脊柱手術機器人在胸腰段窄小椎弓根后路螺釘置入中的應用

吳青松,譚新歡,劉 彬,周繼平,楊永軍

隨著機器人技術、計算機輔助醫(yī)療技術及醫(yī)學影像技術等相關技術的發(fā)展，脊柱外科機器人的研究也取得重大突破。成人的胸腰段椎弓根橫徑95%置信區(qū)間下限的波動范圍為5.08～6.55 mm，本研究將椎弓根橫徑<5.5 mm的椎弓根視為窄小椎弓根。筆者回顧性分析2015年10月～2019年10月我科收治的156例存在胸腰段窄小椎弓根的脊柱疾病患者資料，雙側窄小椎弓根中一側采用Renaissance脊柱手術機器人(Mazor公司)輔助置入椎弓根螺釘，另一側采用傳統(tǒng)手術方法后路置入椎弓根螺釘，比較兩種方法的置釘準確率,報道如下。

1 材料與方法

1.1 病例選擇納入標椎：① 存在至少一節(jié)雙側窄小椎弓根的胸腰段骨折或者脊柱畸形；② 需行雙側椎弓根螺釘固定；③ 骨密度正常；④ 無手術禁忌證；⑤ 年齡≥18歲。排除標準：① 嚴重骨質疏松；② 椎弓根存在變異；③ 合并其他系統(tǒng)嚴重疾病無法耐受手術。

1.2 病例資料本研究共納入156例，男40例，女116例，年齡18～75歲。胸腰段骨折136例，脊柱畸形20例。窄小椎弓根：1節(jié)108例，2節(jié)36例，3節(jié)5例，4節(jié)2例，5節(jié)5例。胸椎30椎(T106個，T116個，T1218個)，腰椎198椎(L1116個，L244個，L338個)。本研究已獲得我院倫理委員會批準，患者均同意并簽署相關知情同意書。

1.3 術前準備① 測量椎弓根橫徑：椎弓根橫徑是指在CT水平掃描中，與椎弓根中軸線(ab)垂直的最大椎弓根的寬度(cd)，術前行相應椎體薄層CT掃描(層厚1 mm)，找到椎弓根最寬層面，使用我院閱片系統(tǒng)自帶測量工具根據(jù)要求測出椎弓根橫徑。見圖1。② 機器人輔助側術前設計：將CT掃描原始數(shù)據(jù)輸入Renaissance脊柱手術機器人(見圖2)系統(tǒng)，手術醫(yī)師在電腦上進行手術設計，確定手術椎體，并進行術前模擬椎弓根螺釘置入(見圖3)，確定椎弓根置入的位置、長度、角度和直徑，再將數(shù)據(jù)傳輸至工作站

圖1 椎弓根橫徑測量方法

圖2 Renaissance脊柱手術機器人主機 圖3 術前機器人模擬進釘 A.水平位進釘;B.側位進釘

。

1.4 手術方法全身麻醉?；颊吒┡P位，胸部、骨盆墊軟墊使腹部懸空。① 機器人輔助側:將機器人與C臂機連接進行數(shù)據(jù)匹配， C臂機行正、側位透視，將透視數(shù)據(jù)傳入機器人系統(tǒng)，匹配術中影像與術前影像，完成每一個椎體注冊，見圖4。選取一側窄小椎弓根，手術醫(yī)師操作Renaissance機器人輔助系統(tǒng)，使用限深電鉆完成椎弓根螺釘?shù)闹萌?。?傳統(tǒng)手術側:在置釘過程中使用X線透視引導后路椎弓根置入，根據(jù)術中X線透視結果對針道進行調(diào)整，并根據(jù)傳統(tǒng)測深方法置釘。

圖4 機器人輔助側術中操作 A.術中機器人界面;B.術中橋軌安裝位置;C.匹配術中及術前影像;D.完成椎體注冊

圖5 患者，男，35歲，L1椎體爆裂骨折，L2椎弓根狹窄行雙側椎弓根螺釘置入治療，左側為機器人輔助側，右側為傳統(tǒng)手術側 A.術前X線片，顯示L1椎體骨折;B.術前CT，顯示L1椎體骨折，L2窄小椎弓根;C.術后3 d X線片，顯示L1椎體骨折復位滿意;D.術后3 d CT，顯示L2窄小椎弓根雙側螺釘置入滿意

