應(yīng)用機(jī)器人輔助皮質(zhì)骨螺釘固定技術(shù)治療腰椎退行性疾病的臨床效果

韓曉光 張琦 行勇剛 何達(dá) 趙經(jīng)緯 范明星

椎弓根螺釘固定是脊柱外科最常用的內(nèi)固定方式，但存在手術(shù)創(chuàng)傷大、軟組織損傷嚴(yán)重等缺陷，并且螺釘通道全程被松質(zhì)骨包圍，螺釘松動(dòng)及失效率高，因此并不能滿足所有患者的內(nèi)固定需求。2009年Santoni等[1]提出腰椎皮質(zhì)骨釘?shù)?(cortical bone trajectory，CBT)技術(shù)。該技術(shù)置釘點(diǎn)較傳統(tǒng)椎弓根螺釘更靠近中線棘突，軟組織剝離少，且置釘方向?yàn)橛蓛?nèi)下向外上，可最大程度利用椎弓根復(fù)合體的皮質(zhì)骨部分，使螺釘把持力得到極大提高，在臨床被越來(lái)越多地應(yīng)用[2-4]。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)皮質(zhì)骨螺釘固定技術(shù)較傳統(tǒng)椎弓根螺釘固定技術(shù)在手術(shù)時(shí)間、患者術(shù)中出血量、術(shù)后住院時(shí)間、圍手術(shù)期并發(fā)癥發(fā)生率以及總并發(fā)癥發(fā)生率等方面有明顯優(yōu)勢(shì)[5-8]。但該技術(shù)由于在應(yīng)用過(guò)程中缺少明顯的解剖標(biāo)志及植入手感，對(duì)技術(shù)要求高，學(xué)習(xí)曲線長(zhǎng)，如果螺釘置入失誤，不僅降低螺釘生物力學(xué)強(qiáng)度，還會(huì)損傷周圍的神經(jīng)和血管，這使其臨床應(yīng)用的普及受到制約。近年來(lái)，手術(shù)機(jī)器人技術(shù)得到高速發(fā)展，成為全球研究的熱點(diǎn)。手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)能夠克服人的生理局限，具有操作精度高、重復(fù)性好及穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。手術(shù)機(jī)器人在脊柱外科的應(yīng)用可顯著提高內(nèi)植物的精準(zhǔn)性和安全性?，F(xiàn)有機(jī)器人輔助CBT螺釘固定技術(shù)的相關(guān)研究相對(duì)較少。本研究應(yīng)用機(jī)器人輔助皮質(zhì)骨螺釘固定技術(shù)治療腰椎退行性疾病，獲得了較好的臨床效果及安全性，現(xiàn)報(bào)道如下。

資料與方法

一、資料

1.病例納入與排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)病例納入標(biāo)準(zhǔn)：年齡>55歲；通過(guò)QCT檢查診斷為骨質(zhì)疏松；因腰椎退行性疾病接受腰椎后路融合手術(shù)。(2)病例排除標(biāo)準(zhǔn)：腰椎結(jié)核、感染和腫瘤以及嚴(yán)重脊柱側(cè)彎(Cobb 角>30°)患者；有腰椎既往手術(shù)史；CT影像資料不完整。

2.一般臨床資料：納入2018年12月至2019年12月北京積水潭醫(yī)院脊柱外科收治的因腰椎退行性疾病接受機(jī)器人輔助皮質(zhì)骨螺釘固定融合手術(shù)患者64例。其中男42例，女22例；年齡(66.4±14.6)(55～79)歲；包括腰椎管狹窄癥36例，腰椎間盤(pán)突出癥10例，腰椎滑脫癥18例。本研究經(jīng)北京積水潭醫(yī)院倫理委員會(huì)審批，獲得全部患者知情同意。分析結(jié)果不包含患者個(gè)人信息。

3.儀器與設(shè)備：天璣骨科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，包括光學(xué)跟蹤設(shè)備、手術(shù)規(guī)劃及控制工作臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱工作臺(tái))和手術(shù)機(jī)械臂。光學(xué)跟蹤設(shè)備為雙攝像頭系統(tǒng)，通過(guò)接收反射球的光線，運(yùn)用雙目立體視覺(jué)原理進(jìn)行位置和姿態(tài)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂和患者的精準(zhǔn)定位。工作臺(tái)用于圖像處理、釘?shù)酪?guī)劃、運(yùn)動(dòng)位姿計(jì)算和機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制。手術(shù)機(jī)械臂具有6個(gè)自由度，可以定位螺釘通道的方向，對(duì)螺釘植入實(shí)施精準(zhǔn)位置引導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)置釘。

