgende komponenter: (i) en optisk tracker, der aktivt udsender infrarødt lys og udfører stereopositionering gennem et dobbeltkamera (Figur 1); ii) en markørkugle, hvis overflade har en reflekterende belægning med reflekterende egenskaber til præcis værktøjssporing og iii) et værktøj med en dynamisk referenceramme (DRF), der omfatter en base og fire markørkugler. For at undgå identifikationsfejl i sporingssystemet har hver enhed et unikt DRF-design og kan ikke deles med hinanden. Den anvendte DRF omfatter en basisramme (BF), der er fastgjort til bunden af håndstykket for at bekræfte håndstykkets position, en sluteffektramme (EF), der er fastgjort til enden af håndstykket for at bekræfte håndstykkets position, en fiducial ramme (FF), der er forankret på patientens knogle for at bekræfte patientens position, og en sonde, hvis spids bruges til at bekræfte målpositionen i 3D-rum. (3) Der er et håndstykke bestående af en seks graders frihed (DOF) Stewart platform, med den ene ende af robotten er udstyret med et betjeningsværktøj, der anvendes til boring af skruen sti. Håndstykket er en robot-assisteret navigationssystem, der hjælper kirurger mod nøjagtig placering af implantater, såsom pedicle skruer, eller positionering af kirurgiske værktøjer under spinal kirurgi. Bevægelsen af det kirurgiske mål spores, da robotten automatisk kompenserer for det korrekte mål. Robotten er designet som et semiaktivt system, der tilbyder kirurgisk værktøjsvejledning; den faktiske operation udføres dog af kirurger. Driftsprincippet og -udstyret er illustreret i figur 2.

PSNS er indiceret til procedurer, herunder, men ikke begrænset til, følgende prøveprocedurer: i) åben, minimalt invasiv eller perkutan spinalkirurgi; ii) spinalkirurgi sted for thorax, lænde, eller sakrale ryghvirvler; iii) efterfølgende spinal fusion for traumer, degenerative stenose sygdom, ustabilitet, spondylolisthesis, diskusprolaps diskusprolaps, tumor, infektion, eller spinal deformitet korrektion; iv) placering af midlertidige eller permanente anordninger, såsom k-ledninger eller nåle, under udførelse af vertebroplasty, eller enten transforaminal eller interlaminar perkutan endoskopisk lumbal discectomy; og (iv) knoglemarvsudskillelse, herunder ablation af osteoid osteomeller tumorbiopsi, hvor robotten dirigerede nåle eller guideledninger til en given vertebrale placering. Denne procedure er kontraindiceret for dem med en manglende evne til at tolerere anæstesi, kirurgisk procedure, eller når tilfredsstillende navigationsbilleder ikke er blevet erhvervet.

Bemærk, at operationen personale, herunder neurokirurger og ortopædiske kirurger, skal have licens og uddannet i vejledende kurser. Alle procedurer for betjening af robotten under operationen skal følge de anbefalede standardiserede procedurer for at undgå at forårsage skade på patienten eller kirurgen. Kirurger skal have konventionel kirurgisk erfaring for at sikre, at det er muligt at skifte tilbage til konventionelle kirurgiske instrumenter og fuldføre operationen, når det fastslås, at navigationen er unøjagtig, baseret på kirurgernes anatomiske viden.

Protocol

Alle procedurer, der blev fulgt, var i overensstemmelse med de etiske standarder i National Taiwan University Hospital (NTUH) Research Ethics Committee (REC) og Helsinki-erklæringen fra 1975 (i den senest ændrede udgave). Der skal indhentes informeret samtykke fra alle patienter, hvis der forberedes yderligere kliniske forsøg.

BEMÆRK: Anæstesiproceduren kan kategoriseres i tre trin: præoperativ vurdering af patienten, intraoperativ behandling og postoperativ behandling. Under præoperativ evaluering skal alle patientdata, herunder grundig historie og fysisk undersøgelse, indsamles, og personalet bør anerkende patientcomorbiditeter, og hvordan de relaterer til patientens anæstesipleje. En grundig luftveje eksamen bør udføres, og personalet bør være opmærksomme på de bedøvelsesmiddel muligheder for at formulere en grundlæggende anæstesi pleje plan. Under intraoperativ behandling, bør anæstesiologen kontrollere de grundlæggende funktioner i anæstesi maskinen, og anvende grundlæggende fysiologiske skærme anbefalet af American Society of Anæstesiologer, som omfatter en puls oximeter, elektrokardiografi, en noninvasive blodtryk enhed, og en temperaturmonitor, luftvejshåndtering muligheder, pharmacology af induktionsmidler, og indikationer under anæstesi induktion. Intraoperative hændelser, såsom hypotension, hypertension, hypoxi, og oliguri, skal anerkendes, evalueres, og forvaltes. Derudover skal personalet genkende, når patienten opfylder ekstubationskriterierne.

