Una técnica de fijación de tornillo transilíaco-transsacral percutánea asistida por sistema robótico teleoperado

Resumen

La fijación robótica con tornillo transilíaco-transsacral asistida por sistema robótico teleoperado es una técnica factible. Los canales de tornillo se pueden implementar con alta precisión debido a la excelente libertad de movimiento y estabilidad de los brazos robóticos.

Resumen

La fijación con tornillo transilíaco-transsacral es un desafío en la práctica clínica, ya que los tornillos deben atravesar seis capas de hueso cortical. Los tornillos transilíaco-transsacrales proporcionan un brazo de palanca más largo para soportar las fuerzas de cizallamiento vertical perpendiculares. Sin embargo, el canal de tornillo es tan largo que una discrepancia menor puede conducir a lesiones neurovasculares iatrogénicas. El desarrollo de robots médicos ha mejorado la precisión de la cirugía. El presente protocolo describe cómo utilizar un nuevo sistema robótico teleoperado para ejecutar la fijación de tornillos transilíaco-transacral. El robot se operó de forma remota para colocar el punto de entrada y ajustar la orientación de la manga. Las posiciones de los tornillos se evaluaron mediante tomografía computarizada (TC) postoperatoria. Todos los tornillos se implantaron de forma segura, como se confirmó mediante fluoroscopia intraoperatoria. La TC postoperatoria confirmó que todos los tornillos estaban en el hueso esponjoso. Este sistema combina la iniciativa del médico con la estabilidad del robot. El control remoto de este procedimiento es posible. La cirugía asistida por robot tiene una mayor capacidad de retención de posición en comparación con los métodos convencionales. A diferencia de los sistemas robóticos activos, los cirujanos tienen control total sobre la operación. El sistema robótico es totalmente compatible con los sistemas de quirófano y no requiere equipo adicional.

Introducción

La primera aplicación robótica utilizada en cirugía ortopédica fue el sistema ROBODOC empleado en 1992¹. Desde entonces, los sistemas quirúrgicos asistidos por robot se han desarrollado rápidamente. La cirugía asistida por robot mejora la artroplastia al mejorar la capacidad del cirujano para restaurar la alineación de la extremidad y la cinemática fisiológica de la articulación². En la cirugía espinal, la colocación de tornillos pediculares utilizando un robot es segura y precisa; También reduce la exposición del cirujano a la radiación³. Sin embargo, los estudios sobre cirugía asistida por robot han sido limitados debido a la heterogeneidad de las enfermedades ortopédicas traumáticas. La investigación existente sobre cirugía robótica para traumatismos ortopédicos se centra principalmente en tornillos de articulación sacroilíaca asistida por robot y fijación con tornillo púbico de fracturas de anillo pélvico⁴, fijación con tornillo canulado del cuello femoral⁵, punto de entrada y pernos de bloqueo distal en clavos intramedulares ^6,7, reducción de fracturas percutáneas ^8,9 y el tratamiento de pacientes gravemente heridos en el campo militar¹⁰.

La técnica de tornillo percutáneo se puede realizar utilizando soporte de navegación 2D y 3D. Los tornillos sacroilíaco, columna anterior, columna posterior, supraacetabular y mágico son las técnicas percutáneas más comunes para las fabricaciones pélvicas y acetabulares¹¹. La técnica percutánea de tornillo transilíaco-transsacral sigue siendo un desafío para los cirujanos. Se requiere una comprensión de la anatomía pélvica y la fluoroscopia de rayos X, el posicionamiento preciso y la estabilidad de la mano a largo plazo para este procedimiento. El sistema robótico teleoperado puede cumplir bien con estos requisitos. Este estudio utiliza un sistema robótico teleoperado para completar la fijación percutánea de tornillo transilíaco-transsacral para fracturas de anillos pélvicos. Los detalles y el flujo de trabajo de este protocolo se presentan a continuación.

Sistema robótico
El sistema de posicionamiento y guía ortopédico maestro-esclavo (MSOPGS) se compone principalmente de tres partes: el robot quirúrgico (manipulador esclavo) con siete grados de libertad (DOF), el manipulador maestro con retroalimentación de fuerza y la consola. El sistema tiene cuatro modos de funcionamiento: tracción manual, operación maestro-esclavo, centro de movimiento remoto (ROM) y emergencia. La figura 1 muestra los MSOPPGS; Sus principales componentes se describen brevemente a continuación.

