Ocena wstępnego pozycjonowania ramy do chirurgicznego usunięcia nerwiaka nerwu słuchowego (PPF)

Mastoidektomia jest powszechną otologiczną procedurą chirurgiczną, w której całość lub część wyrostka sutkowatego kości skroniowej jest usuwana za pomocą wiertła chirurgicznego. Procedura jest wykonywana w celu leczenia chorób i infekcji, takich jak zapalenie wyrostka sutkowatego i perlak, a także jest wykonywana jako jeden z etapów innych operacji, takich jak dostęp z zagłębienia twarzowego w celu wszczepienia implantu ślimakowego (CI) lub dostęp przez labirynt w celu usunięcia nerwiaka nerwu słuchowego (TANR). Badacze pracują nad nowym urządzeniem medycznym, które ma w szczególności pomóc w procedurze TANR. Celem tego badania jest jeden element tego urządzenia, rama do wstępnego pozycjonowania (PPF).

Operacja TANR jest wykonywana w celu usunięcia łagodnych guzów nerwu słuchowego, które, jeśli nie zostaną usunięte, mogą powodować poważne problemy ze słuchem i równowagą. Obecnym standardem postępowania jest mastoidektomia, po której następuje labiryntektomia (wycięcie błędnika ucha wewnętrznego) w celu uzyskania dostępu do podstawy czaszki, w szczególności do przewodu słuchowego wewnętrznego (IAC), w którym zlokalizowane są guzy.

W kości wyrostka sutkowego osadzonych jest kilka krytycznych struktur anatomicznych, w tym nerw twarzowy, który kontroluje ruch twarzy, duże naczynia krwionośne, takie jak tętnica szyjna i wewnątrzczaszkowe przedłużenie żyły szyjnej, oraz tegmen, który jest granicą między wyrostkiem sutkowym i mózg. Chirurdzy są specjalnie przeszkoleni w rozpoznawaniu i unikaniu tych struktur podczas wiercenia. Wiercenie do operacji TANR często trwa kilka godzin ze względu na powolne posuwanie się wiertła przez twardą kość w okolicy błędnika. Po tym wierceniu rozpoczyna się najbardziej delikatna i krytyczna część operacji, czyli usunięcie nerwiaka nerwu słuchowego. Badacze wysuwają hipotezę, że robot, kierując się obrazami przedoperacyjnymi, może wykonać wiercenie do operacji TANR, zachowując jednocześnie bezpieczne marginesy wokół krytycznych struktur, umożliwiając chirurgom skupienie się na delikatnym, końcowym etapie operacji TANR.

Dostępnych jest kilka systemów zrobotyzowanych do zabiegów ortopedycznych, takich jak plastyka stawów i resurfacing. Systemy te obejmują system RIO (Stryker Mako, Ft. Lauderdale, FL, USA), ROBODOC Surgical System (Think Surgical Corp., Fremont, CA, USA) oraz CASPAR (URS Ortho GMBH & Co. KG, Rastatt, Niemcy). Jednak systemy te nie okazały się wystarczająco dokładne, aby bezpiecznie przeprowadzić operację TANR, i opierają się na drogich systemach prowadzenia obrazu do ciągłego śledzenia pozycji pacjenta względem robota, aby zapewnić, że wiertło prowadzone przez robota pozostaje w bezpiecznych marginesach.

Badacze wcześniej zaprojektowali małego, lekkiego robota, który można przymocować do kości głowy pacjenta i zapewnić wymaganą dokładność w chirurgii TANR bez drogiego systemu prowadzenia obrazu.

Aby osiągnąć całą objętość mastoidektomii podczas operacji TANR, nasz robot musi być prawidłowo ustawiony względem anatomii kości skroniowej pacjenta. Badacze postawili hipotezę, że sztywny uchwyt, który badacze nazywają ramą do wstępnego pozycjonowania (PPF), może prawidłowo ustawić naszego robota w celu zakończenia wiercenia w celu przeprowadzenia operacji TANR w populacji pacjentów. Celem tego badania jest zbadanie pierwszego kroku wdrażania tego systemu poprzez podłączenie PPF do pacjenta, który przechodzi standardową operację TANR, aby lepiej zrozumieć czas potrzebny na wykonanie tego kroku i zoptymalizować przebieg pracy chirurgicznej.

