陳龍 海涌 關(guān)立 劉玉增 蘇慶軍 楊晉才 康南 孟祥龍 陳小龍

機(jī)器人輔助置入與徒手置入椎弓根螺釘?shù)膶?duì)比研究

陳龍 海涌 關(guān)立 劉玉增 蘇慶軍 楊晉才 康南 孟祥龍 陳小龍

目的評(píng)價(jià)機(jī)器人輔助椎弓根螺釘置入的安全性及準(zhǔn)確性，并與徒手置釘進(jìn)行比較研究。方法本研究通過(guò)前瞻性對(duì)照的方法，將 2015年 12月至 2016年 3月期間 20例需行椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)的脊柱疾病患者納入機(jī)器人輔助組，其中男 11例，女 9例；年齡 11～85歲，平均 54.1歲。同期選取 20例脊柱疾病患者納入徒手置釘組，其中男 6例，女 14例；年齡 18～75歲，平均 54.8歲。術(shù)前對(duì)所有患者進(jìn)行脊柱 CT 薄層掃描，機(jī)器人輔助組利用機(jī)器人輔助系統(tǒng)進(jìn)行術(shù)前置釘規(guī)劃，術(shù)中輔助置釘，記錄透視次數(shù)及置釘時(shí)間等，術(shù)后復(fù)查 CT 根據(jù)判斷螺釘位置。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)比較分析。結(jié)果本研究共置入椎弓根螺釘394枚，機(jī)器人輔助組 1例重度僵硬性脊柱側(cè)凸患者因自身原因改用徒手置釘，其他 19例成功應(yīng)用機(jī)器人引導(dǎo)置入 124枚螺釘。機(jī)器人輔助組 ( 平臺(tái)安裝＋透視匹配 ) 平均透視次數(shù)為 ( 7.0±2.5) 次，徒手置釘組平均透視次數(shù)為 ( 12.6±4.5) 次，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 ( P＝0.003)。平均機(jī)器匹配時(shí)間 ( 機(jī)器匹配＋平臺(tái)安裝 )為 ( 18.9±7.2) min，機(jī)器人輔助組平均每枚螺釘置入時(shí)間 ( 3.7±1.5) min，徒手置釘組平均每枚螺釘置入時(shí)間 ( 4.3±0.8) min，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 ( P＝0.261)。術(shù)中透視和術(shù)后 CT 顯示所有機(jī)器人引導(dǎo)置入的螺釘( 100% ) 均準(zhǔn)確的置入椎弓根內(nèi)。根據(jù) Rampersaud 分類法，機(jī)器人輔助組 124枚螺釘位置均為 A 類。徒手置釘組 Rampersaud 分類為 A 類 198枚，B 類 28枚，C 類 16枚，D 類 4枚。其準(zhǔn)確率 ( A 類和 B 類 ) 為 91.8%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 ( P＝0.032)。機(jī)器人組平均總手術(shù)時(shí)間 ( 268.3±74.0) min，徒手置釘組平均總手術(shù)時(shí)間( 267.5±65.3) min，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 ( P＝0.980)。機(jī)器人組平均手術(shù)出血量 ( 285.0±240.2) ml，徒手置釘組平均手術(shù)出血量 ( 640.0±389.3) ml，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 ( P＝0.031)。結(jié)論機(jī)器人輔助置入椎弓根可提高置釘準(zhǔn)確率，減少術(shù)中透視次數(shù)，降低輻射量，進(jìn)而提高手術(shù)安全性。其在脊柱微創(chuàng)、翻修、脊柱畸形手術(shù)中具有良好的應(yīng)用前景。

脊柱疾??；椎弓根釘；外科手術(shù)，計(jì)算機(jī)輔助；機(jī)器人

椎弓根釘內(nèi)固定術(shù)作為脊柱手術(shù)中穩(wěn)定性重建的重要手段，是脊柱手術(shù)最常見(jiàn)的操作之一[1]。脊椎周圍遍布重要的神經(jīng)、血管及臟器，內(nèi)固定物置入不當(dāng)可能會(huì)造成嚴(yán)重的手術(shù)并發(fā)癥，如功能受損甚至永久殘疾。目前的椎弓根置釘技術(shù)通過(guò)術(shù)前解剖標(biāo)志定位，結(jié)合術(shù)中影像學(xué)進(jìn)行手術(shù)，成功率可達(dá) 90.3%～94.1%[2-3]。其準(zhǔn)確率與術(shù)者的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)有很大關(guān)系。同時(shí)，椎弓根解剖形態(tài)存在種族差異和遺傳變異或病變、解剖結(jié)構(gòu)發(fā)生改變、進(jìn)釘點(diǎn)不明確或術(shù)者經(jīng)驗(yàn)不足時(shí)，徒手置釘技術(shù)仍有置釘失誤的可能[4]。