1. Præoperativ indstilling og planlægning

BEMÆRK: Under operationen bør sterile kirurgiske gardiner anvendes for at forhindre kontakt med uforberedte overflader og til at opretholde kirurgisk sted sterilitet af de miljømæssige overflader, udstyr og patientens omgivelser. For at reducere risikoen for patogenoverførsel til både patienter og det kirurgiske team, bør sterile kirurgiske kjoler bæres over krat dragter af driftsteamet under operationen.

1. Fjern alle komponenter, der kan påvirke fluoroskopi fra operationsstedet; dette afhænger af den kirurgiske plan i henhold til den enkelte patient.
2. Anbring patienten i en udsat stilling efter administration af anæstesi og forbered sig som pr kirurgiske krav.
   BEMÆRK: Alle anæstesiprocedurer skal udføres under tilsyn af en anæstesilæge, og hver plan skal justeres i henhold til den enkelte patient.
3. Rengør og steriliser patientens kirurgiske sted.
4. Dæk OP-stedet på patientens kirurgiske sted.
5. Anbring den sterile kirurgiske drapere på patienten, undtagen på operationsstedet.
6. Forankre FF til patienten; brugere kan vælge en af følgende to metoder i henhold til deres behov.
   1. Forankring til iliaca knoglen (gældende kirurgisk sted: L5 eller S1).
      1. Anbring to perkutane ledninger (Φ = 1,5 mm) på den bageste iliaca-kam og kontroller indgangspunktet under fluoroskopi. Gentag trinnet, hvis kirurgen er bekymret for indgangspunktet. Marker indgangspunktet ved hjælp af en markørpen.
      2. Sæt den første perkutane stift (Φ = 5 mm, L = 140 mm) ind i patientens bageste iliaca kam ved hjælp af en boremaskine (1000 RPM).
      3. Placer FF sammen med den første perkutane pin. Juster FF, indtil det genkendes af det optiske sporingskamera. Fastgør FF til den første perkutane pin ved hjælp af en skruetrækker.
      4. Sæt den anden perkutane stift (Φ = 5 mm, L = 140 mm) sammen med et hul på FF ved hjælp af en boremaskine (1000 RPM). Fastgør skruen på FF til den anden perkutane pin ved hjælp af skruetrækker.
         BEMÆRK: Ifølge manualen for det optiske sporingssystem kan markørkuglen identificeres inden for 3 m fra den optiske tracker.
   2. Forankring til den aktuelle eller tilstødende vertebrale spinøse proces med en klemme gældende kirurgisk sted: thorax, lænde, eller sakrale ryghvirvler.
      1. Anbring en ledning (Φ = 1,5 mm) på patientens ryg som reference under fluoroskopi. Tjek det kirurgiske felt under fluoroskopi. Gentag trinnet, hvis kirurgen er bekymret for det kirurgiske område. Marker det kirurgiske felt ved hjælp af en markørpen.
      2. Incise hudvæv på kirurgisk område ved hjælp af en kirurgisk skalpel. Fastgør FF til spinous proces ved hjælp af en skruetrækker. På grund af forskellen i knoglemineraltæthed, har kirurgen afgøre, om FF er forankret på spinøs proces fast.
7. Kontroller, om udstyret og komponenterne i PSNS er forberedt, herunder håndstykket, det optiske sporingssystem, robotarbejdsstationen og navigationsværktøjskassen (dvs. sonden) (figur 3 og figur 4).
   BEMÆRK: Undgå at forstyrre det kirurgiske personale; Undgå at blokere det optiske sporingskamera. Sørg for, at trackeren er stabil og genkendes af det optiske sporingssystem. Steriliser navigationsværktøjssættet, og læg den på operationsbordet.

