In dieser Arbeit wird das Revisionsverhalten kanülierter, fenestrierter Pedikelschrauben evaluiert. Dies erfolgt zum einen anhand von Messungen des Drehmoments bei dem Entfernen von Pedikelschrauben aus osteoporotischen Wirbelkörpern eines Kadermodells. Hierbei werden Werte nicht zementierter und zementierter, kanülierter Pedikelschrauben erhoben, verglichen und ausgewertet. Während der Schraubenexplantation werden etwaig auftretende Rotationsbewegungen des Zements im Wirbelkörper radiografisch detektiert. Darüber hinaus wird das Revisionsverhalten kanülierter, fenestrierter Pedikelschrauben nach Zementaugmentation in vivo anhand monozentrisch, retrospektiv erhobener Patientenbeispiele aus dem klinischen Alltag beurteilt. Im Rahmen der Drehmomentmessungen bei Entfernung der kanülierten, fenestrierten Pedikelschrauben nach vorangeganger Zementierung konnte keine Destruktion des Wirbelkörpers beobachtet werden. Auch in den untersuchten Fallbeispielen des klinischen Alltags konnten die zementaugmentierten Pedikelschrauben komplikationslos entfernt werden.

INTRODUCTION: Computer aided navigation is an important tool which has the capability to enhance surgical accuracy, while reducing negative outcomes. However, it is a relatively new technology and has not yet been accepted as the standard of care in all settings. OBJECTIVES: The objective of the present study is to present the development and current state of technologies in computer aided navigation in Orthopedic Spine Surgery, specifically in navigated placement of pedicle screws, to examine the clinical need for navigation, it's effect on surgical accuracy and clinical outcome and to determine whether the benefits justify the costs, and make recommendations for future use and enhancements. CONCLUSION: Computer aided navigation in pedicle screw placement enhances accuracy, reduces the probability of negative outcomes, reduces the exposure of the patient and staff to radiation, reduces operative time, and provides cost-savings. Future investigations may potentially enhance this effect further with the use of innovative augmented reality type displays.

No description available.

Robotic assistance is applied in orthopedic interventions for pedicle screw placement (PSP). While current robots do not act autonomously, they are expected to have higher autonomy under surgeon supervision in the mid-term. Augmented reality (AR) is promising to support this supervision and to enable human–robot interaction (HRI). To outline a futuristic scenario for robotic PSP, the current workflow was analyzed through literature review and expert discussion. Based on this, a hypothetical workflow of the intervention was developed, which additionally contains the analysis of the necessary information exchange between human and robot. A video see-through AR prototype was designed and implemented. A robotic arm with an orthopedic drill mock-up simulated the robotic assistance. The AR prototype included a user interface to enable HRI. The interface provides data to facilitate understanding of the robot’s ”intentions”, e.g., patient-specific CT images, the current workflow phase, or the next planned robot motion. Two-dimensional and three-dimensional visualization illustrated patient-specific medical data and the drilling process. The findings of this work contribute a valuable approach in terms of addressing future clinical needs and highlighting the importance of AR support for HRI.

