e del cemento

I sistemi di navigazione ed i
robot attivi
sono usati correntemente nelle
THR primary
Migliaia di impianti
eseguiti con successo nel mondo
… ma nella
CHIRURGIA DI REVISIONE?
R – THR
LA REVISIONE PROTESICA
ROBOT-ASSISTITA
SISTEMI CAOS
PER RT.H.R.
SISTEMI PASSIVI
(SISTEMI DI NAVIGAZIONE CHIRURGICA)
?
SISTEMI ATTIVI
(STRUMENTI DI ASSISTENZA ROBOTICA)
PROCEDURA
T.H.R. ROBOT-ASSISTED
•
APPLICAZIONE VITI DI REPERE
(INTERNAL FIDUCIAL PINS Trocanterico e condilare )
•
CT 3D
•
PLANNING PRE-OPERATORIO
•
INTERVENTO
(Fasi manuali + Fase di fresatura robotizzata)
INTERVENTO T.H.R.
1° Fase :
MANUALE
Esposizione, osteotomia, impianto coppa
2° Fase:
ROBOT
Fresatura del Canale Femorale
3° Fase:
MANUALE
Impianto dello stelo (non cementato)
Riduzione - sutura
Maggiore complessità
a) Presenza del vecchio impianto
(e del cemento)
b) Bone loss apparente
Bone loss reale
(dopo la rimozione dei tessuti patologici)
c) Difficoltà di pianificazione
Scarsa qualità dell’imaging
(artefatti da componenti metalliche)
Imprevedibilità delle variabili
Strategia chirurgica basata sulla situazione i.op
R- THR
IMPIANTI NON CEMENTATI
IMPIANTI CEMENTATI
SISTEMI DI
NAVIGAZIONE
vs
SISTEMI ROBOTICI
ATTIVI
SISTEMI DI NAVIGAZIONE
Utilizzabili solo per il cotile
CT based:
Difficoltà di planning pre-op
CT free:
Difficoltà a reperire i landmarks
anatomici delle pareti
e del fondo acetabolari
Inattendibilità del C.O.R.
SCARSAMENTE UTILI
SISTEMI ROBOTICI ATTIVI
Preparazione del canale
fatta “a macchina”
Possibilità di rimozione del cemento
Vantaggi potenziali
Riduzione del tempo chirurgico
Controllo del rischio di frattura
E’ RICHIESTO UN AUMENTO DELLE
CAPACITA’ DEL SISTEMA
Capacità Attuali (P-THR)
+
Capacità specifiche (R-THR)
Capacità specifiche (R-THR)
Pianificazione pre-op in presenza
del vecchio impianto
e del cemento PLANNING PRE OP
Rimozione del cemento
Registrazione dei dati relativi
alla “nuova” anatomia
(MATCHING PRE-OP / INTRA-OP)
Ri-pianificazione della nuova situazione
PLANNING INTRA OP
Fresatura del canale femorale
(in base al nuovo planning)
ROBOT-ASSISTED R – THR
STATO DELL’ARTE
Bargar, Bauer e Börner (U.S. and D) :
30 R-THR con ROBODOC®
Krismer et al. (A) :
20 R-THR con ROBODOC®
Fallimento impianti cementati e non cementati
 Steli da revisione non cementati
Protocollo chirurgico P-THR (con pins)
modificato da R.Taylor, L.Joskowicz, M.Borner et al.
 Protocollo chirurgico R-THR
IL ROBOT HA ESEGUITO LA RIMOZIONE
DEL CEMENTO E LA PREPARAZIONE DEL
CANALE FEMORALE
Risultati consultabili in letteratura
(CORR 1998; CAOS Syllabus 2001)
NUMEROSI PROBLEMI
Primo problema
PLANNING PRE-OPERATORIO R-THR
PLANNING RIMOZIONE CEMENTO
+
PLANNING NUOVO IMPIANTO
Inattendibilità del modello
Acquisizione delle immagini
Registrazione
Valutazione del cemento
Acquisizione delle immagini
CT – Artefatti !
SOLUZIONI
Tecniche di 2D/3D image Matching
CT + Immagini RX
(RX digitali, Fluoroscopia, CT scout)
senza artefatti di ricostruzione
Noisy CT Data + CT Scouts = MARCUS
(Kalvin and Williamson, 1998)
R-THR con ROBODOC
REGISTRAZIONE
Applicazione viti di repere
Condilo femorale: O.K.
