Avaliação da estrutura de pré-posicionamento para cirurgia robótica de remoção de neuroma acústico (PPF)

A mastoidectomia é um procedimento cirúrgico otológico comum no qual toda ou parte da porção mastóidea do osso temporal é removida com uma broca cirúrgica. O procedimento é realizado para tratar doenças e infecções como mastoidite e colesteatoma, e também é realizado como uma etapa de outras cirurgias, como a abordagem do recesso facial para implante coclear (IC) ou a abordagem translabiríntica para remoção de neuroma acústico (TANR). Os investigadores estão trabalhando em um novo dispositivo médico para auxiliar especificamente no procedimento TANR. O foco deste estudo é um dos componentes deste dispositivo, o quadro de pré-posicionamento (PPF).

A cirurgia TANR é realizada para remover tumores benignos no nervo auditivo que podem causar problemas graves de audição e equilíbrio se não forem removidos. O padrão de tratamento atual é uma mastoidectomia, seguida de uma labirintectomia (excisão do labirinto da orelha interna) para obter acesso à base do crânio, especificamente ao conduto auditivo interno (CIA), onde os tumores estão localizados.

Várias estruturas anatômicas críticas estão embutidas no osso mastóide, incluindo o nervo facial, que controla o movimento da face, grandes vasos sanguíneos, como a artéria carótida e a continuação intracraniana da veia jugular, e o tegmen, que é o limite entre a mastóide e o cérebro. Os cirurgiões são especialmente treinados para reconhecer e evitar essas estruturas durante a perfuração. A perfuração para a cirurgia TANR geralmente leva várias horas devido ao avanço lento da broca através do osso duro na região do labirinto. Após esta perfuração é quando começa a parte mais delicada e crítica da cirurgia, ou seja, a remoção do neuroma acústico. Os investigadores levantam a hipótese de que um robô, guiado por imagens pré-operatórias, pode realizar a perfuração para a cirurgia TANR, preservando margens seguras em torno das estruturas críticas, permitindo assim que os cirurgiões se concentrem no delicado estágio final da cirurgia TANR.

Existem vários sistemas robóticos disponíveis para procedimentos de perfuração ortopédica, como artroplastia articular e recapeamento. Esses sistemas incluem o Sistema RIO (Stryker Mako, Ft. Lauderdale, FL, EUA), o Sistema Cirúrgico ROBODOC (Think Surgical Corp., Fremont, CA, EUA) e o CASPAR (URS Ortho GMBH & Co. KG, Rastatt, Alemanha). No entanto, esses sistemas não se mostraram precisos o suficiente para realizar a cirurgia TANR com segurança e dependem de sistemas caros de orientação por imagem para rastrear continuamente a posição do paciente em relação ao robô, a fim de garantir que a broca guiada pelo robô permaneça dentro de margens seguras.

Os pesquisadores projetaram anteriormente um pequeno robô leve que pode ser anexado ao osso da cabeça de um paciente e fornecer a precisão necessária para a cirurgia TANR sem um sistema caro de orientação por imagem.

Para atingir um volume completo de mastoidectomia para cirurgia TANR, nosso robô deve estar posicionado corretamente em relação à anatomia do osso temporal do paciente. Os investigadores levantam a hipótese de que um acessório rígido, que os investigadores chamam de estrutura de pré-posicionamento (PPF), pode posicionar corretamente nosso robô para concluir a perfuração para cirurgia TANR na população de pacientes. O objetivo deste estudo é investigar a primeira etapa da implementação desse sistema, anexando um PPF a um paciente submetido a uma cirurgia TANR padrão, a fim de entender melhor o tempo necessário para executar essa etapa e otimizar o fluxo de trabalho cirúrgico.

O PPF se conecta diretamente à cabeça do participante, atrás da orelha, usando parafusos ósseos adaptados do hardware de reconstrução craniana. Esses parafusos ósseos são normalmente usados ​​nessa área do crânio e colocados em uma profundidade de penetração semelhante de 3,5 mm. A margem de segurança da ponta do parafuso até a superfície interna do crânio será de 0,25 mm. Em um estudo futuro, o robô se conectaria a marcadores fiduciais na superfície superior do PPF. Nosso projeto PPF atual incorpora dados de dez experimentos de perfuração robótica. Seis ensaios foram realizados em ossos temporais excisados ​​e quatro foram realizados em cabeças de cadáveres inteiros. Usando os resultados desses experimentos, os pesquisadores melhoraram a forma do PPF para atingir de forma ideal a faixa de volumes planejados de mastoidectomia TANR e também melhoraram as pernas do PPF para facilitar a implantação rápida e segura de parafusos ósseos.

O fluxo de trabalho cirúrgico que os investigadores planejam para uma mastoidectomia robótica completa será descrito aqui para fins de contexto, mas, para esclarecer, as etapas 7, 8 e 10 não serão realizadas no estudo proposto.

1. Antes da cirurgia, um cirurgião segmenta manualmente um volume de mastoidectomia em uma imagem de TC pré-operatória usando um software experimental criado para essa finalidade.
2. Durante a cirurgia, o PPF é ancorado ao osso temporal com parafusos ósseos autoperfurantes.
3. Uma tomografia computadorizada intraoperatória é adquirida da cabeça dos participantes com o PPF conectado usando um tomógrafo portátil.
4. A imagem da TC intraoperatória é registrada na TC pré-operatória e as segmentações pré-operatórias são transformadas na TC intraoperatória usando o registro.
5. Marcadores fiduciais no PPF são localizados na imagem de TC intraoperatória, permitindo que os dados de segmentação pré-operatória sejam transformados no espaço de imagem de TC intraoperatória.
6. O movimento do robô é planejado automaticamente usando o software de planejamento de mastoidectomia experimental.
7. (O robô é preso aos marcadores fiduciais no PPF e é ativado para executar a trajetória de perfuração. O cirurgião mantém o controle de supervisão sobre o robô e pode parar ou alterar sua velocidade, se necessário).
8. (O robô é removido do PPF após a conclusão da perfuração).
9. O PPF é removido do participante afrouxando os parafusos ósseos.
10. (O cirurgião conclui as ações cirúrgicas manuais que seguem a perfuração da mastoidectomia, como a remoção de tumores IAC.) Os investigadores planejam validar clinicamente o design aprimorado do PPF executando as etapas acima (excluindo as etapas 7, 8 e 10) em dez participantes. Observe que o PPF será removido diretamente após a etapa 5, quando a imagem CT for registrada. Usando um software de planejamento de mastoidectomia robótica desenvolvido anteriormente (etapa 6), os investigadores calcularão a porcentagem de cada mastoidectomia TANR que pode ser alcançada para uma configuração PPF anexada. A etapa 6 será realizada assim que as imagens forem coletadas e não afetará o procedimento clínico.