טכניקת קיבוע בורג טרנסיליאק-טרנס-סקרלי מלעורית בסיוע מערכת רובוטית מרחוק
Summary
קיבוע בורג טרנס-סקרלי מלעורי בסיוע מערכת רובוטית המופעלת מרחוק הוא טכניקה אפשרית. ניתן ליישם תעלות בורג בדיוק גבוה בשל חופש התנועה והיציבות המצוין של הזרועות הרובוטיות.
Abstract
קיבוע בורג טרנס-טרנס-סקרלי מאתגר בפרקטיקה הקלינית מכיוון שהברגים צריכים לפרוץ דרך שש שכבות של עצם קליפת המוח. ברגים טרנסיליאקים-טרנס-סקרליים מספקים זרוע מנוף ארוכה יותר כדי לעמוד בכוחות הגזירה האנכיים המאונכים. עם זאת, תעלת הבורג ארוכה כל כך עד כי פער קל יכול להוביל לפציעות נוירו-וסקולריות יאטרוגניות. פיתוח רובוטים רפואיים שיפר את דיוק הניתוח. הפרוטוקול הנוכחי מתאר כיצד להשתמש במערכת רובוטית חדשה המופעלת מרחוק כדי לבצע קיבוע בורג טרנסיליאק-טרנסאקרלי. הרובוט הופעל מרחוק כדי למקם את נקודת הכניסה ולהתאים את כיוון השרוול. עמדות הבורג הוערכו באמצעות טומוגרפיה ממוחשבת לאחר הניתוח (CT). כל הברגים הושתלו בבטחה, כפי שאושר באמצעות פלואורוסקופיה תוך ניתוחית. CT לאחר הניתוח אישר כי כל הברגים היו בעצם המבוטלת. מערכת זו משלבת את יוזמת הרופא עם יציבות הרובוט. השלט רחוק של הליך זה אפשרי. לניתוח בעזרת רובוט יש יכולת שימור מיקום גבוהה יותר בהשוואה לשיטות קונבנציונליות. בניגוד למערכות רובוטיות אקטיביות, למנתחים יש שליטה מלאה על הניתוח. מערכת הרובוט תואמת באופן מלא למערכות חדרי ניתוח ואינה דורשת ציוד נוסף.
Introduction
היישום הרובוטי הראשון שנעשה בו שימוש בניתוחים אורתופדיים היה מערכת ROBODOC שהופעלה בשנת 19921. מאז, מערכות כירורגיות בסיוע רובוט התפתחו במהירות. ניתוח בעזרת רובוט משפר ארתרופלסטיקה על ידי שיפור יכולתו של המנתח לשחזר את היישור של הגפה ואת הקינמטיקה הפיזיולוגית של המפרק2. בניתוחי עמוד שדרה, מיקום ברגי פדיקל באמצעות רובוט הוא בטוח ומדויק; זה גם מפחית את החשיפה של המנתח לקרינה3. עם זאת, מחקרים על ניתוחים בעזרת רובוט היו מוגבלים בשל ההטרוגניות של מחלות אורתופדיות טראומטיות. המחקר הקיים על כירורגיה רובוטית לטראומה אורתופדית מתמקד בעיקר בברגי מפרק סקרואיליאק בסיוע רובוט וקיבוע בורג מעוקב של שברים בטבעת האגן4, קיבוע בורג משומר של צוואר הירך5, נקודת כניסה וברגי נעילה דיסטליים במסמרים תוך מדולריים 6,7, הפחתת שברים מלעוריים 8,9 וטיפול בפצועים אנושות בתחום הצבאי10.
טכניקת הבורג המלעורית יכולה להתבצע באמצעות תמיכה בניווט דו-ממדי ותלת-ממדי. ברגי העצה (sacroiliac), הטור הקדמי, הטור האחורי, העל-אצטבולרי (supraacetabular) וברגי הקסם (magic screws) הם הטכניקות המלעוריות הנפוצות ביותר עבור האגן והאצטבולרי11. טכניקת הבורג הטרנס-טרנס-סקרלי המלעורית נותרה מאתגרת עבור מנתחים. לצורך הליך זה נדרשת הבנה באנטומיה של האגן ובפלואורוסקופיה של קרני רנטגן, מיקום מדויק ויציבות היד לטווח ארוך. המערכת הרובוטית המופעלת מרחוק יכולה לענות היטב על דרישות אלה. מחקר זה משתמש במערכת רובוטית המופעלת מרחוק כדי להשלים קיבוע בורג טרנס-טרנס-סקרלי מלעורי עבור שברים בטבעת האגן. הפרטים וזרימת העבודה של פרוטוקול זה מוצגים להלן.