因此，為了提高手術(shù)安全性和降低相關(guān)并發(fā)癥發(fā)生率，迫切需要更穩(wěn)定的方法進(jìn)行椎弓根螺釘置入。脊柱手術(shù)機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生，其具有精度高、重復(fù)性好、耐疲勞等優(yōu)點(diǎn)，機(jī)器臂還可及術(shù)者的手腕、手指無(wú)法企及的角度，該技術(shù)在脊柱外科領(lǐng)域越來(lái)越受歡迎[5]。目前有兩類機(jī)器人應(yīng)用在脊柱手術(shù)，分別為“監(jiān)控控制”系統(tǒng)和“主從”系統(tǒng)。其中 Mazor Renaissance 和 Medtech ROSA Spine 作為“監(jiān)控控制”系統(tǒng)的代表[6]，而目前應(yīng)用最廣泛的“主從”系統(tǒng)代表：達(dá)芬奇 ( DaVinci ) 手術(shù)機(jī)器人，已被證實(shí)適用于前路椎間盤切除術(shù)[7]。傳統(tǒng)脊柱外科手術(shù)技術(shù)，如釘棒系統(tǒng)置入、截骨術(shù)或神經(jīng)解壓存在耗時(shí)、易致術(shù)者疲勞等問(wèn)題，而現(xiàn)代脊柱外科手術(shù)技術(shù)更多借助特定解剖結(jié)構(gòu)實(shí)施微創(chuàng)，通常經(jīng)皮或有限通道，簡(jiǎn)化手術(shù)步驟、精確手術(shù)過(guò)程。隨著影像導(dǎo)航技術(shù)的飛速發(fā)展，脊柱手術(shù)機(jī)器人輔助系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用迎來(lái)機(jī)遇，尤其是在脊柱內(nèi)固定的精確定位方面[8]。

本實(shí)驗(yàn)使用由以色列開(kāi)發(fā)的 Mazor Renaissance脊柱手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其構(gòu)造由 2個(gè)端板和 6個(gè)活塞 ( 可在 6個(gè)自由度操縱端板 ) 組成的圓筒形裝置( 圖 1)，以及一個(gè)運(yùn)行接口軟件的工作站 ( 圖 2)，便于術(shù)前計(jì)劃、術(shù)中圖像采集與記錄、運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算及機(jī)器人引導(dǎo)裝置的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制。該機(jī)器人 2014年獲得美國(guó) FDA 批準(zhǔn)，2015年中旬進(jìn)入中國(guó)，目前我國(guó)機(jī)器人技術(shù)輔助脊柱手術(shù)應(yīng)用仍不廣泛，缺乏該技術(shù)應(yīng)用于國(guó)人的安全性及準(zhǔn)確性相關(guān)研究。對(duì)2015年 12月至 2016年 3月期間，于我院骨科行椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)的 40例脊柱疾病患者分別行機(jī)器人輔助椎弓根螺釘置入與徒手置釘，并進(jìn)行比較，報(bào)告如下。

資料與方法

一、納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

圖1 微型機(jī)器人Fig.1 Mazor Renaissance system

圖2 機(jī)器人工作站Fig.2 Robotic work station

1. 納入標(biāo)準(zhǔn)：( 1) 脊柱畸形、退變或病變疾患患者；( 2) 需接受雙側(cè)椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)；( 3) 椎弓根完整無(wú)變異。

2. 排除標(biāo)準(zhǔn)：( 1) 椎弓根存在變異；( 2) 嚴(yán)重骨質(zhì)疏松；( 3) 不需要椎弓根內(nèi)固定，合并嚴(yán)重的其它系統(tǒng)疾病，無(wú)法耐受手術(shù)的患者。

