應用機器人輔助皮質骨螺釘固定技術治療腰椎退行性疾病的臨床效果

韓曉光 張琦 行勇剛 何達 趙經緯 范明星

椎弓根螺釘固定是脊柱外科最常用的內固定方式，但存在手術創傷大、軟組織損傷嚴重等缺陷，并且螺釘通道全程被松質骨包圍，螺釘松動及失效率高，因此并不能滿足所有患者的內固定需求。2009年Santoni等[1]提出腰椎皮質骨釘道 (cortical bone trajectory，CBT)技術。該技術置釘點較傳統椎弓根螺釘更靠近中線棘突，軟組織剝離少，且置釘方向為由內下向外上，可最大程度利用椎弓根復合體的皮質骨部分，使螺釘把持力得到極大提高，在臨床被越來越多地應用[2-4]。經研究發現皮質骨螺釘固定技術較傳統椎弓根螺釘固定技術在手術時間、患者術中出血量、術后住院時間、圍手術期并發癥發生率以及總并發癥發生率等方面有明顯優勢[5-8]。但該技術由于在應用過程中缺少明顯的解剖標志及植入手感，對技術要求高，學習曲線長，如果螺釘置入失誤，不僅降低螺釘生物力學強度，還會損傷周圍的神經和血管，這使其臨床應用的普及受到制約。近年來，手術機器人技術得到高速發展，成為全球研究的熱點。手術機器人系統能夠克服人的生理局限，具有操作精度高、重復性好及穩定性強等優勢。手術機器人在脊柱外科的應用可顯著提高內植物的精準性和安全性。現有機器人輔助CBT螺釘固定技術的相關研究相對較少。本研究應用機器人輔助皮質骨螺釘固定技術治療腰椎退行性疾病，獲得了較好的臨床效果及安全性，現報道如下。

資料與方法

一、資料

1.病例納入與排除標準：(1)病例納入標準：年齡>55歲；通過QCT檢查診斷為骨質疏松；因腰椎退行性疾病接受腰椎后路融合手術。(2)病例排除標準：腰椎結核、感染和腫瘤以及嚴重脊柱側彎(Cobb 角>30°)患者；有腰椎既往手術史；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月北京積水潭醫院脊柱外科收治的因腰椎退行性疾病接受機器人輔助皮質骨螺釘固定融合手術患者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，腰椎間盤突出癥10例，腰椎滑脫癥18例。本研究經北京積水潭醫院倫理委員會審批，獲得全部患者知情同意。分析結果不包含患者個人信息。

3.儀器與設備：天璣骨科手術機器人系統，包括光學跟蹤設備、手術規劃及控制工作臺(以下簡稱工作臺)和手術機械臂。光學跟蹤設備為雙攝像頭系統，通過接收反射球的光線，運用雙目立體視覺原理進行位置和姿態計算，實現機械臂和患者的精準定位。工作臺用于圖像處理、釘道規劃、運動位姿計算和機械臂運動控制。手術機械臂具有6個自由度，可以定位螺釘通道的方向，對螺釘植入實施精準位置引導，實現精準置釘。

二、方法

1.機器人輔助CBT螺釘固定：患者取俯臥位。常規消毒鋪單。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。將機器人末端定位導板置于切口背側，通過“C”型臂X線機(西門子，德國)采集術中三維圖像。將數據傳輸至機器人工作臺，自動完成圖像配準。術者通過工作臺進行皮質骨螺釘固定規劃，設定螺釘的位置、直徑和長度。手術機械臂自動運行至每個螺釘的規劃位置，醫生沿手術機械臂導向器置入導向套筒至骨面，沿導向套筒使用電鉆打入導針。全部導針置入完成后，透視確認導針位置。沿導針開路及絲攻，植入皮質骨螺釘(圖1)。按需進行椎板減壓、椎間融合以及植骨等其他常規手術步驟。以生理鹽水對術區進行反復沖洗，留置切口引流管1根，逐層縫合切口。以無菌敷料包扎。

2.術后處理：術后給予預防感染(使用抗生素時間≤48 h)和營養神經等治療。患者第2天佩戴腰圍下地活動。引流量<50 ml/24 h時拔除引流管。

3.隨訪：出院前行腰椎正、側位X 線及 CT檢查。術后1、3、6及12個月門診復查，行腰椎正、側位X線及CT檢查。

4.效果評價：(1)記錄手術時間、術中出血量、術后引流量和并發癥等。(2)術前、術后 1個月及末次隨訪應用疼痛視覺模擬評分(visual analogue scale,VAS)和日本矯形外科學會(Japanese Orthopedic Association，JOA)評分對患者功能恢復情況進行評價。VAS評分0～10分，評分高為疼痛劇烈；JOA評分0～29分，評分高為功能恢復好。(3)影像學評估：術后對手術節段行CT檢查。依據改良Gertzbein和Robbins分級方法將植入螺釘精準度分為5級：A級為螺釘未穿破骨皮質，完全植于椎弓根內；B級為螺釘穿破皮質長度<2 mm；C級為螺釘穿破皮質長度≥2 mm且<4 mm；D級為螺釘穿破皮質長度≥4 mm且<6 mm；E級為螺釘穿破皮質長度≥6 mm。其中A和B級為可接受螺釘；C，D和E級為不良螺釘[9]。由2名未參與手術的醫生分別對螺釘精準度進行評估并取平均值。

結 果

一、螺釘置釘的準確性

共植入464枚螺釘，其中A級406枚(87.5%)，B級44枚(9.5%)，C級10枚(2.2%)，D級4枚(0.8%)。可接受(A級和B級)螺釘占97.0%。患者均未出現因植釘失誤造成的嚴重脊髓、神經及血管損傷。隨訪時間為(11.6±3.4)(10～14)個月，其間未見螺釘松動、斷裂發生。典型病例見圖2。

