Name: a teleoperated robotic system-assisted percutaneous transiliac-transsacral screw fixation technique
Uploaded: 2023-01-06T14:00:00
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Die Anwendung dieser Robotertechnik wurde von der Ethikkommission des Tongji-Krankenhauses des Tongji Medical College der Huazhong University of Science and Technology genehmigt und entspricht der Helsinki-Erklärung von 1975 in der 2013 überarbeiteten Fassung.
1. Präoperative Planung
<ol><li>Fixieren Sie die Leichenfelle in Rückenlage mit einer Durchleuchtungsplattenbasis (siehe Materialtabelle), indem Sie zwei Schanzstifte durch den Oberschenkelknochen ...

<ol>
	<li>Bargar, W. L., Bauer, A., B&#246;rner, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Primary+and+revision+total+hip+replacement+using+the+Robodoc+system.">Primary and revision total hip replacement using the Robodoc system.</a> Clinical Orthopaedics and Related Research. (354), 82-91 (1998).</li><li>Jacofsky, D. J., Allen, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Robotics+in+arthroplasty:+A+comprehensive+review.">Robotics in arthroplasty: A comprehensive review.</a> Journal of Arthroplasty. 31 (10), 2353-2363 (2016).</li><li>Perfetti, D. C., Kisinde, S., Rogers-LaVanne, M. P., Satin, A. M., Lieberman, I. 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Unabhängig von der Art des Roboters bietet die Kernanwendung von Robotern in der Orthopädie ein fortschrittliches Werkzeug für Chirurgen, um die Genauigkeit der Operation zu verbessern. Das Aufkommen von Operationsrobotern ist jedoch kein Ersatz für Ärzte. Chirurgen, die Roboteroperationen durchführen, können sich im Operationssaal befinden oder auch nicht. Chirurgische Roboter umfassen im Allgemeinen ein Computersteuerungssystem, einen Roboterarm, der für die Operation verantwortlich ist, und ein Navigationssyst...

