Haptic-Assisted Collaborative Robot Framework for Improved Situational Awareness in Skull Base Surgery

要約

頭蓋底手術は、外科医が神経や血管系などの重要な解剖学的構造を避けながら頭蓋骨内およびその周囲で手術を行う要求の厳しい分野です。
画像誘導による手術ナビゲーションが普及している標準ではありますが、個別の計画を必要とし、熟練した外科医のかけがえのない役割を認識する必要があるという限界は依然として存在します。
この論文では、頭蓋底手術におけるドリリング支援に合わせて調整された協調制御ロボット システムを紹介します。
私たちの中心的な仮説は、仮想固定具を強制するための触覚支援モードを強化したこの協調システムが、手術の安全性を大幅に向上させ、効率を合理化し、外科医の身体的負担を軽減する可能性を秘めていると仮定しています。
この論文では、触覚支援モードを通じてこれらの仮想器具を有効にするために必要な複雑なシステム開発作業について説明します。
システムの性能と有効性を検証するために、医学生 1 名と経験豊富な外科医 2 名を参加させた最初の実現可能性実験を実施しました。
この実験は、歯石ファントムと死体モデルを利用して、皮質乳様突起切除術後の重要な構造の周囲の穴あけに焦点を当てました。
私たちの実験結果は、私たちが提案した触覚フィードバック機構が、触覚支援を欠いているシステムと比較して、重要な構造物の周囲での掘削の安全性を高めることを示しています。
私たちのシステムの助けを借りて、外科医は手術部位の視界が遮られた場合でも、重要な構造を侵害することなく、安全に重要な構造をスケルトン化することができました。

要約(オリジナル)

Skull base surgery is a demanding field in which surgeons operate in and around the skull while avoiding critical anatomical structures including nerves and vasculature. While image-guided surgical navigation is the prevailing standard, limitation still exists requiring personalized planning and recognizing the irreplaceable role of a skilled surgeon. This paper presents a collaboratively controlled robotic system tailored for assisted drilling in skull base surgery. Our central hypothesis posits that this collaborative system, enriched with haptic assistive modes to enforce virtual fixtures, holds the potential to significantly enhance surgical safety, streamline efficiency, and alleviate the physical demands on the surgeon. The paper describes the intricate system development work required to enable these virtual fixtures through haptic assistive modes. To validate our system’s performance and effectiveness, we conducted initial feasibility experiments involving a medical student and two experienced surgeons. The experiment focused on drilling around critical structures following cortical mastoidectomy, utilizing dental stone phantom and cadaveric models. Our experimental results demonstrate that our proposed haptic feedback mechanism enhances the safety of drilling around critical structures compared to systems lacking haptic assistance. With the aid of our system, surgeons were able to safely skeletonize the critical structures without breaching any critical structure even under obstructed view of the surgical site.

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