機(jī)器人輔助系統(tǒng)在青少年特發(fā)性脊椎側(cè)凸手術(shù)治療中植釘精準(zhǔn)度的應(yīng)用研究

師浩東，劉世長(zhǎng)，許曉舟，宋宗讓?zhuān)露ň?

(1.延安大學(xué)醫(yī)學(xué)院，陜西 延安；2.西安市紅會(huì)醫(yī)院，陜西 西安)

0 引言

特發(fā)性脊柱側(cè)凸是青少年人群中最常見(jiàn)的脊柱疾病，發(fā)病率約為0.5%-5%[1,2]，脊柱側(cè)凸為患者的脊柱在冠狀位、矢狀位、軸位平面上的3 維畸形[3-5]，嚴(yán)重者可能影響呼吸功能、身體軀干平衡等。對(duì)于脊柱彎曲程度大、青春期疾病進(jìn)展速度快及出現(xiàn)脊髓神經(jīng)癥狀的患者，使用椎弓根螺釘后路側(cè)凸矯形已經(jīng)是青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸(AIS)的標(biāo)準(zhǔn)治療方法[4]。但是AIS 的患者胸腰椎存在畸形，解剖復(fù)雜，又臨近重要組織，使椎弓根螺釘植入難度大，存在術(shù)后椎弓根螺釘位置不佳，可能導(dǎo)致患者出現(xiàn)血管、神經(jīng)、胸膜損傷等并發(fā)癥[6,7]。

近年來(lái)，脊柱外科大夫?yàn)榱伺μ岣咦倒葆數(shù)木珳?zhǔn)度，降低椎弓根螺釘植入不佳而導(dǎo)致的并發(fā)癥，機(jī)器人輔助手術(shù)系統(tǒng)得以發(fā)展[8,9]。通過(guò)術(shù)前將患者的CT 掃描數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)工作系統(tǒng)，醫(yī)生可以在工作站中設(shè)計(jì)出最佳的椎弓根螺釘路徑，術(shù)中按照術(shù)前規(guī)劃的釘?shù)乐踩胱倒葆?，保證椎弓根螺釘位于椎弓根內(nèi)。雖然計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)可減少椎弓根螺釘植入失敗的發(fā)生率[10]，但是脊柱機(jī)器人在青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸中的臨床應(yīng)用文獻(xiàn)報(bào)道較少，本研究將回顧性分析2018 年5 月至2019 年10 月在我院采用手術(shù)的24 例AIS 患者臨床資料，通過(guò)CT 評(píng)估脊柱機(jī)器人植釘?shù)木珳?zhǔn)度，來(lái)研究機(jī)器人輔助系統(tǒng)的臨床應(yīng)用。

1 臨床資料

1.1 患者選擇標(biāo)準(zhǔn)

納入標(biāo)準(zhǔn)：(1) 接受脊柱后路椎弓根螺釘矯正手術(shù)的AIS 患者；(2)18 歲以下；(3) 單主胸或雙胸曲曲線(xiàn)型；排除標(biāo)準(zhǔn)：(1) 合并有先天性脊柱側(cè)凸的患者；(2)合并有低位圓錐、馬尾綜合癥等神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育異常；(3)術(shù)前評(píng)估無(wú)法耐受手術(shù)者。本研究納入2018年5 月-2019 年10 月西安市紅會(huì)醫(yī)院AIS 患者24 名。本研究獲得西安市紅會(huì)醫(yī)院倫理委員的批準(zhǔn)，所有患者術(shù)前均已簽知情同意書(shū)。

1.2 一般資料

青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者24 例，其中12 例患者術(shù)中應(yīng)用機(jī)器人系統(tǒng)輔助螺釘植入(A 組)，其中男性3 例，女性9 例，年齡13-18 歲，平均15.1 歲；其余12 例患者依靠徒手植入螺釘(B 組)，有男2 例，女性10 例，年齡12-18 歲，平均14.9 歲。

1.3 手術(shù)方法

本研究所有的手術(shù)均是由同一組脊柱外科大夫團(tuán)體完成，主刀醫(yī)師具備

透視下徒手完成后路矯形的手術(shù)能力。所有病人術(shù)前有全脊柱站立位正側(cè)位X 線(xiàn)片、Bending 位X 線(xiàn)片及薄層CT( 層厚2mm)，根據(jù)患者術(shù)前影像學(xué)資料確定手術(shù)節(jié)段。

