تقنية تثبيت المسمار عبر العجزية بمساعدة نظام روبوتي عن بعد بمساعدة الجلد
Summary
يعد التثبيت اللولبي عبر العجزية بمساعدة النظام الروبوتي عن بعد بمساعدة النظام الروبوتي عن طريق الجلد تقنية مجدية. يمكن تنفيذ القنوات اللولبية بدقة عالية بسبب حرية الحركة الممتازة واستقرار الأذرع الآلية.
Abstract
يمثل تثبيت المسمار عبر العجزية تحديا في الممارسة السريرية حيث تحتاج البراغي إلى اختراق ست طبقات من العظم القشري. توفر البراغي العابرة للحرقف ذراع ذراع أطول لتحمل قوى القص الرأسية العمودية. ومع ذلك ، فإن القناة اللولبية طويلة جدا بحيث يمكن أن يؤدي التناقض البسيط إلى إصابات الأوعية الدموية العصبية علاجية المنشأ. أدى تطوير الروبوتات الطبية إلى تحسين دقة الجراحة. يصف البروتوكول الحالي كيفية استخدام نظام روبوتي جديد يتم تشغيله عن بعد لتنفيذ تثبيت المسمار عبر الأعجز. تم تشغيل الروبوت عن بعد لوضع نقطة الدخول وضبط اتجاه الغلاف. تم تقييم مواضع المسمار باستخدام التصوير المقطعي المحوسب بعد العملية الجراحية (CT). تم زرع جميع البراغي بأمان ، كما تم تأكيده باستخدام التنظير الفلوري أثناء العملية. أكد التصوير المقطعي المحوسب بعد العملية الجراحية أن جميع البراغي كانت في العظم الملغى. يجمع هذا النظام بين مبادرة الطبيب واستقرار الروبوت. التحكم عن بعد في هذا الإجراء ممكن. تتمتع الجراحة بمساعدة الروبوت بقدرة أعلى على الاحتفاظ بالموضع مقارنة بالطرق التقليدية. على عكس الأنظمة الروبوتية النشطة ، يتمتع الجراحون بالسيطرة الكاملة على العملية. نظام الروبوت متوافق تماما مع أنظمة غرفة العمليات ولا يتطلب معدات إضافية.
Introduction
كان أول تطبيق روبوتي يستخدم في جراحة العظام هو نظام ROBODOC المستخدم في عام 19921. منذ ذلك الحين ، تطورت الأنظمة الجراحية بمساعدة الروبوت بسرعة. تعمل الجراحة بمساعدة الروبوت على تحسين تقويم المفاصل من خلال تعزيز قدرة الجراح على استعادة محاذاة الطرف والحركية الفسيولوجية للمفصل2. في جراحة العمود الفقري ، يكون وضع مسامير عنيق باستخدام روبوت آمنا ودقيقا. كما أنه يقلل من تعرض الجراح للإشعاع3. ومع ذلك ، كانت الدراسات حول الجراحة بمساعدة الروبوت محدودة بسبب عدم تجانس أمراض العظام الرضحية. تركز الأبحاث الحالية حول الجراحة الروبوتية لصدمات العظام بشكل أساسي على مسامير المفصل العجزي الحرقفي بمساعدة الروبوت وتثبيت برغي العانة لكسور حلقة الحوض4 ، والتثبيت اللولبي المقنن لعنق الفخذ5 ، ونقطة الدخول ومسامير القفل البعيدة في التسمير داخل النخاع 6,7 ، وتقليل الكسر عن طريق الجلد 8,9 ، وعلاج المرضى المصابين بجروح خطيرة في المجال العسكري10.
يمكن إجراء تقنية المسمار عن طريق الجلد باستخدام دعم الملاحة 2D و 3D. البراغي العجزي الحرقفي والعمود الأمامي والعمود الخلفي وفوق الحق والبراغي السحرية هي أكثر التقنيات شيوعا عن طريق الجلد لعيوب الحوض والحق11. لا تزال تقنية المسمار عبر العجزية العابرة للحرقات عن طريق الجلد تمثل تحديا للجراحين. مطلوب فهم تشريح الحوض والتنظير الفلوري بالأشعة السينية ، وتحديد المواقع بدقة ، واستقرار اليد على المدى الطويل لهذا الإجراء. يمكن للنظام الروبوتي الذي يتم تشغيله عن بعد تلبية هذه المتطلبات بشكل جيد. تستخدم هذه الدراسة نظاما روبوتيا يتم تشغيله عن بعد لإكمال التثبيت اللولبي عبر العجزي عن طريق الجلد لكسور حلقة الحوض. يتم عرض تفاصيل وسير عمل هذا البروتوكول أدناه.