二、手術及臨床療效

手術時間為(110.4±63.2)min，術中出血量為(164.3±234.2)ml,術后引流量為(210.4±146.4)ml，住院時間為(5.4±2.4)d。2例患者出現切口感染，其中1例經抗生素及換藥治療后痊愈，1例行切口清創后痊愈。JOA評分由術前的(8.4±7.6)分提高至末次隨訪的(21.0±8.4)分，VAS評分由術前的(8.0±6.8)分提高至末次隨訪的(3.2±4.2)分，2項指標術前與術后差異均有統計學意義(P=0.003,0.007)。

圖1 機器人輔助皮質骨螺釘固定手術關鍵步驟 A 固定示蹤器于患者棘突，機器人安放于手術部位 B 利用“C”型臂X線機掃描獲取三維圖像，醫生進行手術規劃 C 機器人根據規劃移動到手術部位，醫生沿機器人末端導向器置入導向套筒 D 經透視確認導針位置后擰入螺釘

圖2 患者，女，76歲，腰椎滑脫(L4)。行機器人輔助腰椎管減壓、椎間盤切除、椎間融合器植入和皮質骨螺釘植入術 A 術前側位X線B 術前正位X線 C 術前矢狀位CT D 術前矢狀位MRI E，F 術后側位和正位X線示內固定位置良好，滑脫椎體完全復位

討 論

椎弓根螺釘是脊柱外科最常用的內固定技術。然而，骨質疏松患者由于骨密度降低，釘道把持力不足，采用椎弓根螺釘固定時容易出現螺釘松動等并發癥。如何增強骨質疏松患者的內固定強度始終是研究的熱點。2009年Santoni等[1]率先提出CBT螺釘內固定技術，采用該技術置釘點較傳統椎弓根螺釘更偏內，置釘方向在矢狀面由下向上，在橫斷面由內向外，因釘道與椎弓根和椎體皮質骨充分接觸，增加了骨-螺釘界面強度，具有更強的螺釘把持力。研究發現CBT釘道的CT值始終保持在傳統椎弓根釘道CT值的4倍以上[3]；螺釘植入扭矩力約為傳統椎弓根螺釘的3倍[10]；而CBT 螺釘軸向拔出負荷較傳統椎弓根螺釘提高30%[2]。這些研究結果均表明CBT螺釘具有更強的生物力學強度，是治療合并骨質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技術還有如下優勢：(1)手術創傷更小。CBT螺釘進釘點位于椎弓根峽部，顯露時所需切口更小，肌肉和軟組織剝離更少，可減少出血并降低術后腰背痛程度。(2)對鄰近小關節侵擾更少。因為CBT螺釘入釘點較為偏下，損傷鄰近小關節的風險大大降低，進而降低鄰近節段退變風險。(3)減少椎弓根附近神經和血管損傷風險。CBT螺釘的路徑為由內下向外上，遠離附近的神經和血管[4，6]。一項Meta分析結果顯示后路腰椎椎體間融合術中CBT螺釘固定在術中出血量、手術時間、住院時間、再次手術率、圍手術期并發癥以及總并發癥發生率方面均優于椎弓根螺釘[8]。

CBT 螺釘內固定也存在一些技術局限。首先，缺乏易于識別的可重復進針點標志，若定位不準確易導致峽部骨折；第二，螺釘方向不易掌握，方向不對易導致椎弓根內壁或外壁破裂，或者損傷出口神經根等，同時CBT改道相對困難。以往文獻報道，透視輔助下CBT螺釘皮質穿透率可達到20%[1，11]，其中0.95%～2.1%的患者需要進行翻修手術[12-13]；我們在以往研究中發現透視輔助CBT螺釘準優良率為87.9%[14]。螺釘的誤植不僅會降低螺釘生物力學強度，還會損傷周圍的神經和血管。此外，徒手植釘需要反復的透視輔助，增加醫生和患者放射線暴露。這些都限制了CBT 螺釘內固定技術在臨床的進一步應用。

手術機器人的發展和進步為解決上述瓶頸問題帶來了新的希望，近年來成為研究的熱點。我們在以往的研究中證實，與傳統徒手植釘相比，機器人輔助植釘精確性和安全性更高，并發癥發生率更低[15-16]。但機器人輔助CBT螺釘固定的相關研究相對較少。本研究結果表明，機器人輔助CBT螺釘技術在腰椎退行性疾病中的應用，其優勢就是醫生可以根據“C”型臂X線機掃描獲取的三維圖像進行精準置釘設計，并依靠機器人準確實施，可以有效彌補CBT螺釘技術的局限，提升置釘的安全性和精準性，螺釘植入優良率為97%，術后患者腰椎臨床功能較術前得到顯著提升。

此外，本研究發現某些影響CBT螺釘置釘精度的危險因素：(1)肌肉和軟組織牽拉。因為軟組織牽拉會導致患者示蹤器與手術部位出現微動，導致導航信息出現偏差，影響機器人的工作精度。(2)電鉆鉆取釘道時出現滑移。入釘點通常在峽部，該部位骨皮質較厚，螺釘不易進入，易打滑，需要先在入釘點使用電鉆磨出一個凹槽，然后再使螺釘進入。(3)骨質疏松嚴重。對合并嚴重骨質疏松癥的患者，在擰入螺釘時需要注意防止螺釘改道。(4)機器人輔助手術有一定的學習曲線。應用機器人輔助手術也需要醫生熟悉操作步驟和操作要求，度過學習曲線。

本研究為回顧性分析，結果尚需要大樣本前瞻性隨機對照試驗進一步驗證。

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