1.5 評價指標術后3 d行X線及CT檢查，使用Abul-Kasimhierarchy分級系統(tǒng)評價椎弓根螺釘?shù)奈恢? Ⅰ級(優(yōu))——螺釘全部位于椎弓根內(nèi)；Ⅱ級(良)——螺釘部分位于椎弓根內(nèi)，部分突破內(nèi)、外側皮質不超過2 mm；Ⅲ級(可)——螺釘仍在椎弓根內(nèi)，部分突破內(nèi)、外側皮質達2～4 mm；Ⅳ級(差)——螺釘突破椎弓根螺釘內(nèi)外側皮質>4 mm。置釘優(yōu)良率=(Ⅰ級+Ⅱ級)螺釘數(shù)/總螺釘數(shù)×100%。

2 結果

共置入椎弓根螺釘456枚，術后3 d使用Abul-Kasimhierarchy分級系統(tǒng)評價椎弓根螺釘?shù)奈恢茫孩?胸椎共置入60枚螺釘，機器人輔助側：Ⅰ級22枚，Ⅱ級6枚，Ⅲ級2枚，優(yōu)良率為93.3%(28/30)；傳統(tǒng)手術側：Ⅰ級18枚，Ⅱ級6枚，Ⅲ級4枚，Ⅳ級2枚，優(yōu)良率為80.0%(24/30)；置釘優(yōu)良率機器人輔助側明顯高于傳統(tǒng)手術側，差異有統(tǒng)計學意義(P=0.016)。② 腰椎共置入396枚螺釘，機器人輔助側：Ⅰ級168枚，Ⅱ級22枚，Ⅲ級8枚，優(yōu)良率為96.0%(190/198)；傳統(tǒng)手術側：Ⅰ級138枚，Ⅱ級24枚，Ⅲ級27枚，Ⅳ級9枚，優(yōu)良率為81.8%(162/198)；置釘優(yōu)良率機器人輔助側明顯高于傳統(tǒng)手術側，差異有統(tǒng)計學意義(P=0.023)。機器人輔助側均為未出現(xiàn)Ⅳ級椎弓根螺釘，傳統(tǒng)手術側在胸、腰段脊柱置釘中分別出現(xiàn)2枚及9枚Ⅳ級椎弓根螺釘，其中1例T10窄小椎弓根及1例L2窄小椎弓根手術患者產(chǎn)生神經(jīng)癥狀，給予手術調(diào)整后癥狀好轉。

典型病例見圖5。

3 討論

自法國學者Roy-Camille在1963年將椎弓根螺釘應用于胸腰段骨折以來，椎弓根螺釘因其能夠提供穩(wěn)定的支撐及多角度的載荷，在脊柱手術中得到廣泛的應用，同時因椎弓根周圍分布神經(jīng)根、血管、脊髓，故置釘存在一定的風險，置釘偏差會導致相關的置釘并發(fā)癥。相關報道[1]顯示，胸腰段椎弓根螺釘固定相關并發(fā)癥的發(fā)生概率為4.2%～7.8%，分析并發(fā)癥發(fā)生原因會發(fā)現(xiàn)大多將其歸咎為內(nèi)固定物本身設計缺陷、手術者操作不當、透視角度不佳等，但是椎弓根解剖結構的差異是一個不能忽視的原因[2]。我們在臨床工作中發(fā)現(xiàn)，部分患者椎弓根明顯窄小，使得術中置釘難度加大，同時增加螺釘穿出及椎弓根崩裂風險，導致內(nèi)固定不穩(wěn)，嚴重可致手術失敗。這就要求我們應重視胸腰段窄小椎弓根對置釘產(chǎn)生的危險，提高椎弓根螺釘置入技術，實現(xiàn)精準置釘，減少相關術后并發(fā)癥的發(fā)生。