1.3.1 A 組

12 例患者均使用脊柱機(jī)器人(Renaissance，MzaorRobotocs公司，以色列) 進(jìn)行手術(shù)治療。術(shù)前將患者薄層CT 數(shù)值輸入Renaissance 工作站，根據(jù)患者術(shù)前CT 圖像，對(duì)每一個(gè)椎體進(jìn)行分割，調(diào)整椎弓根掃描平面，設(shè)計(jì)出理想的進(jìn)針點(diǎn)及進(jìn)針角度，設(shè)定合格的螺釘長(zhǎng)度及直徑，最后逐個(gè)確定設(shè)計(jì)螺釘位置，避免椎弓根螺釘出現(xiàn)皮質(zhì)穿透。

術(shù)中放置體位標(biāo)識(shí)，將初始校正圖像發(fā)送至Renaissance 工作站?；颊呷槿「┡P位，手術(shù)節(jié)段正中切開(kāi)，仔細(xì)顯露脊柱后路組織，沿棘突用電刀骨膜下暴露至小關(guān)節(jié)突外側(cè)緣，仔細(xì)清理關(guān)節(jié)突上的軟組織，避免損傷關(guān)節(jié)囊。將術(shù)前設(shè)計(jì)的手術(shù)方案導(dǎo)入Renaissance 系統(tǒng)，將固定夾子于棘突，根據(jù)所需螺釘外展角度選擇合適的工作平臺(tái)，安裝多功能橋。分別進(jìn)行正位和斜位的透視，將正位和斜位的圖像傳至主機(jī)，通過(guò)計(jì)算機(jī)的計(jì)算，對(duì)比術(shù)前CT掃描資料，完成每一個(gè)椎體的注冊(cè)，并對(duì)部分釘?shù)肋M(jìn)行微調(diào)，滿(mǎn)意后在計(jì)算機(jī)輔助下按照設(shè)定的釘?shù)儡壽E連接機(jī)械臂及套筒，用限深電鉆建立釘?shù)?，探子檢查四壁完整性，絲攻、探子再次確定釘?shù)溃踩胱倒葆?。根?jù)術(shù)前資料和所需手術(shù)固定節(jié)段，完成一組植釘后，改變夾子的位置，再次重復(fù)以上植釘操作。植釘完成后，雙側(cè)安裝棒矯形，必要節(jié)段行截骨矯形，融合節(jié)段去皮質(zhì)，植入自體骨和同種異體骨。沖洗縫合切口，切口內(nèi)留置引流管。

1.3.2 B 組

12 例患者采用透視下徒手植入椎弓螺釘?；颊哂谌橄氯「┡P位，保持腹部懸空。透視定位椎體，確定手術(shù)節(jié)段，后路正中切開(kāi)，顯露方式同機(jī)器人，參考解剖標(biāo)志，直視下行定位針植入，再透視確認(rèn)位置無(wú)誤后，開(kāi)口器、導(dǎo)椎擴(kuò)大釘?shù)?，探子探查四壁完成性，確認(rèn)位置無(wú)誤后值入椎弓根螺釘。矯形及螺釘植入方式同A 組。

1.4 術(shù)后處理

術(shù)后予以抗感染、止痛等對(duì)癥治療，避免長(zhǎng)期臥床并發(fā)癥，例如褥瘡、雙下肢靜脈血栓、肺炎、泌尿系感染等。待患者引流量低于50mL/天，拔出引流管。并復(fù)查全脊柱X 線(xiàn)片及手術(shù)節(jié)段CT。術(shù)后3 月門(mén)診復(fù)查。

1.5 影像學(xué)評(píng)估

所有患者術(shù)后均完成CT 檢查，術(shù)后CT 圖像數(shù)據(jù)由未參加手術(shù)的醫(yī)生對(duì)椎弓根螺釘位置進(jìn)行評(píng)估，按照改良的Gertzbein-Robbins 評(píng)分系統(tǒng)[11]評(píng)估每個(gè)患者的軸向、冠狀和矢狀面圖像，以確定皮質(zhì)穿透。穿透的方向分為內(nèi)側(cè)、外側(cè)、前部、上部或下部，等級(jí)從0 到4：0 級(jí)表示無(wú)皮質(zhì)穿透；1 級(jí)為穿透1-2 mm；2 級(jí)為穿透3-4 mm；3 級(jí)為穿透5-6 mm；4 級(jí)皮質(zhì)穿透大于6 mm。

1.6 統(tǒng)計(jì)方法

采用SPSS 22.0 統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)本研究所有數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和研究，組間率比較采用檢驗(yàn)，等級(jí)資料組間比較使用秩和檢驗(yàn)，P＜0.05 時(shí)，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

