天璣機器人輔助手術(shù)在腰椎退行性疾病中的應(yīng)用進展

楊偉康,黃承夸,黃遠劍,譚爽

(1.右江民族醫(yī)學院研究生學院,廣西百色 533000;2.右江民族醫(yī)學院附屬西南醫(yī)院暨百色市人民醫(yī)院脊柱外科,廣西百色 533000)

傳統(tǒng)骨科手術(shù)主要依賴醫(yī)生經(jīng)驗和術(shù)中掃描影像,存在手術(shù)精度低、風險高、創(chuàng)傷大、恢復慢等問題。隨著精準治療的發(fā)展,許多手術(shù)告別開放模式,迎來創(chuàng)傷更小的微創(chuàng)手術(shù)[1]。然而,由于脊柱的骨骼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜,毗鄰重要血管和神經(jīng),對定位和操作的精度要求極高,以傳統(tǒng)的透視方法和人工操作難以實現(xiàn)骨科的微創(chuàng)手術(shù)[2]。雖然現(xiàn)在關(guān)于腰椎疾病治療的非融合技術(shù)有多種,但是超過半數(shù)的脊柱外科醫(yī)生更偏向于在減壓融合的同時加用椎弓根螺釘進行內(nèi)固定。作為腰椎手術(shù)實施的關(guān)鍵步驟之一,椎弓根螺釘?shù)膬?nèi)固定技術(shù)不容小覷。置入椎弓根螺釘?shù)臏蚀_性和安全性往往取決于患者的進針點解剖標志、計算機導航系統(tǒng)以及主刀醫(yī)師的技術(shù)經(jīng)驗等。椎弓根的結(jié)構(gòu)、形態(tài)復雜,變異率比較高[3],當進針點的解剖結(jié)構(gòu)不太明確或主刀醫(yī)師經(jīng)驗不足時,即便是高年資的脊柱外科醫(yī)生,也可能會有大于10%的椎弓根螺釘?shù)恼{(diào)整率[4],調(diào)整之后椎弓根螺釘?shù)陌殉至陆?致使其生物力學的穩(wěn)定性降低。而骨科機器人借助其高精度的影像導航系統(tǒng)進行最優(yōu)化手術(shù)路徑規(guī)劃并通過高自由度機械臂操作進行路徑實現(xiàn),從而實現(xiàn)骨科手術(shù)的微創(chuàng)化,具有提高手術(shù)成功率、減小創(chuàng)傷、降低輻射等優(yōu)點[5-6]?，F(xiàn)就骨科機器人輔助手術(shù)在腰椎退行性疾病中的應(yīng)用進展進行綜述。

1 骨科機器人國內(nèi)外的發(fā)展進程

1.1 國內(nèi)骨科機器人的發(fā)展進程我國政府非?？粗毓强剖中g(shù)機器人的發(fā)展。在國家“十二五”期間,我國科技部門批準了多項手術(shù)機器人的創(chuàng)新項目立項[7]。作為推進精準及微創(chuàng)骨科手術(shù)進展的核心現(xiàn)代化設(shè)備,骨科手術(shù)機器人應(yīng)時而生。而天璣骨科機器人是具有完全知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)骨科器械設(shè)備,是目前國際上唯一適用于創(chuàng)傷、脊柱、關(guān)節(jié)外科手術(shù)的骨科機器人,國內(nèi)已有100多家醫(yī)院使用,國外使用報道較少。國內(nèi)實踐普遍認為,天璣骨科機器人具有安全、穩(wěn)定、快速、微創(chuàng)、準確率高等特點,廣泛應(yīng)用于骨科領(lǐng)域手術(shù),并反饋了良好效果[8-9]。但目前未見天璣骨科機器人在不同部位脊柱微創(chuàng)手術(shù)的文獻報道。

