機器人輔助手術矯正青少年重度特發性脊柱側彎

李雅南，李殿國*，吳東進，曹光慶，孫小剛，徐加龍，張振華，劉帥

（山東大學第二醫院：a 兒外科，b 脊柱外科，山東濟南 250033）

脊柱側彎是一種包含冠狀位、矢狀位和軸位上序列分布異常的脊柱三維畸形，主要表現為脊柱側向彎曲和旋轉畸形［1］。臨床中普遍認為Cobb 角＞80°為重度脊柱畸形［2］，嚴重者因脊柱解剖結構變異所致胸廓畸形異常進而影響心肺功能，甚至縮短壽命，對青少年的心理健康造成巨大困擾［3］。單純后路全椎體截骨術（posterior vertebral column resection, PVCR）已經被證實有良好的的臨床效果［4］，其最早在2005 年由Suk 等［5］進行了報道，術中椎弓根螺釘成功置入是脊柱側彎矯形的關鍵，然而重度脊柱側彎患者頂椎區域椎體和椎弓根極度旋轉、彎曲，其凹側椎弓根發育不良、凹陷變細變長、相對更薄并出現硬化，且脊髓偏移與椎弓根內側壁直接接觸，這使得椎弓根螺釘置入具有挑戰性［6］，即使經驗豐富的手術醫生也無法保證置釘的安全性與準確率［7］。近年來，機器人輔助技術在醫療領域得到廣泛應用，極大提高了手術效果，似乎為外科醫生減少螺釘置入相關并發癥和獲得理想的矯正效果提供了新的選擇［8，9］。關于機器人輔助技術在胸腰椎手術中的安全性及準確性，已有大量的數據報道［10，11］，然而關于機器人輔助下進行PVCR 治療伴有椎弓根發育不良的重度AIS 的相關研究卻少見。本研究將機器人輔助技術應用于PVCR 矯正重度AIS，并與X 線透視下傳統置釘技術比較，現將結果報告如下。

1 資料與方法

1.1 納入與排除標準

納入標準：（1）所有患者癥狀、體征及影像學檢查均符合AIS；（2）影像測量冠狀面Cobb 角＞80°（圖1a,1b）；（3）患者術前資料完整，包括磁共振、CT 三維重建以及標準脊柱全長X 線片、特殊Bending 位影像學檢查；（4）所有患者均采用PVCR，同一組醫生完成。

圖1.患者女性，14 歲。1a, 1b: 術前正側位X 線片顯示重度的側后凸畸形，冠狀面主彎Cobb 角為129.2°，C7PL-CSVL 為32.0 mm，矢狀面后凸Cobb 角為75.1°，SVA 為10.3 mm；1c: 體位與切口標記；1d: 機器人系統工作空間的自動配準；1e:在機器人工作站中進行規劃置釘；1f: 術中即時三維導航引導下置釘；1g, 1h: 術后正側位X 線片顯示冠狀面主彎Cobb 角矯正至55.9°，C7PL-CSVL 矯正至5.1 mm，矢狀面后凸Cobb 角矯正至29.0°，SVA 矯正至3.8 mm。Figure1. A 14-year-old female. 1a, 1b: Preoperative anteroposterior (AP) and lateral radiographs showed severe kyphosis, with coronal main curvature Cobb angle of 129.2°,C7PL-CSVL of 32.0 mm,sagittal kyphosis Cobb Angle of 75.1°and SVA of 10.3 mm;1c:Position and incision marked; 1d:Automatic registration of robot system workspace; 1e:Planning of screw placement in the robot workstation; 1f:Intraoperative real-time 3D navigation guided screw placement; 1g, 1h: Postoperative AP and lateral X-rays showed that coronal main curvature Cobb angle was corrected to 55.9°,C7PL-CSVL to 5.1 mm,sagittal kyphotic Cobb angle to 29.0°and SVA to 3.8 mm.

