Eine teleoperierte robotergestützte perkutane transiliakral-transsakrale Schraubenfixationstechnik
Summary
Die teleoperierte robotergestützte perkutane transiliakral-transsakrale Schraubenfixation ist eine praktikable Technik. Durch die hervorragende Bewegungsfreiheit und Stabilität der Roboterarme können Schraubkanäle mit hoher Genauigkeit realisiert werden.
Abstract
Die transiliakral-transsakrale Schraubenfixierung ist in der klinischen Praxis eine Herausforderung, da die Schrauben sechs Schichten kortikalen Knochens durchbrechen müssen. Transiliakral-transsakrale Schrauben bieten einen längeren Hebelarm, um den senkrechten vertikalen Scherkräften standzuhalten. Der Schraubenkanal ist jedoch so lang, dass eine geringfügige Abweichung zu iatrogenen neurovaskulären Verletzungen führen kann. Die Entwicklung von Medizinrobotern hat die Präzision der Chirurgie verbessert. Das vorliegende Protokoll beschreibt, wie ein neues teleoperiertes Robotersystem verwendet wird, um eine transiliakral-transakrale Schraubenfixierung durchzuführen. Der Roboter wurde ferngesteuert, um den Eintrittspunkt zu positionieren und die Ausrichtung der Hülse anzupassen. Die Schneckenpositionen wurden mittels postoperativer Computertomographie (CT) beurteilt. Alle Schrauben wurden sicher implantiert, wie durch intraoperative Durchleuchtung bestätigt wurde. Die postoperative CT bestätigte, dass sich alle Schrauben im Spongios-Knochen befanden. Dieses System kombiniert die Initiative des Arztes mit der Stabilität des Roboters. Die Fernsteuerung dieses Verfahrens ist möglich. Die roboterassistierte Chirurgie hat im Vergleich zu herkömmlichen Methoden ein höheres Positionserhaltungsvermögen. Im Gegensatz zu aktiven Robotersystemen hat der Chirurg die volle Kontrolle über die Operation. Das Robotersystem ist voll kompatibel mit OP-Systemen und erfordert keine zusätzliche Ausrüstung.
Introduction
Die erste Roboteranwendung, die in der orthopädischen Chirurgie eingesetzt wurde, war das ROBODOC-System, das 1992 eingesetzt wurde1. Seitdem haben sich roboterassistierte Operationssysteme rasant entwickelt. Die roboterassistierte Chirurgie verbessert die Endoprothetik, indem sie die Fähigkeit des Chirurgen verbessert, die Ausrichtung der Extremität und die physiologische Kinematik des Gelenks wiederherzustellen2. In der Wirbelsäulenchirurgie ist die Platzierung von Pedikelschrauben mit einem Roboter sicher und genau. Es reduziert auch die Strahlenbelastung des Chirurgen3. Studien zur roboterassistierten Chirurgie sind jedoch aufgrund der Heterogenität traumatischer orthopädischer Erkrankungen begrenzt. Die bestehende Forschung zur robotergestützten Chirurgie bei orthopädischen Traumata konzentriert sich hauptsächlich auf roboterassistierte Iliosakralgelenkschrauben und Schambeinschraubfixierung von Beckenringfrakturen4, kanülierte Schraubenfixierung des Oberschenkelhalses5, Eintrittspunkt- und distale Verriegelungsbolzen beim intramedullären Nageln 6,7, perkutane Frakturreduktion 8,9 und die Behandlung von schwer verwundeten Patienten im militärischen Bereich10.
Die perkutane Schneckentechnik kann mit 2D- und 3D-Navigationsunterstützung durchgeführt werden. Die Iliosakral-, Vordersäule-, Hintersäule-, Supraacetabular- und Magische Schrauben sind die häufigsten perkutanen Techniken für Becken- und Hüftgelenksfakturen11. Die perkutane transiliakral-transsakrale Schraubentechnik stellt für Chirurgen nach wie vor eine Herausforderung dar. Ein Verständnis der Beckenanatomie und Röntgendurchleuchtung, eine genaue Positionierung und langfristige Handstabilität sind für dieses Verfahren erforderlich. Das teleoperierte Robotersystem kann diese Anforderungen gut erfüllen. In dieser Studie wird ein teleoperiertes Robotersystem verwendet, um die perkutane transiliakral-transsakrale Schraubenfixierung bei Beckenringfrakturen durchzuführen. Die Details und der Arbeitsablauf dieses Protokolls werden im Folgenden dargestellt.