El robot quirúrgico (ver Tabla de materiales) es un manipulador de siete DOF que está precertificado para su integración en productos médicos¹². El robot tiene sensores de retroalimentación de fuerza que pueden detectar cambios en la fuerza. El brazo robótico se puede operar de forma manual o remota. Se instala un sensor de par en la punta y se asigna al "Master Manipulator", lo que permite la retroalimentación de fuerza en tiempo real. La carga máxima en el brazo robótico es suficiente para resistir las fuerzas de los tejidos blandos y reducir el aleteo de los instrumentos quirúrgicos. El robot está conectado a una plataforma móvil para adquirir un lugar de trabajo operativo y garantizar la estabilidad. La base está conectada al "Master Manipulator" y al sistema operativo y puede procesar instrucciones del sistema operativo.

El "Master Manipulator" está diseñado para que las industrias de la salud controlen con precisión el robot. Este dispositivo ofrece siete DOF activos, incluidas capacidades de agarre de retroalimentación de fuerza de alta precisión. Su efector final cubre el rango natural de movimiento de la mano humana. Se utiliza una estrategia de control incremental para lograr un control intuitivo del brazo robótico.

El sistema operativo proporciona cuatro métodos para controlar el brazo robótico: tracción manual, modo de operación maestro-esclavo, centro de movimiento remoto (RCM) y emergencia. El sistema operativo vincula al cirujano y al robot y proporciona alarmas de seguridad. El modo de tracción manual permite que el manipulador sea arrastrado libremente dentro de un rango de trabajo específico. El robot se bloquea automáticamente después de haber sido detenido durante 5 s. En el modo maestro-esclavo, el cirujano puede usar el "Manipulador maestro" para controlar el movimiento del brazo robótico. El modo RCM permite que el instrumento quirúrgico gire alrededor del extremo del instrumento. El modo RCM es el más adecuado para la reorientación en la vista de fluoroscopia axial del canal, como el signo de lágrima radiográfica del canal supraacetabular y la verdadera vista sacra de la vía ósea transilíaco-transsacral. El manipulador se puede utilizar para el frenado de emergencia en cualquier posición. La figura 2 muestra el flujo de trabajo del sistema.

Protocolo

La aplicación de esta técnica robótica fue aprobada por el comité de ética del Hospital Tongji del Tongji Medical College, Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong, y cumple con la Declaración de Helsinki de 1975, revisada en 2013.

1. Planificación preoperatoria

1. Fije las pelves cadavéricas en posición supina usando una base de placa fluoroscópica (ver Tabla de materiales) insertando dos clavijas de Schanz a través del fémur. En posición supina, coloque las espinas ilíacas superiores posteriores simultáneamente en la tabla y las vértebras lumbares paralelas al piso.
   NOTA: Los cadáveres donados fueron embalsamados por el Departamento de Anatomía e Investigación del Colegio Médico Tongji, Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong. Las muestras pélvicas se obtuvieron por transección a nivel de las 5 vértebras lumbares y por debajo del trocánter menor del fémur. Se extirparon los órganos de la cavidad pélvica. Los músculos, las cápsulas articulares y las estructuras ligamentosas se dejaron intactos.
2. Adquiera imágenes de las pelves desde el borde superior de las vértebras L5 hasta el trocánter femoral distal mediante una tomografía computarizada espiral (consulte la Tabla de materiales). Procese las imágenes de tomografía computarizada (TC) de todos los cadáveres utilizando la estación de trabajo y almacénelas en formato DICOM.
   NOTA: Parámetros CT: espesor de corte de 0,5 mm, corriente de 63 mA, voltaje de 140 kV.
3. Importe los datos de la tomografía computarizada en el software de planificación preoperatoria (consulte Tabla de materiales) de este sistema en formato DICOM para obtener imágenes axiales, coronales y sagitales de la pelvis.
   NOTA: Los archivos DICOM contienen la información de la tomografía computarizada y la imagen reconstruida se puede obtener mediante importación automática.
4. Cree un cilindro utilizando el módulo MedCAD del software y defina el tamaño del cilindro escribiendo el diámetro y la longitud. Colóquelo en el cuerpo vertebral S1 o S2 y ajuste la orientación de la línea media del cilindro en las imágenes axiales y coronales. Compruebe la relación entre el borde del cilindro y el hueso cortical en cada imagen.
   NOTA: Se considera que el cilindro completamente dentro del hueso esponjoso (excluyendo el contacto con el hueso cortical) tiene un canal de tornillo correspondiente en S1 o S2. La longitud de la línea media del cilindro es la longitud del tornillo.