2. Geografisk mærkning og registrering

1. Overfør patientens præoperative CT-billeder til systemet via DVD eller USB og beskære billedstørrelsen for at justere retningen baseret på kirurgiske behov. Systemet giver virtuelle kirurgiske guidede billeder, herunder sagittal, koronale, aksiale og skrå fly, og tilpassede 3D rekonstruktioner for hver ryghvirvel.
2. Da PSNS-softwaren giver mærkningsgrænsefladen, skal kirurgen bede kirurgen om at mærke hver ryghvirvel med den anterior-bageste visning og laterale visning, idet intervertebrale disken differentieres for at få identificeret de efterfølgende trin.
3. Vælg den optimale skruelængde og implantatdimensioner baseret på enhedens software.
4. Planlæg skruens optimale positionering og bane baseret på 3D- og multiplanbilledrekonstruktionen af den præoperative CT-scanning.
5. Kontroller, om alle de planlagte skruer er korrekte og hensigtsmæssige.
6. Indtast DRF-overvågningsgrænsefladen i PSNS-softwaren, der præsenterer flere planvisninger (omfatter 3D-volumen og tre tværsnitsplaner på siden). Alle DRF'er skal være inden for det optiske sporingssystems synsområde (i henhold til brugervejledningen er det anbefalede bedste genkendelsesområde område B.) Når DRF-vektorpilen, der angiver trackeren, vises på brugergrænsefladen, genkendes den løbende af sporingssystemet (figur 5).
7. Udfør en subperiosteal dissektion bilateralt langs spinous proces, laminae ud til spidsen af de tværgående processer på alle niveauer. Fjern facet ledkapsler til at udsætte leddene. Anvendelse af selvbevarede retraktorer hjælper med at blive udsat for ryghvirvler ved at holde muskulaturen ud til siden.
8. Udfør registreringsprocedurer, herunder registrering af landemål og overfladematchning. Følg sekvensen nedenfor for at sikre, at registreringsresultatet er korrekt.
   1. Skelsættende registrering
      1. Vælg mindst fire ikke-coplanar feature points (såsom spinous proces, laminar, og den tværgående proces) på patientens præ-operative 3D rekonstruktion CT-billeder.
      2. Brug sondens spids til at holde kontakten med det første funktionspunkt, der er valgt i trin 2.8.1.1 i det faktiske kirurgiske område.
      3. Tryk på knappen til valg af sonde på softwaregrænsefladen for at bekræfte adgangspunktet.
      4. Gentag trin 2.8.1.2-2.8.1.3, indtil de fire funktionspunkter, der er valgt i trin 2.8.1.1, bekræftes.
      5. Tryk på beregningsknappen på softwaregrænsefladen. systemet vil beregne resultatet af den skelsættende registrering og præsentere det i softwaregrænsefladen.
      6. Godkendelseskriterierne for registreringsnøjagtigheden skal opfylde behovene hos de kliniske indikationer (<5 mm). Hvis resultatet ikke er tilfredsstillende, gentages trin 2.8.1.1-2.8.1.5, indtil registreringsresultatet opfylder godkendelseskriterierne.
         BEMÆRK: Sørg for, at gyldigheden af at bruge sonden til at indhente positionsoplysninger om knogleoverfladen, såsom at fjerne det bløde væv på knogleoverfladen og undgå dinglende af sondespidsen, når der indsamles punkter.
   2. Tilpasning af overflade
      1. Brug sondespidsen til løbende at komme i kontakt med et hvilket som helst punkt på knogleoverfladen i det faktiske kirurgiske område.
      2. Tryk på knappen til valg af sonde på softwaregrænsefladen for at bekræfte adgangspunktet
      3. Flyt sonden (gør sonden anderledes end det forrige valgpunkt), og gentag trin 2.8.2.1-2.8.2,2, indtil mindst 50 plukpunkter er fuldført.
      4. Tryk på beregningsknappen på softwaregrænsefladen. systemet vil beregne overfladematchningsresultatet og præsentere det på softwaregrænsefladen.
      5. Godkendelseskriterierne for registreringsnøjagtigheden skal opfylde behovene hos de kliniske indikationer (<0,5 mm). Hvis resultatet ikke er tilfredsstillende, gentages trin 2.8.2.1-2.8.2.4, indtil registreringsresultaterne opfylder godkendelseskriterierne.
9. Brug sonden til at vælge tydelige anatomiske landemærker (f.eks. spinøse processer, tværgående processer, facetled) af det faktiske kirurgiske område til bekræftelse, når registreringsresultatet er accepteret (figur 6).
   BEMÆRK: Passende refleksion og modtagelse af det infrarøde lys skal opretholdes under operationen. Hvis det optiske sporingssystem ikke kan genkende markørerne, viser softwaregrænsefladen en påmindelse om rødt lys. Kameraet skal justeres således, at det kirurgiske felt er i centrum af kameraets detektionsområde, og trackeren skal beskyttes mod lys og blod.

