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
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

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

היישום של טכניקה רובוטית זו אושר על ידי ועדת האתיקה של בית החולים Tongji של Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology, והוא עומד בהצהרת הלסינקי של 1975, כפי שתוקנה בשנת 2013.

1. תכנון טרום אופרטיבי

  1. קבע את אגן cadaveric במצב שכיבה באמצעות בסיס צלחת פלואורוסקופית (ראה טבלה של חומרים) על ידי החדרת שני סיכות Schanz דרך עצם הירך. במצב שכיבה, הניחו את שני הקוצים האיליאק העליונים האחוריים בו זמנית על הקרש ואת החוליות המותניות במקביל לרצפה.
    הערה: הגופות שנתרמו נחנטו על ידי המחלקה לאנטומיה ומחקר, המכללה הרפואית טונג'י, אוניברסיטת Huazhong למדע וטכנולוגיה. דגימות האגן התקבלו על ידי טרנסקציה ברמת חוליות 5 המותניות ומתחת לטרוכנטר הקטן יותר של עצם הירך. האיברים בחלל האגן הוסרו. השרירים, קפסולות המפרקים ומבני הרצועות נותרו ללא פגע.
  2. רכשו תמונות של האגן מהקצה העליון של חוליות L5 ועד לטרוכנטר הירך הדיסטלי באמצעות CT ספירלי (ראו טבלת חומרים). עבד את תמונות הטומוגרפיה הממוחשבת (CT) של כל הגופות באמצעות תחנת העבודה, ואחסן אותן בפורמט DICOM.
    הערה: פרמטרים CT: עובי פרוסה 0.5 מ"מ, זרם 63 mA, מתח 140 kV.
  3. ייבא את נתוני סריקת ה- CT לתוכנת התכנון הטרום ניתוחית (ראה טבלת חומרים) של מערכת זו בפורמט DICOM כדי לקבל תמונות ציריות, קורונליות וסגיטליות של האגן.
    הערה: קובצי DICOM מכילים את המידע מסריקת CT, וניתן לקבל את התמונה המשוחזרת באמצעות ייבוא אוטומטי.
  4. צור גליל באמצעות מודול MedCAD של התוכנה, והגדר את גודל הצילינדר על ידי הקלדת הקוטר והאורך. מקם אותו בגוף החוליה S1 או S2, והתאם את כיוון קו האמצע של הצילינדר בתמונות הציר והעטרה. בדוק את הקשר בין קצה הגליל לבין עצם קליפת המוח בכל תמונה.
    הערה: הגליל כולו בתוך עצם הביטול (למעט מגע עם עצם קליפת המוח) נחשב כבעל תעלת בורג מתאימה ב-S1 או S2. אורך הקו האמצעי של הצילינדר הוא אורך הבורג.

2. הגדרה כירורגית

  1. קבעו את האגן על שולחן הניתוחים הפלאורוסקופי במצב שכיבה (איור 1).
  2. הניחו את הרובוט (ראו טבלת חומרים) בצד האיפסילטרלי בזווית של 45° לשולחן הניתוחים כאשר זרוע C ניצבת לשולחן הניתוחים בצד הנגדי. המוניטור של זרוע C צריך לפנות לחדר הניתוח כדי לאפשר למנתח לצפות בו (איור 1).
  3. מקם את תחנת העבודה של MSOPGS ומניפולטור עבדים מחוץ לחדר הניתוח. המנתח אמור להיות מסוגל להתבונן בשדה הניתוח ובמוניטור זרוע C בזמן שהוא משתף פעולה מרחוק עם מניפולטור העבדים (איור 1).

3. הליך כירורגי

הערה: לאחר הפעלת המערכת ובדיקתה, המניפולטור נפרס באופן אוטומטי למצב העבודה.

  1. תקן את יוצר מיקום הרשת עם סרט הדבקה בצד האיפסילטרלי. בחרו באזור היעד באמצעות סמן מיקום רשת בתצוגה הרוחבית האמיתית של עצם העצה. ודא שמצב המתיחה הידני בקונסולה נבחר והופעל. גררו את הזרוע הרובוטית לאזור הכללי של נקודת הכניסה של בורג טרנסיליאק-טרנס-סקרלי S1 או S2 (איור 3A, B).
    הערה: אזור המטרה תחום על ידי הגבול הקדמי של העצה, תעלת העצבים הסקרלית ותעלת עמוד השדרה.
  2. דמיינו את התצוגה הצידית האמיתית של עצם העצה, הפעילו את המניפולטור הראשי וכווננו את קצה השרוול הדיסטלי כך שימוקם באזור הכניסה של חוט המנחה במצב הפעולה אדון-עבד (איור 3C).
  3. לאחר בחירת מצב RCM, המשך את פלואורוסקופיית C-arm עבור התצוגה הסקרלית הצידית. כוונן את מרכז שרוול חוט ההנחיה לעיגולים קונצנטריים כדי להיות עקבי עם תעלת הבורג (איור 3D).
  4. נעל את הזרוע הרובוטית, והכנס חוט מנחה (חוט K 2.5 מ"מ, ראה טבלת חומרים) דרך האיליום הנגדי באמצעות מקדחה חשמלית. לאחר מכן, הסירו את הרובוט במצב משיכה ידני (איור 3E).
    הערה: אין לבצע פלואורוסקופיה במהלך שלב זה.
  5. סובבו את זרוע C לזוויות הכניסה והיציאה (לאגן שונה יש זוויות שונות) כדי לקבוע אם חוט ההנחיה פרץ או בא במגע עם קליפת המוח הסקרלית הקדמית והאחורית ועם תעלת העצבים הסקרלית (איור 3F, G).
  6. הכנס בורג חצי מושחל בקוטר 7.3 מ"מ (ראה טבלת חומרים) לאורך חוט ההנחיה לקליפת המוח האיליאק הנגדית.
  7. העריכו את מיקום הבורג במבט הכניסה והיציאה של האגן ואת המבט הצידי (איור 4).

4. הערכה לאחר הניתוח

  1. בצע את שלבים 1.2-1.3.
    הערה: פרמטרים של CT: עובי פרוסה 0.5 מ"מ, זרם 63 mA ומתח 140 kV.
  2. בדוק את מיקום הבורג בכל תמונה צירית, קורונלית וסגיטלית.
    הערה: מיקומי הברגים הוערכו בשיטה של גרא. באופן ספציפי, ברגים בעצם הביטול הם דרגה I, ברגים במגע עם עצם קליפת המוח הם דרגה II, וברגים החודרים לעצם קליפת המוח הם דרגה III. דרגה III מייצגת מיקום שגוי של בורג ומצביעה על סיכון לפגיעה בכלי הדם ובעצבים13.

תוצאות

מנתח אורתופדי בכיר השלים את הניתוח בהליך המתואר. כל הברגים (שלושה ב-S1 ושניים ב-S2) היו מאובטחים. הזמן שלקח (מפלואורוסקופיית הרנטגן הראשונה ועד להחדרת הבורג) להחדרת כל אחד מחמשת הברגים היה 32 דקות, 28 דקות, 26 דקות, 20 דקות ו-23 דקות, בהתאמה. זמן הפלואורוסקופיה לכל בורג היה כ -5 דקות. למרות שכל הברגים ה?...

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

המחברים מצהירים כי אין להם אינטרסים מתחרים.

Acknowledgements

ללא.

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