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DSG pour Robot orthopédique
Caractéristiques principales
SpineGuard a signé un partenariat avec l’ISIR (Institut des Systèmes Intelligents et de Robotique), un laboratoire affilié à la Sorbonne Université, le CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique) et l’INSERM (Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale), tous spécialisés en robotique chirurgicale. L’objectif est de prouver scientifiquement qu’un robot combiné à la technologie DSG peut détecter, de manière automatique et répétable, des brèches osseuses lors de perçages chirurgicaux et ainsi de rendre possible le placement direct d’implants osseux par le robot lui-même de façon autonome.
Ce partenariat a déjà démontré des résultats concluants avec :
- Une première demande de brevet en 2017, publiée, et une seconde récemment soumise
- L’acceptation d’un premier article scientifique pour une communication au symposium Hamlyn (Juin 2019, Londres), conférence qui regroupe chaque année tout ce qui est nouveau et important dans le monde de la recherche en robotique chirurgicale. Cette étude de faisabilité préclinique a été récompensée en tant que meilleur article scientifique pendant le symposium.
Utilisation d’un système de contrôle en boucle de la conductivité électrique pour la prévention automatisée des brèches accidentelles lors du forage osseux assisté par robot.
Études1-4
Les études actuelles menées dans le domaine de la chirurgie rachidienne assistée par robot se concentrent sur l’utilisation de la navigation comme outil d’optimisation de la pose des vis pédiculaires, et certaines solutions robotiques sont déjà commercialisées⁵⁻⁷. Cependant, ces développements portent principalement sur la planification et la sécurisation de la trajectoire. La prochaine avancée en chirurgie rachidienne robot-assistée consiste à optimiser le processus de forage lui-même. L’objectif était de quantifier la performance de la mesure en temps réel de la conductivité électrique des tissus afin de détecter et de prévenir automatiquement les brèches osseuses, sans recourir aux technologies d’imagerie, dans un modèle animal ex vivo.
Méthode
- Le montage comprend un récipient rempli d’une solution saline, reproduisant la conductivité électrique du liquide céphalo-rachidien (LCR), ainsi qu’un robot LBR Med 7 de KUKA (robot à 7 degrés de liberté) équipé d’une mèche filetée intégrant la technologie DSG.
- Les expériences ont été réalisées sur des vertèbres lombaires fraîches de porc, choisies pour la similarité de leur morphologie pédiculaire avec celle des vertèbres humaines⁸. Les vertèbres ont été placées dans un étau à l’intérieur d’une boîte transparente, face à une caméra, permettant l’inspection du canal pendant le forage.
- Un point d’entrée a été réalisé manuellement, vers lequel le robot a ensuite été guidé à la main.
- Le robot était contrôlé pour appliquer une force constante le long de l’axe de la mèche tout en maintenant l’orientation définie manuellement.
Résultats
- 50 forages ont été réalisés : un taux de 100 % d’arrêts automatiques avant la perforation a été obtenu durant l’expérimentation, en utilisant les critères d’acceptation de ±2 mm entre l’os et le canal rachidien, conformément aux grades « A » et « B » de la classification de Gertzbein-Robbins⁹.
- Distance moyenne au canal : 0,7 mm (−0,9 mm / +1,4 mm).
Plusieurs méthodes ont été utilisées pour vérifier les résultats. Premièrement, une palpation à l’aide d’une sonde à embout sphérique a été réalisée afin d’écarter la présence d’une perforation. Ensuite, une inspection visuelle du canal rachidien a été effectuée pour détecter d’éventuelles déformations causées par l’extrémité de la mèche. Enfin, l’absence de faux positifs a été confirmée à l’aide d’un scanner (CT-Scan) et de la vidéo enregistrée pendant le forage.
Conclusion
Ces résultats démontrent la robustesse et l’efficacité de la mesure en temps réel de la conductivité électrique des tissus pour détecter les limites osseuses et prévenir les brèches dans un contexte clinique pertinent. La vertèbre de porc s’est avérée être une bonne alternative pour tester les trajectoires pédiculaires, compte tenu de leurs similitudes avec la morphologie humaine, ouvrant ainsi la voie à des recherches complémentaires.
Références
1 – Toward automatic bone breach detection for spine surgery using tissue bio-electrical conductivity sensing. Oral session at Conference on New Technologies for Computer and Robot Assisted Surgery CRAS 2022.
2 – Automatic bone breach detection for spine surgery based on bio-electrical conductivity sensing: Ex-vivo experimental validation. Poster presented at Conference on New Technologies for Computer and Robot Assisted Surgery CRAS 2022.
3 – Force control of the KUKA LBR Med without external force sensor. Poster presented at Conference on New Technologies for Computer and Robot Assisted Surgery CRAS 2022.
4 – Automatic bone breach detection using electrical conductivity during pedicle drilling in spine surgery CRASS. Paper submitted at Conference on New Technologies for Computer and Robot Assisted Surgery CRAS 2023.
5 – M. D’Souza et al., “Robotic-assisted spine surgery: History, efficacy, cost, and future trends,” Robotic surgery, vol. 6,9-23, 2019.
6 – S. H. Farber et al., “Robotics in spine surgery: A technical overview and review of key concepts,” Frontiers in Surgery, vol. 8, 2021.
7 – B. Jiang et al., “New spinal robotic technologies,” Front. Med, vol. 723–729, 2019.
8 – B. I et al., “Comparative anatomical dimensions of the complete human and porcine spine,” European Spine Society, 2010.
9 – R. S. Gertzbein SD, “Accuracy of pedicular screw placement in vivo,” Spine, 1990.