1.2 國外骨科機器人的發(fā)展進程在國外文獻報道中[10],主要的機器人產(chǎn)品包括:用于輔助定位的Caspar(德國Ortomaquet公司)、Renaissance(以色列Mazor公司)、ROSA spine(法國Med Tech公司)、Pin Trace(瑞典Medical Robotics公司)等,以及用于術(shù)中靈巧操作的Robo Doc(美國Think Surgical公司)、RIO(美國Mako Surgical公司)、Acrobot Sculptor(英國Acrobot公司)等。此外,用于脊柱外科的手術(shù)機器人包括SpineAssist/Renaissance、Rosa、SPINEBOT、BITEBOT II和Tianji機器人系統(tǒng)[11]。然而目前尚無天璣機器人在腰椎退行性變疾病的微創(chuàng)手術(shù)的相關(guān)性研究,還需要進一步進行探索。

2 骨科機器人的組成

骨科機器人通常由主控臺、機械臂和光學定位相機組成,通過“機械臂+導航”模式實現(xiàn)光學導航下的機械臂實時定位和操作。具體流程如下:(1)術(shù)前/術(shù)中獲取患者損傷部位的影像并上傳到主控臺完成識別,醫(yī)生通過主控臺規(guī)劃手術(shù)路徑設(shè)計;(2)醫(yī)生將機械臂拖動至術(shù)區(qū)后,機械臂按照規(guī)劃好的手術(shù)路徑進行精準定位,并完成切割和/或植入;(3)光學跟蹤系統(tǒng)負責術(shù)中實時定位監(jiān)測,對定位誤差進行實時動態(tài)調(diào)整,引導機械臂自動調(diào)整[12]。

3 天璣骨科機器人的工作原理及優(yōu)勢

在天璣骨科機器人問世之前,國外很多醫(yī)療器械公司已經(jīng)推出不同類型的骨折機器人,但大多數(shù)局限于四肢及骨盆創(chuàng)傷骨折手術(shù)的治療,并不能滿足脊柱外科的手術(shù)需求。天璣骨科機器人能夠滿足脊柱外科手術(shù)需要,提供精準定位、精準操作[13]。TIAN等[14]研究顯示,在Tianji機器人系統(tǒng)輔助下,3-D C-arm采集圖像,經(jīng)計算機系統(tǒng)在顯示器上合成虛擬圖像,設(shè)定椎弓根螺釘植入?yún)?shù)及置入路徑,確認無誤后運動機械臂至規(guī)劃路徑并進行微調(diào),至機器人操控界面提示置入精度小于1 mm。具體操作過程為術(shù)前在患者手術(shù)部位附近安裝患者示蹤器、機械臂示蹤器,在光學跟蹤系統(tǒng)能夠識別的前提下,通過三維C臂掃描手術(shù)部位,重建手術(shù)階段三維圖像。將重建好的手術(shù)部位三維圖像傳到機器人主控臺,在主控臺上打開重建好的三維圖像,并在主控臺界面上規(guī)劃椎弓根螺釘?shù)慕嵌?、方向及椎弓根螺釘?shù)闹睆?、長度等。規(guī)劃好置釘計劃之后,逐一執(zhí)行椎弓根置釘。主控臺依照術(shù)前規(guī)劃方案,指導機械臂移動至方向、角度合適的位置,手術(shù)醫(yī)生按照機械臂指示方向植入導針及椎弓根螺釘[15-16]。術(shù)后可以通過再次三維C型臂掃描證實椎弓根螺釘位置準確。其優(yōu)勢在于穩(wěn)定、精準、安全,對解剖組織損傷小、出血少,術(shù)后恢復快[17]。雖然使用機器人輔助的手術(shù)費用較高,將來操縱骨科脊柱機器人輔助經(jīng)皮復位內(nèi)固定術(shù)醫(yī)治胸腰椎骨折仍然有望作為一種慣例,并且骨科脊柱機器人將會普遍使用在其他脊柱的手術(shù)之中[18]。

