Evaluering av forhåndsposisjoneringsrammen for robotisk akustisk nevromfjerningskirurgi (PPF)

Mastoidectomy er en vanlig otologisk kirurgisk prosedyre der hele eller deler av mastoiddelen av tinningbeinet fjernes med en kirurgisk drill. Prosedyren utføres for å behandle sykdommer og infeksjoner som mastoiditt og kolesteatom, og utføres også som ett trinn i andre operasjoner, for eksempel ansiktsrecess-tilnærmingen for cochleaimplantasjon (CI) eller den translabyrintiske tilnærmingen for fjerning av akustisk nevrom (TANR). Etterforskerne jobber med et nytt medisinsk utstyr for å hjelpe spesifikt med TANR-prosedyren. Fokuset i denne studien er en komponent i denne enheten, pre-posisjoneringsrammen (PPF).

TANR-kirurgi utføres for å fjerne godartede svulster på hørselsnerven som kan forårsake alvorlige hørsels- og balanseproblemer hvis de ikke fjernes. Den gjeldende standarden for omsorg er en mastoidektomi, etterfulgt av en labyrintektomi (eksisjon av labyrinten i det indre øret) for å få tilgang til hodeskallebasen, nærmere bestemt den indre hørselskanalen (IAC), hvor svulster er lokalisert.

Flere kritiske anatomiske strukturer er innebygd i mastoidbenet, inkludert ansiktsnerven, som kontrollerer bevegelsen i ansiktet, store blodårer som halspulsåren og intrakraniell fortsettelse av halsvenen, og tegmen, som er grensen mellom mastoiden. og hjernen. Kirurger er spesielt opplært til å gjenkjenne og unngå disse strukturene når de borer. Boring for TANR-kirurgi tar ofte flere timer på grunn av langsom fremføring av boret gjennom hardt bein i labyrintregionen. Etter denne boringen begynner den mest delikate og kritiske delen av operasjonen, dvs. fjerning av det akustiske nevromet. Etterforskerne antar at en robot, styrt av preoperative bilder, kan utføre boringen for TANR-kirurgi samtidig som den bevarer trygge marginer rundt de kritiske strukturene, og dermed gjør det mulig for kirurger å fokusere på den delikate, siste fasen av TANR-kirurgi.

Det finnes flere robotsystemer tilgjengelig for ortopediske boreprosedyrer som leddproteser og resurfacing. Disse systemene 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). Imidlertid har disse systemene ikke vist seg nøyaktige nok til å utføre TANR-kirurgi på en sikker måte, og er avhengige av dyre bildeveiledningssystemer for kontinuerlig å spore pasientens posisjon i forhold til roboten, for å sikre at den robotstyrte boringen holder seg innenfor sikre marginer.

Etterforskerne designet tidligere en liten lettvektsrobot som kan festes til beinet på pasientens hode, og gi den nødvendige nøyaktigheten for TANR-kirurgi uten et kostbart bildeveiledningssystem.

For å nå et helt mastoidektomivolum for TANR-kirurgi, må roboten vår være riktig plassert i forhold til pasientens temporale benanatomi. Etterforskerne antar at en stiv armatur, som etterforskerne kaller en pre-posisjoneringsramme (PPF), kan riktig posisjonere roboten vår for å fullføre boring for TANR-kirurgi på pasientpopulasjonen. Målet med denne studien er å undersøke det første trinnet i implementeringen av dette systemet ved å feste en PPF til en pasient som gjennomgår en standard TANR-operasjon for bedre å forstå tiden det tar å gjøre dette trinnet og optimalisere den kirurgiske arbeidsflyten.

PPF festes direkte til deltakernes hode bak øret ved hjelp av beinskruer tilpasset fra kranial rekonstruksjonsutstyr. Disse benskruene brukes vanligvis i dette området av hodeskallen og plasseres på en lignende penetrasjonsdybde på 3,5 mm. Sikkerhetsmarginen fra tuppen av skruen til den indre skalleoverflaten vil være 0,25 mm. I en fremtidig studie vil roboten deretter feste seg til referansemarkører på den øvre overflaten av PPF. Vår nåværende PPF-design inkluderer data fra ti robotboreeksperimenter. Seks forsøk ble utført på utskåret tinningbein, og fire ble utført på fulle kadaverhoder. Ved å bruke resultater fra disse eksperimentene forbedret etterforskerne formen på PPF for optimalt å nå utvalget av planlagte TANR mastoidektomivolumer, og forbedret også bena til PPF for å lette rask og sikker implantasjon av beinskruer.

Den kirurgiske arbeidsflyten etterforskerne planlegger for en full robot mastoidektomi vil bli beskrevet her for kontekst, men for å være tydelig, vil ikke trinn 7, 8 og 10 bli utført i den foreslåtte studien.

1. Før operasjonen segmenterer en kirurg manuelt et mastoidektomivolum i et preoperativt CT-bilde ved hjelp av undersøkelsesprogramvare laget for dette formålet.
2. Under operasjonen er PPF forankret til tinningbeinet med selvborende benskruer.
3. En intraoperativ CT-skanning erverves av deltakernes hode med PPF festet ved hjelp av en bærbar CT-skanner.
4. Det intraoperative CT-bildet registreres til preoperativ CT og de preoperative segmenteringene transformeres til intraoperativ CT ved hjelp av registreringen.
5. Fidusielle markører på PPF er lokalisert i det intraoperative CT-bildet, slik at preoperative segmenteringsdata kan transformeres til det intraoperative CT-bilderommet.
6. Robotbevegelse planlegges automatisk ved hjelp av programvare for mastoidektomiplanlegging.
7. (Roboten er festet til referansemarkørene på PPF, og aktiveres for å utføre borebanen. Kirurgen beholder kontroll over roboten og kan stoppe eller endre hastigheten hvis nødvendig).
8. (Roboten fjernes fra PPF etter fullført boring).
9. PPF fjernes fra deltakeren ved å løsne beinskruene.
10. (Kirurgen fullfører de manuelle kirurgiske handlingene som følger etter mastoidektomiboring, for eksempel fjerning av IAC-svulster.) Etterforskerne planlegger å klinisk validere det forbedrede PPF-designet ved å utføre trinnene ovenfor (unntatt trinn 7, 8 og 10) på ti deltakere. Merk at PPF vil bli fjernet direkte etter trinn 5 når CT-bildet er registrert. Ved å bruke tidligere utviklet robotisk mastoidektomi-planleggingsprogramvare (trinn 6), vil etterforskerne beregne prosentandelen av hver TANR-mastoidektomi som er tilgjengelig for en vedlagt PPF-konfigurasjon. Trinn 6 vil bli utført når bildene er samlet inn og vil ikke påvirke den kliniske prosedyren.