3. Robot samling og bevægelse

1. Dæk håndstykket med sterilisationsgardiner, og installer de kirurgiske instrumenter på robotten (f.eks. trokar (Φ = 5 mm) og k-pin (Φ = 1,8 mm)).
2. Håndstykkets vinkel og placering justeres i rummet i overensstemmelse med følgende instruktioner (trin 3.2.1-3.2.2), så håndstykket er inden for kompensationsområdet (inden for en afstand af en centimeter og en medfølgende vinkel på 4 grader fra den planlagte sti).
   1. Vinkeljustering: Drej vinklen på håndstykket i rummet, så de to cirkler, der repræsenterer vinklen på håndstykket, falder sammen på softwaregrænsefladen.
   2. Stillingsjustering: Vandret og lodret flytte placeringen af håndstykket i rummet, således at de prikker, der repræsenterer placeringen af håndstykket på softwaregrænsefladen, er justeret med indgangspunkterne på den planlagte kurve.
      BEMÆRK: Når trin 3.2.1 & 3.2.2 er afsluttet samtidig, aktiverer håndstykket automatisk den aktive kompensationsfunktion for at bevare instrumentets vinkel og position, så det er i overensstemmelse med den forudplanlagte sti (figur 7).
3. Bestem robottens driftsstatus ved at bedømme markørfarven på den robot, der vises på brugergrænsefladen. Hvis den er grøn, kan den betjenes, hvis den er rød, kan den ikke betjenes.
   BEMÆRK: Hvis håndstykket kommer i kontakt med patienten eller de omgivende forhindringer, kan kirurgen eller teknikeren trykke på en nødstopknap, der er placeret over navigationsanlægget. Der skal udføres regelmæssig vedligeholdelse af robotten. Platformen skal kalibreres igen for kinematikparametrene efter 250 anvendelser. Trokaret og k-pin'en skal kasseres efter en enkelt anvendelse.

4. Pedicle forberedelse og skrue indsættelse

1. Håndstykkets borefunktion aktiveres, og instrumenterne, der er monteret på forenden (herunder K-pin: Φ = 1,8 mm og trokar: Φ = 5 mm), bores ind i patientens krop langs den planlagte sti.
2. Brug c-armen til at bekræfte placeringen af k-pin og trocar.
3. Hvis k-pin- og trokarpositionerne ikke er korrekte under fluoroskopi, skal k-pin-stiften og trokaret fjernes. Derefter bores håndstykket igen i pediklen, indtil k-pin-stiften og trokarindsaten indsættes i udsatte positioner under fluoroskopi (se punkt 4.3.1-4.3.2).
   1. Under AP-visning skal du afgøre, om instrumentet er placeret i det ovale område, der dannes af pedicleen i perspektivbilledet.
   2. Under LAT-visning skal det afgøres, om instrumentet er inden for pediklens og ryghvirvlernes rækkevidde.
4. Udskift K-pin og trocar med guidewires (Φ = 1,5 mm, L = 400 mm), når positionerne er passende.
5. Sæt pedikleskruen gennem guidewires.
6. Gentag trin 4.1-4.4 for at fuldføre alle kirurgiske planlægningsveje.
   BEMÆRK: Hvad angår postoperativ behandling, skal patienterne monitoreres i post-anæstesigenvindingsenheden (PACU), og de postoperative analgesimuligheder bør vælges. De grundlæggende PACU begivenheder, såsom kvalme, smerte, hypotension, hypertension, og hypoxi, bør evalueres. Derudover bør personalet genkende, når patienten opfylder kriterierne for PACU udledning.

Representative Results

Sikkerheden og nøjagtigheden af robotassisterede pedicleskrueplaceringer er blevet behandlet i flere undersøgelser^6,11. Vi matcher ryghvirvlerne med præoperative planlægningsbilleder under et optisk sporingssystem i den foreslåede metode. Efter bestemmelse af den planlagte kirurgiske vej blev disse oplysninger overført til håndstykket gennem håndstykkets kontrolenhed. Navigationssystemet integrerer sporingsoplysningerne og viser dem på skærmen under operationen. Desuden viser skærmen optagelsesvejen på rygsøjlen og instrumenternes positioner.