二、方法

1.機(jī)器人輔助CBT螺釘固定：患者取俯臥位。常規(guī)消毒鋪單。取腰背部正中切口，沿棘突骨膜下剝離椎旁肌，顯露至椎板外緣，固定患者示蹤器于上位棘突。將機(jī)器人末端定位導(dǎo)板置于切口背側(cè)，通過(guò)“C”型臂X線機(jī)(西門(mén)子，德國(guó))采集術(shù)中三維圖像。將數(shù)據(jù)傳輸至機(jī)器人工作臺(tái)，自動(dòng)完成圖像配準(zhǔn)。術(shù)者通過(guò)工作臺(tái)進(jìn)行皮質(zhì)骨螺釘固定規(guī)劃，設(shè)定螺釘?shù)奈恢谩⒅睆胶烷L(zhǎng)度。手術(shù)機(jī)械臂自動(dòng)運(yùn)行至每個(gè)螺釘?shù)囊?guī)劃位置，醫(yī)生沿手術(shù)機(jī)械臂導(dǎo)向器置入導(dǎo)向套筒至骨面，沿導(dǎo)向套筒使用電鉆打入導(dǎo)針。全部導(dǎo)針置入完成后，透視確認(rèn)導(dǎo)針位置。沿導(dǎo)針開(kāi)路及絲攻，植入皮質(zhì)骨螺釘(圖1)。按需進(jìn)行椎板減壓、椎間融合以及植骨等其他常規(guī)手術(shù)步驟。以生理鹽水對(duì)術(shù)區(qū)進(jìn)行反復(fù)沖洗，留置切口引流管1根，逐層縫合切口。以無(wú)菌敷料包扎。

2.術(shù)后處理：術(shù)后給予預(yù)防感染(使用抗生素時(shí)間≤48 h)和營(yíng)養(yǎng)神經(jīng)等治療?；颊叩?天佩戴腰圍下地活動(dòng)。引流量<50 ml/24 h時(shí)拔除引流管。

3.隨訪：出院前行腰椎正、側(cè)位X 線及 CT檢查。術(shù)后1、3、6及12個(gè)月門(mén)診復(fù)查，行腰椎正、側(cè)位X線及CT檢查。

4.效果評(píng)價(jià)：(1)記錄手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、術(shù)后引流量和并發(fā)癥等。(2)術(shù)前、術(shù)后 1個(gè)月及末次隨訪應(yīng)用疼痛視覺(jué)模擬評(píng)分(visual analogue scale,VAS)和日本矯形外科學(xué)會(huì)(Japanese Orthopedic Association，JOA)評(píng)分對(duì)患者功能恢復(fù)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。VAS評(píng)分0～10分，評(píng)分高為疼痛劇烈；JOA評(píng)分0～29分，評(píng)分高為功能恢復(fù)好。(3)影像學(xué)評(píng)估：術(shù)后對(duì)手術(shù)節(jié)段行CT檢查。依據(jù)改良Gertzbein和Robbins分級(jí)方法將植入螺釘精準(zhǔn)度分為5級(jí)：A級(jí)為螺釘未穿破骨皮質(zhì)，完全植于椎弓根內(nèi)；B級(jí)為螺釘穿破皮質(zhì)長(zhǎng)度<2 mm；C級(jí)為螺釘穿破皮質(zhì)長(zhǎng)度≥2 mm且<4 mm；D級(jí)為螺釘穿破皮質(zhì)長(zhǎng)度≥4 mm且<6 mm；E級(jí)為螺釘穿破皮質(zhì)長(zhǎng)度≥6 mm。其中A和B級(jí)為可接受螺釘；C，D和E級(jí)為不良螺釘[9]。由2名未參與手術(shù)的醫(yī)生分別對(duì)螺釘精準(zhǔn)度進(jìn)行評(píng)估并取平均值。

結(jié) 果

一、螺釘置釘?shù)臏?zhǔn)確性

共植入464枚螺釘，其中A級(jí)406枚(87.5%)，B級(jí)44枚(9.5%)，C級(jí)10枚(2.2%)，D級(jí)4枚(0.8%)。可接受(A級(jí)和B級(jí))螺釘占97.0%?；颊呔闯霈F(xiàn)因植釘失誤造成的嚴(yán)重脊髓、神經(jīng)及血管損傷。隨訪時(shí)間為(11.6±3.4)(10～14)個(gè)月，其間未見(jiàn)螺釘松動(dòng)、斷裂發(fā)生。典型病例見(jiàn)圖2。

