Name: a spine robotic-assisted navigation system for pedicle screw placement
Uploaded: 2020-05-11T13:00:00
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Cette étude a été partiellement soutenue par Point Robotics Medtech Incorporation, qui a fourni le système robotisé. Le bailleur de fonds a fourni un soutien sous forme de salaires pour X.Y. Xiao, C.W. Chen, H.K. Chou et C.Y. Sung, mais n’a pas joué un rôle supplémentaire dans la conception de l’étude, la collecte et l’analyse des données, la décision de publier ou la préparation du manuscrit.

Toutes les procédures suivies étaient conformes aux normes éthiques du Comité d’éthique de la recherche de l’Hôpital universitaire national de Taiwan (NTUH) et de la Déclaration d’Helsinki de 1975 (dans sa version la plus récente modifiée). Le consentement éclairé doit être obtenu de tous les patients si d’autres essais cliniques sont préparés.
REMARQUE : La procédure d’anesthésie peut être classée en trois étapes : évaluation préopératoire du patient, gestion p...

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P., Pashman, R., Drazin, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Minimally+Invasive+Spinal+Surgery+with+Intraoperative+Image-Guided+Navigation.">Minimally Invasive Spinal Surgery with Intraoperative Image-Guided Navigation.</a> Biomed Research International. 2016, 5716235 (2016).</li><li>Bailey, S. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+BWM+spinal+fixator+system.+A+preliminary+report+of+a+2-year+prospective,+international+multicenter+study+in+a+range+of+indications+requiring+surgical+intervention+for+bone+grafting+and+pedicle+screw+fixation.">The BWM spinal fixator system. A preliminary report of a 2-year prospective, international multicenter study in a range of indications requiring surgical intervention for bone grafting and pedicle screw fixation.</a> Spine. 21 (17), 2006-2015 (1996).</li><li>Lonstein, J. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Complications+associated+with+pedicle+screws.">Complications associated with pedicle screws.</a> The Journal of Bone and Joint Surgery-American Volume. 81 (11), 1519-1528 (1999).</li></ol>

Depuis 1990, il y a eu des développements rapides dans les applications chirurgicales impliquant l’utilisation de robots. Les technologies robotiques disponibles ont été optimisées, ce qui a permis d’améliorer la précision, de surmonter les tremblements dans les mains humaines et de réduire les temps d’appariement et d’enregistrement des systèmes de navigation15. Les avantages de l’assistance robot chirurgicale comprennent : (1) la normalisation immédiate sans long processus d?...