Die erste Roboteranwendung, die in der orthopädischen Chirurgie eingesetzt wurde, war das ROBODOC-System, das 1992 eingesetzt wurde1. Seitdem haben sich roboterassistierte Operationssysteme rasant entwickelt. Die roboterassistierte Chirurgie verbessert die Endoprothetik, indem sie die Fähigkeit des Chirurgen verbessert, die Ausrichtung der Extremität und die physiologische Kinematik des Gelenks wiederherzustellen2. In der Wirbelsäulenchirurgie ist die Platzierung von Pedikelschrauben mit einem Roboter sicher und genau. Es reduziert auch die Strahlenbelastung des Chirurgen3. Studien zur roboterassistierten Chirurgie sind jedoch aufgrund der Heterogenität traumatischer orthopädischer Erkrankungen begrenzt. Die bestehende Forschung zur robotergestützten Chirurgie bei orthopädischen Traumata konzentriert sich hauptsächlich auf roboterassistierte Iliosakralgelenkschrauben und Schambeinschraubfixierung von Beckenringfrakturen4, kanülierte Schraubenfixierung des Oberschenkelhalses5, Eintrittspunkt- und distale Verriegelungsbolzen beim intramedullären Nageln 6,7, perkutane Frakturreduktion 8,9 und die Behandlung von schwer verwundeten Patienten im militärischen Bereich10.
Die perkutane Schneckentechnik kann mit 2D- und 3D-Navigationsunterstützung durchgeführt werden. Die Iliosakral-, Vordersäule-, Hintersäule-, Supraacetabular- und Magische Schrauben sind die häufigsten perkutanen Techniken für Becken- und Hüftgelenksfakturen11. Die perkutane transiliakral-transsakrale Schraubentechnik stellt für Chirurgen nach wie vor eine Herausforderung dar. Ein Verständnis der Beckenanatomie und Röntgendurchleuchtung, eine genaue Positionierung und langfristige Handstabilität sind für dieses Verfahren erforderlich. Das teleoperierte Robotersystem kann diese Anforderungen gut erfüllen. In dieser Studie wird ein teleoperiertes Robotersystem verwendet, um die perkutane transiliakral-transsakrale Schraubenfixierung bei Beckenringfrakturen durchzuführen. Die Details und der Arbeitsablauf dieses Protokolls werden im Folgenden dargestellt.
Robotersystem Das Master-Slave Orthopaedic Positioning and Guidance System (MSOPGS) besteht im Wesentlichen aus drei Teilen: dem chirurgischen Roboter (Slave Manipulator) mit sieben Freiheitsgraden (DOF), dem Master Manipulator mit Force-Feedback und der Konsole. Das System verfügt über vier Betriebsmodi: manuelle Traktion, Master-Slave-Betrieb, Remote Center of Motion (ROM) und Notfall. Abbildung 1 zeigt die MSOPPGS; Die Hauptkomponenten werden im Folgenden kurz beschrieben.
Der Operationsroboter (siehe Materialtabelle) ist ein Manipulator mit sieben DOF, der für die Integration in Medizinprodukte vorzertifiziert ist12. Der Roboter verfügt über Force-Feedback-Sensoren, die Kraftänderungen erkennen können. Der Roboterarm kann manuell oder ferngesteuert bedient werden. Ein Drehmomentsensor ist an der Spitze installiert und dem "Master Manipulator" zugeordnet, der eine Kraftrückkopplung in Echtzeit ermöglicht. Die maximale Belastung des Roboterarms reicht aus, um Weichteilkräften zu widerstehen und das Flattern der chirurgischen Instrumente zu reduzieren. Der Roboter ist an einer mobilen Plattform befestigt, um einen funktionsfähigen Arbeitsplatz zu erhalten und Stabilität zu gewährleisten. Die Basis ist mit dem "Master Manipulator" und dem Betriebssystem verbunden und kann Anweisungen aus dem operativen System verarbeiten.
Der "Master Manipulator" wurde für das Gesundheitswesen entwickelt, um den Roboter präzise zu steuern. Dieses Gerät bietet sieben aktive DOF, einschließlich hochpräziser Force-Feedback-Greiffunktionen. Sein Endeffektor deckt den natürlichen Bewegungsumfang der menschlichen Hand ab. Eine inkrementelle Steuerungsstrategie wird verwendet, um eine intuitive Steuerung des Roboterarms zu erreichen.
Das Betriebssystem bietet vier Methoden zur Steuerung des Roboterarms: manuelle Traktion, Master-Slave-Betriebsmodus, Remote Center of Motion (RCM) und Notfall. Das operative System verbindet den Chirurgen und den Roboter und gibt Sicherheitsalarme. Der manuelle Traktionsmodus ermöglicht es, den Manipulator innerhalb eines bestimmten Arbeitsbereichs frei zu ziehen. Der Roboter wird automatisch verriegelt, nachdem er für 5 s gestoppt wurde. Im Master-Slave-Modus kann der Chirurg mit dem "Master Manipulator" die Bewegung des Roboterarms steuern. Der RCM-Modus ermöglicht es dem chirurgischen Instrument, sich um das Ende des Instruments zu drehen. Der RCM-Modus eignet sich am besten für die Neuorientierung auf der axialen Durchleuchtungsansicht des Kanals, wie z. B. das röntgenologisches Tropfenzeichen des supraacetabulären Kanals und die wahre sakrale Ansicht des transiliakral-transsakralen knöchernen Weges. Der Manipulator kann in jeder Position zur Notbremsung eingesetzt werden. Abbildung 2 zeigt den Workflow des Systems.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>160-slice CT</td>
			<td>United Imaging Healthcare Surgical Technology Co. Ltd</td>
			<td>uCT780</td>
			<td>Acquire the prescise image and DICOM data</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electric bone drill</td>
			<td>YUTONG Medical</td>
			<td>None</td>
			<td>Power system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluoroscopic plate base</td>
			<td>None</td>
			<td>None</td>
			<td>Fix the cadaveric pelves to operating table</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>K-wire</td>
			<td>None</td>
			<td>2.5mm</td>
			<td>Guidewire</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Master-Slave Orthopaedic Positioning and Guidance System</td>
			<td>United Imaging Healthcare Surgical Technology Co. Ltd</td>
			<td>None</td>
			<td>A teleoperated robotic system that positions screws for orthopaedic surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mimics Innovation Suite</td>
			<td>Materialise</td>
			<td>Mimics Medical 21</td>
			<td>Preoperative planning software &#160;&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mobile C-arm</td>
			<td>United Imaging Healthcare Surgical Technology Co. Ltd</td>
			<td>uMC560i</td>
			<td>Low Dose CMOS Mobile C-arm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Operating table&#160;</td>
			<td>KELING</td>
			<td>DL&#183;C-I</td>
			<td>Fluoroscopic surgical table</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Schanz pins</td>
			<td>Tianjin ZhengTian Medical Instrument Co.,Ltd.</td>
			<td>5.0mm</td>
			<td>Fix the cadaveric pelves</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Semi-threaded screw</td>
			<td>Tianjin ZhengTian Medical Instrument Co.,Ltd.</td>
			<td>7.3mm</td>
			<td>Transiliac-Transsacral Screw</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Seven DOF manipulator</td>
			<td>KUKA, Germany</td>
			<td>LBR Med 7 R800</td>
			<td>Device for performing surgical operations</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a teleoperated robotic system-assisted percutaneous transiliac-transsacral screw fixation technique

