Name: a spine robotic-assisted navigation system for pedicle screw placement
Uploaded: 2020-05-11T13:00:00
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Este estudio fue parcialmente apoyado por Point Robotics Medtech Incorporation, que proporcionó el sistema de robots. El fundero proporcionó apoyo en forma de salarios para X.Y. Xiao, C.W. Chen, H.K. Chou y C.Y. Sung, pero no tuvo ningún papel adicional en el diseño del estudio, la recopilación y el análisis de datos, la decisión de publicar o la preparación del manuscrito.

Todos los procedimientos seguidos fueron de acuerdo con las normas éticas del Comité de ética de investigación del Hospital Universitario Nacional de Taiwán (NTUH) y la Declaración de Helsinki de 1975 (en su versión más reciente enmendada). Se debe obtener el consentimiento informado de todos los pacientes si se prepara un ensayo clínico adicional.
NOTA: El procedimiento de anestesia se puede clasificar en tres pasos: evaluación preoperatoria del paciente, manejo intraoperatorio y ma...

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Desde 1990, ha habido rápidos desarrollos en aplicaciones quirúrgicas que implican el uso de robots. Las tecnologías robóticas disponibles han sido optimizadas, lo que se traduce en una mayor precisión, superando el temblor en las manos humanas y reduciendo los tiempos de emparejamiento y registro de los sistemas de navegación15. Los beneficios de la asistencia quirúrgica para robots incluyen: (1) estandarización inmediata sin largos procesos de aprendizaje; (2) los cirujanos pueden seguir...