Dans le domaine de la chirurgie spinale, la chirurgie de fusion spinale est une procédure chirurgicale fondamentale, particulièrement la fixation postérieure de vis de pédicle, qui peut fournir le soutien de trois colonnes des vertèbres et augmenter la force de la biomécanique ; ainsi, il est devenu l’une des procédures chirurgicales les plus couramment utilisées1. Dans beaucoup d’études tôt, l’effet clinique de l’implantation postérieure de vis de pédicle a été confirmé, et il a été employé largement dans la chirurgie pour beaucoup de désordres différents de spinale, tels que des conditions dégénératives, traumatiques, et compliquées de spinale2.
Cependant, bien que la chirurgie postérieure de fusion lombaire spinale puisse réaliser d’excellents effets de traitement, elle est toujours risquée en raison de l’anatomie humaine du corps. Il existe de nombreuses structures tissulaires vitales près du pédicle, comme le système nerveux central, les racines nerveuses et les vaisseaux sanguins principaux. Les dommages de ces tissus pendant la procédure chirurgicale peuvent causer des complications graves, telles que des dommages vasculaires, des déficits neurologiques, ou desserrer la vis2,3.2 En outre, les chirurgiens et le personnel sont exposés à des radiations supplémentaires, en particulier dans le cas de procédures spinales mini-invasives4. Les chirurgiens peuvent éprouver la fatigue et les tremblements de main après de longues et fastidieuses procédures de chirurgie spinale, telles que les placements de vis, l’ostéotomie, et la décompression nerveuse5.
Le taux insatisfaisant de la procédure de placement de vis de pédicle a nécessité la proposition pour qu’un système de navigation robotisé-assistée soit appliqué dans les chirurgies spinales pour améliorer la précision de chirurgie et la sûreté des patients. Plusieurs études sur les systèmes de navigation assistés par robot ont démontré des améliorations dans la sécurité, la précision et la précision du placement de vis pédicle, ainsi que la diminution de l’exposition aux rayonnements et les temps opératoires6,7,8,9,10. Cependant, la planification approfondie de la trajectoire de vis, la planification préopératoire avec des images, le système robotique complet avec dispositif de fixation, et le logiciel de commande de robot doivent encore être abordés pour atteindre cet objectif. Cette étude se concentre sur la description de la structure robotique et le flux de travail d’un système de navigation auto-développé (c.-à-d. le système de navigation de la colonne vertébrale point (PSNS)) pour les chirurgies de placement de vis pédicle assistées par robot.
Description du système et protocole chirurgical Le PSNS comprend un poste de travail de navigation qui comprend ce qui suit. (1) Il existe un logiciel d’interface utilisateur responsable de la lecture d’images par la reconstruction tridimensionnelle (3D), la planification préopératoire, le calcul des relations cinématiques spatiales et l’enregistrement. (2) Le PSNS utilise des systèmes de guidage optique infrarouge pour suivre la position spatiale des robots chirurgicaux et des patients. Le système de guidage optique infrarouge contient les composants suivants : (i) un tracker optique qui émet activement la lumière infrarouge et effectue un positionnement stéréo à travers une double caméra(figure 1); (ii) une sphère de marqueur dont la surface a un revêtement réfléchissant avec des propriétés réfléchissantes pour le suivi précis des outils; et (iii) un outil avec un cadre de référence dynamique (DRF) qui comprend une base et quatre sphères de marqueur. Pour éviter la défaillance d’identification du système de suivi, chaque appareil a une conception DRF unique et ne peut pas être partagé les uns avec les autres. Le DRF utilisé comprend un cadre de base (BF) fixé à la base de la pièce à main pour confirmer la position de la pièce à main, un cadre d’effeteur final (EF) attaché à l’extrémité de la pièce à main pour confirmer la position de la pièce à main, un cadre fiducial (FF) ancré sur l’os du patient pour confirmer la position du patient, et une sonde dont la pointe est utilisée pour confirmer la position de la cible dans l’espace 3D. (3) Il y a une pièce à main comprenant une plate-forme Stewart de six degrés de liberté (DOF), avec une extrémité du robot équipée d’un outil d’opération utilisé pour forer la voie de vis. La pièce à main est un système de navigation robotisé qui aide les chirurgiens à placer des implants précis, comme les vis pédicle, ou le positionnement d’outils chirurgicaux pendant la chirurgie de la colonne vertébrale. Le mouvement de la cible chirurgicale est suivi car le robot compense automatiquement la cible correcte. Le robot est conçu comme un système semi-actif qui offre des conseils d’outils chirurgicaux; cependant, la chirurgie réelle est effectuée par des chirurgiens. Le principe d’exploitation et l’équipement sont illustrés dans la figure 2.
PSNS est indiqué pour les procédures, y compris, mais non limité aux procédures d’échantillonnage suivantes: (i) ouvert, mini-invasif, ou la chirurgie de la colonne vertébrale percutanée; (ii) le site de chirurgie spinale pour les vertèbres thoraciques, lombaires ou sacrées; (iii) fusion spinale postérieure pour le trauma, la maladie dégénérative de sténose, l’instabilité, la spondylolisthèse, le disque herniated, la tumeur, l’infection, ou la correction spinale de déformation ; iv) le placement d’appareils temporaires ou permanents, tels que des fils ou des aiguilles, lors de l’exécution de la vertébroplastie, ou de la discectomie lombaire endoscopique percutanée transforaminale ou interlaminar; et (iv) l’excision de tumeur d’os, y compris l’ablation de l’ostéome ostéoïde ou de la biopsie de tumeur, dans laquelle le robot a dirigé des aiguilles ou des fil de guidage à un endroit vertébral donné. Cette procédure est contre-indiquée pour ceux avec une incapacité à tolérer l’anesthésie, la procédure chirurgicale, ou quand les images de navigation satisfaisantes n’ont pas été acquises.
Notez que le personnel d’opération, y compris les neurochirurgiens et les chirurgiens orthopédiques, doit être autorisé et formé aux cours de guidage. Toutes les procédures pour l’exploitation du robot pendant la chirurgie doivent suivre les procédures normalisées recommandées pour éviter de causer des dommages au patient ou au chirurgien. Les chirurgiens doivent posséder l’expérience chirurgicale conventionnelle pour s’assurer qu’il est possible de revenir aux instruments chirurgicaux conventionnels et de terminer la chirurgie quand il est déterminé que la navigation est inexacte, basée sur les connaissances anatomiques des chirurgiens.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Dynamic reference frames</td>
			<td>POINT</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FF tool kit: 
			1.Connecting Rod 
			2.Combination clamps 
			3.Multi-pin clamps 
			4.Schanz screw 
			5.Spinous process clamp 
			6.Open wrench 
			7.Hexagonal wrench</td>
			<td>POINT</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Handpiece</td>
			<td>POINT</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Handpiece holder</td>
			<td>POINT</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Handpiece stand</td>
			<td>POINT</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>K-pin</td>
			<td>POINT</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical tracker</td>
			<td>NDI</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Passive spheres</td>
			<td>NDI</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Probe</td>
			<td>POINT</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile box</td>
			<td>POINT</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile drape</td>
			<td>POINT</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trocar</td>
			<td>POINT</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Workstation cart</td>
			<td>POINT</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a spine robotic-assisted navigation system for pedicle screw placement