מערכת רובוטית
מערכת המיקום וההדרכה האורתופדית אדון-עבד (MSOPGS) מורכבת בעיקר משלושה חלקים: הרובוט הכירורגי (מניפולטור עבדים) עם שבע דרגות חופש (DOF), המניפולטור הראשי עם משוב כוח, והקונסולה. למערכת ארבעה מצבי הפעלה: אחיזה ידנית, פעולת אדון-עבד, מרכז תנועה מרוחק (ROM) וחירום. איור 1 מראה את MSOPPGS; מרכיביו העיקריים מתוארים בקצרה להלן.
הרובוט הכירורגי (ראו טבלת חומרים) הוא מניפולטור של שבעה DOF שאושר מראש לשילוב במוצרים רפואיים12. לרובוט יש חיישני משוב כוח שיכולים לזהות שינויים בכוח. ניתן להפעיל את הזרוע הרובוטית באופן ידני או מרחוק. חיישן מומנט מותקן בקצה וממופה ל”מניפולטור הראשי”, ומאפשר משוב כוח בזמן אמת. העומס המרבי על הזרוע הרובוטית מספיק כדי להתנגד לכוחות הרקמה הרכה ולהפחית את הרפרוף של כלי הניתוח. הרובוט מחובר לפלטפורמה ניידת כדי לרכוש מקום עבודה תפעולי ולהבטיח יציבות. הבסיס מחובר ל”מניפולטור הראשי” ולמערכת האופרטיבית ויכול לעבד הוראות מהמערכת האופרטיבית.
“מניפולטור מאסטר” מיועד תעשיות הבריאות לשלוט במדויק ברובוט. התקן זה מציע שבעה DOF פעילים, כולל יכולות אחיזת משוב כוח בדיוק גבוה. האפקט הסופי שלה מכסה את טווח התנועה הטבעי של היד האנושית. אסטרטגיית בקרה מצטברת משמשת להשגת שליטה אינטואיטיבית בזרוע הרובוטית.
המערכת האופרטיבית מספקת ארבע שיטות לשליטה בזרוע הרובוטית: מתיחה ידנית, מצב פעולה אדון-עבד, מרכז תנועה מרוחק (RCM) וחירום. המערכת הניתוחית מקשרת בין המנתח לרובוט ומספקת אזעקות בטיחות. מצב המתיחה הידני מאפשר למניפולטור להיגרר בחופשיות בטווח עבודה מסוים. הרובוט ננעל אוטומטית לאחר שנעצר למשך 5 שניות. במצב אדון-עבד, המנתח יכול להשתמש “מניפולטור מאסטר” כדי לשלוט על התנועה של הזרוע הרובוטית. מצב RCM מאפשר לכלי הניתוח להסתובב סביב קצה המכשיר. מצב RCM מתאים ביותר להתמצאות מחדש בתצוגת הפלואורוסקופיה הצירית של התעלה, כגון סימן הדמעה הרדיוגרפי של התעלה העל-פרצטבולרית והתצוגה הסקרלית האמיתית של מסלול הגלוסקמה הטרנסיליאק-טרנססקרלי. ניתן להשתמש במניפולטור לבלימת חירום בכל עמדה. איור 2 מציג את זרימת העבודה של המערכת.
Protocol
Representative Results
Discussion
ללא קשר לסוג הרובוט, יישום הליבה של רובוטים באורתופדיה מספק כלי מתקדם למנתחים לשיפור דיוק הניתוח. עם זאת, הופעתם של רובוטים כירורגיים אינה תחליף לרופאים. מנתחים המבצעים ניתוח רובוטי עשויים להיות או לא להיות בחדר הניתוח. רובוטים כירורגיים כוללים בדרך כלל מערכת בקרת מחשב, זרוע רובוטית האחרא…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ללא.
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).