二、一般資料

本研究共納入 40例，其中機(jī)器人輔助手術(shù)組 20例，男 11例，女 9例；年齡 11～85歲，平均 54.1歲；其中 1例脊柱后凸畸形，1例胸椎占位，1例重度僵硬性脊柱側(cè)凸，1例先天性脊柱側(cè)凸( 半椎體切除 )，16例腰椎退行性病變。徒手置入組20例，男 4例，女 16例，年齡 18～75歲，平均54.8歲；2例重度僵硬性脊柱側(cè)凸，1例先天性脊柱側(cè)凸，1例成人特發(fā)性脊柱側(cè)凸，16例腰椎退行性病變。術(shù)前對(duì)所有患者進(jìn)行脊柱 CT 1.0mm 薄層掃描，機(jī)器人輔助組利用 Renaissance 系統(tǒng)進(jìn)行術(shù)前置釘規(guī)劃，術(shù)中再次進(jìn)行透視與平臺(tái)進(jìn)行信息匹配，并記錄機(jī)器人透視次數(shù)及置釘時(shí)間等，術(shù)后采用脊柱 CT 檢查螺釘位置。

三、機(jī)器人輔助手術(shù)步驟

1. 術(shù)前計(jì)劃：將 1mm 層厚的 CT 掃描原始Dicom 格式數(shù)據(jù) ( 圖 3) 載入安裝有 Mazor Renaissance公司機(jī)器人配套軟件的電腦，外科醫(yī)生在電腦上重建脊柱三維模型，在模型上進(jìn)行椎弓根釘置入，機(jī)器人將生成脊柱整體和各節(jié)段椎弓根釘置入的相關(guān)信息 ( 置入螺釘直徑、長(zhǎng)度和角度 )，然后醫(yī)生將術(shù)前計(jì)劃傳輸至工作站，以促進(jìn)該計(jì)劃執(zhí)行。

2. 平臺(tái)固定：為脊柱安裝連接機(jī)器人裝置的固定平臺(tái) ( 圖 4)，該機(jī)器包括四種固定平臺(tái)：( 1) 棘突夾平臺(tái)；( 2) 創(chuàng)傷 T 字平臺(tái)；( 3) 床邊固定平臺(tái)；( 4) 多向性床邊平臺(tái)。

3. 三維同步：利用術(shù)中透視和參考幀獲得兩個(gè)不同位置 ( 正位和斜位均與安裝的平板垂直 ) X 線片與圖像自動(dòng)匹配，此步驟用于確定每個(gè)脊柱節(jié)段在三維空間中相對(duì)于安裝平臺(tái)的位置 ( 圖 5)。

4. 導(dǎo)航操作：首先機(jī)器人工作站根據(jù)導(dǎo)入的術(shù)前計(jì)劃將機(jī)器人精確地分配到預(yù)定軌道位置，隨后指導(dǎo)鉆孔，然后置入合適的椎弓根螺釘、側(cè)塊螺釘或經(jīng)椎板螺釘 ( 圖 6)。

四、結(jié)局評(píng)價(jià)指標(biāo)及方法。

記錄平均置釘時(shí)間、術(shù)中平均透視次數(shù)、手術(shù)時(shí)間及術(shù)中出血量，計(jì)算置釘準(zhǔn)確率。結(jié)局評(píng)價(jià)方法：患者術(shù)后拔除引流管后完成手術(shù)部位椎體 CT 掃描。根據(jù) Rampersaud 分類法[9]將椎弓根螺釘是否穿破內(nèi)壁情況進(jìn)行評(píng)估 ( A：完全在椎弓根內(nèi)；B：穿破內(nèi)壁＜2mm；C：穿破內(nèi)壁 2～4mm；D：穿破內(nèi)壁＞4mm )。其中 A 類和 B 類視為椎弓根螺釘位置準(zhǔn)確。

五、統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

使用 SPSS 16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，計(jì)量資料用±s 表示，兩組之間比較采用獨(dú)立樣本 t 檢驗(yàn)，兩組之間率比較采用 χ2檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

圖3 術(shù)前計(jì)劃圖4術(shù)中平臺(tái)固定圖5機(jī)器人系統(tǒng)自動(dòng)三維匹配圖6機(jī)器人引導(dǎo)下鉆孔及置釘Fig.3 Screws are planned in the software before the operationFig.4 Mounting the platform in the operationFig.5 Auto-registrationFig.6 Robotic-assisted drilling of a channel which was used for the placement of a pedicle screw over a guide wire

本研究納入 40例。其中機(jī)器人組 20例，傳統(tǒng)組 20例，共置入螺釘 394枚。機(jī)器人輔助組中1例重度僵硬性脊柱側(cè)凸患者因自身原因改用徒手置釘，其他 19例手術(shù)過(guò)程順利。所有患者術(shù)后癥狀明顯改善，術(shù)后 ( 3.0±0.9) 天拔除引流管并完善手術(shù)部位椎體 CT 掃描。機(jī)器人輔助組平均透視次數(shù)少于徒手置釘組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 ( P＜0.05)；機(jī)器人輔助組平均每枚螺釘置入時(shí)間與徒手置釘組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 ( P＞0.05) ( 表 1)。

