Technique de fixation de vis transiliaque-transsacrale percutanée assistée par système robotique téléopéré

Résumé

La fixation percutanée transiliaque-transsacrée assistée par système robotique téléopéré est une technique réalisable. Les canaux à vis peuvent être mis en œuvre avec une grande précision grâce à l’excellente liberté de mouvement et à la stabilité des bras robotiques.

Résumé

La fixation transiliaque-transsacrée des vis est difficile dans la pratique clinique, car les vis doivent percer six couches d’os cortical. Les vis transiliaques-transsacrées fournissent un bras de levier plus long pour résister aux forces de cisaillement verticales perpendiculaires. Cependant, le canal de vis est si long qu’une divergence mineure peut entraîner des lésions neurovasculaires iatrogène. Le développement de robots médicaux a amélioré la précision de la chirurgie. Le présent protocole décrit comment utiliser un nouveau système robotique téléopéré pour exécuter la fixation à vis transiliaque-transacrale. Le robot a été commandé à distance pour positionner le point d’entrée et ajuster l’orientation du manchon. Les positions des vis ont été évaluées à l’aide de la tomodensitométrie postopératoire (TDM). Toutes les vis ont été implantées en toute sécurité, comme confirmé par fluoroscopie peropératoire. La tomodensitométrie postopératoire a confirmé que toutes les vis étaient dans l’os spongieux. Ce système combine l’initiative du médecin avec la stabilité du robot. Le contrôle à distance de cette procédure est possible. La chirurgie assistée par robot a une capacité de rétention de position plus élevée que les méthodes conventionnelles. Contrairement aux systèmes robotiques actifs, les chirurgiens ont un contrôle total sur l’opération. Le système robotisé est entièrement compatible avec les systèmes de salle d’opération et ne nécessite pas d’équipement supplémentaire.

Introduction

La première application robotique utilisée en chirurgie orthopédique a été le système ROBODOC utilisé en 1992¹. Depuis lors, les systèmes chirurgicaux assistés par robot se sont rapidement développés. La chirurgie assistée par robot améliore l’arthroplastie en améliorant la capacité du chirurgien à restaurer l’alignement du membre et la cinématique physiologique de l’articulation². En chirurgie de la colonne vertébrale, le placement des vis pédiculaires à l’aide d’un robot est sûr et précis; Il réduit également l’exposition du chirurgien aux rayonnements³. Cependant, les études sur la chirurgie assistée par robot ont été limitées en raison de l’hétérogénéité des maladies orthopédiques traumatiques. Les recherches existantes sur la chirurgie robotique pour les traumatismes orthopédiques se concentrent principalement sur les vis articulaires sacro-iliaques assistées par robot et la fixation par vis pubienne des fractures de l’anneau pelvien⁴, la fixation par vis canulée du col du fémur⁵, les boulons de verrouillage du point d’entrée et distal dans le clouage intramédullaire ^6,7, la réduction des fractures percutanées ^8,9 et le traitement des patients grièvement blessés dans le domaine militaire¹⁰.

La technique de vis percutanée peut être réalisée à l’aide d’un support de navigation 2D et 3D. Les vis sacro-iliaques, de la colonne antérieure, de la colonne postérieure, supra-acétabulaires et magiques sont les techniques percutanées les plus courantes pour les factures pelviennes et acétabulaires¹¹. La technique de vis transiliaque-transsacrée percutanée reste difficile pour les chirurgiens. Une compréhension de l’anatomie pelvienne et de la fluoroscopie aux rayons X, un positionnement précis et une stabilité à long terme de la main sont nécessaires pour cette procédure. Le système robotique téléopéré peut bien répondre à ces exigences. Cette étude utilise un système robotique téléopéré pour compléter la fixation percutanée transiliaque-transsacrée de vis pour les fractures de l’anneau pelvien. Les détails et le déroulement de ce protocole sont présentés ci-dessous.

Système robotique
Le système de positionnement et de guidage orthopédique maître-esclave (MSOPGS) est principalement composé de trois parties: le robot chirurgical (manipulateur esclave) à sept degrés de liberté (DOF), le manipulateur maître avec retour de force et la console. Le système dispose de quatre modes de fonctionnement : traction manuelle, fonctionnement maître-esclave, centre de mouvement à distance (ROM) et urgence. La figure 1 montre le MSOPPGS; Ses principaux composants sont brièvement décrits ci-dessous.

