脊柱外科機器人輔助經(jīng)皮椎體成型手術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用評價

鐘南哲，閆敏，矯健，萬維，賈齊

1.海軍軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院骨腫瘤科，上海 200003； 2.海軍軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院外科學(xué)及野戰(zhàn)外科學(xué)教研室，上海200003

經(jīng)皮椎體成型術(shù)（PVP）為治療椎體外傷性/病理性骨折的重要手術(shù)方式之一。由于作為一種非直視下操作的微創(chuàng)手術(shù)，PVP 存在一定的操作風(fēng)險， 較嚴重的并發(fā)癥包括骨水泥滲漏至間盤、椎旁、椎管及椎間孔等區(qū)域，或因錯誤的穿刺孔道溢出以及穿刺造成神經(jīng)、動脈損傷等[1-2]，可能會造成患者神經(jīng)功能下降，嚴重時可導(dǎo)致癱瘓甚至威脅生命，因此其安全性和療效有賴于術(shù)者的操作經(jīng)驗。 所以，PVP 手術(shù)的教學(xué)質(zhì)量是青年醫(yī)師安全開展手術(shù)的基石。

隨著人工智能及光學(xué)定位技術(shù)的發(fā)展，外科機器人技術(shù)已廣泛應(yīng)用于包括骨科在內(nèi)的多個外科領(lǐng)域[3]，提升了手術(shù)效率和質(zhì)量[4]。而在骨科的理論及實踐教學(xué)中，機器人輔助技術(shù)也逐漸推廣，為教師和學(xué)員提供了更為直觀、準確的學(xué)習(xí)平臺，大大縮短了學(xué)習(xí)周期。 其中，脊柱機器人在輔助椎弓根螺釘植入的教學(xué)效果已得到了國內(nèi)外實踐驗證，提示其較傳統(tǒng)教學(xué)手段有一定的應(yīng)用優(yōu)勢[5-6]。該研究目的在于設(shè)計基于脊柱外科機器人系統(tǒng)的PVP 教學(xué)課程，選取該科2021 年1 月—2022 年1 月共24 名學(xué)員， 分別接受傳統(tǒng)教學(xué)及脊柱外科機器人輔助PVP 教學(xué)，以探討該教學(xué)方式的效果，為機器人輔助教學(xué)在骨科培訓(xùn)上的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和理論依據(jù)。現(xiàn)報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取該科有開放手術(shù)腰椎椎弓根螺釘置入基礎(chǔ)但尚未掌握PVP 操作技術(shù)的青年醫(yī)師24 名作為PVP 教學(xué)對象，以隨機數(shù)表法分為傳統(tǒng)教學(xué)組（對照組，12 名）及脊柱外科機器人輔助教學(xué)組（研究組，12 名）。 兩組學(xué)員均為男性，對照組：平均年齡（27.33±1.55）歲；平均臨床實踐年限（1.50±0.65）年；最高學(xué)歷：博士8 名，碩士4名。 研究組：平均年齡（26.83±1.40）歲；平均臨床實踐年限（1.42±0.64）年；最高學(xué)歷：博士9 名，碩士3 名。 兩組一般資料對比，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），具有可比性。

