Una tecnica di fissaggio a vite transiliac-transsacrale transiliaca transsacrale assistita da sistema robotico teleoperato
Summary
Il fissaggio a vite transiliaco-transsacrale transiliaco transiliaco assistito da sistema robotico teleoperato è una tecnica fattibile. I canali a vite possono essere implementati con elevata precisione grazie all’eccellente libertà di movimento e stabilità dei bracci robotici.
Abstract
La fissazione della vite transiliaca-transsacrale è impegnativa nella pratica clinica poiché le viti devono sfondare sei strati di osso corticale. Le viti transiliache-transsacrali forniscono un braccio di leva più lungo per resistere alle forze di taglio verticali perpendicolari. Tuttavia, il canale della vite è così lungo che una piccola discrepanza può portare a lesioni neurovascolari iatrogene. Lo sviluppo di robot medici ha migliorato la precisione della chirurgia. Il presente protocollo descrive come utilizzare un nuovo sistema robotico teleoperato per eseguire il fissaggio transiliaco-transsacrale della vite. Il robot è stato azionato a distanza per posizionare il punto di ingresso e regolare l’orientamento del manicotto. Le posizioni delle viti sono state valutate utilizzando la tomografia computerizzata postoperatoria (TC). Tutte le viti sono state impiantate in modo sicuro, come confermato utilizzando la fluoroscopia intraoperatoria. La TC postoperatoria ha confermato che tutte le viti erano nell’osso spugnoso. Questo sistema combina l’iniziativa del medico con la stabilità del robot. Il controllo remoto di questa procedura è possibile. La chirurgia assistita da robot ha una maggiore capacità di mantenimento della posizione rispetto ai metodi convenzionali. A differenza dei sistemi robotici attivi, i chirurghi hanno il pieno controllo dell’operazione. Il sistema robotico è completamente compatibile con i sistemi di sala operatoria e non richiede apparecchiature aggiuntive.
Introduction
La prima applicazione robotica utilizzata in chirurgia ortopedica è stato il sistema ROBODOC impiegato nel 19921. Da allora, i sistemi chirurgici assistiti da robot si sono rapidamente sviluppati. La chirurgia assistita da robot migliora l’artroplastica potenziando la capacità del chirurgo di ripristinare l’allineamento dell’arto e la cinematica fisiologica dell’articolazione2. Nella chirurgia spinale, il posizionamento delle viti peduncolari utilizzando un robot è sicuro e accurato; Riduce anche l’esposizione alle radiazioni del chirurgo3. Tuttavia, gli studi sulla chirurgia assistita da robot sono stati limitati a causa dell’eterogeneità delle malattie ortopediche traumatiche. La ricerca esistente sulla chirurgia robotica per traumi ortopedici si concentra principalmente sulle viti articolari sacroiliache assistite da robot e sulla fissazione a vite pubica delle fratture dell’anello pelvico4, sulla fissazione a vite cannulata del collo del femore5, sul punto di ingresso e sui bulloni di bloccaggio distali nelle chiodature intramidollari 6,7, sulla riduzione delle fratture percutanee 8,9 e sul trattamento di pazienti gravemente feriti in campo militare10.
La tecnica della vite percutanea può essere eseguita utilizzando il supporto di navigazione 2D e 3D. Le viti sacroiliache, anteriore, posteriore, sopraacetabolare e magica sono le tecniche percutanee più comuni per i fatti pelvici e acetabolari11. La tecnica percutanea della vite transiliaca-transsacrale rimane impegnativa per i chirurghi. Per questa procedura sono necessari una comprensione dell’anatomia pelvica e della fluoroscopia a raggi X, un posizionamento accurato e la stabilità della mano a lungo termine. Il sistema robotico teleoperato può soddisfare bene questi requisiti. Questo studio utilizza un sistema robotico teleoperato per completare la fissazione percutanea transiliaca-transsacrale della vite per le fratture dell’anello pelvico. I dettagli e il flusso di lavoro di questo protocollo sono presentati di seguito.
Sistema robotizzato
Il Master-Slave Orthopaedic Positioning and Guidance System (MSOPGS) è composto principalmente da tre parti: il robot chirurgico (Slave Manipulator) con sette gradi di libertà (DOF), il Master Manipulator con force feedback e la console. Il sistema ha quattro modalità operative: trazione manuale, funzionamento master-slave, centro di movimento remoto (ROM) e emergenza. La Figura 1 mostra gli MSOPPGS; I suoi componenti principali sono brevemente descritti di seguito.