機(jī)器人引導(dǎo)置入的 124枚螺釘 ( 100% ) 均準(zhǔn)確地置入椎弓根內(nèi)，根據(jù) Rampersaud 分類法，124枚均為A 類。傳統(tǒng)手術(shù)組 Rampersaud 分類為 A 類 198枚，B 類 28枚，C 類 16枚，D 類 4枚。其準(zhǔn)確率 ( A 類和B 類 ) 為 91.8%。兩者差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 ( P＜0.05)。

機(jī)器人組平均總手術(shù)時(shí)間與徒手置釘組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 ( P＞0.05)。機(jī)器人組平均手術(shù)出血量小于徒手置釘組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 ( P＜0.05)( 表 1)。典型病例影像學(xué)資料見(jiàn)圖 7。

表1 兩組患者一般資料及手術(shù)情況比較Tab.1 General data & comparison between robot-assisted group and free-hand group

圖7 患者，男，14歲，發(fā)現(xiàn)脊柱后凸 5年，術(shù)前最大后凸角64° a～b：術(shù)前機(jī)器人規(guī)劃椎弓根置釘和多節(jié)段 Ponte 截骨；c：術(shù)前水平面規(guī)劃椎弓根螺釘進(jìn)釘角度、深度及螺釘寬度選擇；d：術(shù)后復(fù)查 CT 示與術(shù)前規(guī)劃一致，椎弓根螺釘位置準(zhǔn)確；e～h：術(shù)后脊柱全長(zhǎng)正側(cè)位 X 線片示畸形矯正Fig.7 A 14-years-old male, kyphosis for 5years, preoperative cobb angle was 64° a - b: Planning for pedicle screw placement,multi-segment vertebral Ponte osteotomy via Robotic-assisted system before the procedure; c: Preoperative horizontal planning to determine the angle and depth of the placement, even the width of screws; d: Outcomes of postoperative CT scan were consistent with preoperative planning; e - h: Spinal deformity was corrected

討 論

一、準(zhǔn)確性和安全性

經(jīng)椎體椎弓根置釘技術(shù)作為脊柱內(nèi)固定的基礎(chǔ)自 1969年被介紹以來(lái)，被廣大的脊柱外科和神經(jīng)外科醫(yī)生所重視，其憑借著能承受多方位負(fù)荷、保持良好的剛性、促進(jìn)脊柱融合等眾多優(yōu)勢(shì)從傳統(tǒng)的內(nèi)固定技術(shù)中脫穎而出，并廣泛應(yīng)用于多種脊柱疾病中，如退行性、創(chuàng)傷性及進(jìn)展性脊柱疾病[3]。椎弓根釘置入的準(zhǔn)確性和安全性很大程度取決于患者的解剖標(biāo)志、導(dǎo)航系統(tǒng)及醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)患者的解剖結(jié)構(gòu)發(fā)生改變、導(dǎo)航不精確或醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)不夠時(shí)，會(huì)導(dǎo)致螺釘位置的偏差，很可能就會(huì)引起相關(guān)血管及神經(jīng)系統(tǒng)損傷，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)癱瘓甚至危及生命。正如很多學(xué)者的研究所述，即使是經(jīng)驗(yàn)豐富的醫(yī)生，利用傳統(tǒng)的徒手置釘技術(shù)發(fā)生置入物錯(cuò)位的幾率仍然很高，報(bào)道為 5.1%～31.0%，雖然最終導(dǎo)致嚴(yán)重臨床后果的比例很低，但是一旦出現(xiàn)相關(guān)并發(fā)癥就有可能十分嚴(yán)重[1-3]。