二、手術(shù)及臨床療效

手術(shù)時(shí)間為(110.4±63.2)min，術(shù)中出血量為(164.3±234.2)ml,術(shù)后引流量為(210.4±146.4)ml，住院時(shí)間為(5.4±2.4)d。2例患者出現(xiàn)切口感染，其中1例經(jīng)抗生素及換藥治療后痊愈，1例行切口清創(chuàng)后痊愈。JOA評(píng)分由術(shù)前的(8.4±7.6)分提高至末次隨訪的(21.0±8.4)分，VAS評(píng)分由術(shù)前的(8.0±6.8)分提高至末次隨訪的(3.2±4.2)分，2項(xiàng)指標(biāo)術(shù)前與術(shù)后差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.003,0.007)。

圖1 機(jī)器人輔助皮質(zhì)骨螺釘固定手術(shù)關(guān)鍵步驟 A 固定示蹤器于患者棘突，機(jī)器人安放于手術(shù)部位 B 利用“C”型臂X線機(jī)掃描獲取三維圖像，醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)規(guī)劃 C 機(jī)器人根據(jù)規(guī)劃移動(dòng)到手術(shù)部位，醫(yī)生沿機(jī)器人末端導(dǎo)向器置入導(dǎo)向套筒 D 經(jīng)透視確認(rèn)導(dǎo)針位置后擰入螺釘

圖2 患者，女，76歲，腰椎滑脫(L4)。行機(jī)器人輔助腰椎管減壓、椎間盤(pán)切除、椎間融合器植入和皮質(zhì)骨螺釘植入術(shù) A 術(shù)前側(cè)位X線B 術(shù)前正位X線 C 術(shù)前矢狀位CT D 術(shù)前矢狀位MRI E，F(xiàn) 術(shù)后側(cè)位和正位X線示內(nèi)固定位置良好，滑脫椎體完全復(fù)位

討 論

椎弓根螺釘是脊柱外科最常用的內(nèi)固定技術(shù)。然而，骨質(zhì)疏松患者由于骨密度降低，釘?shù)腊殉至Σ蛔?，采用椎弓根螺釘固定時(shí)容易出現(xiàn)螺釘松動(dòng)等并發(fā)癥。如何增強(qiáng)骨質(zhì)疏松患者的內(nèi)固定強(qiáng)度始終是研究的熱點(diǎn)。2009年Santoni等[1]率先提出CBT螺釘內(nèi)固定技術(shù)，采用該技術(shù)置釘點(diǎn)較傳統(tǒng)椎弓根螺釘更偏內(nèi)，置釘方向在矢狀面由下向上，在橫斷面由內(nèi)向外，因釘?shù)琅c椎弓根和椎體皮質(zhì)骨充分接觸，增加了骨-螺釘界面強(qiáng)度，具有更強(qiáng)的螺釘把持力。研究發(fā)現(xiàn)CBT釘?shù)赖腃T值始終保持在傳統(tǒng)椎弓根釘?shù)繡T值的4倍以上[3]；螺釘植入扭矩力約為傳統(tǒng)椎弓根螺釘?shù)?倍[10]；而CBT 螺釘軸向拔出負(fù)荷較傳統(tǒng)椎弓根螺釘提高30%[2]。這些研究結(jié)果均表明CBT螺釘具有更強(qiáng)的生物力學(xué)強(qiáng)度，是治療合并骨質(zhì)疏松癥的腰椎退行性疾病的較好選擇。此外，相比于椎弓根螺釘，CBT技術(shù)還有如下優(yōu)勢(shì)：(1)手術(shù)創(chuàng)傷更小。CBT螺釘進(jìn)釘點(diǎn)位于椎弓根峽部，顯露時(shí)所需切口更小，肌肉和軟組織剝離更少，可減少出血并降低術(shù)后腰背痛程度。(2)對(duì)鄰近小關(guān)節(jié)侵?jǐn)_更少。因?yàn)镃BT螺釘入釘點(diǎn)較為偏下，損傷鄰近小關(guān)節(jié)的風(fēng)險(xiǎn)大大降低，進(jìn)而降低鄰近節(jié)段退變風(fēng)險(xiǎn)。(3)減少椎弓根附近神經(jīng)和血管損傷風(fēng)險(xiǎn)。CBT螺釘?shù)穆窂綖橛蓛?nèi)下向外上，遠(yuǎn)離附近的神經(jīng)和血管[4，6]。一項(xiàng)Meta分析結(jié)果顯示后路腰椎椎體間融合術(shù)中CBT螺釘固定在術(shù)中出血量、手術(shù)時(shí)間、住院時(shí)間、再次手術(shù)率、圍手術(shù)期并發(fā)癥以及總并發(fā)癥發(fā)生率方面均優(yōu)于椎弓根螺釘[8]。

