機(jī)器人輔助下椎弓根螺釘固定治療胸腰椎骨折

徐鵬,葛鵬,章仁杰,李偉,張銀順,董福龍,錢軍,申才良

（安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院脊柱外科，安徽 合肥 230032）

椎弓根螺釘固定是脊柱外科手術(shù)中最常用的手術(shù)方法，對脊柱生物力學(xué)的恢復(fù)起著重要的作用，然而，亞洲人群椎弓根的平均寬度僅為約8 mm[1]。傳統(tǒng)經(jīng)皮椎弓根螺釘植入，需多次透視甚至連續(xù)透視以確定椎弓根螺釘?shù)臏?zhǔn)確進(jìn)釘點，即便如此，仍可能出現(xiàn)椎弓根螺釘穿透椎弓根皮質(zhì)損傷周圍組織，并有可能因椎弓根螺釘位置不佳引起嚴(yán)重并發(fā)癥。相關(guān)文獻(xiàn)報道椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)的失敗率為4.9%～37.5%[2-4]。骨科機(jī)器人的出現(xiàn)，有效地協(xié)助了外科醫(yī)生細(xì)化手術(shù)操作，目前我國機(jī)器人技術(shù)尚未廣泛應(yīng)用于脊柱外科手術(shù)。我科自2018-01起，采用最新一代骨科機(jī)器人輔助椎弓根釘植入，取得了較好的手術(shù)效果，報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本組為臨床隨機(jī)對照研究，納入2018-01-06期間安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院脊柱外科收治的43例因胸腰段骨折入院患者。所有患者均簽署知情同意書。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）胸腰段骨折；（2）符合脊柱椎弓根螺釘內(nèi)固定的指征；（3）椎弓根形態(tài)正常。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）嚴(yán)重骨質(zhì)疏松；（2）陳舊性骨折；（3）椎弓根發(fā)育異常；（4）合并其他嚴(yán)重的基礎(chǔ)疾??；（5）無需椎弓根內(nèi)固定。采用簡單隨機(jī)化分組方法，將43例患者隨機(jī)分為機(jī)器人輔助椎弓根螺釘固定組24例(機(jī)器人輔助組)和傳統(tǒng)透視引導(dǎo)椎弓根螺釘固定組19例(傳統(tǒng)透視引導(dǎo)組)，同時進(jìn)行分配隱藏。

1.2 手術(shù)方法

1.2.1 手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng) 天璣骨科手術(shù)機(jī)器人是一種機(jī)器人輔助脊柱外科手術(shù)設(shè)備，手術(shù)醫(yī)生可基于三維影像并通過手術(shù)計劃軟件對椎弓根螺釘置入路徑進(jìn)行規(guī)劃。機(jī)器人手臂系統(tǒng)可以自動計算椎弓根螺釘?shù)念A(yù)定路徑的實際空間位置,并借助光學(xué)跟蹤系統(tǒng),將機(jī)械臂和附著在機(jī)械手末端的導(dǎo)向工具定位到預(yù)定路徑，外科醫(yī)生通過引導(dǎo)器精確地置入椎弓根螺釘。光學(xué)跟蹤系統(tǒng)可以實時探測患者的實際位置及其他原因引起患者位置的變化，并與機(jī)器人手臂系統(tǒng)協(xié)同進(jìn)行實時運(yùn)動補(bǔ)償，使機(jī)械臂系統(tǒng)始終能夠準(zhǔn)確定位預(yù)先規(guī)劃的椎弓根螺釘植入路徑。為保證手術(shù)安全、順利地完成，天璣骨科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)具有一套完整的操作流程，分為機(jī)器人設(shè)置、3D圖像采集和自動配準(zhǔn)、椎弓根螺釘路徑規(guī)劃、內(nèi)固定置入和術(shù)后圖像驗證五個部分。

1.2.2 機(jī)器人輔助組 患者全麻后取俯臥位，將3D-C臂系統(tǒng)和機(jī)器人系統(tǒng)連接，機(jī)器人系統(tǒng)覆蓋無菌塑料外罩并擺位于手術(shù)臺側(cè)面，確保機(jī)器人機(jī)械臂可以覆蓋整個手術(shù)區(qū)域。在手術(shù)節(jié)段鄰近椎體棘突上安置跟蹤器，使用無菌器械套對機(jī)器人機(jī)械臂裝置進(jìn)行無菌隔離并安裝機(jī)械臂跟蹤器，光學(xué)跟蹤相機(jī)放置于患者頭端，朝向手術(shù)區(qū)域，使機(jī)械臂跟蹤器和患者脊柱上的跟蹤器同時被識別。使用3D-C臂系統(tǒng)沿C軌道滑動190°范圍，模擬CBCT自動選裝透視過程，數(shù)字圖像傳送至手術(shù)機(jī)器人的手術(shù)規(guī)劃操作平臺，并完成患者三維影像重建和機(jī)械臂系統(tǒng)工作空間的自動配準(zhǔn)。根據(jù)圖像規(guī)劃椎弓根螺釘入點、方向、直徑和長度。將機(jī)械臂基座上的標(biāo)定器換裝為引導(dǎo)器，機(jī)械臂模擬運(yùn)行，確認(rèn)無誤后啟動機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)行。機(jī)器人系統(tǒng)自動運(yùn)行至規(guī)劃路徑并進(jìn)行微調(diào)，確認(rèn)椎弓根螺釘置入精度小于1 mm后發(fā)出置釘提示。沿機(jī)械臂固定方向插入套筒，確定皮膚切口位置，作1cm皮切口，切開皮膚、皮下組織和深筋膜，經(jīng)肌間隙鈍性分離至關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)，將套筒插入直達(dá)椎弓根進(jìn)釘點骨面，打入釘?shù)缹?dǎo)針，完成全部釘?shù)缹?dǎo)針置入后，行正側(cè)位透視，驗證導(dǎo)針位置無誤后，沿各導(dǎo)針方向分別檸入空心椎弓根螺釘，使用專用置棒器，經(jīng)皮安裝雙側(cè)預(yù)先彎曲的鈦棒并提拉復(fù)位。