Gran Trocantere: ?
Bone loss – Via di accesso con osteotomia
Mobilizzazione viti durante le manovre di estrazione stelo
SOLUZIONI
Scelta di casi “idonei”
Tecnica di registrazione “pinless”
(2D/3D Image Matching o
Percutaneous US )
Valutazione del cemento
Estensione e spessore del manto
Qualità dell’interfaccia
a) Revisioni cementate con manto sottile
Revisioni non cementate
PROGRAMMA DI PLANNING P – THR
b) Revisioni cementate con manto spesso
Necessità di “segmentare” il cemento
creando un contorno che lo identifichi dall’osso
e definisca la superficie che deve essere
rimossa
SOLUZIONE
Aggiunta al software del planning pre-op P-THR
di un modulo per la segmentazione e la
rimozione del cemento
(Interactive cement cut-volume module)
Secondo Problema
RIMOZIONE CEMENTO (Robot machining)
Esecuzione solo della rimozione cemento
Fresatura del canale solo se cemento assente
o sottile
Tempi lunghi (fino a 2 ore!)
Particolare attenzione ad una costante
irrigazione del canale per lo sviluppo
di elevate temperature
specialmente nella porzione distale
(Nogler et al., 2001)
T
e
r
z
o
P
r
o
b
l
e
m
a
RACCORDO
PAZIENTE/ROBOT
Fragilità dell’osso !
Sistemi di collegamento meno
“aggressivi”
Quarto problema (unsolved)
INTEGRAZIONE DATI
PRE-OP / INTRA-OP
Il planning pre-op dovrebbe essere
confrontato e registrato
con la situazione intra-op
L’anatomia può essere cambiata dopo la rimozione
del vecchio impianto e del cemento
Per pianificare il nuovo impianto
è necessario ricostruire un nuovo modello intra-op
su cui il robot può lavorare
Come potremo acquisire le immagini
per il piano intra-op ?
(Virtual) Fluoroscopy
Matching Surface
Percutaneous US
Quinto problema (unsolved)
PLANNING DELLE ALTRE VARIABILI
(Acetabolo – parametri geometrici
Lunghezza dell’arto)
ATTUALE PROCEDURA R-THR ROBOT-ASSISTITA
APPLICAZIONE VITI DI REPERE – CT 3D
PLANNING PRE-OPERATORIO ORTHODOC® WS
(Modulo di correzione degli artefatti Marcus
Planning rimozione cemento – Planning nuovo impianto)
INTERVENTO MANUALE : Rimozione vecchio impianto
(e di parte del cemento)
INTERVENTO ROBOT:
Rimozione cemento/Fresatura del canale femorale
Termine MANUALE dell’intervento
R.Taylor, L.Joskowicz, M.Borner et al., 1998
SVILUPPO
PROCEDURA R-THR ROBOT-ASSISTITA
FIDUCIAL PINS– CT 3D
PLANNING PRE-OPERATORIO
(Modulo di correzione degli artefatti
Planning rimozione cemento + Planning nuovo impianto)
INTERVENTO MANUALE : Rimozione vecchio impianto
INTERVENTO ROBOT:
Rimozione cemento (CEMENT CUT VOLUME)
REGISTRAZIONE NUOVI DATI
(Integrazione dati CT pre-op con fluoroscopia intra-op)
PLANNING INTRA OP.
INTERVENTO ROBOT:
Fresatura del canale femorale (NEW IMPLANT CUT VOLUME)
Termine MANUALE dell’intervento
R.Taylor, L.Joskowicz, M.Borner et al., 1998
CONCLUSIONI
R-THR
Un target ottimale per il lavoro del robot
Puo’ RIDURRE le complicazioni, il
danno osseo, la fatica e l’impiego di tempo
associati alla rimozione del cemento
Potrà MIGLIORARE l’adesione osso/protesi
attraverso la precisione di impianto
… ma E’ ANCORA MOLTO SPERIMENTALE !
Sono necessari ulteriori e numerosi
miglioramenti del sistema
ICAOS 2002: MINARO
(Minimal Invasive NAvigation and RObotics)
Intra-operative fluoroscopic navigation
Semiautomatic segmentation and 3D
Reconstruction of bone cement
Robotic milling
Grazie!