1.2 方法

兩組均采用腰椎病例作為教學(xué)實例。對照組采用傳統(tǒng)教學(xué)手段進行PVP 操作教學(xué)，其中包括：①PVP 操作的理論教學(xué)： 采取常規(guī)PPT 輔助課堂授課， 教師教授PVP 的操作流程、方法，操作各階段的透視特點，并發(fā)癥及相關(guān)原因；②PVP 手術(shù)觀摩：學(xué)員入手術(shù)室參觀PVP操作流程并接受導(dǎo)師講解； ③導(dǎo)師帶教手術(shù)操作教學(xué)：在帶教導(dǎo)師指導(dǎo)下進行腰椎PVP 手術(shù)操作。 研究組教學(xué)主要內(nèi)容：①PVP 操作的理論教學(xué)；②使用脊柱機器人系統(tǒng)于假人腰椎模型上進行操作教學(xué)；③結(jié)合脊柱機器人系統(tǒng)行術(shù)前規(guī)劃的臨床手術(shù)觀摩；④導(dǎo)師帶教手術(shù)操作教學(xué)。 考慮到學(xué)員接受能力可能存在個體差異，可針對學(xué)員對PVP 操作掌握程度的不同， 重復(fù)進行手術(shù)觀摩教學(xué)及導(dǎo)師帶教教學(xué)， 直到學(xué)員可獨立進行腰椎PVP 的手術(shù)操作。

研究組使用脊柱機器人系統(tǒng)于假人腰椎模型上進行操作教學(xué)的具體實施方法如下：學(xué)員通過計算機預(yù)先儲存的假人腰椎模型3D 重建數(shù)據(jù)進行模擬手術(shù)術(shù)前規(guī)劃，在電子3D 數(shù)據(jù)上確認操作通道的進針點、進針角度（水平位、矢狀位及冠狀位）、通道置入深度等操作參數(shù)；然后在模型上將操作通道置入不同的深度（椎弓根初段、椎弓根中段及進入椎體）后進行正側(cè)位C 臂X線透視，使學(xué)員掌握在不同置入深度時通道與椎弓根在正側(cè)位透視影像中的相對位置關(guān)系。在研究組第3、4 步教學(xué)步驟中，將患者的腰椎薄層掃描CT 影像導(dǎo)入機器人系統(tǒng)術(shù)前規(guī)劃軟件中， 模擬確認操作通道的進針點、進針角度（水平位、矢狀位及冠狀位）、通道置入深度等操作參數(shù)后再進行病椎的PVP 操作。

其中該研究涉及脊柱機器人系統(tǒng)使用上海嘉奧公司生產(chǎn)脊柱外科機器系統(tǒng)。

1.3 觀察指標

①設(shè)計閉卷考核試卷， 內(nèi)容包括PVP 操作通道的進針點的標準定位、置入方向、深度，不同置入深度的透視定位影像及操作要點等內(nèi)容，比較兩組學(xué)員對理論知識的掌握情況。 每項10 分，總分40 分。

②對學(xué)員最終PVP 實踐操作能力進行評估， 內(nèi)容包括：選取擬行腰椎PVP 手術(shù)的患者，學(xué)員在指導(dǎo)教師的監(jiān)督下進行單側(cè)PVP 通道的置入， 記錄每名學(xué)員單側(cè)通道置入總時間，透視次數(shù)，及兩組通道置入成功率（成功標準為術(shù)中透視確認工作通道路徑理想且未出現(xiàn)并發(fā)癥）。

③評估學(xué)員對于課程總體滿意度，共分5 級：完全不滿意0 分、不太滿意1 分、一般滿意2 分、較滿意3分、非常滿意4 分。 兩組學(xué)員通過匿名問卷調(diào)查的方式進行打分評價，進行兩組間的比較。

1.4 統(tǒng)計方法

采用SPSS 22.0 統(tǒng)計學(xué)軟件處理數(shù)據(jù)， 符合正態(tài)分布的計量資料以（±s）表示，組間差異比較采用t 檢驗；等級資料采用Mann-Whitney U 檢驗，P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組學(xué)員PVP 手術(shù)理論考核成績比較

研究組和對照組的考試成績總分分別為 （35.42±1.66）分和（33.00±2.55）分，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。見表1。

表1 兩組學(xué)員PVP 手術(shù)理論考核成績比較[（±s），分]

表1 兩組學(xué)員PVP 手術(shù)理論考核成績比較[（±s），分]

