Evaluatie van het Pre-Positioning Frame voor Robotic Acoustic Neuroma Removal Surgery (PPF)

Mastoïdectomie is een gebruikelijke otologische chirurgische ingreep waarbij het mastoïdgedeelte van het slaapbeen geheel of gedeeltelijk wordt verwijderd met een chirurgische boor. De procedure wordt uitgevoerd om ziekten en infecties zoals mastoïditis en cholesteatoom te behandelen, en wordt ook uitgevoerd als een stap van andere operaties, zoals de gezichtsuitsparing voor cochleaire implantatie (CI) of de translabyrintische benadering voor het verwijderen van akoestische neuromen (TANR). De onderzoekers werken aan een nieuw medisch hulpmiddel om specifiek te helpen bij de TANR-procedure. De focus van deze studie is één onderdeel van dit apparaat, het pre-positioning frame (PPF).

TANR-chirurgie wordt uitgevoerd om goedaardige tumoren op de gehoorzenuw te verwijderen, die ernstige gehoor- en evenwichtsproblemen kunnen veroorzaken als ze niet worden verwijderd. De huidige zorgstandaard is een mastoïdectomie, gevolgd door een labyrinthectomie (excisie van het labyrint van het binnenoor) om toegang te krijgen tot de schedelbasis, met name de interne gehoorgang (IAC), waar tumoren zich bevinden.

Verschillende kritische anatomische structuren zijn ingebed in het mastoïdbot, waaronder de aangezichtszenuw, die de beweging van het gezicht regelt, grote bloedvaten zoals de halsslagader en intracraniale voortzetting van de halsader, en de tegmen, die de grens vormt tussen de mastoïd en de hersenen. Chirurgen zijn speciaal opgeleid om deze structuren bij het boren te herkennen en te vermijden. Boren voor TANR-chirurgie duurt vaak enkele uren vanwege de langzame voortgang van de boor door hard bot in het labyrintgebied. Na dit boren begint het meest delicate en kritieke deel van de operatie, namelijk het verwijderen van het akoestische neuroom. De onderzoekers veronderstellen dat een robot, geleid door pre-operatieve beelden, het boren voor TANR-chirurgie kan uitvoeren terwijl veilige marges rond de kritieke structuren behouden blijven, waardoor chirurgen zich kunnen concentreren op de delicate, laatste fase van TANR-chirurgie.

Er zijn verschillende robotsystemen beschikbaar voor orthopedische boorprocedures zoals gewrichtsartroplastiek en resurfacing. Deze systemen omvatten het RIO-systeem (Stryker Mako, Ft. Lauderdale, FL, VS), het ROBODOC Surgical System (Think Surgical Corp., Fremont, CA, VS) en de CASPAR (URS Ortho GMBH & Co. KG, Rastatt, Duitsland). Deze systemen zijn echter niet nauwkeurig genoeg gebleken om TANR-chirurgie veilig uit te voeren, en vertrouwen op dure beeldgeleidingssystemen om continu de positie van de patiënt ten opzichte van de robot te volgen, om ervoor te zorgen dat de robotgestuurde boor binnen veilige marges blijft.

De onderzoekers ontwierpen eerder een kleine lichtgewicht robot die op het bot van het hoofd van een patiënt kan worden bevestigd en die de vereiste nauwkeurigheid biedt voor TANR-chirurgie zonder een duur beeldgeleidingssysteem.

Om een ​​volledig mastoïdectomievolume voor TANR-chirurgie te bereiken, moet onze robot correct worden gepositioneerd ten opzichte van de temporale botanatomie van een patiënt. De onderzoekers veronderstellen dat een rigide armatuur, die de onderzoekers een pre-positioning frame (PPF) noemen, onze robot correct kan positioneren om het boren voor TANR-chirurgie op de patiëntenpopulatie te voltooien. Het doel van deze studie is om de eerste stap in de implementatie van dit systeem te onderzoeken door een PPF te bevestigen aan een patiënt die een standaard TANR-operatie ondergaat, om de tijd die nodig is om deze stap uit te voeren beter te begrijpen en de chirurgische workflow te optimaliseren.