排除標準：（1）合并嚴重心肺功能、凝血功能障礙；（2）合并嚴重脊髓、神經損傷；（3）術前經麻醉科等相關科室評估存在手術或麻醉禁忌，無法耐受手術者。

1.2 一般資料

回顧分析2018 年9 月—2022 年6 月在山東大學第二醫院治療的AIS 患者的臨床資料，共26 例符合上述標準，納入本研究。依據術前醫患溝通結果，11例采用機器人輔助置釘，另外15 例采用傳統徒手置釘。兩組患者性別和年齡構成的差異均無統計學意義（P＞0.05），見表1。本研究經山東大學第二醫院倫理委員會批準（編號：KYLL-2023LW096），所有患者法定監護人均簽署知情同意書。

表1.兩組患者臨床資料比較Table 1.Comparison of clinical data between the two groups

1.3 手術方法

患者在氣管插管誘導全身麻醉后取俯臥位（圖1c），安裝神經電生理監測儀，手術全程行動誘發電位（motor evoked potential, MEP）和體感誘發電位（somatosensory evoked potential,SEP）監測。C 形臂X線機透視定位體表標志。行正中切口，顯露棘突和雙側椎板、小關節凸，充分暴露術野。

機器人組：將骨科機器人系統與C 形臂X 線機系統相互連接，在棘突上安裝示蹤器，C 形臂X 線機對手術節段進行掃描，將掃描數據傳輸至機器人系統，進行三維重建及機器人系統工作空間的自動配準（圖1d）。根據圖像分別設定截骨頭側與尾側各釘的進釘點、螺釘方向及大?。▓D1e）。依次使用機器人輔助微創技術置入導針，沿著導針方向分別擰入合適的椎弓釘（圖1f）。

徒手組：按透視引導和局部解剖標志定位進釘點，開髓，使用球形探針探查釘道四壁，依次擴展釘道、攻絲，探針再次探查椎弓根皮質完整性，置入大小合適的椎弓根螺釘。

兩組患者均行PVRC，截骨區域附近的側骨撞擊或過度脊髓橫向移位可能增加神經損傷的風險時，通常在矯正過程中切除數個相鄰椎體。先于凹側行釘-棒臨時固定。確認需切除的頂椎后，切除其棘突及雙側椎板、關節突及橫突，咬除椎弓根至基底部。如截骨段在胸椎應切除2～3 cm 和肋骨頭、肋橫及肋椎關節，術中保護胸膜，防止穿孔。順著截骨節段凸側椎體外壁開始鈍性分離至椎體前緣，分離過程以棉片保護硬膜以及神經根。用磨鉆經椎弓根鉆入椎體，建立允許髓核鉗進出的工作道；盡可能在殼內咬除多的松質骨，然后切除椎弓根及椎體外側壁，同時切除該椎體相鄰的上下椎間盤以及軟骨終板，保留椎體后壁的薄骨殼以保護脊髓。直視下保護脊髓和神經根，使用特制的反向刮匙去除椎體后壁骨殼。安裝凸側釘-棒系統，取除凹側棒，同上操作截骨，使該部位的脊髓完全懸空，完成全椎體截骨。再次安裝凹側棒，通過雙側釘-棒系統交替調整逐漸閉合截骨處。矯形過程中以凸側加壓為主，凹側有限撐開，交替調整兩側釘-棒系統，逐步矯正畸形，以免脊髓過度牽拉。最后行截骨區植骨融合。

術后平臥，翻身時嚴格軸向轉動軀干，術后24 h內密切觀察患兒下肢運動與感覺功能情況。術后72 h內拔除引流管，如遇腦脊液漏則需延長拔管時間。2～3 d 開始支具保護逐步坐立、下床活動。支具佩戴一般持續6 個月。