L’implantation de vis de Pédicle a d’excellents effets de traitement et est souvent employée par des chirurgiens dans la chirurgie spinale de fusion. Cependant, en raison de la complexité de l’anatomie humaine du corps, cette procédure chirurgicale est difficile et difficile, particulièrement dans la chirurgie mini-invasive ou les patients présentant des anomalies congénitales et la déformation de kyphoscoliosis. En plus des facteurs susmentionnés, l’expérience chirurgicale et la technique du chirurgien affectent également les taux de récupération et les complications des patients après l’opération chirurgicale. Par conséquent, l’exécution avec précision de l’implantation de vis de pédicle a est un sujet constant de préoccupation commune pour des chirurgiens et des patients. Ces dernières années, avec le développement technologique, les systèmes de navigation assistés par robot sont progressivement adoptés. Ces systèmes de navigation assistés par robot fournissent aux chirurgiens une planification préopératoire complète avant la chirurgie. Le système fournit des images reconstruites en 3D de chaque vertèbre, permettant aux chirurgiens de comprendre plus rapidement les caractéristiques physiologiques du patient. Il fournit également des images 2D des plans sagittal, coronal, axial et oblique afin que les chirurgiens puissent effectuer avec précision le plan de placement de vis pédicle.
Des études antérieures ont démontré l’efficacité des systèmes de navigation assistés par robot pour les procédures d’implantation de vis pédicélées, y compris l’exactitude et les évaluations de sécurité. Ce protocole étape par étape vise à esquisser une note de technique chirurgicale normalisée pour le placement de vis pédicle assistée par robot.

La sécurité et la précision des placements de vis pédicle assistés par robot ont été abordées dans plusieurs études6,11. Nous assortissons les vertèbres avec des images de planification préopératoires dans un système de suivi optique dans la méthode proposée. Après avoir déterminé le chemin chirurgical prévu, cette information a été transférée à la pièce de main par l’unité de commande de pièce à main. Le système de navigation intè...

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A Spine Robotic-Assisted Navigation System for Pedicle Screw Placement

Cet article présente une technique chirurgicale standardisée pour le placement de vis pédicle assistée par robot en utilisant des systèmes de navigation robotisés. Nous présentons un protocole étape par étape et décrivons le flux de travail et les précautions de cette procédure.

Un système de navigation robotisé Spine pour le placement de vis de Pedicle

Pedicle screw implantation has excellent treatment effects and is often used by surgeons in spinal fusion surgery. However, due to the complexity of human ...

