Evaluering af pre-positioneringsrammen for robotisk akustisk neuromer fjernelseskirurgi (PPF)

Mastoidectomy er en almindelig otologisk kirurgisk procedure, hvor hele eller en del af mastoiddelen af ​​tindingeknoglen fjernes med en kirurgisk boremaskine. Proceduren udføres for at behandle sygdomme og infektioner såsom mastoiditis og kolesteatom, og udføres også som et trin i andre operationer, såsom ansigtsrecess-tilgangen til cochlear implantation (CI) eller den translabyrintiske tilgang til fjernelse af akustisk neuromer (TANR). Efterforskerne arbejder på et nyt medicinsk udstyr til at hjælpe specifikt med TANR-proceduren. Fokus i denne undersøgelse er en komponent i denne enhed, pre-positioning frame (PPF).

TANR-kirurgi udføres for at fjerne godartede tumorer på hørenerven, som kan forårsage alvorlige høre- og balanceproblemer, hvis de ikke fjernes. Den nuværende standard for pleje er en mastoidektomi, efterfulgt af en labyrintektomi (udskæring af labyrinten i det indre øre) for at få adgang til kraniets base, specifikt den interne auditive kanal (IAC), hvor tumorer er lokaliseret.

Adskillige kritiske anatomiske strukturer er indlejret i mastoidknoglen, herunder ansigtsnerven, som styrer ansigtets bevægelse, store blodkar såsom halspulsåren og intrakraniel fortsættelse af halsvenen, og tegmen, som er grænsen mellem mastoideus. og hjernen. Kirurger er specielt uddannet til at genkende og undgå disse strukturer, når de borer. Boring til TANR-kirurgi tager ofte flere timer på grund af langsom fremføring af boret gennem hård knogle i labyrintregionen. Efter denne boring begynder den mest delikate og kritiske del af operationen, dvs. fjernelse af det akustiske neurom. Efterforskerne antager, at en robot, styret af præoperative billeder, kan udføre boringen til TANR-kirurgi og samtidig bevare sikre marginer omkring de kritiske strukturer, hvilket gør det muligt for kirurger at fokusere på den delikate, sidste fase af TANR-kirurgi.

Der er adskillige robotsystemer tilgængelige til ortopædiske boreprocedurer såsom ledarthroplastik og resurfacing. Disse systemer inkluderer RIO-systemet (Stryker Mako, Ft. Lauderdale, FL, USA), ROBODOC Surgical System (Think Surgical Corp., Fremont, CA, USA) og CASPAR (URS Ortho GMBH & Co. KG, Rastatt, Tyskland). Disse systemer er dog ikke blevet vist nøjagtige nok til at udføre TANR-kirurgi sikkert, og de er afhængige af dyre billedstyringssystemer til kontinuerligt at spore patientens position i forhold til robotten for at sikre, at den robotstyrede boremaskine forbliver inden for sikre marginer.

Efterforskerne har tidligere designet en lille letvægtsrobot, der kan fastgøres til knoglen af ​​en patients hoved og give den nødvendige nøjagtighed til TANR-kirurgi uden et dyrt billedstyringssystem.

For at nå et helt mastoidektomivolumen til TANR-kirurgi skal vores robot placeres korrekt i forhold til en patients temporale knogleanatomi. Efterforskerne antager, at en stiv armatur, som efterforskerne kalder en pre-positioning frame (PPF), kan placere vores robot korrekt til at udføre boring til TANR-kirurgi på patientpopulationen. Målet med denne undersøgelse er at undersøge det første trin i implementeringen af ​​dette system ved at vedhæfte en PPF til en patient, der gennemgår en standard TANR-kirurgi for bedre at forstå den tid, det tager at udføre dette trin og optimere det kirurgiske arbejdsflow.

PPF'en fastgøres direkte til deltagerens hoved bag øret ved hjælp af knogleskruer tilpasset fra kranie-rekonstruktions-hardware. Disse knogleskruer bruges typisk i dette område af kraniet og placeres i en tilsvarende indtrængningsdybde på 3,5 mm. Sikkerhedsmargenen fra spidsen af ​​skruen til den indvendige kranieoverflade vil være 0,25 mm. I en fremtidig undersøgelse vil robotten derefter fastgøres til referencemarkører på toppen af ​​PPF'en. Vores nuværende PPF-design inkorporerer data fra ti robotboreeksperimenter. Seks forsøg blev udført på udskårne tindingeknogler, og fire blev udført på fulde kadaverhoveder. Ved hjælp af resultater fra disse eksperimenter forbedrede efterforskerne formen af ​​PPF for optimalt at nå intervallet af planlagte TANR-mastoidectomy-volumener, og forbedrede også benene på PPF for at lette hurtig og sikker implantation af knogleskruer.

Den kirurgiske arbejdsgang efterforskerne planlægger for en fuld robot mastoidektomi vil blive beskrevet her for kontekst, men for at være klar, vil trin 7, 8 og 10 ikke blive udført i den foreslåede undersøgelse.

1. Før operationen segmenterer en kirurg manuelt et mastoidektomivolumen i et præoperativt CT-billede ved hjælp af undersøgelsessoftware, der er skabt til dette formål.
2. Under operationen forankres PPF til tindingeknoglen med selvborende knogleskruer.
3. En intraoperativ CT-scanning foretages af deltagernes hoved med PPF påsat ved hjælp af en bærbar CT-scanner.
4. Det intraoperative CT-billede registreres til den præoperative CT, og de præoperative segmenteringer transformeres til den intraoperative CT ved hjælp af registreringen.
5. Fiducial markører på PPF er lokaliseret i det intraoperative CT-billede, hvilket gør det muligt at transformere de præoperative segmenteringsdata til det intraoperative CT-billedrum.
6. Robotbevægelsen planlægges automatisk ved hjælp af undersøgelsessoftware til mastoidektomiplanlægning.
7. (Roboten er fastgjort til referencemarkørerne på PPF'en og aktiveres for at udføre borebanen. Kirurgen bevarer overvågningskontrollen over robotten og kan stoppe eller ændre dens hastighed, hvis det er nødvendigt).
8. (Roboten fjernes fra PPF efter afslutning af boring).
9. PPF fjernes fra deltageren ved at løsne knogleskruerne.
10. (Kirurgen fuldfører de manuelle kirurgiske handlinger, der følger efter mastoidektomiboring, såsom fjernelse af IAC-tumorer.) Efterforskerne planlægger at klinisk validere det forbedrede PPF-design ved at udføre ovenstående trin (eksklusive trin 7, 8 og 10) på ti deltagere. Bemærk, at PPF vil blive fjernet direkte efter trin 5, når CT-billedet er blevet registreret. Ved at bruge tidligere udviklet robotmastoidektomi-planlægningssoftware (trin 6), vil efterforskerne beregne procentdelen af ​​hver TANR-mastoidektomi, der er tilgængelig for en tilknyttet PPF-konfiguration. Trin 6 vil blive udført, når billederne er blevet indsamlet og vil ikke påvirke den kliniske procedure.