1.4 評價指標

記錄臨床資料，包括手術時間、術中出血量、術中透視次數、術后并發癥發生情況、隨訪過程的患者狀況及不良事件。術后行三維CT 掃描，依據Gertzbein-Robbin 分類標準椎弓釘位置分為5 級［12］，0 級沒有皮質侵犯；1 級為0～2 mm 皮質侵犯；2 級為2～4 mm 皮質侵犯；3 級為＞4 mm 皮質突破；準確率計算公式為：［（0 級數目+1 級數目）／組內總置釘數目］×100%。兩組患者均行脊柱全正側位X 線片觀察，應用Surgimap 軟件測定兩組患者術前、術后即刻及術后1 年隨訪時冠狀面主彎Cobb 角、矢狀面后凸Cobb角、C7垂線-骶中線偏移［C7vertebra plumb line（C7PL）- central sacral vertical line（CSVL）, C7PL-CSVL］、矢狀面垂線偏移（sagittal vertical axis, SVA）。計算側彎校正率，計算公式為：［（術前主彎Cobb 角-術后主彎Cobb 角）／術前主彎Cobb 角］×100%。

1.5 統計學方法

采用SPSS 22.0 軟件對數據進行統計分析。計量資料符合正態分布時，以±s表示，兩組均值差異采用獨立樣本t檢驗，組內不同時間點間采用單因素方差分析，兩兩比較采用LSD法；資料不符合正態分布時，采用秩和檢驗。計數資料采用χ2檢驗或Fisher精確檢驗。P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 臨床結果

兩組患者均順利手術，26 例重度AIS 患者共切除28 個椎體，其中單椎體24 例，雙椎體2 例；切除椎體最高為T7，最低為T12。機器人組共置入242 枚螺釘，徒手組置入311 枚。術中兩組患者均未發生脊髓損傷、死亡等嚴重并發癥。兩組臨床資料見表1。雖然機器人組手術時間明顯長于徒手組（P＜0.05），但機器人組術中透視次數明顯少于徒手組（P＜0.05），兩組術中出血量差異無統計學意義（P＞0.05）。

兩組患者均獲隨訪至少12 個月，術后患者軀干平衡顯著改善，身高和坐高顯著增加，生活與運動能力改善。隨訪過程中，兩組患者均未出畸形矯正明顯丟失，均無手術翻修。

2.2 影像評估

兩組影像學資料見表2，機器人組置釘準確率顯著高于徒手組（P＜0.05）。與術前相比，術后兩組冠狀面主彎Cobb 角、矢狀面后凸Cobb 角、C7PL-CSVL、SVA 均明顯減少（P＜0.05）；與術后即刻相比，末次隨訪時主彎Cobb 角、矢狀面后凸Cobb 角、C7PL-CSVL、SVA 均無顯著改變（P＞0.05）。相應時間點，兩組間主彎Cobb 角、矢狀面后凸Cobb 角、C7PL-CSVL、SVA 的差異均無統計學意義（P＞0.05）。

表2.兩組患者影像學指標比較Table 2.Comparison of imaging documents between the two groups

機器人組與徒手組冠狀面主彎Cobb 角平均矯正率的差異無統計學意義[(68.0±4.6)%vs(69.0±4.7)%,P=0.593]。機器人組與徒手組矢狀面后凸Cobb 角矯正率的差異無統計學意義[(38.6±6.3)%vs(38.4±7.6)%,P=0.944]。