Devito 等[10]就機(jī)器人輔助椎弓根螺釘置入的準(zhǔn)確性進(jìn)行了一項(xiàng)回顧性、多中心研究，報(bào)道了682例共置入 3912枚螺釘 / 導(dǎo)針，3271枚螺釘 / 導(dǎo)針 ( 83.6% ) 是在機(jī)器人引導(dǎo)下置入，其它螺釘 / 導(dǎo)針由于各種原因 ( 如定位問(wèn)題、超過(guò)機(jī)器人可達(dá)到的限制范圍、設(shè)備故障和機(jī)械性運(yùn)動(dòng) ) 而改為徒手置入，機(jī)器人引導(dǎo)置入的 3271枚螺釘 / 導(dǎo)針術(shù)中透視顯示 3204枚螺釘 / 導(dǎo)針 ( 98.0% ) 達(dá)到臨床可接受范圍。術(shù)后 139例 ( 約 646枚螺釘 / 導(dǎo)針 ) 接受了 CT掃描，發(fā)現(xiàn) 98.3% 的螺釘在安全范圍內(nèi) ( 89.3% 完全位于椎弓根內(nèi)，9.0% 穿破椎弓根壁 2mm 以內(nèi) )，4例出現(xiàn)神經(jīng)功能受損，經(jīng)翻修手術(shù)后均未出現(xiàn)永久性神經(jīng)損傷。

Kantelhardt 等[11]將 112例分為機(jī)器人輔助置入組 ( 55例 ) 和傳統(tǒng)徒手置入組 ( 57例 )，報(bào)道顯示機(jī)器人組螺釘偏差較傳統(tǒng)徒手顯著性降低 ( 機(jī)器人組準(zhǔn)確率 94.5%，傳統(tǒng)徒手置入組準(zhǔn)確率 91.4% )，機(jī)器人手術(shù)術(shù)中不良事件發(fā)生率為 4.7%，而傳統(tǒng)手術(shù)組發(fā)生率為 9.1%。機(jī)器人組術(shù)后均未出現(xiàn)腦脊液漏，但傳統(tǒng)手術(shù)患者發(fā)生率為 6.1%。機(jī)器人手術(shù)組術(shù)后感染發(fā)生率為 2.7%，而傳統(tǒng)組發(fā)生率為10.7%。

Kim 等[12]最新的前瞻性研究隨機(jī)分別選取20例作為機(jī)器人輔助置入組，另外 20例作為對(duì)照組。根據(jù) Rampersaud 分類法分類，機(jī)器人輔助組：A 類 95%，B 類 5%；對(duì)照組：A 類 91%，B 類8%，C 類 1%。兩組數(shù)據(jù)在統(tǒng)計(jì)學(xué)上差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

Hu 等[13]對(duì) 102例采用機(jī)器人輔助螺釘置入的準(zhǔn)確性進(jìn)行評(píng)估，其中 95例成功的應(yīng)用機(jī)器人引導(dǎo)置入螺釘 960枚，準(zhǔn)確置入的螺釘 949枚 ( 占計(jì)劃置入 1085枚螺釘?shù)?87.5%，占成功置入的 98.9% )，11枚 ( 1.1% ) 錯(cuò)位，盡管多數(shù)患者脊柱畸形明顯且 /或曾經(jīng)做過(guò)脊柱手術(shù)。對(duì)于位置不佳的螺釘進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)“工具切出”是主要原因。7例終止機(jī)器人手術(shù)，其中 4例由于影像學(xué)因素所致，提示術(shù)中前后位及斜位透視對(duì)于定位至關(guān)重要。

二、手術(shù)時(shí)間

多種因素導(dǎo)致采用機(jī)器人系統(tǒng)置入螺釘所花時(shí)間存在差異，如醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)、醫(yī)生對(duì)系統(tǒng)的熟悉程度和定位過(guò)程的準(zhǔn)確度。Hu 等[13]利用尸體進(jìn)行了一組對(duì)照性研究，發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)的手術(shù)方式相比，機(jī)器人手術(shù)花費(fèi)時(shí)間更短，且經(jīng)驗(yàn)豐富的醫(yī)生平均每置入 1枚螺釘和建立機(jī)器人系統(tǒng)所花費(fèi)的時(shí)間更短。但 Kantelhardt 等[11]對(duì) 112例進(jìn)行回顧性對(duì)照研究，發(fā)現(xiàn)機(jī)器人組和傳統(tǒng)組之間，每枚螺釘置入的平均時(shí)間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。據(jù)報(bào)道單節(jié)段或多節(jié)段定位也會(huì)影響置入椎弓根螺釘所花時(shí)間。Takahashi 等[14]研究表明，利用機(jī)器人引導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行多節(jié)段定位與單節(jié)段定位可顯著縮短椎弓根釘置入時(shí)間和總的手術(shù)時(shí)間。為了充分評(píng)估這一問(wèn)題，還需要對(duì)機(jī)器人手術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的評(píng)估。