4 天璣骨科機器人在腰椎微創(chuàng)手術(shù)的效果

骨科機器人在腰椎微創(chuàng)手術(shù)中的效果應(yīng)該從操作性、準確性、安全性和并發(fā)癥及術(shù)后恢復這幾個方面來分析?，F(xiàn)代化骨科機器人基本上具備機器人雙目視覺功能的6個自由度,可以解決大部分手術(shù)操作者在手術(shù)時易疲勞、視覺偏差、手抖等問題,協(xié)助術(shù)者平穩(wěn)、持續(xù)長時間地夾持手術(shù)器械,通過精心策劃的手術(shù)步驟進行手術(shù)操作[19]。在手術(shù)過程中手術(shù)醫(yī)生可以利用醫(yī)生控制臺發(fā)出指令,通過機械臂基座的分析把相關(guān)運動信息傳達給手術(shù)機械臂,通過6個自由度的手術(shù)機械臂執(zhí)行相關(guān)手術(shù)操作,而醫(yī)生可通過視覺監(jiān)察系統(tǒng)觀察整個操作過程[20]。在準確性方面,有研究結(jié)果顯示[20],在經(jīng)皮機器人輔助微創(chuàng)椎弓根螺釘植入后,98.2%的椎弓根螺釘具有完美的椎弓根內(nèi)定位,相比之下,使用傳統(tǒng)開放技術(shù)徒手透視輔助椎弓根螺釘植入的定位準確率為91.6%,這證實了機器人輔助椎弓根螺釘放置技術(shù)的準確性超過了人類徒手技術(shù)。傳統(tǒng)的徒手椎弓根螺釘?shù)闹萌虢M準確率為91.4%,而在骨科機器人輔助手術(shù)置入椎弓根螺釘組的準確率為94.5%[21],在機器人引導下進行手術(shù)操作具備更加高標準的椎弓根螺釘置釘精確性[22-23],與以往的研究相仿。在安全性方面,有研究[24]證明機器人輔助下 MIS-TLIF 對于腰椎的翻修手術(shù)可減少創(chuàng)傷,提高定位的準確性,使椎弓根螺釘更順利地進入椎體皮質(zhì),穩(wěn)定性更好。在機器人輔助下的脊柱外科手術(shù),可大范圍減少輻射劑量及輻射時間,更好地保障手術(shù)操作者和手術(shù)室其他人員的核安全[24],有助于消除醫(yī)務(wù)工作者對微創(chuàng)脊柱手術(shù)的顧忌。天璣骨科機器人具有更加耐疲勞、精準度更高和重復性更強等優(yōu)勢,可以在手術(shù)操作過程中提供更加充分的支持,有效減少由于醫(yī)生疲憊、生理震顫等要素導致的椎弓根螺釘置入的不準確性,進一步增加手術(shù)實施過程的安全性及準確性[25]。在并發(fā)癥方面,張波等人[26]回顧性分析發(fā)現(xiàn)使用機器人輔助手術(shù)治療后并發(fā)癥發(fā)生率為4.00%,不使用機器人輔助手術(shù)治療后并發(fā)癥發(fā)生率為22.00%,提示使用機器人輔助手術(shù)治療后減少了術(shù)后胃腸道并發(fā)癥的發(fā)生,為患者帶來了即時和長期的潛在臨床效益。在術(shù)后恢復方面,程芳令等[27]研究發(fā)現(xiàn)使用骨科機器人輔助手術(shù)術(shù)后患者恢復更快,且可以更早地進行功能鍛煉。而YU等[28]的研究也顯示,在機器人輔助椎體后凸形成下,術(shù)后的椎體高度、椎體后凸角度和背痛視覺模擬評分的改善都比透視輔助椎體后凸形成術(shù)更明顯。目前有關(guān)天璣機器人輔助腰椎微創(chuàng)手術(shù)的應(yīng)用效果的研究較少,所以這些研究結(jié)果也從側(cè)面為天璣骨科機器人在腰椎微創(chuàng)手術(shù)的療效提供了線索和一定程度上的證據(jù),有利于天璣機器人的進一步探索。

5 小結(jié)

天璣骨科機器人在腰椎退行性疾病微創(chuàng)手術(shù)方面均具有較好的有效性和安全性,值得臨床推廣和進一步研究。