Robotică și realitate augmentată îmbunătățesc precizia în chirurgia complexă a maxilarului
Un nou sistem integrat combină robotică și realitate augmentată pentru a crește precizia intervențiilor chirurgicale complexe la maxilar.
Primul modul, osteotomia asistată de robot, utilizează un sistem de urmărire optică și un braț robotic colaborativ pentru a ghida feroneria de tăiere a osului. O procedură de calibrare a mâinii și ochiului determină poziția exactă a efectului final al robotului în raport cu un marker de urmărire. În timpul operației, chirurgul conturează suprafața osului cu o sondă optică; norul de puncte obținut este înregistrat în modelul CT preoperator folosind algoritmul Super4PCS. Brațul robotic mută apoi un jig cu sloturi la planul de osteotomie planificat. Slotul limitează fizic lama de tăiere, asigurând unghiuri și adâncimi precise, în timp ce markerul de urmărire compensează orice mică mișcare a pacientului.
„Sistemul nostru acoperă întregul lanț – de la planificarea preoperatorie la osteotomie și, în final, la poziționarea și fixarea segmentelor – într-un cadru integrat”, explică profesorul Jian Yang, co‑autor corespunzător. RAMRS constă din două module.
„Aceasta ne oferă control unghiular fără a necesita un ghid personalizat invaziv”, spune profesorul Jingfan Fan.
Al doilea modul, reconstrucția ghidată de realitate augmentată (ARR), abordează provocarea aliniamentului segmentelor fibulare la mandibula defectuoasă. Un marker QR este atașat la mandibulă. Totuși, preluarea manuală a colțurilor markerului poate fi inexactă din cauza deformării brațului de levier și tremurului mâinii. Echipa a dezvoltat, așadar, o metodă de compensare bazată pe caliper rotativ (RCC). Algoritmul proiectează punctele preluate pe un plan optim, găsește dreptunghiul de arie minimă care le înglobează și apoi aplică lungimea laterală cunoscută de 50 mm a markerului QR. „RCC reduce deplasarea colțurilor cu peste 25% comparativ cu metodele convenționale de minimizare a pătratelor sau optimizare constrânsă”, observă Dr. Long Shao. După această rafinare, modelul virtual de reconstrucție mandibulară este suprapus pe un feed video live, oferind chirurgului o proiecție intuitivă colorată a locului unde fiecare segment fibular ar trebui plasat.
Echipa a evaluat RAMRS pe 25 de specimene de fibulă și 25 de specimene de mandibulă, apoi pe 8 picioare cadaverice și 8 capete cadaverice pentru a imita condițiile clinice. Pentru osteotomia fibulei, RAMRS a obținut o eroare unghiulară medie de 3,19° (SD 1,39°) și o eroare a distanței centrului de 1,28 mm (SD 0,59 mm). Comparativ cu metodele raportate anterior, această eroare unghiulară a fost cu 9% mai mică decât modelarea computerizată asistată, cu 42% mai mică decât AR-ul de înregistrare a conturului și cu 22% mai mică decât plăcile preformate combinate pentru osteotomie-reconstrucție. Pentru osteotomia mandibulei, eroarea distanței punctului de caracteristică a fost de 1,18 mm (SD 0,59 mm), iar eroarea volumetrică de doar 4,34% – considerabil mai bună decât sabia sagitală ghidată de imagine (8,55%).
În faza de reconstrucție, metoda RCC a redus eroarea de fuziune AR la 1,26 mm (SD 0,42 mm) – o îmbunătățire de 42-48% față de cele două metode de bază. Mandibula reconstruită final a prezentat o eroare a distanței condilare de 1,38 mm, o eroare a distanței unghiului mandibular de 1,36 mm și o eroare unghiulară de 3,62°. Toate metricile au fost competitive sau superioare celor raportate în serii clinice utilizând plăci preîndoire sau ghiduri CAD-CAM.
Experimentele pe cadavre au confirmat că sistemul rămâne precis chiar și în prezența țesutului moale. Erorile de osteotomie au rămas sub 2 mm, iar erorile de reconstrucție au rămas reduse, în ciuda suprafeței osoase disponibile limitate pentru înregistrare.
Aceasta reprezintă un pas major înainte, deoarece majoritatea lucrărilor anterioare s-au oprit la fantomele din plastic. Am validat RAMRS în condiții care seamănă îndeaproape cu chirurgia reală – inclusiv retragerea țesutului moale și expunerea limitată”, afirmă profesorul Tao Zhang, colaborator clinic.
Autorii recunosc că contaminarea cu sânge în timpul operației poate afecta în continuare urmărirea markerului și suprapunerea AR. Lucrările viitoare vor integra algoritmi de îmbunătățire a imaginii mai robusti și vor adăuga mecanisme de avertizare la distanță pentru a proteja structuri vitale, cum ar fi artera facială. De asemenea, sunt planificate studii de pregătire reglementară și flux de lucru standardizat.
„Viziunea noastră este un flux de lucru fără cusur, „vezi și taie, vezi și plasează”, unde robotul se ocupă de osteotomia geometrică solicitantă, iar AR oferă ghidare vizuală în timp real pentru reconstrucție”, conchide profesorul Yang. „RAMRS demonstrează că combinarea roboticii și realității augmentate poate îmbunătăți atât precizia, cât și utilizabilitatea în chirurgia complexă maxilo-facială.”