三、放射線暴露

脊柱手術(shù)前需要徹底了解每例獨(dú)立患者的脊柱解剖結(jié)構(gòu)、三維空間中椎體方向及其與潛在神經(jīng)結(jié)構(gòu)的關(guān)系，術(shù)者結(jié)合術(shù)中透視或圖像引導(dǎo)獲得螺釘 /導(dǎo)針置入的最佳位置。大量研究已證明傳統(tǒng)的術(shù)中透視輔助椎弓根螺釘置入對(duì)醫(yī)生和手術(shù)室工作人員的放射線輻射較大。Roser 等[15]證實(shí)，與傳統(tǒng)術(shù)中透視輔助椎弓根釘置入手術(shù)相比，采用機(jī)器人系統(tǒng)引導(dǎo)置入的放射線輻射降低了約一半。但是，由于機(jī)器人輔助系統(tǒng)需要薄層或高分辨率 CT 掃描，當(dāng)比較術(shù)前 CT 掃描與術(shù)中透視輻射劑量時(shí)，患者總輻射量增加、減少還是不變尚未定論。

四、脊柱畸形與翻修手術(shù)

對(duì)于嚴(yán)重脊柱畸形 ( 如脊柱側(cè)凸 ) 患者及因解剖標(biāo)志改變而需進(jìn)行翻修手術(shù)的患者，椎弓根螺釘置入十分具有挑戰(zhàn)性。傳統(tǒng)的徒手椎弓根螺釘置入在脊柱畸形中，導(dǎo)致螺釘錯(cuò)位的發(fā)生率為 4.2%～15.7%。機(jī)器人的設(shè)計(jì)理論上能提高脊柱畸形的置釘準(zhǔn)確率。Devito 等[10]報(bào)道了 80例青少年脊柱側(cè)凸患者利用機(jī)器人輔助置入椎弓根螺釘?shù)闹委熃?jīng)驗(yàn)，其中男 14例，女 66例，平均年齡 14.4歲，所有患者均行開(kāi)放式后路脊柱融合術(shù)，脊柱側(cè)凸角度平均 66.5° ( 46°～95° )，通過(guò)機(jī)器人輔助系統(tǒng)共置入1163枚螺釘，其中 95% 的螺釘完全在椎弓根內(nèi) ( 如果包括其它可行位置，可達(dá) 99% )。目前尚未發(fā)現(xiàn)置入物相關(guān)并發(fā)癥，螺釘不需要翻修。

Hu 等[13]的一項(xiàng)前瞻性研究分析了 100余例脊柱畸形與翻修手術(shù)患者，共采用機(jī)器人輔助系統(tǒng)置入 1085枚螺釘。將這些患者分成 4組：無(wú)脊柱畸形或未接受過(guò)脊柱手術(shù)的患者為第 1組；患有脊柱畸形但未接受過(guò)脊柱手術(shù)的患者為第 2組；接受過(guò)脊柱手術(shù)但未患有脊柱畸形的患者為第 3組；患有脊柱畸形并接受脊柱手術(shù)的患者為第 4組。整體看來(lái)，成功置入 949枚螺釘，11枚螺釘位置不佳，改為手動(dòng)重新定位置入。由于系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題( 如無(wú)法獲得足夠的術(shù)中 X 線及軟件或硬件故障 )，110枚螺釘改為徒手置入，15枚螺釘經(jīng)醫(yī)生慎重考慮后放棄置入。當(dāng)分析螺釘置入錯(cuò)位率時(shí)發(fā)現(xiàn)，4組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 ( 第 1組 3.92%，第 2組0.71%，第 3組 2.94%，第 4組 0.74% )。該研究總螺釘錯(cuò)位率為 1.01%，相比歷史數(shù)據(jù)有所改善。

對(duì)于一些畸形患者由于脊柱重度旋轉(zhuǎn)致使機(jī)器人操作平臺(tái)難以放置等問(wèn)題存在，導(dǎo)致機(jī)器人無(wú)法方便地應(yīng)用于某些特殊脊柱側(cè)凸群體 ( 如重度僵硬性脊柱側(cè)凸、先天性脊柱側(cè)凸 )，相關(guān)應(yīng)用還有待技術(shù)的進(jìn)一步完善。

五、微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)

