I sistemi di navigazione ed irobot attivi

sono usati correntemente nelle THR primary

Migliaia di impianti eseguiti con successo nel mondo

… ma nella CHIRURGIA DI REVISIONE?

R – THR

LA REVISIONE PROTESICAROBOT-ASSISTITA

SISTEMI CAOS PER RT.H.R.

SISTEMI PASSIVI (SISTEMI DI NAVIGAZIONE CHIRURGICA)

?

SISTEMI ATTIVI (STRUMENTI DI ASSISTENZA ROBOTICA)

• APPLICAZIONE VITI DI REPERE (INTERNAL FIDUCIAL PINS Trocanterico e condilare )

• CT 3D

• PLANNING PRE-OPERATORIO

• INTERVENTO (Fasi manuali + Fase di fresatura robotizzata)

PROCEDURAT.H.R. ROBOT-ASSISTED

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 apparenteBone 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 NAVIGAZIONEUtilizzabili 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 canalefatta “a macchina”

Possibilità di rimozione del cemento

Vantaggi potenziali Riduzione del tempo chirurgicoControllo 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 presenzadel vecchio impianto

e del cemento PLANNING PRE OP

Rimozione del cemento

Registrazione dei dati relativialla “nuova” anatomia

(MATCHING PRE-OP / INTRA-OP)

Ri-pianificazione della nuova situazionePLANNING 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 problemaPLANNING PRE-OPERATORIO R-THR

PLANNING RIMOZIONE CEMENTO+

PLANNING NUOVO IMPIANTO

Inattendibilità del modelloAcquisizione delle immagini

RegistrazioneValutazione del cemento

Acquisizione delle immaginiCT – 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

Applicazione viti di repereCondilo femorale: O.K.

Gran Trocantere: ?Bone loss – Via di accesso con osteotomia

Mobilizzazione viti durante le manovre di estrazione stelo

SOLUZIONIScelta di casi “idonei”

Tecnica di registrazione “pinless” (2D/3D Image Matching o

Percutaneous US )

REGISTRAZIONE

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

SOLUZIONEAggiunta al software del planning pre-op P-THR

di un modulo per la segmentazione e la rimozione del cemento

(Interactive cement cut-volume module)

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

Secondo Problema

RIMOZIONE CEMENTO (Robot machining)

Esecuzione solo della rimozione cementoFresatura del canale solo se cemento assente

o sottileTempi lunghi (fino a 2 ore!)

Particolare attenzione ad una costante irrigazione del canale per lo sviluppo

di elevate temperaturespecialmente nella porzione distale

(Nogler et al., 2001)

RACCORDO PAZIENTE/ROBOT

Fragilità dell’osso !

Sistemi di collegamento meno “aggressivi”

Terzo Problema

Quarto problema (unsolved)INTEGRAZIONE DATIPRE-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

SVILUPPOPROCEDURA 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-THRUn 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/protesiattraverso la precisione di impianto

… ma E’ ANCORA MOLTO SPERIMENTALE !

Sono necessari ulteriori e numerosimiglioramenti del sistema

ICAOS 2002: MINARO(Minimal Invasive NAvigation and RObotics)

Intra-operative fluoroscopic navigationSemiautomatic segmentation and 3D

Reconstruction of bone cementRobotic milling

Grazie!Grazie!Grazie!