نظام روبوتي
يتكون نظام تحديد المواقع والتوجيه العظمي للسيد والعبد (MSOPGS) بشكل أساسي من ثلاثة أجزاء: الروبوت الجراحي (مناور الرقيق) بسبع درجات من الحرية (DOF) ، والمناور الرئيسي مع ردود فعل القوة ، ووحدة التحكم. يحتوي النظام على أربعة أوضاع تشغيل: الجر اليدوي ، والتشغيل الرئيسي – العبد ، ومركز الحركة عن بعد (ROM) ، والطوارئ. يوضح الشكل 1 MSOPPGS ؛ مكوناته الرئيسية موصوفة بإيجاز أدناه.
الروبوت الجراحي (انظر جدول المواد) هو مناور سبعة DOF معتمد مسبقا للاندماج في المنتجات الطبية12. يحتوي الروبوت على مستشعرات ردود الفعل التي يمكنها اكتشاف التغييرات في القوة. يمكن تشغيل الذراع الروبوتية يدويا أو عن بعد. يتم تثبيت مستشعر عزم الدوران عند الطرف وتعيينه إلى “Master Manipulator” ، مما يتيح ردود فعل القوة في الوقت الفعلي. الحمل الأقصى على الذراع الروبوتية كاف لمقاومة قوى الأنسجة الرخوة وتقليل رفرفة الأدوات الجراحية. يتم توصيل الروبوت بمنصة متنقلة للحصول على مكان عمل تشغيلي وضمان الاستقرار. القاعدة متصلة ب “Master Manipulator” ونظام التشغيل ويمكنها معالجة التعليمات من نظام المنطوق.
تم تصميم “المناور الرئيسي” لصناعات الرعاية الصحية للتحكم بدقة في الروبوت. يوفر هذا الجهاز سبعة DOF نشطة ، بما في ذلك قدرات استيعاب التغذية المرتدة عالية الدقة. يغطي المستجيب النهائي النطاق الطبيعي لحركة اليد البشرية. يتم استخدام استراتيجية التحكم التدريجي لتحقيق التحكم البديهي في الذراع الآلية.
يوفر نظام التشغيل أربع طرق للتحكم في الذراع الآلية: الجر اليدوي ، ووضع التشغيل الرئيسي – الرقيق ، ومركز الحركة عن بعد (RCM) ، والطوارئ. يربط نظام الجراحة بين الجراح والروبوت ويوفر إنذارات السلامة. يسمح وضع الجر اليدوي بسحب المعالج بحرية ضمن نطاق عمل محدد. يتم قفل الروبوت تلقائيا بعد إيقافه لمدة 5 ثوان. في وضع السيد والعبد ، يمكن للجراح استخدام “المناور الرئيسي” للتحكم في حركة الذراع الآلية. يسمح وضع RCM للأداة الجراحية بالدوران حول نهاية الأداة. وضع RCM هو الأنسب لإعادة التوجيه على عرض التنظير الفلوري المحوري للقناة ، مثل علامة الدمعة الشعاعية للقناة فوق الحقية والمنظر العجزي الحقيقي للمسار العظمي عبر العجز. يمكن استخدام المناور للفرملة في حالات الطوارئ في أي وضع. يوضح الشكل 2 سير عمل النظام.
Protocol
Representative Results
Discussion
بغض النظر عن نوع الروبوت ، يوفر التطبيق الأساسي للروبوتات في جراحة العظام أداة متقدمة للجراحين لتحسين دقة الجراحة. ومع ذلك ، فإن ظهور الروبوتات الجراحية ليس بديلا للأطباء. قد يكون أو لا يكون الجراحون الذين يجرون الجراحة الروبوتية في غرفة العمليات. تشتمل الروبوتات الجراحية عموما على نظام ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
اي.
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 |
References
- Bargar, W. L., Bauer, A., Börner, M. Primary and revision total hip replacement using the Robodoc system. Clinical Orthopaedics and Related Research. (354), 82-91 (1998).