1.5.3 傳統(tǒng)透視組 患者全麻后取俯臥位，在3D-C臂系統(tǒng)透視下定位骨折椎體并定位手術(shù)節(jié)段椎體雙側(cè)椎弓根，常規(guī)消毒術(shù)區(qū)皮膚，于各定位點作長約1 cm的縱切口，于C臂導(dǎo)引下沿椎弓根眼外上象限進(jìn)行穿刺，正側(cè)位透視見穿刺針位于椎弓根內(nèi)且穿刺針位置、深度及角度合適，拔出針芯，置入導(dǎo)絲，取出穿刺針套筒，沿導(dǎo)絲置入逐級擴(kuò)張?zhí)淄埠笕〕鎏淄玻瑑H保留導(dǎo)絲及最外層套筒，空心絲錐沿導(dǎo)絲方向攻絲，取出最外層套筒筒，沿導(dǎo)絲置入空心椎弓根螺釘。透視見弓根螺釘位置滿意后，取出導(dǎo)絲，經(jīng)皮安裝雙側(cè)預(yù)先彎曲的鈦棒并提拉復(fù)位。

1.2 觀察指標(biāo)與評價方法

記錄兩組患者手術(shù)時間、術(shù)中出血量、椎弓根螺釘置入的準(zhǔn)確率以及術(shù)后3 d、末次隨訪時患者的腰痛視覺模擬評分（Visual analogue scale,VAS）、Oswestry功能障礙指數(shù)（oswestry disability index,ODI）。所有患者術(shù)后3 d完成CT掃描，椎弓根螺釘?shù)奈恢糜晌磪⑴c手術(shù)的脊柱外科醫(yī)生進(jìn)行評估。根據(jù)Gertzbein-Robbins[5]分類標(biāo)準(zhǔn)，評估椎弓根螺釘在外側(cè)、內(nèi)側(cè)、頭側(cè)和尾側(cè)四個方向上是否存在穿透骨皮質(zhì)的情況(A類：無皮質(zhì)侵及；B類：皮質(zhì)穿透＜2 mm；C類：2 mm≤皮質(zhì)穿透＜4 mm；D類：4 mm≤皮質(zhì)穿透＜6 mm；E類：皮質(zhì)穿透≥6 mm)［6］。采用置釘準(zhǔn)確率評估置釘?shù)臏?zhǔn)確性，即完全位于椎弓根內(nèi)、無皮質(zhì)侵及的椎弓根釘數(shù)量（A類螺釘）占組內(nèi)全部置入螺釘數(shù)量的比值。

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理

2 結(jié)果

本研究共納入患者 43例，年齡(46.4±10.5)歲。男25例，女18例。機(jī)器人輔助組24例(男14例，女10例)，年齡 (45.2±9.2)歲，傳統(tǒng)透視引導(dǎo)組19例(男 11 例，女 8例)，年齡(50.6±10.7)歲。兩組性別、年齡差異無顯著性(P=0.115)。所有患者手術(shù)順利，癥狀緩解明顯，術(shù)后1 d逐漸開始康復(fù)訓(xùn)練，術(shù)后3 d內(nèi)未發(fā)生醫(yī)源性神經(jīng)或血管損傷。

2.1 手術(shù)情況

機(jī)器人輔助組平均透視次數(shù)顯著少于傳統(tǒng)透視引導(dǎo)組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.028）；機(jī)器人輔助組的手術(shù)時間和術(shù)中出血量略多于傳統(tǒng)透視引導(dǎo)組，但組間差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05），見表1。

表1 兩組胸腰椎骨折患者手術(shù)情況比較

2.2 置釘準(zhǔn)確率

兩組共置入椎弓根螺釘238枚，機(jī)器人輔助組置入椎弓根螺釘132枚，置釘準(zhǔn)確率（A類）96.2%，見圖1-4；傳統(tǒng)透視引導(dǎo)組置入椎弓根螺釘106枚，置釘準(zhǔn)確率（A類）73.6%，兩組置釘準(zhǔn)確性的差異有統(tǒng)計學(xué)意義 (P ＜ 0．01)。