組別研究組（n=12）對照組（n=12）t 值P 值操作流程8.92±0.67 7.83±0.80 3.340 0.003操作方法影像特征8.75±0.72 7.83±0.80 2.823 0.010 9.00±0.71 8.25±0.92 2.138 0.044并發(fā)癥 總分8.75±0.72 8.25±0.83 3.250 0.004 35.42±1.66 33.00±2.55 3.796 0.001

2.2 兩組學(xué)員PVP 手術(shù)實踐操作評價比較

手術(shù)實踐考核中， 兩組學(xué)員的手術(shù)成功率均為100%，但研究組學(xué)員的單側(cè)通道置入總時間顯著較短，透視次數(shù)顯著較少，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。 見表2。

表2 兩組學(xué)員PVP 手術(shù)實踐操作評價比較（±s）

表2 兩組學(xué)員PVP 手術(shù)實踐操作評價比較（±s）

組別單側(cè)通道置入總時間（min） 透視次數(shù)（次）研究組（n=12）對照組（n=12）t 值P 值22.92±5.12 26.58±2.63-3.291 0.003 3.67±0.75 4.92±1.11-3.091 0.005

2.3 兩組學(xué)員課程滿意度比較

研究組滿意度評分較對照組更高，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），見表3。

表3 兩組學(xué)員課程滿意度比較

3 討論

機器人輔助脊柱外科手術(shù)技術(shù)的出現(xiàn)不僅為脊柱外科的內(nèi)固定操作帶來了重大變革，也為脊柱微創(chuàng)外科的精準化、普適化提供了新的契機。既往臨床實踐表明，脊柱外科機器人具有不易疲勞、精確度高、安全性佳、手術(shù)時間短等優(yōu)點[7-8]。 近年來，考慮到脊柱外科機器人的上述優(yōu)勢充分符合脊柱微創(chuàng)手術(shù)的操作流程與手術(shù)理念，其逐漸應(yīng)用于經(jīng)皮脊柱微創(chuàng)手術(shù)中[9]。且在手術(shù)培訓(xùn)方面，研究表明其可良好地輔助低年資脊柱外科醫(yī)師的經(jīng)皮脊柱椎弓根螺釘?shù)牟僮鱗5]。另一方面，脊柱機器人在術(shù)前規(guī)劃的過程中通過可視化目標椎體及操作路徑，可作為良好的教學(xué)途徑[10-11]。學(xué)員通過參與術(shù)前規(guī)劃，可直觀地理解路徑的置入角度、深度及與椎體的相對位置關(guān)系。 通過該研究實踐發(fā)現(xiàn)， 接受脊柱外科機器人輔助PVP 理論教學(xué)的學(xué)員，其對相關(guān)理論的掌握程度較傳統(tǒng)授課方法的學(xué)員更為深刻，這也說明了脊柱機器術(shù)前三維可視化規(guī)劃系統(tǒng)配合操作模型可使學(xué)員從立體層面觀察通道置入的過程與對應(yīng)的術(shù)中透視影像，從而降低學(xué)習(xí)難度，提升學(xué)習(xí)效率。

