JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

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

تمت الموافقة على تطبيق هذه التقنية الروبوتية من قبل لجنة الأخلاقيات في مستشفى تونغجي بكلية تونغجي الطبية ، جامعة هواتشونغ للعلوم والتكنولوجيا ، وهي تتوافق مع إعلان هلسنكي لعام 1975 ، بصيغته المنقحة في عام 2013.

1. التخطيط قبل الجراحة

  1. ثبت الأحواض الجثة في وضع الاستلقاء باستخدام قاعدة لوحة بالمنظار الفلوري (انظر جدول المواد) عن طريق إدخال دبابيس شانز عبر عظم الفخذ. في وضع الاستلقاء ، ضع كلا من العمود الفقري الحرقفي الخلفي العلوي في وقت واحد على اللوح الخشبي والفقرات القطنية الموازية للأرض.
    ملاحظة: تم تحنيط الجثث المتبرع بها من قبل قسم التشريح والبحوث ، كلية تونغجي الطبية ، جامعة هواتشونغ للعلوم والتكنولوجيا. تم الحصول على عينات الحوض عن طريق النقل على مستوى الفقرات القطنية 5 وتحت المدور الأصغر لعظم الفخذ. تمت إزالة الأعضاء في تجويف الحوض. تركت العضلات وكبسولات المفاصل والهياكل الرباطية سليمة.
  2. احصل على صور للأحواض من الحافة العلوية للفقرات L5 إلى المدور الفخذي البعيد باستخدام التصوير المقطعي الحلزوني (انظر جدول المواد). معالجة صور التصوير المقطعي المحوسب (CT) لجميع الجثث باستخدام محطة العمل ، وتخزينها بتنسيق DICOM.
    ملاحظة: معلمات التصوير المقطعي: سمك شريحة 0.5 مم ، تيار 63 مللي أمبير ، جهد 140 كيلو فولت.
  3. قم باستيراد بيانات التصوير المقطعي المحوسب إلى برنامج التخطيط قبل الجراحة (انظر جدول المواد) لهذا النظام بتنسيق DICOM للحصول على صور محورية وإكليلية وسهمية للحوض.
    ملاحظة: تحتوي ملفات DICOM على معلومات من التصوير المقطعي المحوسب ويمكن الحصول على الصورة المعاد بناؤها عن طريق الاستيراد التلقائي.
  4. قم بإنشاء أسطوانة باستخدام وحدة MedCAD الخاصة بالبرنامج ، وحدد حجم الأسطوانة عن طريق كتابة القطر والطول. ضعه في الجسم الفقري S1 أو S2 ، واضبط اتجاه خط الوسط الأسطواني على الصور المحورية والإكليلية. تحقق من العلاقة بين حافة الأسطوانة والعظم القشري في كل صورة.
    ملاحظة: تعتبر الأسطوانة بالكامل داخل العظم الملغي (باستثناء ملامسة العظم القشري) تحتوي على قناة لولبية مقابلة في S1 أو S2. طول الخط الأوسط للأسطوانة هو طول المسمار.

2. الإعداد الجراحي

  1. ثبت الحوض على طاولة العمليات بالمنظار في وضع الاستلقاء (الشكل 1).
  2. ضع الروبوت (انظر جدول المواد) على الجانب المماثل عند 45 درجة إلى طاولة العمليات بحيث يكون الذراع C عموديا على طاولة العمليات على الجانب المقابل. يجب أن تواجه شاشة الذراع C غرفة العمليات لتمكين الجراح من مراقبتها (الشكل 1).
  3. ضع محطة عمل MSOPGS ومناور الرقيق خارج غرفة العمليات. يجب أن يكون الجراح قادرا على مراقبة المجال الجراحي وجهاز مراقبة الذراع C أثناء العمل عن بعد مع مناور الرقيق (الشكل 1).

3. الإجراء الجراحي

ملاحظة: بعد بدء تشغيل النظام وفحصه، يتم نشر المعالج تلقائيا في حالة العمل.

  1. قم بإصلاح صانع موضع الشبكة بشريط لاصق على الجانب المماثل. حدد المنطقة المستهدفة بعلامة موضع الشبكة على العرض الجانبي الحقيقي للعجز. تأكد من تحديد وضع الجر اليدوي على وحدة التحكم وبدء تشغيله. اسحب الذراع الروبوتية إلى المنطقة العامة لنقطة الدخول اللولبية عبر العجزية S1 أو S2 (الشكل 3 أ ، ب).
    ملاحظة: المنطقة المستهدفة محاطة بالحدود الأمامية للعجز والقناة العصبية العجزية والقناة الشوكية.
  2. تصور المنظر الجانبي الحقيقي للعجز ، وقم بتشغيل Master Manipulator ، واضبط طرف الغلاف البعيد ليكون موجودا في منطقة إدخال سلك التوجيه في وضع تشغيل Master-Slave (الشكل 3C).
  3. بعد تحديد وضع RCM ، تابع التنظير الفلوري للذراع C للعرض العجزي الجانبي. اضبط مركز غلاف سلك التوجيه في دوائر متحدة المركز ليكون متسقا مع القناة اللولبية (الشكل 3D).
  4. قم بقفل الذراع الروبوتية ، وأدخل سلك توجيه (سلك K 2.5 مم ، انظر جدول المواد) من خلال الحرقفة المقابلة باستخدام مثقاب كهربائي. ثم قم بإزالة الروبوت في وضع الجر اليدوي (الشكل 3E).
    ملاحظة: لا ينبغي إجراء التنظير الفلوري خلال هذه الخطوة.
  5. أدر الذراع C إلى زوايا المدخل والمخرج (الأحواض المختلفة لها زوايا مختلفة) لتحديد ما إذا كان سلك التوجيه قد اخترق أو اتصل بالقشرة العجزية الأمامية والخلفية والقناة العصبية العجزية (الشكل 3F ، G).
  6. أدخل برغيا شبه ملولب مقاس 7.3 مم (انظر جدول المواد) على طول سلك التوجيه إلى القشرة الحرقفية المقابلة.
  7. قم بتقييم موضع المسمار في مدخل ومخرج الحوض والعرض الجانبي (الشكل 4).

