Valutazione del telaio di preposizionamento per la chirurgia robotica di rimozione del neuroma acustico (PPF)

La mastoidectomia è una comune procedura chirurgica otologica in cui tutta o parte della porzione mastoidea dell'osso temporale viene rimossa con un trapano chirurgico. La procedura viene eseguita per trattare malattie e infezioni come la mastoidite e il colesteatoma e viene eseguita anche come una fase di altri interventi chirurgici, come l'approccio del recesso facciale per l'impianto cocleare (CI) o l'approccio translabirintico per la rimozione del neuroma acustico (TANR). Gli investigatori stanno lavorando su un nuovo dispositivo medico per assistere specificamente con la procedura TANR. L'obiettivo di questo studio è un componente di questo dispositivo, il telaio di preposizionamento (PPF).

La chirurgia TANR viene eseguita per rimuovere tumori benigni sul nervo uditivo che possono causare gravi problemi di udito e di equilibrio se non rimossi. L'attuale standard di cura è una mastoidectomia, seguita da una labirintectomia (asportazione del labirinto dell'orecchio interno) per accedere alla base del cranio, in particolare al canale uditivo interno (IAC), dove si trovano i tumori.

Diverse strutture anatomiche critiche sono incorporate nell'osso mastoideo, compreso il nervo facciale, che controlla il movimento del viso, grandi vasi sanguigni come l'arteria carotide e la continuazione intracranica della vena giugulare, e il tegmen, che è il confine tra la mastoide e il cervello. I chirurghi sono appositamente formati per riconoscere ed evitare queste strutture durante la perforazione. La perforazione per la chirurgia TANR richiede spesso diverse ore a causa del lento avanzamento della fresa attraverso l'osso duro nella regione del labirinto. Dopo questa perforazione inizia la parte più delicata e critica dell'intervento, ovvero l'asportazione del neuroma acustico. Gli investigatori ipotizzano che un robot, guidato da immagini preoperatorie, possa eseguire la perforazione per la chirurgia TANR preservando margini di sicurezza attorno alle strutture critiche, consentendo così ai chirurghi di concentrarsi sulla delicata fase finale della chirurgia TANR.

Sono disponibili diversi sistemi robotici per le procedure di perforazione ortopedica come l'artroplastica articolare e il resurfacing. Questi sistemi includono il sistema RIO (Stryker Mako, Ft. Lauderdale, FL, USA), ROBODOC Surgical System (Think Surgical Corp., Fremont, CA, USA) e CASPAR (URS Ortho GMBH & Co. KG, Rastatt, Germania). Tuttavia, questi sistemi non si sono dimostrati sufficientemente accurati per eseguire la chirurgia TANR in sicurezza e si affidano a costosi sistemi di guida per immagini per tracciare continuamente la posizione del paziente rispetto al robot, al fine di garantire che il trapano guidato dal robot rimanga entro margini di sicurezza.

I ricercatori hanno precedentemente progettato un piccolo robot leggero che può essere attaccato all'osso della testa di un paziente e fornire la precisione richiesta per la chirurgia TANR senza un costoso sistema di guida per immagini.

Per raggiungere un intero volume di mastoidectomia per la chirurgia TANR, il nostro robot deve essere posizionato correttamente rispetto all'anatomia dell'osso temporale del paziente. Gli investigatori ipotizzano che un dispositivo rigido, che gli investigatori chiamano telaio di preposizionamento (PPF), possa posizionare correttamente il nostro robot per completare la perforazione per la chirurgia TANR sulla popolazione di pazienti. L'obiettivo di questo studio è indagare il primo passo nell'implementazione di questo sistema allegando un PPF a un paziente sottoposto a un intervento chirurgico TANR standard al fine di comprendere meglio il tempo necessario per eseguire questo passaggio e ottimizzare il flusso di lavoro chirurgico.

Il PPF, si attacca direttamente alla testa dei partecipanti dietro l'orecchio, utilizzando viti ossee adattate dall'hardware di ricostruzione cranica. Queste viti ossee sono tipicamente utilizzate in quest'area del cranio e posizionate a una profondità di penetrazione simile di 3,5 mm. Il margine di sicurezza dalla punta della vite alla superficie interna del cranio sarà di 0,25 mm. In uno studio futuro, il robot si collegherà quindi ai marcatori fiduciari sulla superficie superiore del PPF. Il nostro attuale progetto PPF incorpora i dati di dieci esperimenti di perforazione robotica. Sei prove sono state eseguite su ossa temporali asportate e quattro sono state eseguite su teste di cadaveri interi. Utilizzando i risultati di questi esperimenti, i ricercatori hanno migliorato la forma del PPF per raggiungere in modo ottimale la gamma di volumi di mastoidectomia TANR pianificati e hanno anche migliorato le gambe del PPF per facilitare l'impianto rapido e sicuro delle viti ossee.

Il flusso di lavoro chirurgico che i ricercatori pianificano per una mastoidectomia robotica completa sarà descritto qui per il contesto, ma per essere chiari, i passaggi 7, 8 e 10 non saranno eseguiti nello studio proposto.

1. Prima dell'intervento chirurgico, un chirurgo segmenta manualmente un volume di mastoidectomia in un'immagine TC preoperatoria utilizzando un software sperimentale creato a tale scopo.
2. Durante l'intervento chirurgico, il PPF viene ancorato all'osso temporale con viti ossee autoperforanti.
3. Viene acquisita una scansione TC intraoperatoria della testa dei partecipanti con il PPF collegato utilizzando uno scanner TC portatile.
4. L'immagine TC intraoperatoria viene registrata nella TC preoperatoria e le segmentazioni preoperatorie vengono trasformate nella TC intraoperatoria utilizzando la registrazione.
5. I marcatori fiduciali sul PPF sono localizzati nell'immagine TC intraoperatoria, consentendo di trasformare i dati di segmentazione preoperatoria nello spazio dell'immagine TC intraoperatoria.
6. Il movimento del robot viene pianificato automaticamente utilizzando il software di pianificazione della mastoidectomia sperimentale.
7. (Il robot è fissato ai marcatori fiduciali sul PPF e viene attivato per eseguire la traiettoria del trapano. Il chirurgo mantiene il controllo di supervisione sul robot e può arrestarne o modificarne la velocità se necessario).
8. (Il robot viene rimosso dal PPF dopo il completamento della perforazione).
9. Il PPF viene rimosso dal partecipante allentando le viti ossee.
10. (Il chirurgo completa le azioni chirurgiche manuali che seguono la perforazione della mastoidectomia, come la rimozione dei tumori IAC.) Gli investigatori intendono convalidare clinicamente il design PPF migliorato eseguendo i passaggi precedenti (esclusi i passaggi 7, 8 e 10) su dieci partecipanti. Si noti che il PPF verrà rimosso direttamente dopo il passaggio 5 quando l'immagine CT è stata registrata. Utilizzando il software di pianificazione della mastoidectomia robotica sviluppato in precedenza (passaggio 6), gli investigatori calcoleranno la percentuale di ciascuna mastoidectomia TANR raggiungibile per una configurazione PPF allegata. Il passaggio 6 verrà eseguito una volta raccolte le immagini e non avrà alcun impatto sulla procedura clinica.