En el campo de la cirugía espinal, la cirugía de fusión espinal es un procedimiento quirúrgico fundamental, especialmente la fijación del tornillo pedicular posterior, que puede proporcionar soporte de tres columnas de las vértebras y mejorar la fuerza de la biomecánica; por lo tanto, se ha convertido en uno de los procedimientos quirúrgicos más utilizados1. En muchos estudios tempranos, se ha confirmado el efecto clínico de la implantación de tornillo pedicular posterior, y ha sido ampliamente utilizado en la cirugía para muchos trastornos espinales diferentes, tales como condiciones espinales degenerativas, traumáticas y complicadas2.
Sin embargo, aunque la cirugía de fusión espinal lumbar posterior puede lograr excelentes efectos de tratamiento, todavía es riesgoso debido a la anatomía del cuerpo humano. Hay muchas estructuras de tejido vitales cerca del pediculo, como el sistema nervioso central, las raíces nerviosas y los vasos sanguíneos principales. El daño de estos tejidos durante el procedimiento quirúrgico puede causar complicaciones graves, como lesiones vasculares, déficits neurológicos o aflojamiento detornillos2,3. Además, los cirujanos y el personal están expuestos a radiación adicional, especialmente en el caso de procedimientos espinales mínimamente invasivos4. Los cirujanos pueden experimentar fatiga y temblores de manos después de largos y tediosos procedimientos de cirugía espinal, como colocaciones de tornillos, osteotomía ósea y descompresión nerviosa5.
La tasa insatisfactoria del procedimiento de colocación del tornillo pedicular requería la propuesta de que se aplicara un sistema de navegación asistido por robótica en cirugías espinales para mejorar la precisión de la cirugía y la seguridad de los pacientes. Varios estudios sobre sistemas de navegación asistida por robótica han demostrado mejoras en la seguridad, precisión y precisión de la colocación de tornillos pediculares, así como disminución de la exposición a la radiación y tiempos de funcionamiento6,7,8,9,10. Sin embargo, la planificación completa de la trayectoria del tornillo, la planificación preoperatoria con imágenes, el sistema robótico integral con dispositivo de fijación y el software de control de robots todavía necesitan ser abordados para lograr este objetivo. Este estudio se centra en la descripción de la estructura robótica y el flujo de trabajo de un sistema de navegación autodesarrollado (es decir, el sistema de navegación de columna vertebral point (PSNS)) para cirugías de colocación de tornillos pediculares asistidas por robótica.
Descripción del sistema y protocolo quirúrgico El PSNS consta de una estación de trabajo de navegación que incluye lo siguiente. (1) Existe un software de interfaz de usuario responsable de la lectura de imágenes a través de la reconstrucción tridimensional (3D), la planificación preoperatoria, el cálculo de relaciones cinemáticas espaciales y el registro. (2) El PSNS utiliza sistemas de guía óptica infrarroja para rastrear la posición espacial de los robots quirúrgicos y los pacientes. El sistema de guía óptica infrarroja contiene los siguientes componentes: (i) un rastreador óptico que emite activamente luz infrarroja y realiza el posicionamiento estéreo a través de una cámara dual(Figura 1); (ii) una esfera de marcador cuya superficie tenga un recubrimiento reflectante con propiedades reflectantes para el seguimiento preciso de la herramienta; y (iii) una herramienta con un marco de referencia dinámico (DRF) que comprende una base y cuatro esferas de marcador. Para evitar el error de identificación del sistema de seguimiento, cada dispositivo tiene un diseño DRF único y no se puede compartir entre sí. El DRF utilizado incluye un marco base (BF) unido a la base de la pieza de mano para confirmar la posición de la pieza de mano, un marco de efecto final (EF) unido al extremo de la pieza de mano para confirmar la posición de la pieza de mano, un marco fiduciario (FF) anclado en el hueso del paciente para confirmar la posición del paciente, y una sonda cuya punta se utiliza para confirmar la posición objetivo en el espacio 3D. (3) Hay una pieza de mano que comprende una plataforma Stewart de seis grados de libertad (DOF), con un extremo del robot equipado con una herramienta de operación utilizada para perforar la trayectoria del tornillo. La pieza de mano es un sistema de navegación asistido por robótica que ayuda a los cirujanos a la colocación precisa de implantes, como tornillos pediculares, o el posicionamiento de herramientas quirúrgicas durante la cirugía espinal. El movimiento del objetivo quirúrgico se rastrea a medida que el robot compensa automáticamente el objetivo correcto. El robot está diseñado como un sistema semiactivo que ofrece guía de herramientas quirúrgicas; sin embargo, la cirugía real es realizada por cirujanos. El principio de funcionamiento y el equipo se ilustran en la Figura 2.
PSNS está indicado para procedimientos que incluyen pero no se limitan a los siguientes procedimientos de muestra: (i) cirugía espinal abierta, mínimamente invasiva o percutánea; (ii) sitio de cirugía espinal para vértebras torácicas, lumbares o sacras; (iii) fusión espinal posterior para traumatismos, enfermedad de la estenosis degenerativa, inestabilidad, espondilolistesis, hernia de disco, tumor, infección o corrección de la deformidad espinal; (iv) la colocación de dispositivos temporales o permanentes, como k-wires o agujas, mientras se realiza la vertebroplastia, o una discectomía lumbar endoscópica percutánea transforaminal o interlaminar; y (iv) escisión tumoral ósea, incluyendo la ablación de osteoma osteoide o biopsia tumoral, en la que el robot dirigió agujas o cables guía a una ubicación vertebral dada. Este procedimiento está contraindicado para aquellos con incapacidad para tolerar la anestesia, el procedimiento quirúrgico, o cuando no se han adquirido imágenes de navegación satisfactorias.
Tenga en cuenta que el personal de la operación, incluidos los neurocirujanos y cirujanos ortopédicos, debe tener licencia y estar capacitado en cursos de guía. Todos los procedimientos para operar el robot durante la cirugía deben seguir los procedimientos estandarizados recomendados para evitar causar daño al paciente o cirujano. Los cirujanos deben poseer experiencia quirúrgica convencional para asegurarse de que es posible volver a los instrumentos quirúrgicos convencionales y completar la cirugía cuando se determina que la navegación es inexacta, basada en el conocimiento anatómico de los cirujanos.

