Name: a spine robotic-assisted navigation system for pedicle screw placement
Uploaded: 2020-05-11T13:00:00
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이 연구는 부분적으로 로봇 시스템을 제공하는 포인트 로보틱스 메드테크 법인에 의해 지원되었다. 이 헌금자는 X.Y. Xiao, C.W. Chen, H.K. Chou 및 C.Y. Sung에 대한 급여 형태로 지원을 제공했지만 연구 설계, 데이터 수집 및 분석, 출판 결정 또는 원고 준비에 추가적인 역할은 없었습니다.

모든 절차는 국립 대만 대학 병원 (NTUH) 연구 윤리위원회 (REC)와 1975 년 헬싱키 선언 (가장 최근에 개정 된 버전)의 윤리 기준에 따라 했다. 추가 임상 시험이 준비된 경우 모든 환자로부터 통보된 동의를 얻어야 합니다.
참고 : 마취 절차는 환자의 수술 전 평가, 수술 중 관리 및 수술 후 관리의 세 단계로 분류 될 수 있습니다. 수술 전 평가 중 철저한 병력과 신체 검사를 포함한 ?...

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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>

1990년 이래로 로봇 사용과 관련된 외과 적 응용 분야가 급속히 발전해 왔습니다. 사용 가능한 로봇 기술이 최적화되어 정확도가 향상되고, 사람의 손의 떨림을 극복하고, 네비게이션 시스템의 일치 및 등록 시간이단축되었습니다 15. 수술 로봇 지원의 장점은 다음과 같습니다 : (1) 긴 학습 과정없이 즉각적인 표준화; (2) 외과 의사는 사용자 인터페이스를 통해 CT 기반 이미지에 중?...