Le robot chirurgical (voir Tableau des matériaux) est un manipulateur à sept DOF pré-certifié pour l’intégration dans les produits médicaux¹². Le robot dispose de capteurs de retour de force qui peuvent détecter les changements de force. Le bras robotique peut être commandé manuellement ou à distance. Un capteur de couple est installé à la pointe et mappé au « maître manipulateur », permettant un retour de force en temps réel. La charge maximale sur le bras robotique est suffisante pour résister aux forces des tissus mous et réduire le flottement des instruments chirurgicaux. Le robot est attaché à une plate-forme mobile pour acquérir un lieu de travail opérationnel et assurer la stabilité. La base est connectée au « Master Manipulator » et au système d’exploitation et peut traiter les instructions du système opérationnel.

Le « Master Manipulator » est conçu pour les industries de la santé afin de contrôler précisément le robot. Cet appareil offre sept DOF actifs, y compris des capacités de préhension de retour de force de haute précision. Son effecteur final couvre l’amplitude naturelle des mouvements de la main humaine. Une stratégie de contrôle incrémentiel est utilisée pour obtenir un contrôle intuitif du bras robotique.

Le système opérationnel fournit quatre méthodes pour contrôler le bras robotique : traction manuelle, mode de fonctionnement maître-esclave, centre de mouvement à distance (RCM) et urgence. Le système opératoire relie le chirurgien et le robot et fournit des alarmes de sécurité. Le mode de traction manuelle permet de faire glisser librement le manipulateur dans une plage de travail spécifique. Le robot est automatiquement verrouillé après avoir été arrêté pendant 5 s. En mode maître-esclave, le chirurgien peut utiliser le « Master Manipulator » pour contrôler le mouvement du bras robotique. Le mode RCM permet à l’instrument chirurgical de pivoter autour de l’extrémité de l’instrument. Le mode RCM est le mieux adapté à la réorientation sur la vue de fluoroscopie axiale du canal, comme le signe de larme radiographique du canal supraacétabulaire et la véritable vue sacrée de la voie osseuse transiliaque-transsacrée. Le manipulateur peut être utilisé pour le freinage d’urgence à n’importe quelle position. La figure 2 montre le flux de travail du système.

Protocole

L’application de cette technique robotique a été approuvée par le comité d’éthique de l’hôpital Tongji du Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology, et elle est conforme à la Déclaration d’Helsinki de 1975, révisée en 2013.

1. Planification préopératoire

1. Fixez les peaux cadavériques en décubitus dorsal à l’aide d’une base de plaque fluoroscopique (voir le tableau des matériaux) en insérant deux broches de Schanz à travers le fémur. En décubitus dorsal, placez simultanément les épines iliaques postérieures supérieures sur la planche et les vertèbres lombaires parallèles au sol.
   NOTE: Les cadavres donnés ont été embaumés par le Département d’anatomie et de recherche du Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology. Les spécimens pelviens ont été obtenus par transsection au niveau des 5 vertèbres lombaires et en dessous du petit trochanter du fémur. Les organes de la cavité pelvienne ont été enlevés. Les muscles, les capsules articulaires et les structures ligamentaires ont été laissés intacts.
2. Acquérir des images des peaux depuis le bord supérieur des vertèbres L5 jusqu’au trochanter fémoral distal à l’aide d’une tomodensitométrie en spirale (voir le tableau des matériaux). Traitez les images de tomodensitométrie (TDM) de tous les cadavres à l’aide du poste de travail et stockez-les au format DICOM.
   REMARQUE: Paramètres CT: épaisseur de tranche de 0,5 mm, courant 63 mA, tension de 140 kV.
3. Importez les données de tomodensitométrie dans le logiciel de planification préopératoire (voir le tableau des matériaux) de ce système au format DICOM pour obtenir des images axiales, coronales et sagittales du bassin.
   Remarque : Les fichiers DICOM contiennent les informations de la tomodensitométrie et l’image reconstruite peut être obtenue par importation automatique.
4. Créez un cylindre à l’aide du module MedCAD du logiciel et définissez la taille du cylindre en tapant le diamètre et la longueur. Placez-le dans le corps vertébral S1 ou S2 et ajustez l’orientation de la ligne médiane du cylindre sur les images axiales et coronales. Vérifiez la relation entre le bord du cylindre et l’os cortical dans chaque image.
   NOTE: Le cylindre entièrement dans l’os spongieux (à l’exclusion du contact avec l’os cortical) est considéré comme ayant un canal de vis correspondant dans S1 ou S2. La longueur de la ligne médiane du cylindre est la longueur de la vis.