3 討 論

重度AIS 是脊柱三維復雜畸形，不僅有脊柱局部畸形，往往存在整體失衡和脊柱柔韌性下降的情況，外科醫師既要注重局部畸形的糾正，也需要重建整體平衡［12］。由于椎弓根螺釘具備強大的三柱矯正力，在近幾十年來廣泛應用于AIS 矯正手術。然而，許多研究者報道了椎弓根螺釘位置錯誤的發生率較高，可能導致嚴重的神經血管并發癥。作為一種三維（3D）脊柱畸形，AIS 表現出椎弓根相對狹窄、椎體旋轉異常等特點，這可能是由于高錯位率引起神經血管并發癥的原因，椎弓根螺釘成功、安全的置入是脊柱側彎矯形成功的關鍵［13］。Sarwani 等［14］研究發現31.9%的胸椎椎弓根發育異常，凹側椎弓根異常率10.0%，凸側為2.9%。Brink 等［15］研究也表明，重度脊柱側彎患者頂椎區域椎體和椎弓根極度旋轉、彎曲，其凹側椎弓根發育不良、凹陷變細變長使得椎弓根螺釘置入具有挑戰性。為了減少椎弓根螺釘異位的發生率，3D 模型、導航系統等輔助椎弓根螺釘置入技術已廣泛應用于脊柱外科。雖然3D 模型可以提供更全面的復雜結構，但外科醫生不能在術中獲得即時的椎弓根信息來調整置入螺釘的方向和深度［16］。此外，有報道稱導航系統置入螺釘的準確性僅為85%［17］。更重要的是，這些技術的有限改進可能不會超過復雜的校準程序。因此，應探索更有效、更實用的螺釘輔助技術并應用于手術中，以減少AIS 矯形術中螺釘誤置的發生。

機器人輔助手術技術作為脊柱外科的新輔助方式，自其引入臨床實踐以來，已成為提高螺釘置入準確性、降低潛在神經并發癥和術中輻射風險的最有力方法之一［18］。在Khan 等［19］的研究中，患者被分為兩組，以比較機器人技術與3D CT 導航在退變性椎間盤疾病中的應用。兩組之間在置釘精確性方面沒有顯著差異，但與3D CT 導航相比，機器人技術可以減少輻射劑量及每枚螺釘的置入時間和患者的住院時間。此外，許多研究也證明了機器人輔助技術在普通脊柱手術中的優勢。目前很少研究比較機器人輔助重度AIS 矯形術與傳統術式的臨床和影像學結果，這對脊柱外科醫師來說可能是一個巨大的挑戰。

本研究旨在探討機器人系統在重度AIS 手術中的有效性，比較機器人與常規透視方式的螺釘置入準確性，并探討其影像學和臨床參數。本研究中，機器人組和徒手組在基線信息、術前影像學參數和螺釘數量方面沒有差異，這表明兩組的研究人群來自相同的AIS 隊列，并使用相同的矯形手術策略。但機器人組的手術時間顯著大于徒手組，這與Ghasem 等［20］、Fan 等［21］的研究結果一致。這可能與機器人的操作相對復雜有關，如安裝工作面板、與術前CT 掃描相匹配等。然而，Hyun 等［22］報道，他們的前15 例機器人輔助病例與后15 例相比，每枚螺釘置入時間減少了1.5 min。本團隊認為，由于學習曲線的關系，隨著病例數和經驗的增加，手術時間、術中出血量和輸血量可能會減少。

在椎弓根螺釘置入的準確性方面，機器人組置釘準確率顯著高于徒手組，這表明機器人輔助技術在影像學螺釘置入精度方面明顯優于傳統透視，結果與Hyun 等［22］的研究結果相似。此外，兩組AIS 患者術后Cobb 角、C7PL-CSVL、SVA 均得到顯著糾正，本研究26 例患者，術前平均側凸104.3°、后凸60°，冠狀面矯正率為65.8%，矢狀面矯正率為64.1%。本研究獲得的矯正率與Suk 等［23］、Lenke 等［24］的報道相似，兩組術后這些參數無差異。這些發現表明，在重度AIS 手術中，機器人輔助和透視輔助技術都可以達到有效的影像學校正和臨床結果。

本研究有一定的局限性。首先，所有26 例重度AIS 患者均來自單一中心；此外，由于缺乏更長期隨訪數據，以及本研究患者樣本量較小，限制了進一步影像學的比較。未來需多中心、大樣本的研究探索機器人輔助技術在矯治重度AIS 的準確性和安全性。