Una tecnica di fissaggio a vite transiliac-transsacrale transiliaca transsacrale assistita da sistema robotico teleoperato

Riepilogo

Il fissaggio a vite transiliaco-transsacrale transiliaco transiliaco assistito da sistema robotico teleoperato è una tecnica fattibile. I canali a vite possono essere implementati con elevata precisione grazie all'eccellente libertà di movimento e stabilità dei bracci robotici.

Abstract

La fissazione della vite transiliaca-transsacrale è impegnativa nella pratica clinica poiché le viti devono sfondare sei strati di osso corticale. Le viti transiliache-transsacrali forniscono un braccio di leva più lungo per resistere alle forze di taglio verticali perpendicolari. Tuttavia, il canale della vite è così lungo che una piccola discrepanza può portare a lesioni neurovascolari iatrogene. Lo sviluppo di robot medici ha migliorato la precisione della chirurgia. Il presente protocollo descrive come utilizzare un nuovo sistema robotico teleoperato per eseguire il fissaggio transiliaco-transsacrale della vite. Il robot è stato azionato a distanza per posizionare il punto di ingresso e regolare l'orientamento del manicotto. Le posizioni delle viti sono state valutate utilizzando la tomografia computerizzata postoperatoria (TC). Tutte le viti sono state impiantate in modo sicuro, come confermato utilizzando la fluoroscopia intraoperatoria. La TC postoperatoria ha confermato che tutte le viti erano nell'osso spugnoso. Questo sistema combina l'iniziativa del medico con la stabilità del robot. Il controllo remoto di questa procedura è possibile. La chirurgia assistita da robot ha una maggiore capacità di mantenimento della posizione rispetto ai metodi convenzionali. A differenza dei sistemi robotici attivi, i chirurghi hanno il pieno controllo dell'operazione. Il sistema robotico è completamente compatibile con i sistemi di sala operatoria e non richiede apparecchiature aggiuntive.

Introduzione

La prima applicazione robotica utilizzata in chirurgia ortopedica è stato il sistema ROBODOC impiegato nel 1992¹. Da allora, i sistemi chirurgici assistiti da robot si sono rapidamente sviluppati. La chirurgia assistita da robot migliora l'artroplastica potenziando la capacità del chirurgo di ripristinare l'allineamento dell'arto e la cinematica fisiologica dell'articolazione². Nella chirurgia spinale, il posizionamento delle viti peduncolari utilizzando un robot è sicuro e accurato; Riduce anche l'esposizione alle radiazioni del chirurgo³. Tuttavia, gli studi sulla chirurgia assistita da robot sono stati limitati a causa dell'eterogeneità delle malattie ortopediche traumatiche. La ricerca esistente sulla chirurgia robotica per traumi ortopedici si concentra principalmente sulle viti articolari sacroiliache assistite da robot e sulla fissazione a vite pubica delle fratture dell'anello pelvico⁴, sulla fissazione a vite cannulata del collo del femore⁵, sul punto di ingresso e sui bulloni di bloccaggio distali nelle chiodature intramidollari ^6,7, sulla riduzione delle fratture percutanee ^8,9 e sul trattamento di pazienti gravemente feriti in campo militare¹⁰.

La tecnica della vite percutanea può essere eseguita utilizzando il supporto di navigazione 2D e 3D. Le viti sacroiliache, anteriore, posteriore, sopraacetabolare e magica sono le tecniche percutanee più comuni per i fatti pelvici e acetabolari¹¹. La tecnica percutanea della vite transiliaca-transsacrale rimane impegnativa per i chirurghi. Per questa procedura sono necessari una comprensione dell'anatomia pelvica e della fluoroscopia a raggi X, un posizionamento accurato e la stabilità della mano a lungo termine. Il sistema robotico teleoperato può soddisfare bene questi requisiti. Questo studio utilizza un sistema robotico teleoperato per completare la fissazione percutanea transiliaca-transsacrale della vite per le fratture dell'anello pelvico. I dettagli e il flusso di lavoro di questo protocollo sono presentati di seguito.

Sistema robotizzato
Il Master-Slave Orthopaedic Positioning and Guidance System (MSOPGS) è composto principalmente da tre parti: il robot chirurgico (Slave Manipulator) con sette gradi di libertà (DOF), il Master Manipulator con force feedback e la console. Il sistema ha quattro modalità operative: trazione manuale, funzionamento master-slave, centro di movimento remoto (ROM) e emergenza. La Figura 1 mostra gli MSOPPGS; I suoi componenti principali sono brevemente descritti di seguito.