척추 수술 분야에서 척추 융합 수술은 기본적인 외과 적 수술, 특히 척추의 3 열 지원을 제공하고 생체 역학의 강도를 향상시킬 수있는 후방 척추 나사 고정입니다. 따라서, 그것은 가장 일반적으로 사용되는 외과 적 절차 중 하나가되고있다1. 많은 초기 연구에서, 후방 소아성차임의 임상적 효과가 확인되었으며, 퇴행성, 외상성 및 복잡한 척추 질환과 같은 많은 다른 척추 질환에 대한 수술에 널리 사용되고 있다2.
그러나, 후방 요추 융합 수술은 우수한 치료 효과를 얻을 수 있지만, 인체 해부학으로 인해 여전히 위험하다. 중추 신경계, 신경 뿌리 및 주요 혈관과 같은 페디클에 가까운 많은 중요한 조직 구조가 있습니다. 외과 적 수술 중 이러한 조직의 손상은 혈관 손상, 신경 학적 결핍 또는 나사 풀림22,3과같은 심각한 합병증을 일으킬 수 있습니다. 또한 외과 의사와 직원은 특히 최소 침습 척추 절차의 경우 추가 방사선에 노출됩니다4. 외과 의사는 나사 배치, 뼈 절골술 및 신경감압5와 같은 길고 지루한 척추 수술 절차 후 피로와 손 떨림을 경험할 수 있습니다.
척추 수술에 적용될 로봇 보조 네비게이션 시스템을 수술 정확도와 환자의 안전을 개선하기 위한 제안이 필요했습니다. 로봇 보조 네비게이션 시스템에 대한 여러 연구는 혈통 나사 배치의 안전성, 정확성 및 정밀도의 향상뿐만 아니라 방사선 노출 및 작동 시간6,7,7,88,9,,10을감소시보였다. 그러나 철저한 나사 궤도 계획, 이미지로 의한 사전 작동 계획, 고정 장치가 있는 포괄적인 로봇 시스템 및 로봇 제어 소프트웨어는 여전히 이 목표를 달성하기 위해 해결되어야 합니다. 이 연구는 로봇 보조 페디클 나사 배치 수술을 위한 자체 개발 네비게이션 시스템(즉, 포인트 척추 네비게이션 시스템(PSNS))의 로봇 구조 및 워크플로우에 대한 설명에 중점을 둡니다.
시스템 설명 및 수술 프로토콜 PSNS는 다음을 포함하는 탐색 워크스테이션으로 구성됩니다. (1) 3차원(3D) 재구성, 사전 수술 계획, 공간 운동 관계 계산 및 등록을 통한 이미지 판독을 담당하는 사용자 인터페이스 소프트웨어가 있습니다. (2) PSNS는 적외선 광학 안내 시스템을 사용하여 수술 로봇과 환자의 공간 위치를 추적합니다. 적외선 광학 가이던스 시스템에는 다음과 같은 구성 요소가 포함되어 있습니다: (i) 적외선을 능동적으로 방출하고 듀얼 카메라를 통해 스테레오 포지셔닝을 수행하는 광학 트래커(그림1); (ii) 표면이 정밀한 공구 추적을 위한 반사 특성을 가진 반사 코팅을 가진 마커 구; 및 (iii) 베이스 및 4개의 마커 구를 포함하는 동적 참조 프레임(DRF)을 가진 도구. 추적 시스템의 식별 실패를 방지하기 위해 각 장치에는 고유한 DRF 설계가 있으며 서로 공유할 수 없습니다. 사용되는 DRF에는 핸드피스 위치를 확인하기 위해 핸드피스의 베이스에 부착된 베이스 프레임(BF), 핸드피스의 끝에 부착된 엔드 이펙터 프레임(EF), 환자의 뼈에 고정된 신탁 프레임(FF) 및 3D 공간에서 대상 위치를 확인하는 프로브가 포함됩니다. (3) 6자유도(DOF) 스튜어트 플랫폼을 포함하는 핸드피스가 있는데, 로봇의 한쪽 끝은 나사 경로를 드릴링하는 데 사용되는 동작 도구를 구비한다. 핸드피스는 외과 의사가 척추 수술 중 수술 도구의 위치 또는 페디클 나사와 같은 임플란트의 정확한 배치를 지원하는 로봇 보조 네비게이션 시스템입니다. 로봇이 자동으로 올바른 대상을 보정할 때 수술 대상의 움직임이 추적됩니다. 로봇은 수술 도구 지침을 제공하는 반 활성 시스템으로 설계되었습니다. 그러나, 실제 수술은 외과 의사에 의해 수행됩니다. 작동 원리 및 장비는 그림 2에나와 있습니다.
PSNS는 다음 시료 절차를 포함하되 이에 국한되지 않는 절차에 대해 표시됩니다: (i) 개방, 최소 침습, 또는 경피적 척추 수술; (ii) 흉부, 요추 또는 천골 척추에 대한 척추 수술 부위; (iii) 외상, 퇴행성 협착 질환, 불안정성, 척추 염, 추간판 추간판, 종양, 감염 또는 척추 기형 교정을위한 후방 척추 융합; (iv) 척추 성형술을 수행하는 동안 K-와이어 또는 바늘과 같은 일시적 또는 영구적 인 장치의 배치, 또는 경피 경피 내시경 요추 절제술; (iv) 골종양 절제술은 골양성 골종 또는 종양 생검의 절제, 로봇이 주어진 척추 위치로 바늘 또는 가이드와이어를 지시하는. 이 절차는 마취, 외과 적 수술을 견딜 수없는 사람들 또는 만족스러운 탐색 이미지가 획득되지 않은 사람들에게 금기입니다.
신경 외과 의사와 정형 외과 의사를 포함한 수술 직원은 지도 과정에 대한 라이센스와 훈련을 받아야합니다. 수술 중 로봇을 작동시키기위한 모든 절차는 환자 또는 외과 의사에게 해를 끼치지 않도록 권장 표준화 된 절차를 따라야합니다. 외과 의사는 기존의 수술 기구로 다시 전환하고 탐색이 부정확하다고 판단될 때 수술을 완료 할 수 있는지 확인하기 위해 기존의 수술 경험을 가지고 있어야합니다, 외과 의사의 해부학 적 지식에 따라.