在微創(chuàng)脊柱手術(shù) ( 如經(jīng)皮螺釘置入 ) 中，機(jī)器人輔助系統(tǒng)已顯示出一定的優(yōu)勢(shì)。Pechlivanis 等[16]報(bào)道了一個(gè) 31例組成的病例系列，所有患者均采用經(jīng)皮椎弓根螺釘置入加后路腰椎椎體間融合，結(jié)果顯示機(jī)器人輔助系統(tǒng)在 29例中融合成功，經(jīng)皮共置入133枚螺釘 ( L2～S1)，所有患者術(shù)后 CT 掃描驗(yàn)證，軸向平面 91.5% 的螺釘及縱向平面 98.4% 的螺釘置入與術(shù)前計(jì)劃相比誤差在 2mm 以內(nèi)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)操作者的依賴程度較低，因?yàn)檫@些螺釘由4位不同醫(yī)生置入，研究中未發(fā)生螺釘失敗相關(guān)并發(fā)癥。在一項(xiàng)尸體研究中，作者對(duì)機(jī)器人輔助系統(tǒng)在經(jīng)皮椎弓根螺釘置入手術(shù)中的效率進(jìn)行了研究，將 234枚椎弓根螺釘置入 12具尸體 ( 試驗(yàn)組：15位醫(yī)生，197枚螺釘，10個(gè)標(biāo)本；對(duì)照組：2位醫(yī)生，37枚螺釘，2個(gè)標(biāo)本 )。結(jié)果顯示：試驗(yàn)組比對(duì)照組置入螺釘更準(zhǔn)確 [ 平均誤差分別為 ( 1.1±0.4) mm和 ( 2.6±0.7) mm；P＜0.0001]，試驗(yàn)組椎弓根螺釘超出椎弓根壁超出 4mm 的較少 ( 平均為 1.5% 和5.4% )，并且該組醫(yī)生能夠更快地完成手術(shù)[17]。

在一項(xiàng)回顧性多中心研究中，Devito 等[10]報(bào)道635例機(jī)器人手術(shù)，其中 49% 采用經(jīng)皮椎弓根螺釘置入，均獲得準(zhǔn)確的置入位置，強(qiáng)調(diào)了機(jī)器人輔助系統(tǒng)在手術(shù)過(guò)程中不需要直接觀察解剖標(biāo)志這一優(yōu)勢(shì)，并且還討論機(jī)器人平臺(tái)使得醫(yī)生能夠在皮膚層面準(zhǔn)確定位，從而可減少皮膚切口。

六、臨床預(yù)后和成本效益

迄今為止，只有一項(xiàng)研究比較了電腦導(dǎo)航機(jī)器人輔助下椎弓根螺釘置入與傳統(tǒng)開(kāi)放手術(shù)的功能預(yù)后情況，報(bào)道稱，采用機(jī)器人手術(shù)的患者需要較少阿片類藥物、住院治療時(shí)間縮短且圍術(shù)期不良反應(yīng)的發(fā)生率降低。這些優(yōu)勢(shì)可能是由于機(jī)器人手術(shù)組比開(kāi)放組患者采用經(jīng)皮微創(chuàng)螺釘置入的比例較高所致[12]。機(jī)器人輔助下可將常規(guī)椎弓根螺釘置入改用經(jīng)皮微創(chuàng)的方式，減少其手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

目前尚無(wú)研究比較機(jī)器人輔助脊柱內(nèi)固定手術(shù)與非機(jī)器人輔助脊柱內(nèi)固定手術(shù)的長(zhǎng)期功能預(yù)后情況。與傳統(tǒng)脊柱手術(shù)技術(shù)相比，如果計(jì)算機(jī)導(dǎo)航脊柱機(jī)器人手術(shù)的臨床預(yù)后更好且成本效益高，那么則需精心設(shè)計(jì)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)去加以證實(shí)。

同所有新技術(shù)一樣，機(jī)器人輔助技術(shù)的應(yīng)用毫無(wú)疑問(wèn)會(huì)增加成本。但是一旦這些技術(shù)通過(guò)驗(yàn)證，相關(guān)領(lǐng)域?qū)?huì)制定新的醫(yī)藥經(jīng)濟(jì)制度，其成本將趨于穩(wěn)定。考慮到椎弓根螺釘置入錯(cuò)位翻修手術(shù)的成本過(guò)高，對(duì)于富有挑戰(zhàn)性的脊柱手術(shù)病例 ( 如畸形患者 )，利用機(jī)器人或者導(dǎo)航符合成本效益。

綜上所述，Renaissance 機(jī)器人輔助手術(shù)系統(tǒng)可于術(shù)前進(jìn)行準(zhǔn)確的置釘角度、深度、方向等規(guī)劃，提高置釘準(zhǔn)確率，減少術(shù)中透視次數(shù)，降低輻射量，進(jìn)而提高手術(shù)安全性，但仍未確定術(shù)前 CT 薄層掃描是否增加其輻射量；與徒手置釘方式相比，手術(shù)消耗時(shí)間減少或無(wú)顯著差異，仍需要進(jìn)一步評(píng)估。其在脊柱微創(chuàng)、翻修、脊柱畸形手術(shù)中應(yīng)用前景良好。

[1] Lee GW, Son JH, Ahn MW, et al. The comparison of pedicle screw and cortical screw in posterior lumbar interbody fusion:a prospective randomized noninferiority trial[J]. Spine J, 2015,15(7):1519-1526.