PPF mocuje się bezpośrednio do głowy uczestnika za uchem za pomocą śrub kostnych zaadaptowanych ze sprzętu do rekonstrukcji czaszki. Te śruby kostne są zwykle stosowane w tym obszarze czaszki i umieszczane na podobnej głębokości penetracji wynoszącej 3,5 mm. Margines bezpieczeństwa od końcówki śruby do wewnętrznej powierzchni czaszki wyniesie 0,25 mm. W przyszłych badaniach robot przyczepi się do znaczników na górnej powierzchni PPF. Nasz obecny projekt PPF obejmuje dane z dziesięciu zrobotyzowanych eksperymentów wiertniczych. Sześć prób przeprowadzono na wyciętych kościach skroniowych, a cztery na pełnych głowach zwłok. Korzystając z wyników tych eksperymentów, badacze poprawili kształt PPF, aby optymalnie osiągnąć zakres planowanych objętości mastoidektomii TANR, a także ulepszyli odnogi PPF, aby ułatwić szybkie i bezpieczne wszczepienie śrub kostnych.

Przebieg pracy chirurgicznej, jaki badacze planują dla pełnej zrobotyzowanej mastoidektomii, zostanie tutaj opisany dla kontekstu, ale dla jasności, kroki 7, 8 i 10 nie zostaną wykonane w proponowanym badaniu.

1. Przed operacją chirurg ręcznie segmentuje objętość mastoidektomii na przedoperacyjnym obrazie tomografii komputerowej za pomocą oprogramowania badawczego stworzonego do tego celu.
2. Podczas operacji PPF jest kotwiony do kości skroniowej za pomocą samowiercących śrub kostnych.
3. Śródoperacyjna tomografia komputerowa głowy uczestników z założonym PPF jest wykonywana za pomocą przenośnego tomografu komputerowego.
4. Śródoperacyjny obraz CT jest rejestrowany w przedoperacyjnym CT, a przedoperacyjne segmentacje są przekształcane w śródoperacyjny CT za pomocą rejestracji.
5. Znaczniki odniesienia na PPF są zlokalizowane na śródoperacyjnym obrazie CT, co pozwala na przekształcenie przedoperacyjnych danych segmentacji do śródoperacyjnej przestrzeni obrazu CT.
6. Ruch robota jest planowany automatycznie za pomocą eksperymentalnego oprogramowania do planowania mastoidektomii.
7. (Robot jest przymocowany do znaczników odniesienia na PPF i jest aktywowany w celu wykonania trajektorii wiercenia. Chirurg zachowuje kontrolę nad robotem i może w razie potrzeby zatrzymać lub zmienić jego prędkość).
8. (Robot jest usuwany z PPF po zakończeniu wiercenia).
9. PPF zdejmuje się z uczestnika poprzez poluzowanie śrub kostnych.
10. (Chirurg wykonuje ręczne czynności chirurgiczne, które następują po wycięciu wyrostka sutkowatego, takie jak usuwanie guzów IAC). Badacze planują kliniczną walidację ulepszonego projektu PPF, wykonując powyższe kroki (z wyłączeniem kroków 7, 8 i 10) na dziesięciu uczestnikach. Należy pamiętać, że PPF zostanie usunięty bezpośrednio po kroku 5, kiedy obraz CT zostanie zarejestrowany. Korzystając z wcześniej opracowanego oprogramowania do planowania zrobotyzowanej mastoidektomii (krok 6), badacze obliczą procent każdej mastoidektomii TANR, który jest osiągalny dla dołączonej konfiguracji PPF. Krok 6 zostanie wykonany po zebraniu obrazów i nie będzie miał wpływu na procedurę kliniczną.