<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

Pedicle 나사 이식은 우수한 치료 효과를 가지고 있으며 종종 척추 융합 수술에서 외과 의사에 의해 사용된다. 그러나 인체 해부학의 복잡성으로 인해이 외과 적 수술은 특히 최소 침습 수술이나 선천성 기형 및 척추 측만증 환자에서 어렵고 도전적입니다. 위에서 언급 한 요인 외에도 외과 의사의 수술 경험과 기술은 수술 후 환자의 회복 속도 및 합병증에도 영향을 미칩니다. 따라서, 정확하게 수행 된 소아성부 수착은 외과 의사와 환자에 대한 공통관심사의 지속적인 주제이다. 최근 기술 개발과 함께 로봇 보조 네비게이션 시스템이 점차 채택되고 있습니다. 이 로봇 보조 네비게이션 시스템은 수술 전에 수술 전 완벽한 계획을 외과 의사에게 제공합니다. 이 시스템은 각 척추의 3D 재구성 이미지를 제공하여 외과 의사가 환자의 생리학적 특성을 보다 신속하게 이해할 수 있도록 합니다. 또한 시상, 관상, 축 및 경사 평면의 2D 이미지를 제공하여 외과 의사가 페디클 나사 배치 계획을 정확하게 수행 할 수 있도록합니다.
이전 연구는 정확도 및 안전성 평가를 포함하여 페디클 스크류 이식 절차를 위한 로봇 보조 네비게이션 시스템의 효과를 입증했습니다. 이 단계별 프로토콜은 로봇 보조 페디클 나사 배치를 위한 표준화된 수술 기법 노트를 설명하는 것을 목표로 합니다.

로봇 보조 페디클 나사 배치의 안전성과 정확성은 여러 연구에서 해결되었습니다6,,11. 우리는 제안된 방법의 광학 추적 시스템에서 수술 전 계획 이미지와 척추를 일치시다. 계획된 수술 경로를 결정한 후, 이 정보는 핸드피스 제어부를 통해 핸드피스로 전달되었다. 내비게이션 시스템은 추적 정보를 통합하여 수술 중 모니터에 표시합니다. 또한, 화면?...

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A Spine Robotic-Assisted Navigation System for Pedicle Screw Placement

이 기사에서는 로봇 보조 네비게이션 시스템을 사용하여 로봇 보조 페디클 나사 배치를 위한 표준화된 수술 기법을 제시합니다. 단계별 프로토콜을 제시하고 이 절차의 워크플로 및 예방 조치에 대해 설명합니다.

