骨科手術(shù)機器人在全髖關(guān)節(jié)置換中的應(yīng)用

王章宇，黃偉，廖軍義，程強，陳誠，徐偉，陳虹，李雨鍵

（重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院 骨科，重慶 400016）

0 引言

全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)（THA）是治療髖關(guān)節(jié)終末期疾病的一種有效手段，被認為是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)史上最成功的手術(shù)之一[1]。然而，全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的失敗仍然是一個亟待解決的問題，脫位和機械松動是導(dǎo)致翻修手術(shù)的最常見的并發(fā)癥，而導(dǎo)致翻修的最常見原因是不穩(wěn)/脫位（22.5%），無菌性松動（19.7%），感染（14.8%），假體位置放置不佳與髖關(guān)節(jié)脫位、松動、髖臼骨溶解、假體磨損加速、雙下肢不等長有關(guān)，所以因假體位置不佳導(dǎo)致的翻修可占40%以。機器人技術(shù)的應(yīng)用或許是解決這些問題的手段，機器人輔助髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的一個目的是減少由于人為錯誤導(dǎo)致的假體錯位，使假體位置更精準，從而使下肢力線完全恢復(fù)，減少撞擊，改善患者的預(yù)后[2]。

1 機器人輔助技術(shù)類型

機器人系統(tǒng)分為被動型、主動型和半主動型，其中，后兩種是最常用的。被動型機器人系統(tǒng)如達芬奇機器人在術(shù)中受到外科醫(yī)生的直接控制，早期機器人輔助全髖關(guān)節(jié)置換主要使用主動型機器人系統(tǒng)，機器人根據(jù)預(yù)先導(dǎo)入的CT數(shù)據(jù)，可以在沒有外科醫(yī)生的情況下進行自主操作，如有需要，外科醫(yī)生可以使用緊急開關(guān)關(guān)閉機器人系統(tǒng)。近年來，半主動機器人系統(tǒng)逐漸成為主流。半主動型需要外科醫(yī)生的參與，它有觸覺反饋系統(tǒng)，通過提供觸覺反饋實現(xiàn)與外科醫(yī)生實時溝通，便于術(shù)前計劃在術(shù)中的實施。一般來說，主動型機器人適用于股骨側(cè)假體的安置，而半主動型適用于髖臼側(cè)假體的安置[3]?；仡櫫思韧墨I，我們發(fā)現(xiàn)了4個主要的機器人手術(shù)系統(tǒng)：RoboDoc（Curexo Technology Corporation，美國）、Caspar（Universal Robotic Systems Ortho，德國）、ACROBOT（The Acrobot Co. Ltd，英國）和Mako機器人（Stryker Corporation，美國）?，F(xiàn)只有RoboDoc和Mako機器人在臨床上廣泛使用。

RoboDoc 20世紀80年代，在William Bargar和Howard Paul的共同合作下，第一個用于骨科手術(shù)的機器人系統(tǒng)（RoboDoc）誕生了。自1994以來，該系統(tǒng)已在全球做了超過17，000多臺THA11，它可以協(xié)助外科醫(yī)生對股骨側(cè)進行術(shù)前規(guī)劃。在手術(shù)前，RoboDoc需要病人身上的“標記點”來繪制解剖坐標，這些坐標會被發(fā)送到計算機然后再把坐標信息反饋到機械臂上[4]。最初，這些“標記點”是在CT掃描前在局麻下打入股骨大轉(zhuǎn)子和股骨髁內(nèi)的鈦螺釘，該操作有發(fā)生骨折，膝關(guān)節(jié)痛，神經(jīng)損傷以及螺釘斷裂等風(fēng)險。因為這些問題，隨后RoboDoc引入表面標記技術(shù)，盡管術(shù)中進行骨骼表面標記會花費額外的時間，但該技術(shù)安全有效的。雙下肢長度差異（LLD）與患者的預(yù)后密切相關(guān)，是患者滿意度的重要指標。Caspar是一種主動型機器人系統(tǒng)，它與RoboDoc類似，需提前導(dǎo)入CT數(shù)據(jù)，并作術(shù)前計劃。有研究者指出該系統(tǒng)有幾個普遍存在的問題，比如：手術(shù)時間長、失血量較多且術(shù)后功能較差，現(xiàn)在這個機器人系統(tǒng)已經(jīng)不再使用[5]。

ACROBOT是為了解決與RoboDoc和CASPAR存在的問題而被開發(fā)出來的。該系統(tǒng)同樣需要預(yù)先導(dǎo)入患者的CT數(shù)據(jù)，在術(shù)中，該系統(tǒng)用表面標記的方式識別患者的解剖結(jié)構(gòu)，機械臂在外科醫(yī)生的操作下，通過觸覺反饋模式引導(dǎo)外科醫(yī)生進行手術(shù)。之后其部分技術(shù)被Stryker收購。

Mako是半主動型機器人，與之前的機器人系統(tǒng)一樣，該系統(tǒng)同樣需要預(yù)先導(dǎo)入患者的CT數(shù)據(jù)，生成術(shù)前髖關(guān)節(jié)3D模型并進行術(shù)前計劃，外科醫(yī)生可以對術(shù)前計劃進行調(diào)整以確保正確的假體位置及下肢力線的恢復(fù)。Mako與之前的機器人系統(tǒng)不同，它的機械臂并不是完全自動化的，外科醫(yī)生基于其觸覺反饋的系統(tǒng)而保留了部分控制權(quán)[6]。在手術(shù)中，外科醫(yī)生需對股骨及髖臼進行注冊。外科醫(yī)生需要使用探針在股骨近端找到32個預(yù)設(shè)點來完成股骨注冊，注冊完成后，Mako可以引導(dǎo)外科醫(yī)生在術(shù)前規(guī)劃的基礎(chǔ)上進行股骨頸截骨。髖臼注冊同樣需要用探針識別32個預(yù)設(shè)點，在進行髖臼磨挫時，如果外科醫(yī)師在術(shù)前計劃以外的區(qū)域進行操作，那么機械臂可以通過觸覺反饋系統(tǒng)作出主動約束，計算器屏幕可以實時顯示髖臼杯的前傾角和外展角。

