Оценка рамы предварительного позиционирования для роботизированной акустической хирургии по удалению невромы (PPF)

Мастоидэктомия — это распространенная отологическая хирургическая процедура, при которой вся или часть сосцевидного отростка височной кости удаляется с помощью хирургической дрели. Процедура проводится для лечения заболеваний и инфекций, таких как мастоидит и холестеатома, а также выполняется как один из этапов других операций, таких как доступ с использованием лицевого углубления для кохлеарной имплантации (CI) или транслабиринтный доступ для удаления акустической невромы (TANR). Исследователи работают над новым медицинским устройством, специально предназначенным для проведения процедуры TANR. В центре внимания этого исследования находится один компонент этого устройства, рама предварительного позиционирования (PPF).

Операция TANR проводится для удаления доброкачественных опухолей слухового нерва, которые, если их не удалить, могут вызвать серьезные проблемы со слухом и равновесием. В настоящее время стандартом лечения является мастоидэктомия с последующей лабиринтэктомией (иссечение лабиринта внутреннего уха) для получения доступа к основанию черепа, в частности к внутреннему слуховому проходу (ВАК), где расположены опухоли.

В сосцевидный отросток встроено несколько важных анатомических структур, в том числе лицевой нерв, который контролирует движение лица, крупные кровеносные сосуды, такие как сонная артерия и внутричерепное продолжение яремной вены, а также надкрылье, которое является границей между сосцевидным отростком. и мозг. Хирурги специально обучены распознавать и избегать этих структур при сверлении. Сверление для операции TANR часто занимает несколько часов из-за медленного продвижения сверла через твердую кость в области лабиринта. После этого сверления начинается самая деликатная и важная часть операции, то есть удаление акустической невромы. Исследователи предполагают, что робот, руководствуясь предоперационными изображениями, может выполнять сверление для операции TANR, сохраняя при этом безопасные края вокруг критических структур, что позволяет хирургам сосредоточиться на деликатном, заключительном этапе операции TANR.

Существует несколько роботизированных систем, доступных для ортопедических процедур сверления, таких как эндопротезирование и шлифовка суставов. Эти системы включают систему RIO (Stryker Mako, Ft. Лодердейл, Флорида, США), хирургическая система ROBODOC (Think Surgical Corp., Фремонт, Калифорния, США) и CASPAR (URS Ortho GMBH & Co. KG, Раштатт, Германия). Однако эти системы не показали достаточной точности для безопасного выполнения операции TANR и полагаются на дорогостоящие системы наведения по изображениям для непрерывного отслеживания положения пациента относительно робота, чтобы гарантировать, что дрель, управляемая роботом, остается в безопасных пределах.

Исследователи ранее разработали небольшого легкого робота, который можно прикрепить к кости головы пациента и обеспечить необходимую точность для операции TANR без дорогостоящей системы наведения изображения.

Чтобы достичь полного объема мастоидэктомии для операции TANR, наш робот должен быть правильно расположен относительно анатомии височной кости пациента. Исследователи предполагают, что жесткое приспособление, которое исследователи называют рамой предварительного позиционирования (PPF), может правильно расположить нашего робота для завершения сверления для операции TANR у пациентов. Целью этого исследования является исследование первого шага в реализации этой системы путем прикрепления PPF к пациенту, которому проводится стандартная операция TANR, чтобы лучше понять время, необходимое для выполнения этого шага, и оптимизировать хирургический рабочий процесс.

PPF прикрепляется непосредственно к голове участника за ухом с помощью костных винтов, адаптированных из оборудования для реконструкции черепа. Эти костные винты обычно используются в этой области черепа и устанавливаются на одинаковую глубину проникновения 3,5 мм. Запас прочности от кончика винта до внутренней поверхности черепа будет составлять 0,25 мм. В будущем исследовании робот затем прикрепится к реперным маркерам на верхней поверхности PPF. Наша текущая конструкция PPF включает данные десяти экспериментов по роботизированному бурению. Шесть испытаний были проведены на иссеченных височных костях и четыре — на головах полных трупов. Используя результаты этих экспериментов, исследователи улучшили форму PPF, чтобы оптимально достичь диапазона запланированных объемов мастоидэктомии TANR, а также усовершенствовали ножки PPF, чтобы облегчить быструю и надежную имплантацию костных винтов.

Хирургический рабочий процесс, который исследователи планируют для полной роботизированной мастоидэктомии, будет описан здесь для контекста, но для ясности, шаги 7, 8 и 10 не будут выполняться в предлагаемом исследовании.

1. Перед операцией хирург вручную сегментирует объем мастоидэктомии на предоперационном КТ-изображении с помощью исследовательского программного обеспечения, созданного для этой цели.
2. Во время операции PPF крепится к височной кости с помощью самонарезающих костных винтов.
3. Интраоперационная компьютерная томография проводится с головы участников с прикрепленным PPF с помощью портативного компьютерного томографа.
4. Интраоперационное КТ-изображение регистрируется в предоперационной КТ, а дооперационные сегменты преобразуются в интраоперационную КТ с использованием регистрации.
5. Реперные маркеры на PPF локализованы на интраоперационном КТ-изображении, что позволяет преобразовывать данные предоперационной сегментации в пространство интраоперационного КТ-изображения.
6. Движения робота автоматически планируются с помощью исследовательского программного обеспечения для планирования мастоидэктомии.
7. (Робот прикрепляется к реперным маркерам на PPF и активируется для выполнения траектории сверления. Хирург сохраняет контроль над роботом и может при необходимости остановить или изменить его скорость).
8. (Робот удаляется из PPF после завершения бурения).
9. PPF удаляется у участника путем ослабления костных винтов.
10. (Хирург выполняет ручные хирургические действия, которые следуют за сверлением мастоидэктомии, например, удаление опухолей ВАК.) Исследователи планируют клинически подтвердить улучшенный дизайн PPF, выполнив описанные выше шаги (за исключением шагов 7, 8 и 10) на десяти участниках. Обратите внимание, что PPF будет удален сразу после шага 5, когда КТ-изображение будет зарегистрировано. Используя ранее разработанное программное обеспечение для планирования роботизированной мастоидэктомии (этап 6), исследователи рассчитают процент каждой мастоидэктомии TANR, достижимой для подключенной конфигурации PPF. Шаг 6 будет выполнен после получения изображений и не повлияет на клиническую процедуру.