페디클 나사 배치를 위한 척추 로봇 보조 네비게이션 시스템

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

이 로봇 지원 네비게이션 시스템은 매우 효과적이고 정확하며 안전합니다. 그것은 친절한 사용자 인터페이스를 제공하고 페디클 나사 교체를위한 자동으로 보상 핸드피스를 제공합니다. 이 시스템의 포인트 핸드피스는 강력한 하중 용량, 빠른 위치 지정 속도, 휴대성, 작은 설치 공간 및 높은 곡선성의 장점을 갖는 병렬 플랫폼 아키텍처를 가지고 있습니다.이 시스템은 최소 침습 수술, 복잡한 kyphoid 척추측만증 기형 및 기타 도전적인 사례를 수행하는 데 사용할 수 있습니다. 우리는 신경 감압과 같은 다른 외과 적 수술에서 로봇 시스템을 사용할 계획입니다. 기존의 외과 적 방법과는 달리,이 시스템은 응용 프로그램 인터페이스 내에서 수술 목표 및 수술 단계를 시각화 할 수있는 독특한 기술을 사용합니다.저와 함께 절차를 시연하는 것은 포인트 로보틱스의 엔지니어인 친웨이 첸과 시우윤 샤오입니다. 마취 및 드레이핑 후, 후방 에리악 문장에 1.5 밀리미터의 격자로 경피 와이어 를 배치하여 관전 프레임을 톱 뼈의 장강 뼈에 고정하고 형광검사 에서 진입점을 확인하십시오. 잉크로 진입점을 표시합니다.분당 1, 000 회전으로 설정된 파워 드릴을 사용하여 환자의 후방 iliac 문장에 첫 번째 경피 핀을 삽입합니다. 핀을 사용하여 수탁 프레임을 고정하고 광학 추적 카메라에서 인식될 때까지 프레임을 조정합니다. 프레임이 위치에 있을 때 드라이버를 사용하여 프레임을 핀에 고정하고 드릴을 사용하여 두 번째 경피 핀을 삽입하여 두 번째 핀으로 프레임을 더욱 고정합니다.수술장을 잉크로 표시하고 외과용 메스를 사용하여 마크를 따라 피부 절개를 합니다. 그런 다음 드라이버를 사용하여 관심있는 척추 과정에 프레임을 고정하고 외과 의사가 프레임이 단단히 고정되었는지 확인하도록합니다. 공간 라벨링 및 등록을 위해 동적 참조 프레임 모니터링 인터페이스를 여러 평면 뷰가 있는 Point Spine 탐색 시스템 소프트웨어에 입력합니다.모든 동적 참조 프레임은 광학 추적 시스템의 비전 영역 내에 있어야 합니다. 동적 참조 프레임 벡터 화살표가 표시되면 추적 시스템에서 트래커를 안정적으로 인식했습니다. 올바른 등록을 위해 환자의 수술 전 3D 재구성 CT 이미지에서 적어도 4개의 비-coplanar 피처 포인트를 선택합니다.프로브의 끝을 사용하여 실제 수술 영역 내의 첫 번째 피처 포인트와 계속 접촉하십시오. 그런 다음 프로브 선택을 눌러 액세스 포인트를 확인합니다. 모든 피처 포인트가 확인되면, 'The 시스템은 랜드마크 등록 결과를 계산하고 소프트웨어 인터페이스에 제시합니다.등록 정확도에 대한 수용 기준이 임상 적응증의 요구사항을 충족하는 경우 프로브 팁을 사용합니다. 실제 수술 부위의 뼈 표면의 모든 지점에 지속적으로 연락하여 프로브 선택 버튼을 눌러 액세스 지점을 확인합니다. 50개 이상의 그림 점이 확인되면, 이 시스템은 표면 매칭 결과를 계산하고 소프트웨어 인터페이스에 제시합니다.등록 결과가 받아들여지면 프로브를 사용하여 실제 수술 영역의 명백한 해부학 적 랜드 마크를 선택하여 확인하십시오. 로봇을 조립하려면 핸드피스의 각도를 나타내는 두 원이 소프트웨어 인터페이스에서 일치하도록 공간에서 핸드피스를 각도로 이동합니다. 그런 다음, 소프트웨어 인터페이스에서 핸드피스의 위치를 나타내는 점이 계획된 경로의 진입점과 정렬되도록, 핸드피스의 위치를 수평 및 수직으로 조정한다.우리는 사용자 인터페이스의 첫 번째 사람 방향과 우리가 수술을 시도하기 전에 핸드 헬드 로봇의 여기에 있는 움직임에 익숙해지는 것이 좋습니다. 페디클을 준비하려면 핸드피스의 드릴 기능을 활성화하고 계획된 경로를 따라 프런트 엔드에 장착된 계측기를 드릴링합니다. C-암을 사용하여 K-핀과 트로카의 위치를 확인하고 전방/후방 뷰를 사용하여 계측기가 원근 이미지에서 페디클에 의해 형성된 타원형 영역에 있는지 여부를 결정합니다.그런 다음 측면 보기 에서 계측기가 페디클 과 척추의 범위 내에 있는지 여부를 결정합니다. K-핀과 트로카 위치가 절차에 적합한 경우 가이드 와이어로 교체하고 가이드 와이어를 통해 페디클 나사를 삽입합니다. 이전 연구에서는 포인트 척추 내비게이션 시스템을 통해 34개의 척추에 배치된 총 59개의 나사에서 1.7%의 낮은 전체 나사 과치율이 입증되었습니다.다른 주요 선박에 대한 척추 운하 천공이나 부상은 관찰되지 않았으며 모든 페디클 나사는 안전 구역 내에 배치되었습니다. 로봇은 드릴뿐만 아니라 로봇의 높은 정확도로 인해 연조직 조작도 수행 할 수 있으며 많은 수술 절차를 안전하게 수행 할 수 있습니다. 우리 팀은 현재 사용자 학습 곡선을 더 쉽게 만들고 핸드피스의 무게를 줄이기 위해 지원 팔을 제공하는 데 주력하고 있습니다.

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