4. تقييم ما بعد الجراحة

  1. نفذ الخطوات 1.2-1.3.
    ملاحظة: معلمات التصوير المقطعي: سمك شريحة 0.5 مم ، تيار 63 مللي أمبير ، وجهد 140 كيلو فولت.
  2. تحقق من موضع المسمار في كل صورة محورية وإكليلية وسهمية.
    ملاحظة: تم تقييم مواضع المسمار باستخدام طريقة Gras. على وجه التحديد ، البراغي الموجودة في العظم الملغي هي الدرجة الأولى ، والبراغي الملامسة للعظم القشري هي الدرجة الثانية ، والبراغي التي تخترق العظم القشري هي الدرجة الثالثة. تمثل الدرجة الثالثة وضع المسمار في غير موضعه وتشير إلى خطر إصابة الأوعية الدموية والأعصاب13.

النتائج

أكمل جراح عظام كبير الجراحة باستخدام الإجراء الموصوف. تم تأمين جميع البراغي (ثلاثة في S1 واثنان في S2). كان الوقت المستغرق (من التنظير الفلوري الأول بالأشعة السينية إلى إدخال المسمار) لإدخال كل من البراغي الخمسة 32 دقيقة و 28 دقيقة و 26 دقيقة و 20 دقيقة و 23 دقيقة على التوالي. كان وقت التنظير الفلور?...

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

يعلن المؤلفون أنه ليس لديهم مصالح متنافسة.

Acknowledgements

اي.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
160-slice CTUnited Imaging Healthcare Surgical Technology Co. LtduCT780Acquire the prescise image and DICOM data
Electric bone drillYUTONG MedicalNonePower system
Fluoroscopic plate baseNoneNoneFix the cadaveric pelves to operating table
K-wireNone2.5mmGuidewire
Master-Slave Orthopaedic Positioning and Guidance SystemUnited Imaging Healthcare Surgical Technology Co. LtdNoneA teleoperated robotic system that positions screws for orthopaedic surgery
Mimics Innovation SuiteMaterialiseMimics Medical 21Preoperative planning software   
Mobile C-armUnited Imaging Healthcare Surgical Technology Co. LtduMC560iLow Dose CMOS Mobile C-arm
Operating table KELINGDL·C-IFluoroscopic surgical table
Schanz pinsTianjin ZhengTian Medical Instrument Co.,Ltd.5.0mmFix the cadaveric pelves
Semi-threaded screwTianjin ZhengTian Medical Instrument Co.,Ltd.7.3mmTransiliac-Transsacral Screw
Seven DOF manipulatorKUKA, GermanyLBR Med 7 R800Device for performing surgical operations

References

  1. 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).
  2. Jacofsky, D. J., Allen, M. Robotics in arthroplasty: A comprehensive review. Journal of Arthroplasty. 31 (10), 2353-2363 (2016).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. Gaensslen, A., Müller, M., Nerlich, M. . Acetabular Fractures: Diagnosis, Indications, Treatment Strategies. , (2017).
  12. 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)
  13. Gras, F., et al. 2D-fluoroscopic navigated percutaneous screw fixation of pelvic ring injuries--A case series. BMC Musculoskeletal Disorders. 11, 153 (2010).
  14. Innocenti, B., Bori, E. Robotics in orthopaedic surgery: Why, what and how. Archives of Orthopaedic and Trauma Surgery. 141 (12), 2035-2042 (2021).
  15. 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).
  16. D'Souza, M., et al. Robotic-assisted spine surgery: History, efficacy, cost, and future trends. Robotic surgery. 6, 9-23 (2019).
  17. 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).
  18. Füchtmeier, B., et al. Reduction of femoral shaft fractures in vitro by a new developed reduction robot system 'RepoRobo. Injury. 35, 113-119 (2004).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. Gardner, M. J., Routt, M. L. Transiliac-transsacral screws for posterior pelvic stabilization. Journal of Orthopaedic Trauma. 25 (6), 378-384 (2011).
  23. 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).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

191

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved