I sistemi di navigazione ed i robot attivi sono usati correntemente nelle THR primary Migliaia di impianti eseguiti con successo nel mondo

CHIRURGIA DI REVISIONE? … ma nella CHIRURGIA DI REVISIONE? R – THR

LA REVISIONE PROTESICA ROBOT-ASSISTITA

(SISTEMI DI NAVIGAZIONE CHIRURGICA) (STRUMENTI DI ASSISTENZA ROBOTICA) 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

IMPIANTI NON CEMENTATI 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

30 R-THR con ROBODOC® 20 R-THR con ROBODOC® 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

Risultati consultabili in letteratura 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

PLANNING PRE-OPERATORIO R-THR Primo problema PLANNING PRE-OPERATORIO R-THR PLANNING RIMOZIONE CEMENTO + PLANNING NUOVO IMPIANTO Inattendibilità del modello Acquisizione delle immagini Registrazione Valutazione del cemento

R-THR con ROBODOC 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

Applicazione viti di repere 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

SOLUZIONE 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)

RACCORDO PAZIENTE/ROBOT Sistemi di collegamento meno “aggressivi” Terzo Problema 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

(Virtual) Fluoroscopy 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)

R.Taylor, L.Joskowicz, M.Borner et al., 1998 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

PROCEDURA R-THR ROBOT-ASSISTITA 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. Fresatura del canale femorale (NEW IMPLANT CUT VOLUME) Termine MANUALE dell’intervento

R.Taylor, L.Joskowicz, M.Borner et al., 1998

Un target ottimale per il lavoro del robot 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! Grazie! Grazie!