- Jacofsky, D. J., Allen, M. Robotics in arthroplasty: A comprehensive review. Journal of Arthroplasty. 31 (10), 2353-2363 (2016).
- Perfetti, D. C., Kisinde, S., Rogers-LaVanne, M. P., Satin, A. M., Lieberman, I. H. Robotic spine surgery: Past, present and future. Spine. 47 (13), 909-921 (2022).
- Long, T., et al. Comparative study of percutaneous sacroiliac screw with or without TiRobot assistance for treating pelvic posterior ring fractures. Orthopaedic Surgery. 11 (3), 386-396 (2019).
- Duan, S. J., et al. Robot-assisted percutaneous cannulated screw fixation of femoral neck fractures: Preliminary clinical results. Orthopaedic Surgery. 11 (1), 34-41 (2019).
- Lei, H., Sheng, L., Manyi, W., Junqiang, W., Wenyong, L. A biplanar robot navigation system for the distal locking of intramedullary nails. International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery. 6 (1), 61-65 (2010).
- Oszwald, M., et al. Robotized access to the medullary cavity for intramedullary nailing of the femur. Technology and Health Care. 18 (3), 173-180 (2010).
- Hung, S. S., Lee, M. Y. Functional assessment of a surgical robot for reduction of lower limb fractures. International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery. 6 (4), 413-421 (2010).
- Dagnino, G., et al. Image-guided surgical robotic system for percutaneous reduction of joint fractures. Annual Review of Biomedical Engineering. 45 (11), 2648-2662 (2017).
- Garcia, P., et al. Trauma Pod: A semi-automated telerobotic surgical system. International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery. 5 (2), 136-146 (2009).
- Gaensslen, A., Müller, M., Nerlich, M. . Acetabular Fractures: Diagnosis, Indications, Treatment Strategies. , (2017).
- LBR Med: A collaborative robot for medical applications. KUKA Available from: https://www.kuka.com/en-cn/industries/health-care/kuka-medical-robotics/lbr-med (2023)
- Gras, F., et al. 2D-fluoroscopic navigated percutaneous screw fixation of pelvic ring injuries–A case series. BMC Musculoskeletal Disorders. 11, 153 (2010).
- Innocenti, B., Bori, E. Robotics in orthopaedic surgery: Why, what and how. Archives of Orthopaedic and Trauma Surgery. 141 (12), 2035-2042 (2021).
- Chen, A. F., Kazarian, G. S., Jessop, G. W., Makhdom, A. Robotic technology in orthopaedic surgery. Journal of Bone and Joint Surgery. 100 (22), 1984-1992 (2018).
- D’Souza, M., et al. Robotic-assisted spine surgery: History, efficacy, cost, and future trends. Robotic surgery. 6, 9-23 (2019).
- Dagnino, G., et al. Navigation system for robot-assisted intra-articular lower-limb fracture surgery. International Journal for Computer Assisted Radiology and Surgery. 11 (10), 1831-1843 (2016).
- Füchtmeier, B., et al. Reduction of femoral shaft fractures in vitro by a new developed reduction robot system ‘RepoRobo. Injury. 35, 113-119 (2004).
- Schuijt, H. J., Hundersmarck, D., Smeeing, D. P. J., vander Velde, D., Weaver, M. J. Robot-assisted fracture fixation in orthopaedic trauma surgery: A systematic review. OTA International. 4 (4), 153 (2021).
- Wang, J. Q., et al. Percutaneous sacroiliac screw placement: A prospective randomized comparison of robot-assisted navigation procedures with a conventional technique. Chinese Medical Journal. 130 (21), 2527-2534 (2017).
- Zhu, Z. D., et al. TiRobot-assisted percutaneous cannulated screw fixation in the treatment of femoral neck fractures: A minimum 2-year follow-up of 50 patients. Orthopaedic Surgery. 13 (1), 244-252 (2021).
- Gardner, M. J., Routt, M. L. Transiliac-transsacral screws for posterior pelvic stabilization. Journal of Orthopaedic Trauma. 25 (6), 378-384 (2011).
- Verhey, J. T., Haglin, J. M., Verhey, E. M., Hartigan, D. E. Virtual, augmented, and mixed reality applications in orthopedic surgery. International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery. 16 (2), 2067 (2020).
