機器人輔助穿刺較徒手穿刺在脊柱內(nèi)鏡手術(shù)治療中的優(yōu)勢分析

耿保偉,楊華東,張西峰*

(1.北京清華長庚醫(yī)院外科部,北京 102218;2.北京清華長庚醫(yī)院骨科,北京 102218)

腰椎間盤突出癥(lumbar disc herniation,LDH)[1]是指腰部的椎間盤在外力和勞損的作用下,發(fā)生了纖維環(huán)破裂、髓核突出、壓迫神經(jīng)根而出現(xiàn)腰痛、坐骨神經(jīng)痛、肌肉麻木無力為主要表現(xiàn)的臨床綜合征。導(dǎo)致椎間盤突出的相關(guān)因素較多,有積累勞損、遺傳因素、吸煙、妊娠、年齡因素、糖尿病等。其中,椎間盤退行性改變被列為首要因素[2]。本病多發(fā)于中青年,男性多于女性,對患者生活質(zhì)量及工作能力影響很大,如不經(jīng)適當(dāng)治療可發(fā)展為腰椎管狹窄和腰椎滑脫,嚴(yán)重者造成截癱。本病還易與其他導(dǎo)致腰痛及腿痛的疾病相混淆導(dǎo)致病情延誤。傳統(tǒng)的開放手術(shù)存在創(chuàng)傷大、術(shù)后并發(fā)癥多、恢復(fù)慢等情況,不容易被患者接受[3-6]。近些年,隨著人們對疾病認(rèn)識的不斷加深和微創(chuàng)外科治療理念的普及,脊柱內(nèi)鏡技術(shù)治療腰椎間盤突出癥已經(jīng)成為微創(chuàng)脊柱外科的主流手術(shù)[7-8]。同時,隨著人工智能在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的不斷拓展,數(shù)字化醫(yī)療時代的到來[9-11],智能機器人在脊柱外科領(lǐng)域的應(yīng)用隨之興起。本研究旨在分析經(jīng)皮機器人輔助穿刺定位較徒手穿刺定位在脊柱內(nèi)鏡術(shù)治療中的優(yōu)勢,現(xiàn)報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)L4～5單節(jié)段的LDH;(2)腰椎MRI、CT平掃相關(guān)影像檢查支持LDH診斷;(3)經(jīng)6～12周保守治療,癥狀緩解不佳者;(4)既往無腰椎責(zé)任節(jié)段手術(shù)史;(5)麻醉方式均為局麻加強化。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)合并嚴(yán)重腰椎管狹窄、腰椎Ⅱ度以上滑脫;(2)嚴(yán)重的骨質(zhì)疏松,出現(xiàn)腰椎不穩(wěn);(3)合并腰椎骨折、腫瘤及手術(shù)區(qū)域活動性感染;(4)合并全身其他疾病難以耐受手術(shù);(5)合并嚴(yán)重精神心理疾病而依從性差。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn),所有患者均簽署手術(shù)相關(guān)知情同意書。

北京清華長庚醫(yī)院2022年3月至2022年6月行經(jīng)皮椎間孔鏡下腰椎間盤髓核摘除術(shù)的患者62例。隨機分為兩組,30例患者選擇機器人輔助下穿刺定位(機器人組),其中男21例,女9例;年齡19～72歲,平均(45.2±16.7)歲。32例選擇經(jīng)皮徒手穿刺定位(常規(guī)組),其中男17例,女15例;年齡23～68歲,平均(47.6±19.5)歲。兩組患者術(shù)前年齡、性別、身體質(zhì)量指數(shù)(body mass index,BMI)等一般資料對比,差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05,見表1)。

表1 兩組患者術(shù)前一般臨床資料比較

“天璣”機器人系統(tǒng)可用于行脊柱、創(chuàng)傷等手術(shù)。包括機器臂主機、光學(xué)跟蹤系統(tǒng)、主控制臺三部分(見圖1),分別類似于醫(yī)生的手、眼、腦。在術(shù)中,光學(xué)跟蹤系統(tǒng)可實時監(jiān)控每一個手術(shù)環(huán)節(jié);啟動機械臂深入目標(biāo)區(qū)域?qū)嵤┲委?精度可達(dá)亞毫米;主控臺負(fù)責(zé)“路徑規(guī)劃”。“天璣”工作時,通過3D C型臂掃描獲取三維影像而進行三維空間定位,再將掃描數(shù)據(jù)傳輸?shù)綄?dǎo)航系統(tǒng)工作站,在計算機控制臺負(fù)責(zé)計算出穿刺位置、方向和距離,啟動機械臂,即能按規(guī)劃進行定位。

圖1 “天璣”機器人系統(tǒng)