Il robot chirurgico (vedi Tabella dei materiali) è un manipolatore a sette DOF che è pre-certificato per l’integrazione in prodotti medici12. Il robot ha sensori di feedback di forza in grado di rilevare i cambiamenti di forza. Il braccio robotico può essere azionato manualmente o da remoto. Un sensore di coppia è installato sulla punta e mappato sul “Master Manipulator”, consentendo un feedback di forza in tempo reale. Il carico massimo sul braccio robotico è sufficiente per resistere alle forze dei tessuti molli e ridurre lo svolazzamento degli strumenti chirurgici. Il robot è collegato a una piattaforma mobile per acquisire un posto di lavoro operativo e garantire la stabilità. La base è collegata al “Master Manipulator” e al sistema operativo e può elaborare le istruzioni dal sistema operativo.
Il “Master Manipulator” è progettato per le industrie sanitarie per controllare con precisione il robot. Questo dispositivo offre sette DOF attivi, tra cui capacità di presa con feedback di forza ad alta precisione. Il suo effettore finale copre la gamma naturale di movimento della mano umana. Una strategia di controllo incrementale viene utilizzata per ottenere un controllo intuitivo del braccio robotico.
Il sistema operativo fornisce quattro metodi per il controllo del braccio robotico: trazione manuale, modalità operativa master-slave, centro di movimento remoto (RCM) e emergenza. Il sistema operativo collega il chirurgo e il robot e fornisce allarmi di sicurezza. La modalità di trazione manuale consente di trascinare liberamente il manipolatore all’interno di un intervallo di lavoro specifico. Il robot viene bloccato automaticamente dopo essere stato fermato per 5 secondi. Nella modalità master-slave, il chirurgo può utilizzare il “Master Manipulator” per controllare il movimento del braccio robotico. La modalità RCM consente allo strumento chirurgico di ruotare attorno all’estremità dello strumento. La modalità RCM è più adatta al riorientamento sulla vista della fluoroscopia assiale del canale, come il segno radiografico a goccia del canale sopraacetabolare e la vera vista sacrale della via ossea transiliaca-transsacrale. Il manipolatore può essere utilizzato per la frenata di emergenza in qualsiasi posizione. Nella Figura 2 viene illustrato il flusso di lavoro del sistema.
Protocol
Representative Results
Discussion
Indipendentemente dal tipo di robot, l’applicazione principale dei robot in ortopedia fornisce uno strumento avanzato per i chirurghi per migliorare l’accuratezza della chirurgia. Tuttavia, l’emergere di robot chirurgici non è un sostituto per i medici. I chirurghi che eseguono interventi chirurgici robotici possono o non possono essere in sala operatoria. I robot chirurgici includono generalmente un sistema di controllo computerizzato, un braccio robotico responsabile dell’operazione e un sistema di navigazione respons…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nessuno.
Materials
| 160-slice CT | United Imaging Healthcare Surgical Technology Co. Ltd | uCT780 | Acquire the prescise image and DICOM data |
| Electric bone drill | YUTONG Medical | None | Power system |
| Fluoroscopic plate base | None | None | Fix the cadaveric pelves to operating table |
| K-wire | None | 2.5mm | Guidewire |
| Master-Slave Orthopaedic Positioning and Guidance System | United Imaging Healthcare Surgical Technology Co. Ltd | None | A teleoperated robotic system that positions screws for orthopaedic surgery |
| Mimics Innovation Suite | Materialise | Mimics Medical 21 | Preoperative planning software |
| Mobile C-arm | United Imaging Healthcare Surgical Technology Co. Ltd | uMC560i | Low Dose CMOS Mobile C-arm |
| Operating table | KELING | DL·C-I | Fluoroscopic surgical table |
| Schanz pins | Tianjin ZhengTian Medical Instrument Co.,Ltd. | 5.0mm | Fix the cadaveric pelves |
| Semi-threaded screw | Tianjin ZhengTian Medical Instrument Co.,Ltd. | 7.3mm | Transiliac-Transsacral Screw |
| Seven DOF manipulator | KUKA, Germany | LBR Med 7 R800 | Device for performing surgical operations |
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