A 組患者植入202 例螺釘，有24 枚(11.2%) 螺釘穿透皮質(zhì)超過(guò)2mm，B 組患者植入220 例螺釘，有51 枚(23.1%) 螺釘穿透皮質(zhì)超過(guò)2mm。差距有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(c2=9.202，P=0.002)；參考Gertzbein-Robbins 評(píng)分系統(tǒng)來(lái)評(píng)估植釘精準(zhǔn)度，A 組0 級(jí)138枚、1 級(jí)40 枚、2 級(jí)20 枚、3 級(jí)3 枚、4 級(jí)1 枚，B 組0 級(jí)118 枚、1級(jí)51、2 級(jí)39 枚、3 級(jí)10 枚、4 級(jí)2 枚，差距具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=-3.391，P=0.001)。

3 討論

青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者在后路手術(shù)畸形矯正中，螺釘錯(cuò)位是最常見(jiàn)的椎弓根螺釘植入的并發(fā)癥[12,13]。椎弓根螺釘位置不正常的發(fā)生率在脊柱側(cè)凸矯正中比成年人患者中要高的多，青少年椎弓根尚未發(fā)育完全，胸椎椎弓根直徑較小[14]。并且由于發(fā)育不全，在上、中胸段側(cè)凸的凹面，椎弓根通道中松質(zhì)骨通常不足[4,5]，導(dǎo)致椎弓根螺釘植入難度較大，植入失誤有損傷血管和脊髓神經(jīng)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)，特別是在嚴(yán)重的胸廓畸形患者中，椎弓根狹窄并發(fā)育不良，脊髓與椎弓根內(nèi)側(cè)直接接觸[15]。因此，無(wú)論任何方式的椎弓根螺釘移位都可能導(dǎo)致嚴(yán)重的并發(fā)癥。椎弓根螺釘植入過(guò)程中向內(nèi)側(cè)移位可能導(dǎo)致脊髓損傷的風(fēng)險(xiǎn)，前移可能會(huì)損傷前方的主動(dòng)脈和食管，脊髓神經(jīng)根可能會(huì)因椎弓根螺釘上、下錯(cuò)位而受到損傷，并且也可能穿透并損傷椎間盤(pán)。所以，提高螺釘?shù)闹踩刖葘?duì)醫(yī)生和患者都至關(guān)重要[16]。

機(jī)器人輔助系統(tǒng)作為新興發(fā)展的科學(xué)技術(shù)，在外科精準(zhǔn)治療中具有劃時(shí)代的科學(xué)意義，是未來(lái)數(shù)字化骨科的重要發(fā)展方向[16]。目前，在脊柱外科領(lǐng)域，機(jī)器人輔助下椎弓根螺釘?shù)闹踩胍呀?jīng)是提高手術(shù)精準(zhǔn)度的最新方法。雖然有多項(xiàng)研究已評(píng)估機(jī)器人輔助下椎弓根螺釘放置的精準(zhǔn)度，但大多數(shù)研究?jī)H限于成年人，AIS 評(píng)價(jià)研究尚少。并且術(shù)后評(píng)價(jià)椎弓根螺釘?shù)木珳?zhǔn)度，采用不太精確的X 線(xiàn)成像技術(shù)[8,17]。Marcus 等[8]人對(duì)機(jī)器人與透視引導(dǎo)下的椎弓根放置進(jìn)行了系統(tǒng)性的比較，排除脊柱側(cè)凸的患者，在胸椎、腰椎的螺釘植入準(zhǔn)確性中，并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)機(jī)器人輔助比透視引導(dǎo)下具有相對(duì)優(yōu)勢(shì)，但是推測(cè)在螺釘植入失誤率較高的AIS 患者中，機(jī)器人輔助手術(shù)可以明顯減少螺釘?shù)氖д`率。

由于透視引導(dǎo)下植釘多通過(guò)探針的觸感反饋、手術(shù)大夫的臨床經(jīng)驗(yàn)及結(jié)合多平面X 線(xiàn)透視下完成[18,19]。但是由于椎弓根形態(tài)存在解剖變異和手術(shù)中體位擺放不同等因素，同時(shí)椎弓根周?chē)徏顾枭窠?jīng)、血管等重要組織，該技術(shù)對(duì)于外科大夫要求極高，椎弓根螺釘偏差2-3mm 可能導(dǎo)致脊髓神經(jīng)損傷，出現(xiàn)下肢麻木、無(wú)力，甚至出現(xiàn)大、小便功能障礙，截癱，特別是上胸椎椎弓根較細(xì)，術(shù)中X 線(xiàn)透視時(shí)肩胛骨阻擋，螺釘與椎弓根的位置不易分辨，風(fēng)險(xiǎn)性較大，可能出現(xiàn)因螺釘植入不佳而損傷血管、神經(jīng)、脊髓。Kwan 等[20]在青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者行手術(shù)治療中透視下植釘中椎弓根誤置率達(dá)到20.3%。雖然徒手脊柱是一種相對(duì)安全的椎弓根螺釘植入方法，在術(shù)中不需要任何其他器械輔助，但是隨著導(dǎo)航及機(jī)器人等技術(shù)的發(fā)展，徒手植釘對(duì)于外科大夫而言并不是最佳的治療方式。