I vores tidligere undersøgelse^12,en lav samlet skrue fejlposition på 1,7% fra i alt 59 skruer blev placeret på 30 svin ryghvirvler gennem PSNS blev påvist (Figur 8). Kirurgiske procedurer foregik problemfrit, mens du bruger PSNS og disse 59 pedicle skruer blev vurderet af postoperative CT-scanninger. 51 skruer (86.4%) faldt i gruppe A, 7 skruer (11,9%) faldt i gruppe B, og 1 skrue (1,7%) faldt i gruppe E i henhold til Gertzbein-Robbins klassificering¹². Ingen spinal kanalen perforeringer eller skader på andre større fartøjer blev fundet, og alle pedicle skruer blev indsat i den sikre zone. Vi registrerede data om spidsens position med en frekvens på 60 Hz, og en lineær regressionskurve blev beregnet med det optiske sporingssystem under operationen. Forskelle, herunder vinkel, korteste afstand, og indgangspunkt mellem den faktiske pedicle skrue position og præoperative planlægning sti blev også registreret¹².

Figur 1: Arbejdsprincippet for optisk sporingssystem¹³. Den optiske tracker udsender aktivt infrarødt lys og udfører stereopositionering via dobbelt kamera. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 2: Arbejdsprincipper for rygsøjlenavigationssystem. Anvendelsesprocessen af systemet omfatter robot kontrol, brugergrænseflade, og optisk sensing Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 3: Spine navigationssystem, herunder håndstykke, optisk sporingssystem, robot arbejdsstation, og navigation værktøjskasse. (dvs. sonde) Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 4: Skemadiagram over konfiguration af operationsrum skal brugerne henvise til det skematiske diagram for at konfigurere PSNS på operationsstuen. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 5: DRF overvågning interface i softwaren. Brugerne kan bekræfte den aktuelle status for alle DRF'er i henhold til displayet på grænsefladen. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 6: Grænsefladen til verifikation af registreringsnøjagtighed i softwaren. Brug sonden til at vælge en specifik anatomisk funktion (såsom spinøs proces, tværgående processer, facetled) i det faktiske kirurgiske område, og systemet vil beregne afstanden fra sondespidsen til den anatomiske funktion som reference for nøjagtighed. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 7: Navigationsgrænseflade i softwaren. Ved hjælp af en 3D rekonstrueret knogle model og virtualiseret pedicle skrue til at give vejledning til den kirurgiske vej. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 8: Postoperative CT-scanninger vurderet i henhold til Gertzbein- og Robbins-klassifikationen med et eksempel på klasse A (a), klasse B (b) og klasse E c)¹⁴. Klik her for at se en større version af dette tal.

Discussion

Siden 1990 har der været en hurtig udvikling inden for kirurgiske anvendelser, der involverer brug af robotter. De tilgængelige robotteknologier er blevet optimeret, hvilket resulterer i forbedret nøjagtighed, overvinde rysten i menneskelige hænder, og reduceret matchning og registreringstider af navigationssystemer¹⁵. Fordelene ved kirurgisk robot bistand omfatter: (1) øjeblikkelig standardisering uden langvarige indlæringsprocesser; 2) kirurger kan nøje følge den præoperative plan, som er overlejret på et CT-baseret billede gennem brugergrænsefladen 3) reduktion af strålingseksponeringen for kirurger og driftspersonale og (4) forbedret nøjagtighed, især mens de står over for komplekse anatomi eller kompliceret revision kirurgi.

På trods af den bredt accepterede brug af pedicle skruer, afhænger frihåndspedicle placering teknikker i høj grad af anatomiske landemærker, billedguider og kirurgernes erfaring. Selv med erfarne kirurger, implantatet malposition satser er i intervallet 5.1-31%, som beskrevet i flere gennemgang undersøgelser^3,16. Mange kirurger accepterer afvigelser mellem 2 og 3 mm, mens de vurderer nøjagtigheden af skruepositioner, da denne afvigelseshastighed sjældent bliver symptomatisk. Lonstein et al. rapporterede, at 5,1% af 4.790 skruer overtrådt kortikale knoglen i deres meta-analyse undersøgelse, og ca 0,2% af disse forårsagede neurologiske symptomer¹⁷. Derudover kan selv mindre skrueafvigelser resultere i symptomer, og kirurger kan være tilbageholdende med at operere igen. Derfor er en lang række systemer, der tilbyder spinal image vejledning såsom elektromagnetisk navigation, intra-operative 3D fluoroskopi og CT navigation, perkutanreferencerammer, og robot-guidet kirurgi er under forskning eller i klinisk brug. Disse teknologier gør det muligt for kirurger at bestemme præcise præoperative og intraoperative udførelsesplaner, herunder pedicleskruelængde og -diameter, selv i overværelse af alvorlige deformiteter og mangel på anatomiske landemærker.