2. Contexte chirurgical

1. Fixez le bassin sur la table d’opération fluoroscopique en décubitus dorsal (Figure 1).
2. Placez le robot (voir tableau des matériaux) du côté ipsilatéral à 45° de la table d’opération avec l’arceau perpendiculaire à la table d’opération du côté controlatéral. Le moniteur de l’arceau doit faire face à la salle d’opération pour permettre au chirurgien de l’observer (Figure 1).
3. Placez le poste de travail du MSOPGS et du manipulateur esclave à l’extérieur de la salle d’opération. Le chirurgien doit être capable d’observer le champ chirurgical et le moniteur d’arceau tout en téléopérant avec le manipulateur d’esclaves (Figure 1).

3. Intervention chirurgicale

REMARQUE : Une fois le système démarré et inspecté, le manipulateur est automatiquement déployé à l’état de fonctionnement.

1. Fixez le positionneur de grille avec du ruban adhésif du côté ipsilatéral. Sélectionnez la zone cible à l’aide d’un marqueur de position de grille sur la vue latérale réelle du sacrum. Assurez-vous que le mode de traction manuelle de la console est sélectionné et démarré. Faites glisser le bras robotique vers la zone générale du point d’entrée de la vis transiliaque-transsacrée S1 ou S2 (Figure 3A, B).
   REMARQUE: La zone cible est entourée par le bord antérieur du sacrum, le canal nerveux sacré et le canal rachidien.
2. Visualisez la véritable vue latérale du sacrum, utilisez le manipulateur principal et ajustez la pointe du manchon distal pour qu’elle soit située dans la zone d’entrée du fil guide en mode de fonctionnement maître-esclave (Figure 3C).
3. Après avoir sélectionné le mode RCM, continuez la fluoroscopie en arceau pour la vue sacrée latérale. Réglez le centre du manchon du fil guide en cercles concentriques pour qu’il soit cohérent avec le canal de vis (Figure 3D).
4. Verrouillez le bras robotique et insérez un fil guide (fil K de 2,5 mm, voir le tableau des matériaux) à travers l’ilium controlatéral à l’aide d’une perceuse électrique. Ensuite, retirez le robot en mode de traction manuelle (Figure 3E).
   REMARQUE: Aucune fluoroscopie ne doit être effectuée au cours de cette étape.
5. Tournez l’arceau en C vers les angles d’entrée et de sortie (différentes pelves ont des angles différents) pour déterminer si le fil guide a percé ou a touché le cortex sacré antérieur et postérieur et le canal nerveux sacré sacré (Figure 3F, G).
6. Insérez une vis semi-filetée de 7,3 mm (voir le tableau des matériaux) le long du fil guide jusqu’au cortex iliaque controlatéral.
7. Évaluez la position de la vis dans la vue d’entrée et de sortie pelvienne et la vue latérale (Figure 4).

4. Évaluation postopératoire

1. Effectuez les étapes 1.2 à 1.3.
   REMARQUE: Paramètres CT: épaisseur de tranche de 0,5 mm, courant de 63 mA et tension de 140 kV.
2. Vérifiez la position de la vis dans chaque image axiale, coronale et sagittale.
   NOTE: Les positions des vis ont été évaluées à l’aide de la méthode de Gras. Plus précisément, les vis dans l’os spongieux sont de grade I, les vis en contact avec l’os cortical sont de grade II et les vis qui pénètrent dans l’os cortical sont de grade III. Le grade III représente le mauvais placement de vis et indique un risque de lésion vasculaire et nerveuse¹³.

Résultats

Un chirurgien orthopédique principal a effectué la chirurgie en utilisant la procédure décrite. Toutes les vis (trois en S1 et deux en S2) ont été fixées. Le temps nécessaire (de la première fluoroscopie à rayons X à l’insertion de la vis) pour insérer chacune des cinq vis était de 32 min, 28 min, 26 min, 20 min et 23 min, respectivement. Le temps de fluoroscopie pour chaque vis était d’environ 5 min. Bien que toutes les vis étaient au bon endroit sur les images fluoroscopiques peropératoires, plusieu...

Discussion

Quel que soit le type de robot, l’application de base des robots en orthopédie fournit un outil avancé aux chirurgiens pour améliorer la précision de la chirurgie. Cependant, l’émergence des robots chirurgicaux ne remplace pas les médecins. Les chirurgiens qui pratiquent la chirurgie robotique peuvent ou non être dans la salle d’opération. Les robots chirurgicaux comprennent généralement un système de contrôle informatique, un bras robotique responsable de l’opération et un système de navigation res...

matériels

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