<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

La implantación de tornillos de pedicular tiene excelentes efectos de tratamiento y a menudo es utilizada por los cirujanos en la cirugía de fusión espinal. Sin embargo, debido a la complejidad de la anatomía del cuerpo humano, este procedimiento quirúrgico es difícil y desafiante, especialmente en cirugía mínimamente invasiva o pacientes con anomalías congénitas y deformidad de la cifoscoliosis. Además de los factores antes mencionados, la experiencia quirúrgica y la técnica del cirujano también afectan las tasas de recuperación y complicaciones de los pacientes después de la operación quirúrgica. Por lo tanto, realizar con precisión la implantación de tornillopediculo tiene es un tema constante de preocupación común para los cirujanos y pacientes. En los últimos años, con el desarrollo tecnológico, los sistemas de navegación asistida por robots se han ido adoptando gradualmente. Estos sistemas de navegación asistidos por robots proporcionan a los cirujanos una planificación preoperatoria completa antes de la cirugía. El sistema proporciona imágenes reconstruidas en 3D de cada vértebra, lo que permite a los cirujanos comprender las características fisiológicas del paciente más rápidamente. También proporciona imágenes 2D de planos sagitales, coronales, axiales y oblicuos para que los cirujanos puedan realizar con precisión el plan de colocación de tornillos pediculares.
Estudios anteriores han demostrado la eficacia de los sistemas de navegación asistida por robot para procedimientos de implantación de tornillos pediculares, incluidas evaluaciones de precisión y seguridad. Este protocolo paso a paso tiene como objetivo esbozar una nota de técnica quirúrgica estandarizada para la colocación de tornillopediso asistido por robótica.

La seguridad y precisión de las colocaciones de tornillos pediculares asistidas por robótica se han abordado en varios estudios6,,11. Comparamos las vértebras con imágenes de planificación preoperatoria bajo un sistema de seguimiento óptico en el método propuesto. Después de determinar la trayectoria quirúrgica planificada, esta información se transfirió a la pieza de mano a través de la unidad de control de la pieza de mano. El sistema de navegación...

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A Spine Robotic-Assisted Navigation System for Pedicle Screw Placement

Este artículo presenta una técnica quirúrgica estandarizada para la colocación de tornillos pediculares asistidos por robótica mediante el uso de sistemas de navegación asistidos por robótica. Presentamos un protocolo paso a paso y describimos el flujo de trabajo y las precauciones de este procedimiento.

Un sistema de navegación asistida por robótica de espinas para la colocación de tornillos 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 ...