Die transiliakral-transsakrale Schraubenfixierung ist in der klinischen Praxis eine Herausforderung, da die Schrauben sechs Schichten kortikalen Knochens durchbrechen müssen. Transiliakral-transsakrale Schrauben bieten einen längeren Hebelarm, um den senkrechten vertikalen Scherkräften standzuhalten. Der Schraubenkanal ist jedoch so lang, dass eine geringfügige Abweichung zu iatrogenen neurovaskulären Verletzungen führen kann. Die Entwicklung von Medizinrobotern hat die Präzision der Chirurgie verbessert. Das vorliegende Protokoll beschreibt, wie ein neues teleoperiertes Robotersystem verwendet wird, um eine transiliakral-transakrale Schraubenfixierung durchzuführen. Der Roboter wurde ferngesteuert, um den Eintrittspunkt zu positionieren und die Ausrichtung der Hülse anzupassen. Die Schneckenpositionen wurden mittels postoperativer Computertomographie (CT) beurteilt. Alle Schrauben wurden sicher implantiert, wie durch intraoperative Durchleuchtung bestätigt wurde. Die postoperative CT bestätigte, dass sich alle Schrauben im Spongios-Knochen befanden. Dieses System kombiniert die Initiative des Arztes mit der Stabilität des Roboters. Die Fernsteuerung dieses Verfahrens ist möglich. Die roboterassistierte Chirurgie hat im Vergleich zu herkömmlichen Methoden ein höheres Positionserhaltungsvermögen. Im Gegensatz zu aktiven Robotersystemen hat der Chirurg die volle Kontrolle über die Operation. Das Robotersystem ist voll kompatibel mit OP-Systemen und erfordert keine zusätzliche Ausrüstung.

Ein leitender orthopädischer Chirurg führte die Operation mit dem beschriebenen Verfahren durch. Alle Schrauben (drei in S1 und zwei in S2) waren gesichert. Die Zeit (von der ersten Röntgendurchleuchtung bis zum Einsetzen der Schraube) für das Einsetzen jeder der fünf Schrauben betrug 32 Minuten, 28 Minuten, 26 Minuten, 20 Minuten und 23 Minuten. Die Durchleuchtungszeit für jede Schraube betrug ca. 5 min. Obwohl sich alle Schrauben auf den intraoperativen Durchleuchtungsbildern an der richtigen Stelle befanden, hab...

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A Teleoperated Robotic System-Assisted Percutaneous Transiliac-Transsacral Screw Fixation Technique

Die teleoperierte robotergestützte perkutane transiliakral-transsakrale Schraubenfixation ist eine praktikable Technik. Durch die hervorragende Bewegungsfreiheit und Stabilität der Roboterarme können Schraubkanäle mit hoher Genauigkeit realisiert werden.

Eine teleoperierte robotergestützte perkutane transiliakral-transsakrale Schraubenfixationstechnik

Transiliac-transsacral screw fixation is challenging in clinical practice as the screws need to break through six layers of cortical bone. ...