表2 兩組胸腰椎骨折置釘準(zhǔn)確率比較

2.3 療效比較

圖1 胸腰段骨折術(shù)前與機(jī)器人輔助下術(shù)后X線片

圖2 手術(shù)機(jī)器人術(shù)中示意圖

圖3 術(shù)中椎弓根螺釘路徑規(guī)劃

圖4 術(shù)中透視及術(shù)后CT

機(jī)器人輔助組術(shù)后3 d及末次隨訪時的VAS評分、ODI指數(shù)與傳統(tǒng)透視引導(dǎo)組比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P ＞0.05），見表 3。

表3 兩組患者術(shù)后VAS評分、ODI指數(shù)比較

3 討論

椎弓根螺釘置入的失敗可能引起嚴(yán)重并發(fā)癥，從而大大降低手術(shù)療效。有相關(guān)文獻(xiàn)報道，椎弓根螺釘置入的失敗率可達(dá)4.9%～37.5%[2-4]，也有文章報道，通過解剖標(biāo)志定位并結(jié)合術(shù)中影像進(jìn)行椎弓根螺釘置入，成功率可達(dá) 90.3%～94.1%[7]，然而椎弓根的解剖形態(tài)存在著種族差異和遺傳變異，同時解剖標(biāo)志不明確、術(shù)者操作經(jīng)驗不足均有可能導(dǎo)致置釘失敗。

為提高椎弓根螺釘置入的成功率及準(zhǔn)確性，同時降低術(shù)中風(fēng)險及術(shù)后并發(fā)癥，計算機(jī)輔助導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。骨科手術(shù)機(jī)器人作為先進(jìn)技術(shù)的集成產(chǎn)物，體現(xiàn)了我國醫(yī)療發(fā)展和工業(yè)制造的先進(jìn)水平，不僅靈敏度高、定位準(zhǔn)確、運(yùn)行平穩(wěn)，同時具有不受輻射、污染等外界因素影響的優(yōu)點。骨科手術(shù)機(jī)器人應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，尤其應(yīng)用于脊柱外科手術(shù)領(lǐng)域，可大大減少手術(shù)醫(yī)生接觸輻射、污染環(huán)境，并可有效降低因術(shù)者疲勞、生理震顫導(dǎo)致的不確定性，顯著提高了手術(shù)的精確性和安全性，縮短了治療和康復(fù)時間。

1992年Foley首次將Stealthstation導(dǎo)航系統(tǒng)運(yùn)用于椎弓螺釘?shù)亩ㄎ?，推動了脊柱外科手術(shù)機(jī)器人的實際應(yīng)用［8］。目前針對脊柱外科的眾多手術(shù)機(jī)器人中，最知名的是以色列的SpineAssist系統(tǒng)。Sukovich等［9］運(yùn)用該系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)皮椎弓根釘內(nèi)固定術(shù)，成功率可達(dá)93%，明顯降低了外科醫(yī)生的輻射損傷。但該系統(tǒng)在實際操作中存在操作復(fù)雜以及無法根據(jù)骨性結(jié)構(gòu)實時位置的改變做出調(diào)整的缺點。天璣骨科手術(shù)機(jī)器人可根據(jù)術(shù)中的三維影像進(jìn)行合理的手術(shù)規(guī)劃并實時精確定位，引導(dǎo)椎弓根螺釘準(zhǔn)確置入。本次研究通過臨床對照證實了新一代國產(chǎn)骨科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)能夠顯著提高椎弓根螺釘置入的精確度，基于手術(shù)精確度方面的提高，也使得傳統(tǒng)脊柱外科手術(shù)中高難度的上頸椎手術(shù)得以順利完成[10]。

我科采用的天璣骨科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)實現(xiàn)了手術(shù)微創(chuàng)化、安全化、精準(zhǔn)化的目標(biāo)，對于推進(jìn)脊柱外科進(jìn)一步發(fā)展具有重要意義。傳統(tǒng)脊柱外科手術(shù)過多依賴于外科醫(yī)生的臨床經(jīng)驗和操作水平，培養(yǎng)周期緩慢。而手術(shù)機(jī)器人在實際脊柱外科手術(shù)中的應(yīng)用，確保了手術(shù)操作中的安全性及準(zhǔn)確性，同時顯著減少了術(shù)中術(shù)者與患者的放射線暴露，對于青年脊柱外科醫(yī)生的手術(shù)培養(yǎng)有著重要作用?？梢灶A(yù)見的是，骨科手術(shù)機(jī)器人的運(yùn)用將不僅僅局限于脊柱外科手術(shù)，對于未來骨科手術(shù)的發(fā)展有著深遠(yuǎn)意義。

我科目前對于使用骨科手術(shù)機(jī)器人進(jìn)行脊柱外科手術(shù)的臨床經(jīng)驗的積累還比較有限，隨著實踐中的不斷完善以及手術(shù)醫(yī)生操作技術(shù)的熟練，機(jī)器人在脊柱外科手術(shù)中的應(yīng)用將更加廣泛，以其在手術(shù)精確度、減少手術(shù)失誤等當(dāng)面的出色表現(xiàn)更好地協(xié)助脊柱外科醫(yī)生開展高難度的手術(shù)操作。