機器人輔助下椎弓根螺釘固定治療胸腰椎骨折

徐鵬,葛鵬,章仁杰,李偉,張銀順,董福龍,錢軍,申才良

（安徽醫科大學第一附屬醫院脊柱外科，安徽 合肥 230032）

椎弓根螺釘固定是脊柱外科手術中最常用的手術方法，對脊柱生物力學的恢復起著重要的作用，然而，亞洲人群椎弓根的平均寬度僅為約8 mm[1]。傳統經皮椎弓根螺釘植入，需多次透視甚至連續透視以確定椎弓根螺釘的準確進釘點，即便如此，仍可能出現椎弓根螺釘穿透椎弓根皮質損傷周圍組織，并有可能因椎弓根螺釘位置不佳引起嚴重并發癥。相關文獻報道椎弓根螺釘內固定術的失敗率為4.9%～37.5%[2-4]。骨科機器人的出現，有效地協助了外科醫生細化手術操作，目前我國機器人技術尚未廣泛應用于脊柱外科手術。我科自2018-01起，采用最新一代骨科機器人輔助椎弓根釘植入，取得了較好的手術效果，報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本組為臨床隨機對照研究，納入2018-01-06期間安徽醫科大學第一附屬醫院脊柱外科收治的43例因胸腰段骨折入院患者。所有患者均簽署知情同意書。納入標準：（1）胸腰段骨折；（2）符合脊柱椎弓根螺釘內固定的指征；（3）椎弓根形態正常。排除標準：（1）嚴重骨質疏松；（2）陳舊性骨折；（3）椎弓根發育異常；（4）合并其他嚴重的基礎疾病；（5）無需椎弓根內固定。采用簡單隨機化分組方法，將43例患者隨機分為機器人輔助椎弓根螺釘固定組24例(機器人輔助組)和傳統透視引導椎弓根螺釘固定組19例(傳統透視引導組)，同時進行分配隱藏。

1.2 手術方法

1.2.1 手術機器人系統 天璣骨科手術機器人是一種機器人輔助脊柱外科手術設備，手術醫生可基于三維影像并通過手術計劃軟件對椎弓根螺釘置入路徑進行規劃。機器人手臂系統可以自動計算椎弓根螺釘的預定路徑的實際空間位置,并借助光學跟蹤系統,將機械臂和附著在機械手末端的導向工具定位到預定路徑，外科醫生通過引導器精確地置入椎弓根螺釘。光學跟蹤系統可以實時探測患者的實際位置及其他原因引起患者位置的變化，并與機器人手臂系統協同進行實時運動補償，使機械臂系統始終能夠準確定位預先規劃的椎弓根螺釘植入路徑。為保證手術安全、順利地完成，天璣骨科手術機器人系統具有一套完整的操作流程，分為機器人設置、3D圖像采集和自動配準、椎弓根螺釘路徑規劃、內固定置入和術后圖像驗證五個部分。

1.2.2 機器人輔助組 患者全麻后取俯臥位，將3D-C臂系統和機器人系統連接，機器人系統覆蓋無菌塑料外罩并擺位于手術臺側面，確保機器人機械臂可以覆蓋整個手術區域。在手術節段鄰近椎體棘突上安置跟蹤器，使用無菌器械套對機器人機械臂裝置進行無菌隔離并安裝機械臂跟蹤器，光學跟蹤相機放置于患者頭端，朝向手術區域，使機械臂跟蹤器和患者脊柱上的跟蹤器同時被識別。使用3D-C臂系統沿C軌道滑動190°范圍，模擬CBCT自動選裝透視過程，數字圖像傳送至手術機器人的手術規劃操作平臺，并完成患者三維影像重建和機械臂系統工作空間的自動配準。根據圖像規劃椎弓根螺釘入點、方向、直徑和長度。將機械臂基座上的標定器換裝為引導器，機械臂模擬運行，確認無誤后啟動機器人系統運行。機器人系統自動運行至規劃路徑并進行微調，確認椎弓根螺釘置入精度小于1 mm后發出置釘提示。沿機械臂固定方向插入套筒，確定皮膚切口位置，作1cm皮切口，切開皮膚、皮下組織和深筋膜，經肌間隙鈍性分離至關節突關節，將套筒插入直達椎弓根進釘點骨面，打入釘道導針，完成全部釘道導針置入后，行正側位透視，驗證導針位置無誤后，沿各導針方向分別檸入空心椎弓根螺釘，使用專用置棒器，經皮安裝雙側預先彎曲的鈦棒并提拉復位。

1.5.3 傳統透視組 患者全麻后取俯臥位，在3D-C臂系統透視下定位骨折椎體并定位手術節段椎體雙側椎弓根，常規消毒術區皮膚，于各定位點作長約1 cm的縱切口，于C臂導引下沿椎弓根眼外上象限進行穿刺，正側位透視見穿刺針位于椎弓根內且穿刺針位置、深度及角度合適，拔出針芯，置入導絲，取出穿刺針套筒，沿導絲置入逐級擴張套筒后取出套筒，僅保留導絲及最外層套筒，空心絲錐沿導絲方向攻絲，取出最外層套筒筒，沿導絲置入空心椎弓根螺釘。透視見弓根螺釘位置滿意后，取出導絲，經皮安裝雙側預先彎曲的鈦棒并提拉復位。

