天璣機器人輔助手術在腰椎退行性疾病中的應用進展

楊偉康,黃承夸,黃遠劍,譚爽

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

傳統骨科手術主要依賴醫生經驗和術中掃描影像,存在手術精度低、風險高、創傷大、恢復慢等問題。隨著精準治療的發展,許多手術告別開放模式,迎來創傷更小的微創手術[1]。然而,由于脊柱的骨骼系統結構復雜,毗鄰重要血管和神經,對定位和操作的精度要求極高,以傳統的透視方法和人工操作難以實現骨科的微創手術[2]。雖然現在關于腰椎疾病治療的非融合技術有多種,但是超過半數的脊柱外科醫生更偏向于在減壓融合的同時加用椎弓根螺釘進行內固定。作為腰椎手術實施的關鍵步驟之一,椎弓根螺釘的內固定技術不容小覷。置入椎弓根螺釘的準確性和安全性往往取決于患者的進針點解剖標志、計算機導航系統以及主刀醫師的技術經驗等。椎弓根的結構、形態復雜,變異率比較高[3],當進針點的解剖結構不太明確或主刀醫師經驗不足時,即便是高年資的脊柱外科醫生,也可能會有大于10%的椎弓根螺釘的調整率[4],調整之后椎弓根螺釘的把持力將會下降,致使其生物力學的穩定性降低。而骨科機器人借助其高精度的影像導航系統進行最優化手術路徑規劃并通過高自由度機械臂操作進行路徑實現,從而實現骨科手術的微創化,具有提高手術成功率、減小創傷、降低輻射等優點[5-6]?，F就骨科機器人輔助手術在腰椎退行性疾病中的應用進展進行綜述。

1 骨科機器人國內外的發展進程

1.1 國內骨科機器人的發展進程我國政府非?？粗毓强剖中g機器人的發展。在國家“十二五”期間,我國科技部門批準了多項手術機器人的創新項目立項[7]。作為推進精準及微創骨科手術進展的核心現代化設備,骨科手術機器人應時而生。而天璣骨科機器人是具有完全知識產權的國產骨科器械設備,是目前國際上唯一適用于創傷、脊柱、關節外科手術的骨科機器人,國內已有100多家醫院使用,國外使用報道較少。國內實踐普遍認為,天璣骨科機器人具有安全、穩定、快速、微創、準確率高等特點,廣泛應用于骨科領域手術,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手術的文獻報道。

1.2 國外骨科機器人的發展進程在國外文獻報道中[10],主要的機器人產品包括: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機器人包括SpineAssist/Renaissance、Rosa、SPINEBOT、BITEBOT II和Tianji機器人系統[11]。然而目前尚無天璣機器人在腰椎退行性變疾病的微創手術的相關性研究,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”模式實現光學導航下的機械臂實時定位和操作。具體流程如下:(1)術前/術中獲取患者損傷部位的影像并上傳到主控臺完成識別,醫生通過主控臺規劃手術路徑設計;(2)醫生將機械臂拖動至術區后,機械臂按照規劃好的手術路徑進行精準定位,并完成切割和/或植入;(3)光學跟蹤系統負責術中實時定位監測,對定位誤差進行實時動態調整,引導機械臂自動調整[12]。

3 天璣骨科機器人的工作原理及優勢

在天璣骨科機器人問世之前,國外很多醫療器械公司已經推出不同類型的骨折機器人,但大多數局限于四肢及骨盆創傷骨折手術的治療,并不能滿足脊柱外科的手術需求。天璣骨科機器人能夠滿足脊柱外科手術需要,提供精準定位、精準操作[13]。TIAN等[14]研究顯示,在Tianji機器人系統輔助下,3-D C-arm采集圖像,經計算機系統在顯示器上合成虛擬圖像,設定椎弓根螺釘植入參數及置入路徑,確認無誤后運動機械臂至規劃路徑并進行微調,至機器人操控界面提示置入精度小于1 mm。具體操作過程為術前在患者手術部位附近安裝患者示蹤器、機械臂示蹤器,在光學跟蹤系統能夠識別的前提下,通過三維C臂掃描手術部位,重建手術階段三維圖像。將重建好的手術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劃椎弓根螺釘的角度、方向及椎弓根螺釘的直徑、長度等。規劃好置釘計劃之后,逐一執行椎弓根置釘。主控臺依照術前規劃方案,指導機械臂移動至方向、角度合適的位置,手術醫生按照機械臂指示方向植入導針及椎弓根螺釘[15-16]。術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。其優勢在于穩定、精準、安全,對解剖組織損傷小、出血少,術后恢復快[17]。雖然使用機器人輔助的手術費用較高,將來操縱骨科脊柱機器人輔助經皮復位內固定術醫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之中[18]。

4 天璣骨科機器人在腰椎微創手術的效果

骨科機器人在腰椎微創手術中的效果應該從操作性、準確性、安全性和并發癥及術后恢復這幾個方面來分析?，F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操作者在手術時易疲勞、視覺偏差、手抖等問題,協助術者平穩、持續長時間地夾持手術器械,通過精心策劃的手術步驟進行手術操作[19]。在手術過程中手術醫生可以利用醫生控制臺發出指令,通過機械臂基座的分析把相關運動信息傳達給手術機械臂,通過6個自由度的手術機械臂執行相關手術操作,而醫生可通過視覺監察系統觀察整個操作過程[20]。在準確性方面,有研究結果顯示[20],在經皮機器人輔助微創椎弓根螺釘植入后,98.2%的椎弓根螺釘具有完美的椎弓根內定位,相比之下,使用傳統開放技術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的準確性超過了人類徒手技術。傳統的徒手椎弓根螺釘的置入組準確率為91.4%,而在骨科機器人輔助手術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可減少創傷,提高定位的準確性,使椎弓根螺釘更順利地進入椎體皮質,穩定性更好。在機器人輔助下的脊柱外科手術,可大范圍減少輻射劑量及輻射時間,更好地保障手術操作者和手術室其他人員的核安全[24],有助于消除醫務工作者對微創脊柱手術的顧忌。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勢,可以在手術操作過程中提供更加充分的支持,有效減少由于醫生疲憊、生理震顫等要素導致的椎弓根螺釘置入的不準確性,進一步增加手術實施過程的安全性及準確性[25]。在并發癥方面,張波等人[26]回顧性分析發現使用機器人輔助手術治療后并發癥發生率為4.00%,不使用機器人輔助手術治療后并發癥發生率為22.00%,提示使用機器人輔助手術治療后減少了術后胃腸道并發癥的發生,為患者帶來了即時和長期的潛在臨床效益。在術后恢復方面,程芳令等[27]研究發現使用骨科機器人輔助手術術后患者恢復更快,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更明顯。目前有關天璣機器人輔助腰椎微創手術的應用效果的研究較少,所以這些研究結果也從側面為天璣骨科機器人在腰椎微創手術的療效提供了線索和一定程度上的證據,有利于天璣機器人的進一步探索。

5 小結

天璣骨科機器人在腰椎退行性疾病微創手術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。