Les vis pédiculaires sont largement utilisées pour l’instrumentation et la correction du rachis. L’objectif général de ce projet doctoral est d’étudier l'influence des choix chirurgicaux et des variations morphologiques des vertèbres sur l'ancrage biomécanique des vis pédiculaires. Pour cela, nous avons fait le choix de combiner une modélisation détaillée de l’interaction vis-vertèbre à l’acquisition de données expérimentales indispensables pour valider les outils de simulation. Ce projet doctoral propose un modèle par éléments finis original et innovant prenant en compte l’interface de contact entre les structures osseuses et un comportement élastoplastique avec modélisation de la fracture osseuse pour décrire la biomécanique de l’interaction vis-pédiculaire/vertèbre. De plus, ce projet a également permis de proposer un protocole et une méthode d’analyse pour l’étude de vis pédiculaires sous chargements non-axiaux. Les connaissances développées au cours de ce projet doctoral ont permis de fournir des recommandations pratiques pour les cliniciens ainsi que les développeurs d’implants biomédicaux, autant sur les futurs choix de design des vis pédiculaires que les choix de vis et leur placement afin d’obtenir un meilleur ancrage. À long terme, le modèle pourrait être adapté pour analyser plus en détail les caractéristiques spécifiques du patient et être utilisé comme une formation virtuelle ou d'un outil de planification préopératoire. / The pedicle screws are widely used for instrumentation and correction of the spine. The general objective of this doctoral project is to investigate the influence of surgical choice and morphological changes in the vertebrae on the biomechanical anchorage of pedicle screws. A combined approach using a detailed numerical model to simulate the screw-vertebrae interaction and the acquisition of necessary experimental data to validate the numerical tool was chosen. This doctoral project proposes an original and innovative finite element model taking into account the contact interface between the bone structures and an elastoplastic behavior with bone fracture modeling to describe the biomechanics of the screw / vertebra interaction. In addition, this project also propose a protocol and a method of analysis for the study pedicle screws in non-axial loads. The knowledge developed during this doctoral project have provided practical recommendations for clinicians and developers of biomedical implants, both on future choices of design pedicle screws that screw choice and placement to obtain better anchoring. In the long term, the model could be adapted to further analyze the specific characteristics of the patient and be used as a virtual training or a preoperative planning tool.

Die Einführung der Computer-assistierten Navigation von Pedikelschrauben an der Wirbelsäule in den klinischen Alltag konnte in mehreren Studien eine signifikante Senkung der Fehlplatzierungsraten auf deutlich unter 10% zeigen. Es existieren aber nur spärliche Daten bezüglich der Navigation an der Brustwirbelsäule und deren Anwendung bei unfallchirurgischen Patienten, typischerweise mit frischen Frakturen. Ziel dieser Arbeit war es, die Genauigkeit der CT-basierten Navigation von Pedikelschrauben an der Brustwirbelsäule mit Hilfe eines optoelektronischen Navigationssystems bei Patienten mit Frakturen, Tumoren und Entzündungen im Vergleich zur konventionellen Technik zu untersuchen. Dazu wurden bei 85 Patienten 324 Pedikelschrauben, 211 navigiert und 113 konventionell, an der Brustwirbelsäule gesetzt. Die Navigation erfolgte mit einem optoelektronischen System, wobei zusätzlich ein Bildverstärker zur Lagekontrolle verwendet wurde. Postoperativ wurde die Pedikelschraubenplatzierung mit Hilfe von Computertomogrammen dargestellt und durch einen unabhängigen Radiologen ausgewertet. In der navigierten Gruppe wurden 174 (82,5%) Schrauben korrekt platziert. In der konventionellen Gruppe waren es mit 77 (68,1%) Schrauben signifikant weniger (p < 0,003). Allerdings ließen sich erhebliche Fehllagen von über 4 mm in 1,9% der Fälle trotz Navigation nicht vermeiden. Die zusätzliche Röntgendurchleuchtung vermied vor allem die Navigation falscher Wirbelkörper sowie Abweichungen der Schrauben nach kaudal bzw. kranial. / Several studies have shown that computer assisted pedicle screw insertion in spinal surgery can decrease pedicle perforation rate significantly to less than 10%. However, few data exist concerning the accuracy of pedicle screw navigation in the thoracic spine in trauma patients. The goal of this study was to evaluate the accuracy of CT-based computer assisted pedicle screw insertion in the thoracic spine in patients with fractures, metastases and spondylodiscitis compared to conventional technique. 324 pedicle screws were inserted in the thoracic spines of 85 patients. 211 screws were placed using a CT-based optoelectronic navigation system assisted by an image intensifier. 113 screws were placed with conventional technique. Screw positions were evaluated with postoperative CT-scans by an independent radiologist. In the computer assisted group 174 (82,5%) screws were found completely within their pedicles compared with 77 (68,1%) correctly placed srews in the conventional group (p < 0,003). Despite of using the navigation system 1,9% of the computer assisted screws perforated the pedicle wall more than 4 mm. The additional use of the image intensifier helped identifying the correct vertebral body and avoided cranial or caudal pedicle wall perforations.

No description available.