2 機器人操作系統(tǒng)

開放式系統(tǒng)：RoboDoc和CASPAR都是開放式系統(tǒng)，這意味著它們可以兼容不同公司的假體，這使得外科醫(yī)生可以根據(jù)患者的解剖結(jié)構(gòu)來選擇合適的假體。雖然開放式系統(tǒng)可以使用不同的假體但正是因為如此很難去根據(jù)不同的假體進行精細的術(shù)前設(shè)計。

封閉式系統(tǒng)：Mako是封閉式系統(tǒng)，它只能使用史賽克公司的假體。因此，如果外科醫(yī)生想要使用此技術(shù)，那么他們就不得不放棄他們平時熟悉的假體而只能使用該公司假體。雖然這樣做可以使該系統(tǒng)在術(shù)前計劃中實現(xiàn)精細化調(diào)整，但是當出現(xiàn)患者的解剖結(jié)構(gòu)與假體不匹配時，那就只能采取傳統(tǒng)術(shù)式[7]。

3 學(xué)習(xí)曲線

學(xué)習(xí)曲線的定義是外科醫(yī)生學(xué)習(xí)新技能的進步速度，通常以實現(xiàn)穩(wěn)定結(jié)果所需的病例數(shù)量來表示。假體的機器人輔助全髖關(guān)節(jié)置換的學(xué)習(xí)曲線可以用多種臨床結(jié)果來表示，包括手術(shù)時間、假體的位置以及術(shù)中并發(fā)癥。早期研究的相反發(fā)現(xiàn)可能是由于實驗方案設(shè)計及樣本量的不同。最近對Mako的研究結(jié)果示達到穩(wěn)定的手術(shù)時間需要12～35例，然而，就假體的位置擺放而言，大量證據(jù)顯示并沒有學(xué)習(xí)曲線[8]。

4 討論

早期主動型機器人主要用于股骨側(cè)手術(shù)，從理論上講對于非骨水泥型股骨柄可以達到更好的適配性和更低的醫(yī)源性骨折發(fā)生率。然而，更好的適配性并不意味著更好的臨床結(jié)果，也不等同于脫位率和其他并發(fā)癥的減少，而且，主動型機器人對于許多臨床案例來說并不使用[9]。新的半主動型機器人（如Mako機器人）在允許外科醫(yī)生操作的同時能保持準確的髖臼磨挫、髖臼杯放置，在術(shù)中能更精準的計算雙下肢長度差異，偏心距以及聯(lián)合前傾角。因此，半主動型機器人與主動型機器人相比在假體位置準確度上更優(yōu)。

在某些對比主動型機器人與傳統(tǒng)手術(shù)方式的臨床試驗中，主動型機器人發(fā)生并發(fā)癥的幾率更高，這體現(xiàn)了使用主動型機器人存在可能掩蓋其本身優(yōu)點的風(fēng)險[10]。然而，半主動型機器人Mako與傳統(tǒng)手術(shù)相比，手術(shù)并發(fā)癥發(fā)生率相差無幾，失血量及脫位率較主動型機器人低。以前的主動型機器人之所以脫位率較半主動型機器人高，可能是因為它在髖臼側(cè)的手術(shù)方式與傳統(tǒng)手術(shù)方式相同。

盡管在髖關(guān)節(jié)置換中使用機器人技術(shù)是一項巨大的進步，但與傳統(tǒng)手術(shù)方式相比，它并沒有被證明能顯著提高臨床功能及患者滿意度，這有可能是因為后者的手術(shù)效果已經(jīng)足夠理想。封閉式機器人系統(tǒng)（如Mako機器人）有一個潛在的問題，那就是它僅兼容一款假體。這就導(dǎo)致了想要使用該技術(shù)的外科醫(yī)生不得不選擇該假體。然而，有一種觀點認為，因為假體多樣性的減少可能會抵消部分機器人技術(shù)的前期成本，因此可能導(dǎo)致總的手術(shù)費用減少。

5 結(jié)論

機器人輔助全髖關(guān)節(jié)置換與傳統(tǒng)全髖關(guān)節(jié)置換相比，并發(fā)癥發(fā)生率更低、假體位置更好，但是短期及長期臨床效果仍不明確。當然，這是基于目前有限的臨床數(shù)據(jù)所得出的結(jié)果，并且這些大多是主動型機器人的臨床結(jié)果。半主動型機器人Mako可以使髖關(guān)節(jié)假體位置更加精準的位于“安全區(qū)”內(nèi)，更好得恢復(fù)髖關(guān)節(jié)偏心距以及旋轉(zhuǎn)中心，但還需要進一步的研究來證明這些進步能否明顯減少并發(fā)癥的發(fā)生并改善遠期功能?？偠灾?，骨科機器人是推動骨科手術(shù)發(fā)展的智能化裝備。骨科機器人能夠從視覺、觸覺和聽覺上為醫(yī)生決策和操作提供充分的支持，使手術(shù)創(chuàng)傷更小、效果更好、患者滿意度更高，是骨科未來發(fā)展的趨勢。