胸腰段脊椎橫截面大多為橢圓形或者淚滴形，相關研究[3]表明胸腰段窄小椎弓根大多發(fā)生于身高矮小的女性患者，大多為雙側狹窄，主要發(fā)生于腰椎，特別是L1椎體多見，胸椎發(fā)生率低；椎弓根的橫徑比椎弓根的縱徑小，所以椎弓根螺釘是否穿出就由椎弓根的橫徑?jīng)Q定，并且窄小椎弓根與正常椎弓根解剖結構的主要差別是窄小椎弓根的內(nèi)部松質骨明顯減少，而皮質骨沒有明顯差異。椎弓根螺釘置入后的穩(wěn)定性主要依靠椎弓根的皮質骨和壓縮的松質骨對螺釘?shù)某浞职@，這就要求在窄小椎弓根置釘過程中螺釘要位于椎弓根正中間并且要一次成功。但是臨床上目前常采用的徒手置入椎弓根螺釘技術主要靠術者的經(jīng)驗及術中X線透視所得的二維圖像來置釘，主觀性強，誤置的風險較高。文獻[4]報道在椎弓根橫徑較小的胸椎椎弓根進行螺釘置入時，誤置率高達6%～54%。

隨著計算機及導航技術的發(fā)展，機器人系統(tǒng)通過術前薄層CT掃描進行術前手術規(guī)劃，可以在椎體上選擇最佳的進針點、角度及深度，顯著提高置釘準確率，相關研究[5-7]報道機器人輔助置入椎弓根螺釘?shù)臏蚀_率達到91.4%～100%。本研究所使用的Renaissance脊柱手術機器人導航系統(tǒng)相較于其他機器人系統(tǒng)，其主要技術優(yōu)勢是在術前計算機可將椎體單個分割，然后在術中注冊時可分別識別單個椎體并與術前圖像進行匹配，降低了術中因體位、麻醉引起肌肉松弛所導致的椎體之間位置變化引起的位移，并且通過橋軌將機器人系統(tǒng)固定在脊柱上使其在呼吸時和脊柱同步位移，這樣大大減少了呼吸運動對胸腰段脊椎置釘?shù)挠绊慬8]。通過這些優(yōu)化明顯降低椎體位移誤差對置釘?shù)挠绊懀娠@著提高置釘準確性，為胸腰段窄小椎弓根精確置釘提供充足技術保證。

本研究共置入螺釘456枚，其中胸椎60枚，腰椎396枚，機器人輔助側置釘優(yōu)良率明顯高于傳統(tǒng)手術組(P<0.05)。我們分析原因如下：① 窄小椎弓根的發(fā)生率低，研究[4，9]報道在胸腰段脊椎部位窄小椎弓根的發(fā)生率為8.33%，窄小椎弓根多節(jié)段較少見，以往傳統(tǒng)手術操作術前容易忽視窄小椎弓根的存在，而機器人輔助術前需行薄層CT掃描，可明確椎體及椎弓根的解剖特點，這樣很難遺漏窄小椎弓根。② Renaissance脊柱手術機器人導航系統(tǒng)術前需模擬手術確定螺釘進釘點、長度及角度等，在術前就可查看置釘?shù)男Ч?，如果椎弓根窄小就會出現(xiàn)螺釘置入困難、穿出皮質等情況，通過術前調(diào)整找到最佳的進釘點及進釘角度可為術中實際操作節(jié)省時間并提高成功率。③ 手術過程中機器人導航系統(tǒng)通過橋軌固定到脊柱上，并且通過術中及術前圖像的匹配，術者只需要在機器人系統(tǒng)的輔助下進行鉆孔、置釘操作，簡化手術步驟，提高手術效率，降低對手術者技術經(jīng)驗的要求，緩解手術壓力。

綜上所述，Renaissance脊柱手術機器人導航系統(tǒng)能夠明顯提高窄小椎弓根的置釘準確率，有良好的應用前景。但本研究為單中心、非隨機對照的回顧性研究，胸椎樣本量偏少，需要更多的多中心性、前瞻性研究進一步完善。