Die transiliakral-transsakrale Schraubenfixierung ist eine anspruchsvolle Aufgabe in der klinischen Praxis. Die teleoperierte robotergestützte Chirurgie bietet eine Lösung für die Schwierigkeit der transiliakral-transsakralen Schraubenplatzierung. Mit dieser Technik können Chirurgen Eingriffe außerhalb des Operationssaals durchführen und so die Gefahr einer Strahlenbelastung vermeiden.Darüber hinaus hat die roboterassistierte Chirurgie im Vergleich zur konventionellen Methode eine höhere Positionserhaltungsfähigkeit. Diese Technologie kann mit 3D-Navigation, Virtual Reality, Augmented Reality und Mixed-Reality-Technologien für die perkutane Schraubenplatzierung in der Becken-Hüftpfanne kombiniert werden. Für eine effiziente Fixierung sollten Ärzte in der Lage sein, die Iliosakralschrauben freihändig unter Durchleuchtung zu platzieren, bevor sie diese Technik anwenden.Fixieren Sie zunächst die Leichenfelle in Rückenlage mit einer Durchleuchtungsplattenbasis, indem Sie zwei Schanzstifte durch den Oberschenkelknochen einführen. Legen Sie in Rückenlage sowohl die hinteren oberen Darmbeinstacheln gleichzeitig auf die Planke als auch die Lendenwirbel parallel zum Boden. Erstellen Sie mit dem Med CAD-Modul der präoperativen Planungssoftware einen Zylinder des Beckenbildes und definieren Sie die Größe des Zylinders durch Eingabe des Durchmessers und der Länge.Platzieren Sie den Zylinder in den S1- oder S2-Wirbelkörper und passen Sie die Ausrichtung der Zylindermittellinie auf den axialen und koronalen Bildern an. Überprüfen Sie die Beziehung zwischen dem Rand des Zylinders und dem kortikalen Knochen in jedem Bild. Fixieren Sie das Becken in Rückenlage auf dem Durchleuchtungs-OP-Tisch.Platzieren Sie den Roboter dann auf der ipsilateralen Seite in einem Winkel von 45 Grad zum OP-Tisch, wobei der C-Bogen senkrecht zum OP-Tisch auf der kontralateralen Seite steht. Als nächstes platzieren Sie die Workstation des Master-Manipulators außerhalb des Operationssaals. Befestigen Sie den Gitterpositionsmacher mit Klebeband auf der ipsilateralen Seite.Wählen Sie den Zielbereich durch eine Rasterpositionsmarkierung auf der echten Seitenansicht des Kreuzbeins aus. Stellen Sie sicher, dass der manuelle Traktionsmodus auf der Konsole ausgewählt und gestartet ist, und ziehen Sie den Roboterarm in den allgemeinen Bereich des Einstiegspunkts der transiliakral-transsakralen Schrauben S1 oder S2. Visualisieren Sie die echte Seitenansicht des Kreuzbeins, bedienen Sie den Master-Manipulator im Master-Slave-Betriebsmodus und stellen Sie die Spitze der distalen Hülse so ein, dass sie sich im Bereich des Führungsdrahteintritts befindet.Nachdem Sie den RCM-Modus (Remote Center of Motion) ausgewählt haben, setzen Sie die C-Bogen-Fluoroskopie für die laterale Sakralansicht fort. Stellen Sie die Mitte der Führungsdrahthülse in konzentrische Kreise ein, um mit dem Schraubenkanal übereinzustimmen. Verriegeln Sie den Roboterarm und führen Sie mit einer elektrischen Bohrmaschine einen 2,5-Millimeter-Führungsdraht durch das kontralaterale Ileum.Entfernen Sie dann den Roboter im manuellen Traktionsmodus. Drehen Sie den C-Bogen zu den Einlass- und Auslasswinkeln, um zu überprüfen, ob der Führungsdraht durchgebrochen ist oder den inneren und hinteren Sakralkortex und den Sakralnervenkanal berührt hat. Führen Sie eine 7,3-Millimeter-Halbgewindeschraube entlang des Führungsdrahtes zum kontralateralen Beckenkortex ein.Beurteilen Sie die Schraubenposition in der Beckeneinlass-, Auslass- und Seitenansicht. Importieren Sie die erfassten CT-Scandaten im DICOM-Format in die präoperative Planungssoftware, um die Schraubenposition in koronalen, sagittalen und axialen Bildern des Beckens zu erhalten. Postoperative CT-Rekonstruktionsbilder und Röntgenaufnahmen zur Beurteilung der Schraubenplatzierung zeigten, dass keine Schrauben in den kortikalen Knochen eindrangen und alle Schrauben vollständig im spongiösen Knochen lagen.Sagittale CT-Rekonstruktionsbilder der Mittellinie deuteten darauf hin, dass sich die Schraube im S1 befindet und nicht in den Sakralkanal eingedrungen ist, wie auf dem axialen Bild der Scheibenscheibe zu sehen ist. Außerdem ist die Schraube sicher, wie auf dem Bild der koronalen CT-Rekonstruktion zu sehen ist. Die echte laterale Ansicht des Kreuzbeins zeigte, dass sich die Schraube vollständig im Knochen befindet und sich in sicherer Entfernung vom vorderen und hinteren Sakralkortex und dem Sakralnervenkanal auf den Einlass- und Auslassbildern befindet.Eine Fernsteuerung dieses Vorgangs ist möglich. Die wichtigsten Punkte in diesem Protokoll sind die Genauigkeit und Stabilität des Master-Slave-Betriebsmodus und des RCM-Modus. Es wird erwartet, dass diese Methode in Zukunft ein wesentlicher Bestandteil der Telemedizin wird.

Research

JoVE Journal

Engineering

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Ohmsche Kontakt Fabrication unter Verwendung eines fokussierten Ionenstrahl-Technik und Elektrische Charakterisierung für Layer-Halbleiter-Nanostrukturen

Layer semiconductors with easily processed two-dimensional (2D) structures exhibit indirect-to-direct bandgap transitions and superior transistor ...

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