目前機(jī)器人輔助技術(shù)已在臨床上成功運(yùn)用，在其他疾病中，已有研究表明機(jī)器人輔助植釘?shù)木_度明顯高于徒手。Schatlo 等[21]在腰椎退變的患者中比較了機(jī)器人輔助系統(tǒng)與透視下植釘術(shù)后螺釘位置不佳的發(fā)生率，發(fā)現(xiàn)透視下植釘位置不佳為21.2%，高于機(jī)器人組的16.4%。Macke 等人[13]使用CT 評(píng)估脊柱側(cè)彎術(shù)后螺釘位置，也得到了相似的結(jié)果，662 枚植入螺釘中48 枚螺釘位置不佳，發(fā)生率僅為7.2%。機(jī)器人輔助系統(tǒng)是以術(shù)前CT 醫(yī)學(xué)影像學(xué)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)處理，無(wú)需切開(kāi)就可以對(duì)局部解剖組織結(jié)構(gòu)化、立體化重建成像，手術(shù)機(jī)器人術(shù)前在工作平臺(tái)規(guī)劃螺釘位置，通過(guò)機(jī)械臂的調(diào)整，使其按照術(shù)前規(guī)劃位置植入螺釘，避免徒手植入的誤差，理論上來(lái)說(shuō)機(jī)器人輔助下植入的精準(zhǔn)度較高。所以，對(duì)于青少年脊柱側(cè)彎患者的矯形來(lái)說(shuō)，良好的螺釘植入可以減少螺釘位置不佳而損傷脊髓神經(jīng)、血管等并發(fā)癥，也可以提供良好的螺釘把持力。減少螺釘拔出的風(fēng)險(xiǎn)。

本研究中我們比較了機(jī)器人輔助植釘與徒手下植釘進(jìn)準(zhǔn)度的差異性。從術(shù)后椎弓根螺釘位置來(lái)分級(jí)評(píng)估，結(jié)果顯示A 組機(jī)器人輔助植釘組總體優(yōu)于B 組。但是此部分患者為我院早期使用機(jī)器人輔助植釘?shù)幕颊?，由于?jīng)驗(yàn)不足，在顯露的過(guò)程中可能肌肉組織顯露不徹底，手術(shù)視野不佳，造成椎體注冊(cè)誤差加大；在螺釘植入過(guò)程中過(guò)程中未對(duì)椎弓根入釘點(diǎn)用開(kāi)口器處理，導(dǎo)致磨鉆植入時(shí)與入釘點(diǎn)發(fā)生偏移。在青少年脊椎側(cè)彎患者進(jìn)行手術(shù)中，不同于脊柱退變性疾病，胸腰椎機(jī)器人工作平臺(tái)是較長(zhǎng)而且直的導(dǎo)軌，偏離部分脊椎較遠(yuǎn)，機(jī)器人無(wú)法植釘，需要根據(jù)脊柱側(cè)彎的類(lèi)型，分段注冊(cè)，矯正過(guò)程中存在誤差。脊柱側(cè)彎患者椎弓根形態(tài)畸形，在術(shù)前規(guī)劃出理想的釘?shù)?，但是在手術(shù)中由于椎弓根螺釘外傾角度過(guò)大，軟組織阻擋，可能導(dǎo)致機(jī)器人臂無(wú)法達(dá)到理想角度，容易導(dǎo)致釘?shù)酪莆弧?/p>

綜上所述，在青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎手術(shù)矯正中，與透視下植釘相比，機(jī)器人輔助下椎弓根螺釘植入的精準(zhǔn)度較高，螺釘發(fā)生穿破椎弓根的發(fā)生率較低。本研究的不足在于單中心、樣本量少的回顧性研究，通過(guò)術(shù)后CT 來(lái)評(píng)估螺釘位置是可能存在金屬偽影干擾植釘準(zhǔn)確度的測(cè)量，所以我們需要多中心、大樣本量、前瞻性隨機(jī)對(duì)照研究及科學(xué)的觀察指標(biāo)來(lái)探索機(jī)器人在AIS 患者中的應(yīng)用研究，更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹笇?dǎo)臨床工作。