CBT 螺釘內(nèi)固定也存在一些技術(shù)局限。首先，缺乏易于識(shí)別的可重復(fù)進(jìn)針點(diǎn)標(biāo)志，若定位不準(zhǔn)確易導(dǎo)致峽部骨折；第二，螺釘方向不易掌握，方向不對(duì)易導(dǎo)致椎弓根內(nèi)壁或外壁破裂，或者損傷出口神經(jīng)根等，同時(shí)CBT改道相對(duì)困難。以往文獻(xiàn)報(bào)道，透視輔助下CBT螺釘皮質(zhì)穿透率可達(dá)到20%[1，11]，其中0.95%～2.1%的患者需要進(jìn)行翻修手術(shù)[12-13]；我們?cè)谝酝芯恐邪l(fā)現(xiàn)透視輔助CBT螺釘準(zhǔn)優(yōu)良率為87.9%[14]。螺釘?shù)恼`植不僅會(huì)降低螺釘生物力學(xué)強(qiáng)度，還會(huì)損傷周圍的神經(jīng)和血管。此外，徒手植釘需要反復(fù)的透視輔助，增加醫(yī)生和患者放射線暴露。這些都限制了CBT 螺釘內(nèi)固定技術(shù)在臨床的進(jìn)一步應(yīng)用。

手術(shù)機(jī)器人的發(fā)展和進(jìn)步為解決上述瓶頸問(wèn)題帶來(lái)了新的希望，近年來(lái)成為研究的熱點(diǎn)。我們?cè)谝酝难芯恐凶C實(shí)，與傳統(tǒng)徒手植釘相比，機(jī)器人輔助植釘精確性和安全性更高，并發(fā)癥發(fā)生率更低[15-16]。但機(jī)器人輔助CBT螺釘固定的相關(guān)研究相對(duì)較少。本研究結(jié)果表明，機(jī)器人輔助CBT螺釘技術(shù)在腰椎退行性疾病中的應(yīng)用，其優(yōu)勢(shì)就是醫(yī)生可以根據(jù)“C”型臂X線機(jī)掃描獲取的三維圖像進(jìn)行精準(zhǔn)置釘設(shè)計(jì)，并依靠機(jī)器人準(zhǔn)確實(shí)施，可以有效彌補(bǔ)CBT螺釘技術(shù)的局限，提升置釘?shù)陌踩院途珳?zhǔn)性，螺釘植入優(yōu)良率為97%，術(shù)后患者腰椎臨床功能較術(shù)前得到顯著提升。

此外，本研究發(fā)現(xiàn)某些影響CBT螺釘置釘精度的危險(xiǎn)因素：(1)肌肉和軟組織牽拉。因?yàn)檐浗M織牽拉會(huì)導(dǎo)致患者示蹤器與手術(shù)部位出現(xiàn)微動(dòng)，導(dǎo)致導(dǎo)航信息出現(xiàn)偏差，影響機(jī)器人的工作精度。(2)電鉆鉆取釘?shù)罆r(shí)出現(xiàn)滑移。入釘點(diǎn)通常在峽部，該部位骨皮質(zhì)較厚，螺釘不易進(jìn)入，易打滑，需要先在入釘點(diǎn)使用電鉆磨出一個(gè)凹槽，然后再使螺釘進(jìn)入。(3)骨質(zhì)疏松嚴(yán)重。對(duì)合并嚴(yán)重骨質(zhì)疏松癥的患者，在擰入螺釘時(shí)需要注意防止螺釘改道。(4)機(jī)器人輔助手術(shù)有一定的學(xué)習(xí)曲線。應(yīng)用機(jī)器人輔助手術(shù)也需要醫(yī)生熟悉操作步驟和操作要求，度過(guò)學(xué)習(xí)曲線。

本研究為回顧性分析，結(jié)果尚需要大樣本前瞻性隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。

綜上所述，機(jī)器人輔助CBT螺釘植入具有較高的精確性和安全性，采用該技術(shù)可顯著降低手術(shù)難度，獲得較好的治療效果。且 CBT 螺釘本身具有良好的把持力，對(duì)伴有骨質(zhì)疏松癥的腰椎退行性疾病患者是較好的治療選擇。