1.2 方法

1.2.1 手術(shù)方式 兩組患者采取相同的體位、麻醉下手術(shù),由經(jīng)驗豐富的同一醫(yī)師進行手術(shù)。

機器人組手術(shù)路線如下：使用可折疊手術(shù)臺,將3D C型臂與機器人系統(tǒng)相連,經(jīng)測試無誤,開始手術(shù)。取俯臥屈髖屈膝位。常規(guī)消毒、鋪巾,于體表合適位置(均選在L3棘突)安裝mark,C型臂正側(cè)位透視定位目標(biāo)間盤區(qū)域,通過掃描獲取三維影像圖。然后于主控制臺顯示器規(guī)劃穿刺靶點(簡式技術(shù)法,X線正位片上為上、下關(guān)節(jié)突內(nèi)緣連線處),啟動指揮系統(tǒng)操控臂。取1%羅哌卡因10 mL、2%利多卡因20 mL、0.9%生理鹽水30 mL按照1︰2︰3的比例配置麻醉藥物,總量約60 mL,沿規(guī)劃角度于目標(biāo)點對應(yīng)部位皮膚、皮下全層浸潤麻醉,至關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)。插入導(dǎo)針,依次置入擴張桿、套筒,連接內(nèi)鏡,調(diào)試最佳視野,連接3 L生理鹽水及射頻。清理軟組織,安放半齒型套管及鏡下環(huán)鋸,行擴大椎間孔成形,電凝止血,至硬膜囊、后縱韌帶、椎間盤組織清晰可見,“旋切法”摘除突出物,清理探查無誤后,退出工作通道。于皮膚、皮下組織全層縫合1針,術(shù)畢。

常規(guī)組方法：采用經(jīng)皮徒手穿刺定位,于術(shù)前腰椎MRI或CT像的合適病變層面計算出穿刺距離和穿刺角度。開始手術(shù),通過C型臂透視確認(rèn)目標(biāo)間隙,以記號筆標(biāo)記。再反復(fù)透視至理想位置,使用18G穿刺針穿刺,置入導(dǎo)絲。建立操作通道,連接3 L生理鹽水,采用同上手術(shù)方法。

1.2.2 術(shù)后處理 患者均順利完成手術(shù),無神經(jīng)損傷、椎間隙感染、下肢深靜脈血栓等不良情況發(fā)生,常規(guī)組患者1例出現(xiàn)皮膚淺表愈合不良,經(jīng)延長藥物治療數(shù)日后愈合,1例穿刺時出現(xiàn)硬膜損傷,術(shù)中予以流體明膠封堵后,觀察漏口愈合。術(shù)后1～3 d常規(guī)予以藥物止痛、消腫、營養(yǎng)神經(jīng)治療。術(shù)后均按計劃康復(fù)鍛煉,1 d開始練習(xí)直腿抬高,3 d練習(xí)腰背肌力量(如拱橋、三點支撐、五點支撐、小飛燕練習(xí)),術(shù)后1 d佩戴腰圍即開始下地日常行走練習(xí)。

1.3 隨訪和觀察指標(biāo) 患者均獲3～6個月隨訪,平均隨訪時間(4.6±2.1)個月。觀察并記錄兩組患者術(shù)中透視次數(shù)、出血量、手術(shù)時間及術(shù)前、術(shù)后1 d、1周、1個月、3個月的疼痛視覺模擬評分(visual analogue scale,VAS)、Oswestry功能障礙指數(shù)(oswestry disability index,ODI)、日本骨科協(xié)會(Japanese orthopaedic association,JOA)評分。

2 結(jié) 果

機器人組患者術(shù)中透視次數(shù)、手術(shù)時間、出血時間均少于常規(guī)組,兩者比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01,見表2)。

表2 兩組患者術(shù)中指標(biāo)比較

術(shù)后1 d、1周、1個月時、3個月時,兩組患者VAS評分、ODI評分、JOA評分均較術(shù)前改善,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.001)。兩組患者術(shù)前及術(shù)后1 d、1周、1個月、3個月時VAS評分、ODI評分、JOA評分比較差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05,見表3～5)。

表3 兩組患者手術(shù)前后VAS評分比較分)

表4 兩組患者手術(shù)前后JOA評分比較分)

表5 兩組患者手術(shù)前后ODI評分比較

典型病例為一35歲女性患者,主因“右側(cè)腰骶部及右大腿后外側(cè)疼痛1年,加重3個月”來院。入院查體陽性體征：右下肢直腿抬高約40 °,加強實驗陽性。入院診斷：腰椎退行性變,L4～5椎間盤突出(右,旁中央型),行機器人輔助下椎間孔鏡下L4～5椎間盤摘除、L5神經(jīng)根減壓術(shù)。術(shù)后當(dāng)日即感患肢疼痛感較前明顯減輕,查患肢直腿抬高約70 °。手術(shù)前后影像學(xué)資料見圖2～8。

圖2 腰椎正側(cè)位、過伸、過屈、雙斜位X線片未見腰椎失穩(wěn)