Il robot chirurgico (vedi Tabella dei materiali) è un manipolatore a sette DOF che è pre-certificato per l'integrazione in prodotti medici¹². Il robot ha sensori di feedback di forza in grado di rilevare i cambiamenti di forza. Il braccio robotico può essere azionato manualmente o da remoto. Un sensore di coppia è installato sulla punta e mappato sul "Master Manipulator", consentendo un feedback di forza in tempo reale. Il carico massimo sul braccio robotico è sufficiente per resistere alle forze dei tessuti molli e ridurre lo svolazzamento degli strumenti chirurgici. Il robot è collegato a una piattaforma mobile per acquisire un posto di lavoro operativo e garantire la stabilità. La base è collegata al "Master Manipulator" e al sistema operativo e può elaborare le istruzioni dal sistema operativo.

Il "Master Manipulator" è progettato per le industrie sanitarie per controllare con precisione il robot. Questo dispositivo offre sette DOF attivi, tra cui capacità di presa con feedback di forza ad alta precisione. Il suo effettore finale copre la gamma naturale di movimento della mano umana. Una strategia di controllo incrementale viene utilizzata per ottenere un controllo intuitivo del braccio robotico.

Il sistema operativo fornisce quattro metodi per il controllo del braccio robotico: trazione manuale, modalità operativa master-slave, centro di movimento remoto (RCM) e emergenza. Il sistema operativo collega il chirurgo e il robot e fornisce allarmi di sicurezza. La modalità di trazione manuale consente di trascinare liberamente il manipolatore all'interno di un intervallo di lavoro specifico. Il robot viene bloccato automaticamente dopo essere stato fermato per 5 secondi. Nella modalità master-slave, il chirurgo può utilizzare il "Master Manipulator" per controllare il movimento del braccio robotico. La modalità RCM consente allo strumento chirurgico di ruotare attorno all'estremità dello strumento. La modalità RCM è più adatta al riorientamento sulla vista della fluoroscopia assiale del canale, come il segno radiografico a goccia del canale sopraacetabolare e la vera vista sacrale della via ossea transiliaca-transsacrale. Il manipolatore può essere utilizzato per la frenata di emergenza in qualsiasi posizione. Nella Figura 2 viene illustrato il flusso di lavoro del sistema.

Protocollo

L'applicazione di questa tecnica robotica è stata approvata dal comitato etico del Tongji Hospital del Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology, ed è conforme alla Dichiarazione di Helsinki del 1975, come rivista nel 2013.

1. Pianificazione preoperatoria

1. Fissare le pelvi cadaveriche in posizione supina utilizzando una base di piastra fluoroscopica (vedi Tabella dei materiali) inserendo due perni Schanz attraverso il femore. In posizione supina, posizionare entrambe le spine iliache superiori posteriori contemporaneamente sulla tavola e le vertebre lombari parallele al pavimento.
   NOTA: I cadaveri donati sono stati imbalsamati dal Dipartimento di Anatomia e Ricerca, Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology. I campioni pelvici sono stati ottenuti per transezione a livello delle 5 vertebre lombari e sotto il piccolo trocantere del femore. Gli organi nella cavità pelvica sono stati rimossi. I muscoli, le capsule articolari e le strutture legamentose sono stati lasciati intatti.
2. Acquisire immagini delle pelve dal bordo superiore delle vertebre L5 al trocantere femorale distale utilizzando una TC spirale (vedi Tabella dei materiali). Elaborare le immagini di tomografia computerizzata (TC) di tutti i cadaveri utilizzando la workstation e memorizzarle nel formato DICOM.
   NOTA: Parametri CT: spessore fetta 0,5 mm, corrente 63 mA, tensione 140 kV.
3. Importare i dati della scansione TC nel software di pianificazione preoperatoria (vedi Tabella dei materiali) di questo sistema nel formato DICOM per ottenere immagini assiali, coronali e sagittali del bacino.
   NOTA: i file DICOM contengono le informazioni della scansione CT e l'immagine ricostruita può essere ottenuta mediante importazione automatica.
4. Creare un cilindro utilizzando il modulo MedCAD del software e definire la dimensione del cilindro digitando il diametro e la lunghezza. Posizionalo nel corpo vertebrale S1 o S2 e regola l'orientamento della linea mediana del cilindro sulle immagini assiali e coronali. Controlla la relazione tra il bordo del cilindro e l'osso corticale in ogni immagine.
   NOTA: Si ritiene che il cilindro interamente all'interno dell'osso spugnoso (escluso il contatto con l'osso corticale) abbia un canale a vite corrispondente in S1 o S2. La lunghezza della linea mediana del cilindro è la lunghezza della vite.