Brugen af robot-assisteret pedicle skrue placeringer er opmuntrende på grund af dens nøjagtighed på op til 98,3%¹². På trods af den samlede høje nøjagtighed af pedicle skrue placering under PSNS, robotsystemet undladt at tilstrækkeligt registrere 10-20% af forholdene under vores test. Under forhold som høj grad af krumning, fedme, osteoporose, lempelse af tidligere placeret hardware under revision kirurgi, dårlig kvalitet intra-operative fluoroskopisk billeddannelse, fysiske begrænsninger af håndstykket extensibility, enhedsfejl, mekanisk bevægelse, og tekniske problemer, kan resultere i problemer med registreringen og kan kræve at vende tilbage til en frihåndspedicle placering. Rygkirurger bør have traditionel kirurgisk erfaring til at afgøre, om navigationssystemet fungerer hensigtsmæssigt og være i stand til at skifte til traditionel kirurgi, hvis robotsystemet svigter. Derudover er PSNS i øjeblikket indiceret til thoracolumbar pedicle skrueimplantation, og nøjagtigheden af dette system er 2 mm. Ved klinisk kirurgi er fejltolerancen for cervikal pedicleskrueimplantation ca. 0,2-0,5 mm; Dette system er således ikke egnet til cervikal kirurgi på nuværende tidspunkt.

PSNS bestående af et håndstykke kan bruges i kombination med kirurgiske værktøjer til direkte at bore ind i ryghvirvlerne. Enhedens fodaftryk er lille og optager lidt plads på operationsstuen. Disse funktioner er forskellige fra andre navigation robot spinal kirurgi systemer, hvilket gør spinal navigation kirurgi mere fleksibel og bekvemt for kirurger. PSNS består af billedregistrering og -matching, robot- og navigationsteknologi samt præcis fremstilling af udstyr. Systemet er afhængigt af, at disse komponenter arbejder sammen korrekt, da der kan opstå fejl, hvis en af disse komponenter svigter. Den rumlige positionering af anatomien på operationsstedet vil være relativt fast, når billederne er erhvervet. Faktorer som overdrevent bløddelsforstyrrelser, dekompression eller osteotomi, lange segmentoperationer over 3 ryghvirvler eller mængden af respiratorisk tidevandsvolumen kan forårsage navigationsafvigelser. Hvis kirurgen har mistanke om en navigationsafvigelse, kan sonden bruges til at vælge de anatomiske landemærker til bekræftelse (f.eks. spinøse processer eller facetsamlinger). Hvis positionen er korrekt, kan handlingen fortsætte. Hvis positionen er forkert, er nogle mulige årsager og løsninger dog følgende: (1) Den dynamiske referenceramme-fiducialramme flyttes under operationen. Kirurgen bør begrænse den dynamiske referenceramme-fiducial ramme og registrering igen. (2) Der er relativ forskydning mellem de anatomiske strukturer, såsom efter deformitetkorrektion, forårsaget af operationen. Kirurgen bør scanne fluoroskopien igen for at få nye billeder til operation. Ifølge tidligere offentliggjort forskning, robot-støttede navigationssystemer kan reducere den tid, det tager for hver pedicle skrue indsættelse; den udløsende tid stiger dog som følge af robotopsætningen og^{registreringen 10}.

Der findes stadig flere begrænsninger for robotassisteret kirurgi, såsom registreringsproblemer, herunder problemer med at få adgang til skelsættende, uforenelighed i minimalt invasiv kirurgi og tidskrævende, at patienter udsættes for yderligere stråling, værktøjsskiving på grund af manglende live-intraoperativ feedback, indvirkning på traditionel rygsøjletræning, afhængighed af teknologi og høje omkostninger. PSNS har visse begrænsninger: For det første skal kirurgen bruge tid på at lære PSNS-systemet grundigt; for det andet er det tungt for kirurgerne at holde den. Vores team vil fokusere på at gøre brugerens indlæringskurve lettere og give en støttearm til at reducere vægten af håndstykket. Ikke desto mindre mener vi, at der er en løbende udvikling inden for robotassisterede navigationssystemer, som har potentiale til at forbedre kirurgiske resultater.

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