ستون فقرات رباتیک سه بعدی “دوقلو” و حسگر راه جدیدی برای پیش نمایش مداخلات جراحی ارائه می دهد –

به منظور تعیین اینکه آیا یک بیمار کاندیدای کاشت دیسک گردن است یا خیر، جراحان باید در درجه اول به یافته های مطالعات تصویربرداری تشخیصی تکیه کنند، بدون هیچ گونه ورودی از داده های بیومکانیکی برای بهینه سازی نوع پروتز. این ممکن است گاهی منجر به عوارض و شکست ایمپلنت شود.

برای رسیدگی به این مشکلات، اریک انگبرگ، دکترای دانشگاه آتلانتیک فلوریدا، نویسنده ارشد این مطالعه، و محققان کالج مهندسی و علوم کامپیوتر، با همکاری دکتر فرانک وریونیس، نویسنده ارشد این مطالعه و مدیر موسسه علوم اعصاب مارکوس، بخشی از سلامت باپتیست، یک نسخه روباتیک جدید از ستون فقرات انسان ایجاد کرده است تا جراحان را قادر سازد تا اثرات مداخلات جراحی را قبل از عمل مشاهده کنند.

محققان یک ماکت ستون فقرات پرینت سه بعدی را توسعه داده اند که شامل یک ایمپلنت دیسک مصنوعی و مجهز به آرایه حسگر مغناطیسی نرم است. مرکز علوم اعصاب مارکوس در محوطه بیمارستان منطقه ای بوکا راتون و مکان های ماهواره ای در بیمارستان بتسدا در بوینتون بیچ و ساحل دیرفیلد قرار دارد.

مدل ستون فقرات روباتیک بیمار بر اساس سی تی اسکن از ستون فقرات انسان است. یک دیسک مصنوعی اصلاح شده در ماکت ستون فقرات گردنی “کاشته” شد و آهنربای نرم در ماکت مهره تعبیه شد. یک بازوی رباتیک ماکت ستون فقرات گردنی را خم کرده و گسترش داد در حالی که بارهای بین مهره ای با آرایه سنسور مغناطیسی نرم نظارت می شد تا وضعیت ستون فقرات با چهار الگوریتم مختلف یادگیری ماشینی طبقه بندی شود. الگوریتم‌ها دامنه و مکان‌هایی را که بارهای خارجی اعمال می‌شد طبقه‌بندی کردند. سپس محققان توانایی‌های الگوریتم‌ها را برای طبقه‌بندی پنج حالت مختلف ماکت رباتیک ستون فقرات انسان (مرکز، خم شدن میانی، خم شدن، امتداد میانی و اکستنشن) مقایسه کردند.

نتایج این مطالعه، در مجله منتشر شده است حسگرها، نشان داد که سیستم آرایه سنسور مغناطیسی نرم توانایی بالایی در طبقه بندی پنج حالت مختلف ستون فقرات با دقت 100 درصد دارد که می تواند پیش بینی کننده مشکلات مختلف ستون فقرات باشد که افراد با آن مواجه می شوند. این نتایج نشان می‌دهد که ادغام آرایه حسگر مغناطیسی نرم در دیسک مصنوعی «کاشته‌شده»، ماکت ستون فقرات که به‌صورت رباتیک فعال می‌شود، پتانسیل تولید داده‌های مرتبط فیزیولوژیکی را قبل از جراحی‌های تهاجمی دارد، که می‌تواند قبل از عمل برای ارزیابی مناسب بودن یک مداخله خاص استفاده شود. بیماران خاص

انگبرگ، استاد گروه مهندسی اقیانوس و مکانیک در کالج مهندسی و علوم کامپیوتر، عضو مرکز FAU می‌گوید: «آرایه حسگر مغناطیسی انعطاف‌پذیر روش جدیدی برای ایجاد آهنرباهای نرم و قابل کشش با مخلوط کردن سیلیکون با پودر مغناطیسی است. سیستم های پیچیده و علوم مغز در کالج علوم چارلز ای. اشمیت، و یکی از اعضای مؤسسه مغز FAU Stiles-Nicholson. این حسگرها کم‌هزینه، بسیار حساس هستند و به راحتی در سیستم‌های رباتیک ادغام می‌شوند، زیرا محیط نرم را می‌توان در اشکال و اندازه‌های مختلف دستکاری کرد.

این رویکرد جدید علاوه بر ارزیابی پیش از عمل مناسب بودن یک مداخله خاص برای بیماران خاص، به طور بالقوه می تواند به مراقبت های بعد از عمل از افرادی که کاشت دیسک گردن دارند کمک کند. در حال حاضر، دستورالعمل های بعد از عمل برای بیمارانی که ایمپلنت ستون فقرات دارند، کیفی است (تا جایی که می توانید تا شروع درد انجام دهید)، که باعث ایجاد ترس در بیمار و جراح می شود. سؤالات مربوط به میزان مجاز خم شدن، بلند کردن و ورزش پس از عمل ایمپلنت دهانه رحم می تواند مورد مطالعه و بررسی قرار گیرد و با داده های بیومکانیکی تولید شده توسط ماکت رباتیک حس شده با مراقبت های پس از عمل به صورت جداگانه که می تواند برای کاهش عوارض تجویز شود، مرتبط باشد.

Vrionis گفت: «این رویکرد جدید دارای پتانسیل قدرتمندی است که جراحان را قادر می‌سازد تا اثرات مداخلات جراحی مختلف را به شیوه‌ای خاص بیمار با استفاده از دوقلوهای ستون فقرات که به صورت رباتیک فعال می‌شوند، پیش‌نمایش و مقایسه کنند.» “علاوه بر این، سیستم جدید می تواند در تعیین اینکه آیا یک وسیله محدود، نیمه محدود یا بدون محدودیت می تواند بهترین جا یا حتی یک دستگاه همجوشی باشد کمک کند. پس از جراحی، ماکت ستون فقرات همچنین می تواند به ما در تخمین اینکه آیا حرکت کافی در آن وجود دارد یا خیر کمک کند. سطح عمل شده و احتمالاً به ما کمک می کند تا تعیین کنیم که آیا نیاز به تغییر برنامه توانبخشی برای جلوگیری از کلسیفیکاسیون و متعاقب آن از دست دادن حرکت مورد نظر داریم یا خیر.

در آینده، محققان می گویند که این حسگر می تواند به طور بالقوه با سی تی اسکن برای رفع مشکل ناهنجاری ستون فقرات همراه شود.

Chi- یکی از نویسندگان این مطالعه گفت: “رویکرد جدید ما می تواند داده های دست اولی را در اختیار جراحان قرار دهد تا اثرات مداخلات جراحی مختلف برای درمان بیماری های ستون فقرات را قبل از جراحی مقایسه کنند و به طور بالقوه میزان عوارض و شکست کاشت دیسک مصنوعی را کاهش دهد.” تای تسای، دکترا، استاد گروه مهندسی مکانیک و اقیانوس FAU.

نویسندگان این مطالعه عبارتند از Maohua Lin، Ph.D.، دانشمند پژوهش. و معید عبد، دکتری. دانشجو و دستیار پژوهشی، گروه مهندسی مکانیک و اقیانوس FAU؛ و الکس تاینگ، دانشجوی کارشناسی در دانشگاه ویرجینیا.