Ce système de navigation assisté par robot est très efficace, précis et sûr. Il fournit une interface utilisateur conviviale et automatiquement compensé handpiece pour le remplacement de vis pedicle. La pièce maîtresse de ce système a une architecture de plate-forme parallèle, qui a les avantages d’une forte capacité de charge, vitesse de positionnement rapide, portabilité, petite empreinte, et curvabilité élevée.Ce système peut être utilisé pour effectuer des chirurgies mini-invasives, des malformations compliquées de la scoliose kyphoïde et d’autres cas difficiles. Nous prévoyons d’utiliser le système robotique dans d’autres interventions chirurgicales telles que la décompression nerveuse. Contrairement à une méthode chirurgicale traditionnelle, ce système utilise une technologie unique qui permet la visualisation des objectifs chirurgicaux et des étapes de fonctionnement dans l’interface d’application.Chin-Wei Chen et Xiu-Yun Xiao, ingénieurs de Point Robotics, feront la démonstration de la procédure avec moi. Après anesthésie et drapage, placez un fil percutané avec un collant de 1,5 millimètre sur la crête iliaque postérieure pour ancrer le cadre fiducial à l’os iliaque de l’os de scie et vérifier le point d’entrée sous fluoroscopie. Marquer le point d’entrée à l’encre.Utilisez une perceuse à puissance réglée à 1000 révolutions par minute pour insérer la première broche percutanée dans la crête iliaque postérieure du patient. Utilisez la goupille pour ancrer le cadre fiducial et ajuster le cadre jusqu’à ce qu’il soit reconnu par la caméra de suivi optique. Lorsque le cadre est en position, utilisez un tournevis pour fixer le cadre à la broche et utilisez la perceuse pour insérer la deuxième broche percutanée, en sécurisant davantage le cadre avec la deuxième broche.Marquer le champ chirurgical avec de l’encre et utiliser un scalpel chirurgical pour faire une incision cutanée le long de la marque. Ensuite, utilisez un tournevis pour fixer le cadre au processus spinal d’intérêt et faire confirmer au chirurgien que le cadre a été solidement ancré. Pour l’étiquetage et l’enregistrement spatiaux, entrez l’interface dynamique de surveillance du cadre de référence vers le logiciel Point Spine Navigation System avec plusieurs vues planaires.Tous les cadres de référence dynamiques doivent être à l’intérieur de la zone de vision du système de suivi optique. Lorsque la flèche vectorielle du cadre de référence dynamique est affichée, le traqueur a été reconnu de façon durable par le système de suivi. Pour assurer un enregistrement correct, sélectionnez au moins quatre points de fonctionnalité non coplanar sur les images 3D préopératoires du patient.Utilisez la pointe de la sonde pour rester en contact avec le premier point de fonctionnalité dans la zone chirurgicale réelle. Appuyez ensuite sur Probe Selection’pour confirmer le point d’accès. Lorsque tous les points de fonctionnalité ont été confirmés, appuyez sur Calculation’The système calculera le résultat de l’enregistrement historique et le présentera dans l’interface logicielle.Lorsque les critères d’acceptation de l’exactitude de l’enregistrement répondent aux besoins des indications cliniques, utilisez la pointe de la sonde. Contactez en permanence n’importe quel point sur la surface osseuse dans la zone chirurgicale réelle et appuyez sur le bouton Probe Selection’button pour confirmer les points d’accès. Lorsqu’au moins 50 points pic ont été confirmés, appuyez sur Calculation’The system calculera le résultat correspondant à la surface et le présentera sur l’interface logicielle.Une fois que le résultat d’enregistrement a été accepté, utilisez la sonde pour sélectionner les repères anatomiques évidents de la zone chirurgicale réelle pour confirmation. Pour assembler le robot, inclinez la pièce dans l’espace afin que les deux cercles représentant l’angle de la pièce coïncident dans l’interface logicielle. Ensuite, ajustez horizontalement et verticalement la position de la pièce à main, de sorte que les points représentant la position de la pièce à main dans l’interface logicielle sont alignés avec les points d’entrée du chemin prévu.Nous vous recommandons de nous familiariser avec l’orientation à la première personne de l’interface utilisateur et le mouvement que nous avons ici du robot portatif avant de tenter une chirurgie. Pour préparer le pédicule, activez la fonction de perceuse de la pièce à main et percez les instruments montés sur l’extrémité avant le long de la trajectoire prévue. Utilisez le bras C pour confirmer la position de la goupille K et du trocar et utilisez la vue antérieure/postérieure pour déterminer si l’instrument est situé dans la zone ovale formée par le pedicle dans l’image de perspective.Ensuite, sous la vue latérale, déterminez si l’instrument se trouve à portée du pédule et des vertèbres. Lorsque les positions k-pin et trocar conviennent à la procédure, remplacez-les par des fils de guidage et insérez les vis de pedicle à travers les fils de guidage. Dans une étude précédente, un faible taux global de malposition de vis de 1,7 % sur un total de 59 vis placées sur 34 vertèbres vues à travers le système de navigation de la colonne vertébrale point a été démontré.Aucune perforation ou blessure du canal rachidien n’a été observée chez d’autres vaisseaux majeurs et toutes les vis pédules ont été placées dans la zone de sécurité. Le robot peut, non seulement forer, mais aussi effectuer même des manipulations de tissus mous en raison de la grande précision du robot, de nombreuses interventions chirurgicales peuvent être effectuées en toute sécurité. Notre équipe se concentre actuellement sur la facilité d’apprentissage de l’utilisateur et la fourniture d’un bras de soutien pour réduire le poids de la pièce à main.

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