Метод навигации медицинского робота на основе денситометрических данных костных тканей для проведения операций по транспедикулярной фиксации

Предложен новый метод навигации медицинского робота на основе денситометрических данных костных тканей для проведения операций по транспедикулярной фиксации. Современные медицинские роботы предоставляют хирургу возможность планировать операции, основываясь только на данных о геометрических параметрах костных тканей и транспедикулярных винтов, и их визуализации. Предлагаемый метод позволяет проводить анализ плотности тканей, которые будут затронуты медицинским роботом при планировании маршрута. Благодаря этому появляется возможность построить такой маршрут ввода инструмента, который не приведет к повреждению структуры костей и не затронет критические ткани. Составлены объемный геометрический примитив цилиндра для планирования маршрута и программное обеспечение для визуализации. Проведено экспериментальное исследование по планированию маршрута ввода транспедикулярного винта, установленного на рабочем органе медицинского робота, с использованием компьютерной томографии пациента. Выполнено сравнение метода навигации медицинского робота на базе денситометрических данных костных тканей с методами, основанными на геометрических параметрах костных тканей и параметрах винтов. В результате удалось увеличить среднюю плотность затронутых спланированным маршрутом тканей, что впоследствии должно привести к повышению стабилизации транспедикулярного винта при эксплуатации.
EDN: CRRSYO, https://elibrary/crrsyo

Литература

[1] Подураев Ю.В., Панченков Д.Н., Лискевич Р.В. Медицинская робототехника. Москва, ГЭОТАР-Медиа, 2023. 381 с.

[2] Кремповский П.Р., Луцков Ю.И. Навигационные системы автоматизированных робототехнических комплексов. Известия ТулГУ. Технические науки, 2021, № 6, с. 58–61.

[3] Stolka P.J. Navigation with local sensors in surgical robotics. URL: https://epub.uni-bayreuth.de/id/eprint/302/ (дата обращения: 15.06.2025).

[4] Юрченко С.М. Компьютерная навигация в хирургии позвоночника. Хирургия. Восточная Европа, 2019, т. 8, № 3, с. 455–468.

[5] Daemi N., Ahmadian A., Mirbagheri A. et al. Planning screw insertion trajectory in lumbar spinal fusion using pre-operative CT images. 37th Annual Int. Conf. of the IEEE EMBC, 2015, pp. 3639–3642, doi: https://doi.org/10.1109/EMBC.2015.7319181

[6] Бердюгин К.А., Чертков А.К., Штадлер Д.И. и др. Ошибки и осложнения транспедикулярной фиксации позвоночника погружными конструкциями. Фундаментальные исследования, 2012, № 4-2, с. 425–431. EDN: PBADTV

[7] Михайлов А.Н., Лукьяненко Т.Н. Минеральная плотность позвонков у больных с шейным остеохондрозом по данным количественной компьютерной томографии. Международные обзоры: клиническая практика и здоровье, 2014, № 6, с. 24–32.

[8] Куликов Ю.Н., Воротников А.А., Мищенков Д.С. и др. Информационная система сбора, хранения и обработки денситометрических данных для определения перспективных навигационных данных медицинских роботов. Медицинская техника, 2024, № 1, с. 10–13. EDN: DZGLWS

[9] Куликов Ю.Н., Мищенков Д.С., Воротников А.А. и др. Прототип программного комплекса по анализу интраоперационных данных транспедикулярной фиксации для учета индивидуальных особенностей пациента. Свид. о гос. рег. прог. для ЭВМ № 2024661832. Заявл. 22.05.2024, опубл. 22.05.2024.

[10] Wilson Jr.J.P., Fontenot L., Stewart C. et al. Image-guided navigation in spine surgery: from historical developments to future perspectives. J. Clin. Med., 2024, vol. 13, no. 7, art. 2036, doi: https://doi.org/10.3390/jcm13072036

[11] Merloz Ph., Tonetti J., Milaire M. и др. Вклад 3D-визуализации в хирургию позвоночника. Гений ортопедии, 2014, № 1, с. 51–57.