Robotersystem
Das Master-Slave Orthopaedic Positioning and Guidance System (MSOPGS) besteht im Wesentlichen aus drei Teilen: dem chirurgischen Roboter (Slave Manipulator) mit sieben Freiheitsgraden (DOF), dem Master Manipulator mit Force-Feedback und der Konsole. Das System verfügt über vier Betriebsmodi: manuelle Traktion, Master-Slave-Betrieb, Remote Center of Motion (ROM) und Notfall. Abbildung 1 zeigt die MSOPPGS; Die Hauptkomponenten werden im Folgenden kurz beschrieben.
Der Operationsroboter (siehe Materialtabelle) ist ein Manipulator mit sieben DOF, der für die Integration in Medizinprodukte vorzertifiziert ist12. Der Roboter verfügt über Force-Feedback-Sensoren, die Kraftänderungen erkennen können. Der Roboterarm kann manuell oder ferngesteuert bedient werden. Ein Drehmomentsensor ist an der Spitze installiert und dem “Master Manipulator” zugeordnet, der eine Kraftrückkopplung in Echtzeit ermöglicht. Die maximale Belastung des Roboterarms reicht aus, um Weichteilkräften zu widerstehen und das Flattern der chirurgischen Instrumente zu reduzieren. Der Roboter ist an einer mobilen Plattform befestigt, um einen funktionsfähigen Arbeitsplatz zu erhalten und Stabilität zu gewährleisten. Die Basis ist mit dem “Master Manipulator” und dem Betriebssystem verbunden und kann Anweisungen aus dem operativen System verarbeiten.
Der “Master Manipulator” wurde für das Gesundheitswesen entwickelt, um den Roboter präzise zu steuern. Dieses Gerät bietet sieben aktive DOF, einschließlich hochpräziser Force-Feedback-Greiffunktionen. Sein Endeffektor deckt den natürlichen Bewegungsumfang der menschlichen Hand ab. Eine inkrementelle Steuerungsstrategie wird verwendet, um eine intuitive Steuerung des Roboterarms zu erreichen.
Das Betriebssystem bietet vier Methoden zur Steuerung des Roboterarms: manuelle Traktion, Master-Slave-Betriebsmodus, Remote Center of Motion (RCM) und Notfall. Das operative System verbindet den Chirurgen und den Roboter und gibt Sicherheitsalarme. Der manuelle Traktionsmodus ermöglicht es, den Manipulator innerhalb eines bestimmten Arbeitsbereichs frei zu ziehen. Der Roboter wird automatisch verriegelt, nachdem er für 5 s gestoppt wurde. Im Master-Slave-Modus kann der Chirurg mit dem “Master Manipulator” die Bewegung des Roboterarms steuern. Der RCM-Modus ermöglicht es dem chirurgischen Instrument, sich um das Ende des Instruments zu drehen. Der RCM-Modus eignet sich am besten für die Neuorientierung auf der axialen Durchleuchtungsansicht des Kanals, wie z. B. das röntgenologisches Tropfenzeichen des supraacetabulären Kanals und die wahre sakrale Ansicht des transiliakral-transsakralen knöchernen Weges. Der Manipulator kann in jeder Position zur Notbremsung eingesetzt werden. Abbildung 2 zeigt den Workflow des Systems.
Protocol
Representative Results
Discussion
Unabhängig von der Art des Roboters bietet die Kernanwendung von Robotern in der Orthopädie ein fortschrittliches Werkzeug für Chirurgen, um die Genauigkeit der Operation zu verbessern. Das Aufkommen von Operationsrobotern ist jedoch kein Ersatz für Ärzte. Chirurgen, die Roboteroperationen durchführen, können sich im Operationssaal befinden oder auch nicht. Chirurgische Roboter umfassen im Allgemeinen ein Computersteuerungssystem, einen Roboterarm, der für die Operation verantwortlich ist, und ein Navigationssyst…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nichts.
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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