圖3 腰椎CT平掃、MRI病變層面檢查符合診斷

圖4 3D C型臂連續(xù)掃描得到脊柱三維圖像 圖5 啟動機器人力臂定位,穿刺目標(biāo)靶點 圖6 C型臂正側(cè)位透視至目標(biāo)靶點位置

圖7 探查神經(jīng)根周圍減壓滿意 圖8 術(shù)后腰椎MRI見神經(jīng)根走行區(qū)減壓可

3 討 論

3.1 脊柱微創(chuàng)領(lǐng)域精準(zhǔn)醫(yī)療的觀念、特點、價值 微創(chuàng)脊柱外科是經(jīng)非傳統(tǒng)途徑并借助特殊手術(shù)器械等進行脊柱疾患的診斷和治療的技術(shù)方法。它有很多具體術(shù)式,最具代表性的是椎間孔鏡技術(shù),手術(shù)滿意療效可達(dá)75%～90%[12]。脊柱內(nèi)鏡下手術(shù)空間有限、技術(shù)性強,因此要求更高精度。精準(zhǔn)醫(yī)療注重對疾病的深度特征研究和治療的高度精準(zhǔn)性,是精確準(zhǔn)時的個體化診療模式,近年來逐漸成為醫(yī)學(xué)界關(guān)注的熱點。數(shù)字化骨科技術(shù)也因此應(yīng)運而生[13],成為了國內(nèi)外骨科的研究熱點。目前,國內(nèi)外已有很多豐富的研究成果,其中就包括骨科機器人技術(shù),尤其在脊柱外科的應(yīng)用更為突出[14]。王博亮等[15]通過研究發(fā)現(xiàn),應(yīng)用數(shù)字骨科醫(yī)學(xué)計算機三維圖像處理技術(shù),可直觀地顯示患者病變部位的骨骼形態(tài),精準(zhǔn)度優(yōu)于傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)方法。王乃堃等[16]利用6個人體腰椎模型進行穿刺試驗發(fā)現(xiàn)機器人輔助下腰神經(jīng)根穿刺,提高了一次性穿刺成功率,并利于提高穿刺者穿刺水平,有較高的臨床應(yīng)用價值。脊柱微創(chuàng)外科輔助機器人(Cobot)克服了外科醫(yī)師術(shù)中定位精度難,長時間手術(shù)容易疲勞的問題[17]。目前,脊柱微創(chuàng)術(shù)中使用的機器人多是通過C型臂X線機做術(shù)前規(guī)劃和實時導(dǎo)航,并使用多自由度機械臂進行操作,除了脊柱內(nèi)鏡下定位,還可用于輔助經(jīng)皮椎體成形術(shù)、人工間盤置換、椎弓根螺釘置入等,使很多傳統(tǒng)的開放手術(shù)具備精準(zhǔn)、微創(chuàng)、安全的特點,并使手術(shù)效率進一步提升,具有很高的臨床應(yīng)用前景。

3.2 兩組患者的臨床療效分析 本研究中,對兩組患者的術(shù)中指標(biāo)進行分析,發(fā)現(xiàn)機器人組患者術(shù)中透視次數(shù)、手術(shù)時間、出血時間均少于常規(guī)組,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。體現(xiàn)了機器人輔助下穿刺定位精準(zhǔn)、可控、安全、高效的特點。兩組患者術(shù)后隨訪中,VAS評分、ODI評分、JOA評分均較術(shù)前改善,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.001)。兩組術(shù)前及術(shù)后1 d、1周、1個月、3個月時VAS評分、JOA評分、ODI評分比較差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05),說明兩組方法術(shù)后能達(dá)到同樣滿意的效果,均是行之有效的治療手段。常規(guī)組術(shù)后1例患者出現(xiàn)硬腦膜漏。一方面原因考慮脊柱內(nèi)鏡下穿刺定位是涉及三維空間的定位[18],傳統(tǒng)的X線透視只是二維平面上的影像,術(shù)中并不能精準(zhǔn)判斷出操作工具的具體位置。又由于椎管周圍毛細(xì)血管多,且有馬尾叢、神經(jīng)根、硬膜囊等重要組織,穿刺平面、角度及距離難以精準(zhǔn)控制,對術(shù)者操作經(jīng)驗技巧要求較高。另一方面,對存在脊柱解剖結(jié)構(gòu)變異者,如存在脊柱側(cè)彎者,由于定位不準(zhǔn)而反復(fù)穿刺可能帶來硬腦膜誤傷風(fēng)險?！疤飙^”輔助下穿刺克服了X線透視下難以清晰辨認(rèn)解剖結(jié)構(gòu)的劣勢,能按照術(shù)中規(guī)劃精確穿刺,安全、穩(wěn)定性好,且有利于初學(xué)者。

綜上所述,機器人輔助穿刺定位較徒手穿刺定位術(shù)中透視次數(shù)少、出血量少、手術(shù)操作時間短,且無需術(shù)前影像學(xué)規(guī)劃,能結(jié)合Easy-T定位法定位,穿刺目標(biāo)靶點安全、精準(zhǔn)、理想,有利于手術(shù)操作。