Este sistema de navegación asistida por robot es muy eficaz, preciso y seguro. Proporciona una interfaz de usuario amigable y una pieza de mano compensada automáticamente para el reemplazo del tornillo pedicular. La pieza de mano de este sistema tiene una arquitectura de plataforma paralela, que tiene las ventajas de una fuerte capacidad de carga, velocidad de posicionamiento rápido, portabilidad, huella pequeña y alta curvabilidad.Este sistema se puede utilizar para realizar cirugías mínimamente invasivas, complicadas deformidades de la escoliosis cifoides y otros casos desafiantes. Planeamos usar el sistema de robótica en otros procedimientos quirúrgicos como la descompresión nerviosa. A diferencia de los métodos quirúrgicos tradicionales, este sistema utiliza una tecnología única que permite la visualización de los objetivos quirúrgicos y los pasos de operación dentro de la interfaz de la aplicación.Demostrando el procedimiento conmigo serán Chin-Wei Chen y Xiu-Yun Xiao, ingenieros de Point Robotics. Después de la anestesia y el drapeado, coloque un alambre percutáneo con una capa de 1,5 milímetros en la cresta ilíaca posterior para anclar el marco fiduciario al hueso ilíaco del hueso de la sierra y compruebe el punto de entrada debajo de la fluoroscopia. Marque el punto de entrada con tinta.Utilice un taladro eléctrico establecido en 1.000 revoluciones por minuto para insertar el primer pasador percutáneo en la cresta ilíaca posterior del paciente. Utilice el pin para anclar el marco fiduciario y ajuste el marco hasta que sea reconocido por la cámara de seguimiento óptico. Cuando el marco esté en posición, utilice un destornillador para fijar el marco al pasador y utilice el taladro para insertar el segundo pasador percutáneo, asegurando aún más el marco con el segundo pasador.Marque el campo quirúrgico con tinta y use un bisturí quirúrgico para hacer una incisión cutánea a lo largo de la marca. A continuación, utilice un destornillador para fijar el marco al proceso de interés espinal y pida al cirujano que confirme que el marco está firmemente anclado. Para el etiquetado y el registro espaciales, introduzca la interfaz de supervisión de marcos de referencia dinámica al software Point Spine Navigation System con varias vistas planas.Todos los marcos de referencia dinámicos deben estar dentro del área de visión del sistema de seguimiento óptico. Cuando se muestra la flecha vectorial del marco de referencia dinámica, el rastreador ha sido reconocido de forma estable por el sistema de seguimiento. Para garantizar un registro correcto, seleccione al menos cuatro puntos de características no coplanares en las imágenes de TC de reconstrucción 3D preoperatorias del paciente.Utilice la punta de la sonda para mantenerse en contacto con el primer punto de entidad dentro del área quirúrgica real. A continuación, pulse Selección de sonda para confirmar el punto de acceso. Una vez confirmados todos los puntos de función, pulse Calculation'El sistema calculará el resultado del registro de referencia y lo presentará en la interfaz del software.Cuando los criterios de aceptación para la precisión del registro satisfagan las necesidades de las indicaciones clínicas, utilice la punta de la sonda. Entre en contacto continuamente con cualquier punto de la superficie ósea del área quirúrgica real y pulse el botón Selección de sonda para confirmar los puntos de acceso. Cuando se hayan confirmado al menos 50 puntos de foto, pulse Calculation'El sistema calculará el resultado de la coincidencia de superficie y lo presentará en la interfaz del software.Una vez aceptado el resultado del registro, utilice la sonda para seleccionar los puntos de referencia anatómicos obvios del área quirúrgica real para la confirmación. Para montar el robot, anule la pieza de mano en el espacio para que los dos círculos que representan el ángulo de la pieza de mano coincidan en la interfaz del software. A continuación, ajuste horizontal y verticalmente la posición de la pieza de mano, de modo que los puntos que representan la posición de la pieza de mano en la interfaz de software se alineen con los puntos de entrada de la ruta planificada.Recomendamos familiarizarnos con la orientación en primera persona de la interfaz de usuario y el movimiento que tenemos aquí del robot de mano antes de intentar una cirugía. Para preparar el pediculo, active la función de taladro de la pieza de mano y taladre los instrumentos montados en el extremo frontal a lo largo de la trayectoria planificada. Utilice el brazo C para confirmar la posición del pin K y el trocar y utilice la vista anterior/posterior para determinar si el instrumento se encuentra en el área ovalada formada por el pediculo en la imagen en perspectiva.Luego, bajo la vista lateral, determine si el instrumento está dentro del rango del pediculo y las vértebras. Cuando las posiciones de K-pin y trocar sean adecuadas para el procedimiento, sustitúyalas por cables guía e inserte los tornillos pediculares a través de los cables guía. En un estudio anterior, se demostró una tasa de malposición de tornillo de bajo nivel general del 1,7% de un total de 59 tornillos colocados en 34 vértebras observadas a través del sistema de navegación de la columna vertebral de puntos.No se observaron perforaciones del canal espinal ni lesiones en ningún otro recipiente importante y se colocaron todos los tornillos pediculares dentro de la zona segura. El robot puede, no sólo perforar, sino también realizar incluso manipulaciones de tejidos blandos debido a la alta precisión del robot, muchos procedimientos quirúrgicos se pueden realizar de forma segura. Nuestro equipo se centra actualmente en facilitar la curva de aprendizaje del usuario y proporcionar un brazo de apoyo para reducir el peso de la pieza de mano.

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