[12] Tsai T.H., Tzou R.D., Su Y.F. et al. Pedicle screw placement accuracy of bone-mounted miniature robot system. Medicine, 2017, vol. 96, no. 3, art. e5835, doi: https://doi.org/10.1097/MD.0000000000005835

[13] Lefranc M., Peltier J. Evaluation of the ROSA™ Spine robot for minimally invasive surgical procedures. Expert Rev. Med. Devices, 2016, vol. 13, no. 10, pp. 899–906, doi: https://doi.org/10.1080/17434440.2016.1236680

[14] D’Souza M., Gendreau J., Feng A. et al. Robotic-assisted spine surgery: history, efficacy, cost, and future trends. Robotic Surgery: Research and Reviews, 2019, vol. 6, pp. 9–23, doi: https://doi.org/10.2147/RSRR.S190720

[15] Wallace D.J., Vardiman A.B., Booher G.A. et al. Navigated robotic assistance improves pedicle screw accuracy in minimally invasive surgery of the lumbosacral spine: 600 pedicle screws in a single institution. Int. J. Med. Robot., 2020, vol. 16, no. 1, art. e2054, doi: https://doi.org/10.1002/rcs.2054

[16] Bhimreddy M., Hersh A.M., Jiang K. et al. Accuracy of pedicle screw placement using the ExcelsiusGPS robotic navigation platform: an analysis of 728 screws. Int. J. Spine Surg., 2024, vol. 18, no. 6, pp. 712–720, doi: https://doi.org/10.14444/8660

[17] Kuo K.L., Su Y.F., Wu C.H. et al. Assessing the intraoperative accuracy of pedicle screw placement by using a bone-mounted miniature robot system through secondary registration. PloS One, 2016, vol. 11, no. 4, art. e0153235, doi: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0153235

[18] Phan K., Hogan J., Maharaj M. et al. Cortical bone trajectory for lumbar pedicle screw placement: a review of published reports. Orthop. Surg., 2015, vol. 7, no. 3, pp. 213–221, doi: https://doi.org/10.1111/os.12185

[19] Delgado-Fernandez J., García-Pallero M.A., Blasco G. et al. Review of cortical bone trajectory: evidence of a new technique. Asian Spine J., 2017, vol. 11, no. 5, pp. 817–831, doi: https://doi.org/10.4184/asj.2017.11.5.817

[20] Christie M., Olivier P., Normand J.M. Camera control in computer graphics. Comput. Graph. Forum, 2008, vol. 27, no. 8, pp. 2197–2218, doi: https://doi.org/10.1111/j.1467-7717.2010.01181.x

[21] Куликов Ю.Н., Воротников А.А., Мищенков Д.С. и др. Определение денситометрических данных геометрическими примитивами для анализа структуры костных тканей при транспедикулярной фиксации. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2025, № 7, с. 3–14 . EDN: RYTKHK

[22] Гринь А.А., Талыпов А.Э., Кордонский А.Ю. и др. Сравнительный метаанализ имплант-ассоциированных осложнений и частоты спондилодеза при методе Goel–Harms и задней трансартикулярной фиксации С1–С2 по методу F. Magerl. Нейрохирургия, 2024, т. 26, № 2, с. 100–111, doi: https://doi.org/10.17650/1683-3295-2024-26-2-100-111

[23] Puvanesarajah V., Liauw J.A., Lo S. et al. Techniques and accuracy of thoracolumbar pedicle screw placement. World J. Orthop., 2014, vol. 5, no. 2, pp. 112–123, doi: https://doi.org/10.5312/wjo.v5.i2.112

[24] Sansur C.A., Caffes N.M., Ibrahimi D.M. et al. Biomechanical fixation properties of cortical versus transpedicular screws in the osteoporotic lumbar spine: an in vitro human cadaveric model. J. Neurosurg. Spine, 2016, vol. 25, no. 4, pp. 467–476, doi: https://doi.org/10.3171/2016.2.SPINE151046