1.2 觀察指標與評價方法

記錄兩組患者手術時間、術中出血量、椎弓根螺釘置入的準確率以及術后3 d、末次隨訪時患者的腰痛視覺模擬評分（Visual analogue scale,VAS）、Oswestry功能障礙指數（oswestry disability index,ODI）。所有患者術后3 d完成CT掃描，椎弓根螺釘的位置由未參與手術的脊柱外科醫生進行評估。根據Gertzbein-Robbins[5]分類標準，評估椎弓根螺釘在外側、內側、頭側和尾側四個方向上是否存在穿透骨皮質的情況(A類：無皮質侵及；B類：皮質穿透＜2 mm；C類：2 mm≤皮質穿透＜4 mm；D類：4 mm≤皮質穿透＜6 mm；E類：皮質穿透≥6 mm)［6］。采用置釘準確率評估置釘的準確性，即完全位于椎弓根內、無皮質侵及的椎弓根釘數量（A類螺釘）占組內全部置入螺釘數量的比值。

1.4 統計學處理

2 結果

本研究共納入患者 43例，年齡(46.4±10.5)歲。男25例，女18例。機器人輔助組24例(男14例，女10例)，年齡 (45.2±9.2)歲，傳統透視引導組19例(男 11 例，女 8例)，年齡(50.6±10.7)歲。兩組性別、年齡差異無顯著性(P=0.115)。所有患者手術順利，癥狀緩解明顯，術后1 d逐漸開始康復訓練，術后3 d內未發生醫源性神經或血管損傷。

2.1 手術情況

機器人輔助組平均透視次數顯著少于傳統透視引導組，差異有統計學意義（P=0.028）；機器人輔助組的手術時間和術中出血量略多于傳統透視引導組，但組間差異無統計學意義（P>0.05），見表1。

表1 兩組胸腰椎骨折患者手術情況比較

2.2 置釘準確率

兩組共置入椎弓根螺釘238枚，機器人輔助組置入椎弓根螺釘132枚，置釘準確率（A類）96.2%，見圖1-4；傳統透視引導組置入椎弓根螺釘106枚，置釘準確率（A類）73.6%，兩組置釘準確性的差異有統計學意義 (P ＜ 0．01)。

表2 兩組胸腰椎骨折置釘準確率比較

2.3 療效比較

圖1 胸腰段骨折術前與機器人輔助下術后X線片

圖2 手術機器人術中示意圖

圖3 術中椎弓根螺釘路徑規劃

圖4 術中透視及術后CT

機器人輔助組術后3 d及末次隨訪時的VAS評分、ODI指數與傳統透視引導組比較，差異無統計學意義（P ＞0.05），見表 3。

表3 兩組患者術后VAS評分、ODI指數比較

3 討論

椎弓根螺釘置入的失敗可能引起嚴重并發癥，從而大大降低手術療效。有相關文獻報道，椎弓根螺釘置入的失敗率可達4.9%～37.5%[2-4]，也有文章報道，通過解剖標志定位并結合術中影像進行椎弓根螺釘置入，成功率可達 90.3%～94.1%[7]，然而椎弓根的解剖形態存在著種族差異和遺傳變異，同時解剖標志不明確、術者操作經驗不足均有可能導致置釘失敗。

為提高椎弓根螺釘置入的成功率及準確性，同時降低術中風險及術后并發癥，計算機輔助導航系統應運而生。骨科手術機器人作為先進技術的集成產物，體現了我國醫療發展和工業制造的先進水平，不僅靈敏度高、定位準確、運行平穩，同時具有不受輻射、污染等外界因素影響的優點。骨科手術機器人應用于醫療領域，尤其應用于脊柱外科手術領域，可大大減少手術醫生接觸輻射、污染環境，并可有效降低因術者疲勞、生理震顫導致的不確定性，顯著提高了手術的精確性和安全性，縮短了治療和康復時間。

1992年Foley首次將Stealthstation導航系統運用于椎弓螺釘的定位，推動了脊柱外科手術機器人的實際應用［8］。目前針對脊柱外科的眾多手術機器人中，最知名的是以色列的SpineAssist系統。Sukovich等［9］運用該系統進行經皮椎弓根釘內固定術，成功率可達93%，明顯降低了外科醫生的輻射損傷。但該系統在實際操作中存在操作復雜以及無法根據骨性結構實時位置的改變做出調整的缺點。天璣骨科手術機器人可根據術中的三維影像進行合理的手術規劃并實時精確定位，引導椎弓根螺釘準確置入。本次研究通過臨床對照證實了新一代國產骨科手術機器人系統能夠顯著提高椎弓根螺釘置入的精確度，基于手術精確度方面的提高，也使得傳統脊柱外科手術中高難度的上頸椎手術得以順利完成[10]。

我科采用的天璣骨科手術機器人系統實現了手術微創化、安全化、精準化的目標，對于推進脊柱外科進一步發展具有重要意義。傳統脊柱外科手術過多依賴于外科醫生的臨床經驗和操作水平，培養周期緩慢。而手術機器人在實際脊柱外科手術中的應用，確保了手術操作中的安全性及準確性，同時顯著減少了術中術者與患者的放射線暴露，對于青年脊柱外科醫生的手術培養有著重要作用。可以預見的是，骨科手術機器人的運用將不僅僅局限于脊柱外科手術，對于未來骨科手術的發展有著深遠意義。

我科目前對于使用骨科手術機器人進行脊柱外科手術的臨床經驗的積累還比較有限，隨著實踐中的不斷完善以及手術醫生操作技術的熟練，機器人在脊柱外科手術中的應用將更加廣泛，以其在手術精確度、減少手術失誤等當面的出色表現更好地協助脊柱外科醫生開展高難度的手術操作。