2. Entorno quirúrgico

1. Fijar la pelvis en la mesa de operaciones fluoroscópica en posición supina (Figura 1).
2. Coloque el robot (consulte la tabla de materiales) en el lado ipsilateral a 45° de la mesa de operaciones con el brazo en C perpendicular a la mesa de operaciones en el lado contralateral. El monitor del brazo en C debe estar orientado hacia el quirófano para que el cirujano pueda observarlo (Figura 1).
3. Coloque la estación de trabajo del MSOPGS y el manipulador esclavo fuera de la sala de operaciones. El cirujano debe ser capaz de observar el campo quirúrgico y el monitor del brazo en C mientras teleopera con el manipulador esclavo (Figura 1).

3. Procedimiento quirúrgico

NOTA: Después de iniciar e inspeccionar el sistema, el manipulador se implementa automáticamente en el estado de trabajo.

1. Fije el fabricante de posición de la rejilla con cinta adhesiva en el lado ipsilateral. Seleccione el área objetivo mediante un marcador de posición de cuadrícula en la vista lateral verdadera del sacro. Asegúrese de que el modo de tracción manual de la consola esté seleccionado e iniciado. Arrastre el brazo robótico hasta el área general del punto de entrada del tornillo transilíaco-transsacral S1 o S2 (Figura 3A, B).
   NOTA: El área objetivo está encerrada por el borde anterior del sacro, el canal del nervio sacro y el canal espinal.
2. Visualice la verdadera vista lateral del sacro, opere el manipulador maestro y ajuste la punta del manguito distal para ubicarlo en el área de entrada del alambre guía en el modo de operación maestro-esclavo (Figura 3C).
3. Después de seleccionar el modo RCM, continúe con la fluoroscopia del brazo en C para la vista sacra lateral. Ajuste el centro del manguito del alambre guía en círculos concéntricos para que sea coherente con el canal de tornillo (Figura 3D).
4. Bloquee el brazo robótico e inserte un alambre guía (cable K de 2,5 mm, consulte Tabla de materiales) a través del ilion contralateral con un taladro eléctrico. A continuación, retire el robot en el modo de tracción manual (Figura 3E).
   NOTA: No se debe realizar fluoroscopia durante este paso.
5. Gire el brazo en C hacia los ángulos de entrada y salida (diferentes pelves tienen diferentes ángulos) para determinar si el alambre guía se ha roto o ha entrado en contacto con la corteza sacra anterior y posterior y el canal del nervio sacro (Figura 3F, G).
6. Inserte un tornillo semiroscado de 7,3 mm (consulte la Tabla de materiales) a lo largo del alambre guía hasta la corteza ilíaca contralateral.
7. Evalúe la posición del tornillo en la vista de entrada y salida pélvica y la vista lateral (Figura 4).

4. Evaluación postoperatoria

1. Realice los pasos 1.2-1.3.
   NOTA: Parámetros CT: espesor de corte de 0,5 mm, corriente de 63 mA y voltaje de 140 kV.
2. Compruebe la posición del tornillo en cada imagen axial, coronal y sagital.
   NOTA: Las posiciones de los tornillos se evaluaron utilizando el método de Gras. Específicamente, los tornillos en el hueso esponjoso son de Grado I, los tornillos en contacto con el hueso cortical son de Grado II y los tornillos que penetran en el hueso cortical son de Grado III. El grado III representa la colocación incorrecta del tornillo e indica un riesgo de lesión vascular y nerviosa¹³.

Resultados

Un cirujano ortopédico senior completó la cirugía utilizando el procedimiento descrito. Todos los tornillos (tres en S1 y dos en S2) estaban asegurados. El tiempo necesario (desde la primera fluoroscopia de rayos X hasta la inserción del tornillo) para insertar cada uno de los cinco tornillos fue de 32 min, 28 min, 26 min, 20 min y 23 min, respectivamente. El tiempo de fluoroscopia para cada tornillo fue de aproximadamente 5 min. Aunque todos los tornillos estaban en el lugar correcto en las imágenes fluoroscópicas...

Discusión

Independientemente del tipo de robot, la aplicación principal de los robots en ortopedia proporciona una herramienta avanzada para que los cirujanos mejoren la precisión de la cirugía. Sin embargo, la aparición de robots quirúrgicos no es un reemplazo para los médicos. Los cirujanos que realizan cirugía robótica pueden o no estar en la sala de operaciones. Los robots quirúrgicos generalmente incluyen un sistema de control por computadora, un brazo robótico responsable de la operación y un sistema de navegació...

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
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