2. Impostazione chirurgica

1. Fissare il bacino sul tavolo operatorio fluoroscopico in posizione supina (Figura 1).
2. Posizionare il robot (vedi Tabella dei materiali) sul lato omolaterale a 45° rispetto al tavolo operatorio con il braccio a C perpendicolare al tavolo operatorio sul lato controlaterale. Il monitor del braccio a C deve essere rivolto verso la sala operatoria per consentire al chirurgo di osservarlo (Figura 1).
3. Posizionare la workstation di MSOPGS e Slave Manipulator fuori dalla sala operatoria. Il chirurgo deve essere in grado di osservare il campo chirurgico e il monitor del braccio a C mentre teleopera con lo Slave-Manipulator (Figura 1).

3. Procedura chirurgica

NOTA: dopo l'avvio e l'ispezione del sistema, il manipolatore viene automaticamente distribuito allo stato di funzionamento.

1. Fissare il creatore di posizione della griglia con nastro adesivo sul lato omolaterale. Selezionare l'area di destinazione tramite un indicatore di posizione della griglia sulla vista laterale reale dell'osso sacro. Assicurarsi che la modalità di trazione manuale sulla console sia selezionata e avviata. Trascinare il braccio robotico nell'area generale del punto di ingresso della vite transiliaca-transsacrale S1 o S2 (Figura 3A, B).
   NOTA: L'area bersaglio è racchiusa dal bordo anteriore dell'osso sacro, dal canale nervoso sacrale e dal canale spinale.
2. Visualizzare la vera vista laterale dell'osso sacro, azionare il Master Manipolatore e regolare la punta del manicotto distale in modo che si trovi nell'area di ingresso del filo guida nella modalità operativa Master-Slave (Figura 3C).
3. Dopo aver selezionato la modalità RCM, continuare la fluoroscopia del braccio a C per la vista sacrale laterale. Regolare il centro del manicotto del filo guida in cerchi concentrici per essere coerente con il canale della vite (Figura 3D).
4. Bloccare il braccio robotico e inserire un filo guida (filo K da 2,5 mm, vedi Tabella dei materiali) attraverso l'ileo controlaterale usando un trapano elettrico. Quindi, rimuovere il robot in modalità di trazione manuale (Figura 3E).
   NOTA: durante questa fase non deve essere eseguita alcuna fluoroscopia.
5. Ruotare il braccio a C verso gli angoli di ingresso e uscita (diverse pelve hanno angoli diversi) per determinare se il filo guida ha sfondato o contattato la corteccia sacrale anteriore e posteriore e il canale nervoso sacrale (Figura 3F, G).
6. Inserire una vite semifilettata da 7,3 mm (vedere la tabella dei materiali) lungo il filo guida verso la corteccia iliaca controlaterale.
7. Valutare la posizione della vite nella vista di ingresso e uscita pelvica e nella vista laterale (Figura 4).

4. Valutazione postoperatoria

1. Eseguire i passaggi 1.2-1.3.
   NOTA: parametri CT: spessore della fetta di 0,5 mm, corrente 63 mA e tensione di 140 kV.
2. Controllare la posizione della vite in ciascuna immagine assiale, coronale e sagittale.
   NOTA: Le posizioni delle viti sono state valutate utilizzando il metodo di Gras. In particolare, le viti nell'osso spugnoso sono di grado I, le viti a contatto con l'osso corticale sono di grado II e le viti che penetrano nell'osso corticale sono di grado III. Il grado III rappresenta l'errato posizionamento della vite e indica un rischio di lesioni vascolari e nervose¹³.

Risultati

Un chirurgo ortopedico senior ha completato l'intervento chirurgico utilizzando la procedura descritta. Tutte le viti (tre in S1 e due in S2) sono state fissate. Il tempo impiegato (dalla prima fluoroscopia a raggi X all'inserimento della vite) per l'inserimento di ciascuna delle cinque viti è stato rispettivamente di 32 min, 28 min, 26 min, 20 min e 23 min. Il tempo di fluoroscopia per ogni vite è stato di circa 5 minuti. Sebbene tutte le viti fossero nel posto corretto sulle immagini fluoroscopiche intraoperatorie, d...

Discussione

Indipendentemente dal tipo di robot, l'applicazione principale dei robot in ortopedia fornisce uno strumento avanzato per i chirurghi per migliorare l'accuratezza della chirurgia. Tuttavia, l'emergere di robot chirurgici non è un sostituto per i medici. I chirurghi che eseguono interventi chirurgici robotici possono o non possono essere in sala operatoria. I robot chirurgici includono generalmente un sistema di controllo computerizzato, un braccio robotico responsabile dell'operazione e un sistema di navigazione respons...

Materiali

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