盡管PVP 手術(shù)為微創(chuàng)手術(shù)，但仍可能造成血管神經(jīng)損傷等嚴重并發(fā)癥[12]。 在該手術(shù)中，透視下進針通道的選擇最為關(guān)鍵，是保障手術(shù)效果及安全的基礎(chǔ)。 如進針點偏離椎弓根，穿過了椎板進入病椎，損傷脊髓，可能會發(fā)生災(zāi)難性后果[13]。 對于初學(xué)者而言，即使在充分掌握相關(guān)理論基礎(chǔ)的前提下，也可由于缺乏相關(guān)操作經(jīng)驗導(dǎo)致空間定位偏移，造成操作時間過長、透視次數(shù)過多甚至出現(xiàn)術(shù)中并發(fā)癥[14]。 因此，操作通道的置入是PVP 手術(shù)教學(xué)的重點及難點。 在該研究中，對兩組學(xué)員的PVP手術(shù)實踐能力進行比較發(fā)現(xiàn)，兩組學(xué)員均在完成培訓(xùn)之后，均可獨立成功實施腰椎PVP 單側(cè)工作通道的置入，兩組成功率均為100%， 所有病例均未出現(xiàn)術(shù)中及術(shù)后并發(fā)癥。同時研究組學(xué)員的單側(cè)通道置入總時間顯著較短，透視總次數(shù)顯著較少（P＜0.05），說明了該組學(xué)員的操作更為熟練。上述結(jié)果也進一步證明了脊柱外科機器人輔助PVP 操作教學(xué)學(xué)習(xí)效率更高， 縮短了學(xué)員的學(xué)習(xí)曲線。盡管研究組學(xué)員較對照組學(xué)員需增加熟悉了解機器人操作及術(shù)前規(guī)劃這一流程，但由于在這一過程中通過將需要想象的空間結(jié)構(gòu)具象化，優(yōu)化了學(xué)員的理解過程。

同時，該研究還發(fā)現(xiàn)，脊柱手術(shù)機器人在教學(xué)上的應(yīng)用有助于學(xué)員學(xué)習(xí)滿意度及興趣的提升。在研究組的教學(xué)過程中，學(xué)員可通過術(shù)前通道路徑規(guī)劃軟件，模擬手術(shù)實施，較傳統(tǒng)課程增加了學(xué)員的自主參與及互動程度，提高了學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性。另一方面，作為新式的教學(xué)手段，手術(shù)機器人及相關(guān)操作軟件的學(xué)習(xí)過程，符合青年醫(yī)師追求新技術(shù)的心態(tài)[15]，可提高青年醫(yī)師的學(xué)習(xí)興趣，一定程度上增加了學(xué)習(xí)趣味性，改進課堂氛圍，優(yōu)化了教學(xué)效果。

脊柱手術(shù)機器人輔助技術(shù)作為一項新興操作平臺及手術(shù)技術(shù)，在教學(xué)應(yīng)用的過程中仍處于一定的探索階段。 該研究在實施過程中獲得了一定的經(jīng)驗及思考。 ①由于脊柱手術(shù)機器人價格較高， 涉及專業(yè)人員較少，因此在現(xiàn)階段難以大范圍推廣應(yīng)用。對此，可參考以達·芬奇手術(shù)機器人為核心的手術(shù)機器人培訓(xùn)體系，在有條件的單位進行教學(xué)設(shè)施建設(shè)及集中培訓(xùn)[16]。 ②該次教學(xué)探索所納入的學(xué)員范圍為已初步掌握開放下椎弓根螺釘置入技術(shù)，這樣有助于取得較理想的培訓(xùn)結(jié)果。 由于作為一項微創(chuàng)非直視手術(shù)，PVP 手術(shù)的教學(xué)實踐應(yīng)建立在一定的開放脊柱手術(shù)基礎(chǔ)上，尤其是椎弓根螺釘置入技術(shù)的理論與實踐基礎(chǔ)，才能最大限度地保證教學(xué)效果及安全性。③該研究的一項局限性在于樣本量較小，相關(guān)方向的教學(xué)探究尚需要更多教師及學(xué)員的參與， 以改進并完善脊柱外科機器人輔助下的教學(xué)操作體系。

綜上所述，該研究探索性地將脊柱外科機器人及相關(guān)系統(tǒng)應(yīng)用于PVP 手術(shù)教學(xué)。 評價結(jié)果證明其可有效地提升學(xué)員的理論及實踐技術(shù)掌握程度，激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣。 此外，脊柱外科機器人在該研究場景的成功應(yīng)用也拓展了外科手術(shù)機器人的使用范圍，了解其輔助培訓(xùn)的效果，為后續(xù)相關(guān)培訓(xùn)計劃的調(diào)整和展開提供了理論及實踐依據(jù)。