De PPF wordt rechtstreeks op het hoofd van de deelnemer achter het oor bevestigd met behulp van botschroeven die zijn aangepast aan hardware voor craniale reconstructie. Deze botschroeven worden meestal in dit deel van de schedel gebruikt en op een vergelijkbare penetratiediepte van 3,5 mm geplaatst. De veiligheidsmarge van de punt van de schroef tot het binnenoppervlak van de schedel is 0,25 mm. In een toekomstig onderzoek zou de robot zich dan hechten aan vaste markeringen op het bovenoppervlak van de PPF. Ons huidige PPF-ontwerp bevat gegevens van tien robotboorexperimenten. Zes proeven werden uitgevoerd op weggesneden slaapbeenderen en vier werden uitgevoerd op volledige kadaverhoofden. Met behulp van de resultaten van deze experimenten verbeterden de onderzoekers de vorm van de PPF om optimaal het bereik van geplande TANR-mastoïdectomievolumes te bereiken, en verbeterden ze ook de poten van de PPF om een ​​snelle en veilige implantatie van botschroeven te vergemakkelijken.

De chirurgische workflow die de onderzoekers plannen voor een volledige gerobotiseerde mastoidectomie zal hier worden beschreven voor de context, maar voor alle duidelijkheid: stappen 7, 8 en 10 zullen niet worden uitgevoerd in het voorgestelde onderzoek.

1. Voorafgaand aan de operatie segmenteert een chirurg handmatig een mastoïdectomievolume in een preoperatief CT-beeld met behulp van onderzoekssoftware die voor dit doel is gemaakt.
2. Tijdens de operatie wordt de PPF verankerd aan het slaapbeen met zelfborende botschroeven.
3. Een intraoperatieve CT-scan wordt verkregen van het hoofd van de deelnemer met de PPF bevestigd met behulp van een draagbare CT-scanner.
4. Het intraoperatieve CT-beeld wordt geregistreerd op de preoperatieve CT en de preoperatieve segmentaties worden getransformeerd naar de intraoperatieve CT met behulp van de registratie.
5. Vaste markeringen op de PPF zijn gelokaliseerd in het intraoperatieve CT-beeld, waardoor de preoperatieve segmentatiegegevens kunnen worden getransformeerd naar de intraoperatieve CT-beeldruimte.
6. Robotbeweging wordt automatisch gepland met behulp van planningssoftware voor mastoïdectomie.
7. (De robot wordt vastgemaakt aan de referentiemarkeringen op de PPF en wordt geactiveerd om het boortraject uit te voeren. De chirurg behoudt de toezichthoudende controle over de robot en kan indien nodig stoppen of de snelheid ervan aanpassen).
8. (De robot wordt uit de PPF verwijderd nadat het boren is voltooid).
9. De PPF wordt van de deelnemer verwijderd door de botschroeven los te draaien.
10. (De chirurg voltooit de handmatige chirurgische acties die volgen op het boren van mastoïdectomie, zoals het verwijderen van IAC-tumoren.) De onderzoekers zijn van plan het verbeterde PPF-ontwerp klinisch te valideren door de bovenstaande stappen (exclusief stappen 7, 8 en 10) uit te voeren op tien deelnemers. Merk op dat de PPF direct na stap 5 wordt verwijderd wanneer het CT-beeld is geregistreerd. Met behulp van eerder ontwikkelde planningssoftware voor mastoïdectomie (stap 6) berekenen de onderzoekers het percentage van elke TANR-mastoïdectomie dat bereikbaar is voor een aangesloten PPF-configuratie. Stap 6 wordt uitgevoerd zodra de beelden zijn verzameld en heeft geen invloed op de klinische procedure.