Миниатюрный высокоточный гексапод с 6 степенями подвижности используются в качестве проводника-помощника для спинальной хирургии. Система под названием «SpineAssist», которая устанавливается на кости, будет аккуратно направлять хирурга с целью обеспечить максимальную точность при размещении имплантатов, предназначенных для стабилизации артродеза позвонков (спондилодеза) при открытой и минимально инвазивной хирургии. Помимо миниатюрного робота-гексапода, система включает в себя программное обеспечение для предоперационного планирования с автоматической обработкой рентгеновских изображений и компьютерных томограмм и набор жестких зажимов для фиксации костей и платформ.

Изобретатель системы «SpineAssist» и хирургической процедуры, компания «Mazor Surgical Technologies», была создана в 2001 г. путем выделения из отделения механики Израильского технологического института. Офисы компании расположены в Кесарии (Израиль) и Норкроссе (штат Джорджия, США) (компания «Mazor Surgical Technologies Inc.»). Компания «Mazor» специализируется на разработке медицинских роботов, а производство точной механики поручено сторонней организации – базирующейся в Швейцарии компании «MPS Micro Precision Systems AG», входящей в группу компаний «Faulhaber».

В спинальной хирургии очень важна точность размещения имплантата, поскольку большинство процедур выполняется вблизи нервных корешков и спинного мозга, где имеет значение каждый миллиметр. Это, наряду с другими биомеханическими соображениями, делает точность и прецизионность предельно важными.

Артродез позвонков – это вид хирургического вмешательства, которое осуществляется, например, с целью выпрямления спинного мозга и предотвращения дальнейшей деформации ввиду сколиоза или других нарушений, для поддержки ослабленного или поврежденного спинного мозга или для снижения или предотвращения боли от защемленных или поврежденных нервов. Хотя артродез позвонков ассоциируется с высоким уровнем успеха, к сожалению, высоким является и уровень смещения имплантатов, который, согласно некоторым источникам, достигает 25 % в случае вмешательств, связанных со сколиозом. Неправильное расположение связано с повышенным риском невральных и сосудистных осложнений, а также повреждением мембраны спинного мозга.

Вмешательство

Вмешательство и использованием «SpineAssist» состоит из пяти шагов:

1) предоперационное планирование на основе снимка компьютерной томографии спинного мозга пациента;

2) жесткая фиксация платформы «SpineAssist» к спинному мозгу пациента;

3) калибровка позиционирования путем согласование рентгеновского изображения платформы, установленной на кость, и компьютерной томограммы из предоперационного плана;

4) жесткая установка робота «SpineAssist» на платформе;

5) сейчас направляющая робота готова автоматически позиционировать себя в месте, точно соответствующем предоперационному плану, и работать в качестве направляющего инструмента, когда хирург будет сверлить кость или выполнять с ней какое-нибудь другое вмешательство.

Вмешательство с использованием «SpineAssist» имеет разрешение Управления по контролю за продуктами питания и лекарственными средствами (FDA) и ЕС и на сегодня применялся в клинической практике в более чем 250 случаях в больницах по всему миру.

Преимущества

Минимально инвазивная хирургия (МИХ) – одна из наиболее важных тенденций в отрасли изделий медицинского назначения. Минимально инвазивная процедура потенциально может иметь множество преимуществ: меньший надрез – меньший шрам – сокращение риска инфекции и кровотечения. Меньше боли и травм, а также сокращенная продолжительность нахождения в больнице и времени восстановления – это другие преимущества, побуждающие отрасль изделий медицинского назначения постоянно разрабатывать новые инструменты, поддерживающие МИХ.

С помощью «SpineAssist» такое вмешательство как артродез позвонков может быть выполнено посредством всего пары маленьких надрезов по сравнению с открытой хирургией, в случае которой большой надрез потенциально может вызвать большее повреждение мышц. Миниатюрный размер робота, которому не нужна «линия взгляда», и его высокая точность упрощает хирургическую процедуру и минимизирует риск неправильного размещения винта. Поскольку робот жестко прикреплен к пациенту, нет необходимости в координатной системе отслеживания. Для процедуры с использованием «SpineAssist» требуется только несколько рентгеновских изображений, учитывая также сниженную лучевую нагрузку на хирурга и пациента в качестве важного преимущества системы.

Робот «Spine Assist»

Робот-гексапод достигает 50 мм (2 дюйма) в диаметре и 80 мм (3,15 дюйма) в высоту и имеет вес 250 г (0,5 фунта) – очень похоже на размер банки с газированным напитком. Рабочий объем составляет несколько кубических сантиметров на используемой направляющей.

Общая точность и повторяемость системы составляет менее 100 микрон и 10 микрон, соответственно. Точность управления движением – 10 микрон. Если учитывать влияние человека и искажение компьютерных томограмм и рентгеновских изображений, точность системы при размещении имплантата по сравнению с предоперационным планом составляет менее 1,5 мм.

Шесть бесщеточных редукторных двигателей постоянного тока smoovy® компании «Faulhaber» с оригинальными электронными блоками привода приводят в действие линейные исполнительные механизмы с использованием высокоточной, миниатюрной конструкции ходовых винтов. Точное и абсолютное измерение смешения обеспечивают семь линейных датчиков – по одному для каждого исполнительного механизма и седьмой для отслеживания работы остальных.

С миниатюрным размером гексапода было связано несколько сложных конструкционных задач, среди которых наиболее важной, вероятно, было нахождение решения для миниатюрного привода. Серводвигатель постоянного тока smoovy®, достигающий всего 5 мм в диаметре, оказался компромиссом между миниатюрным размером и вращающим моментом и скоростью, необходимыми для данного применения. Общие допуски для конечностей ввиду малых габаритов и точности винта с индивидуальным ходом резьбы M2.5, а также прецизионные шаровые и муфтовые соединения привода – все это является примерами технических требований, делающих гексапод действительно непростой производственной задачей.

Аутсорсинговый партнер

Сотрудничество между компаниями «Micro Precision Systems AG» и «Mazor Surgical Technologies» первоначально ограничивалось разработанным компанией « MPS» двигателем постоянного тока smoovy®, однако быстро было расширено с увеличением рыночного спроса и когда базирующейся в Израиле компании «Mazor» потребовались аутсорсинговые решения для серийного производства робота. Сегодня компания «MPS» обеспечивает производство, прецизионную сборку и контроль качества всего робота «SpineAssist». Компания «MPS» была основана и присоединилась к Группе компаний «Faulhaber» в 2003 г. Однако история компании начинается с 1930 г., с тех пор компания эволюционировала от небольшого производителя шарикоподшипников до насчитывающего 200 сотрудников поставщика решений в области микромеханики для заказчиков из отраслей, где существует высокий спрос на прецизионные и миниатюризованные механизмы.