[2] Silbermann J, Riese F, Allam Y, et al. Computer tomography assessment of pedicle screw placement in lumbar and sacral spine: comparison between free-hand and O-arm based navigation techniques[J]. Eur Spine J, 2011, 20(6):875-881.

[3] Kosmopoulos V, Schizas C. Pedicle screw placement accuracy:a meta-analysis[J]. Spine, 2007, 32(3):E111.

[4] Makino T, Kaito T, Fujiwara H, et al. Morphometric analysis using multiplanar reconstructed CT of the lumbar pedicle in patients with degenerative lumbar scoliosis characterized by a Cobb angle of 30° or greater[J]. J Neurosurg Spine, 2012,17(3):256-262.

[5] Lee J, Kim K, Wan KC, et al. Development of a Bilateral Teleoperation System for Human Guided Spine Bone Fusion Surgery: BiTESS II[M]// World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering 2006. Springer Berlin Heidelberg.2007: 3069-3077.

[6] Bawarjan S, Chetan KP. Robotic Spine Surgery. Current Concepts Section Feature, 2016. (JAN-FEB2016). Spineline,2016: 12-14[EB/PL]. [2017-03-22]http://www.spinelinedigital.org/spineline/january_february_2016/?pg=14&pm=1&u 1=friend.

[7] Beutler WJ, Jr PW, Dimarco LA. The da Vinci robotic surgical assisted anterior lumbar interbody fusion: technical development and case report[J]. Spine, 2013, 38(4):356-363.

[8] Chung GB, Lee SG, Kim S, et al. A robot-assisted surgery system for spinal fusion[C]// Ieee/rsj International Conference on Intelligent Robots and Systems. IEEE, 2005:3015-3021.

[9] Rampersaud YR, Pik JH, Salonen D, et al. Clinical accuracy of fluoroscopic computer-assisted pedicle screw fixation: a CT analysis[J]. Spine, 2005, 30(7):183-190.

[10] Devito DP, Kaplan L, Dietl R, et al. Clinical acceptance and accuracy assessment of spinal implants guided with SpineAssist surgical robot: retrospective study[J]. Spine, 2010, 35(24):2109.

[11] Kantelhardt SR, Martinez R, Baerwinkel S, et al. Perioperative course and accuracy of screw positioning in conventional, open robotic-guided and percutaneous robotic-guided, pedicle screw placement[J]. Eur Spine J, 2011, 20(6):860-868.

[12] Kim HJ, Lee SH, Chang BS, et al. Monitoring the quality of robot-assisted pedicle screw fixation in the lumbar spine by using a cumulative summation test[J]. Spine, 2015, 40(2):87-94.

[13] Hu X, Ohnmeiss DD, Lieberman IH. Robotic-assisted pedicle screw placement: lessons learned from the first 102patients[J].Eur Spine J, 2013, 22(3):661-666.

[14] Takahashi J, Hirabayashi H, Hashidate H, et al. Accuracy of multilevel registration in image-guided pedicle screw insertion for adolescent idiopathic scoliosis[J]. Spine, 2010, 35(3):347-352.

[15] Roser F, Tatagiba M, Maier G. Spinal robotics: current applications and future perspectives[J]. Neurosurgery, 2013,72(1):A12-18.

[16] Pechlivanis I, Kiriyanthan G, Engelhardt M, et al. Percutaneous placement of pedicle screws in the lumbar spine using a bone mounted miniature robotic system[J]. Spine, 2009, 34(4):392-398.

[17] Lieberman IH, Hardenbrook MA, Wang JC, et al. Assessment of pedicle screw placement accuracy, procedure time, and radiation exposure using a miniature robotic guidance system[J]. J Spinal Disord Tech, 2012, 25(5):241-248.

作者須知

關(guān)于作者姓名、單位在論文中的腳注方法

1. 個(gè)人作者署名：在論文首頁(yè)下方進(jìn)行腳注。“作者單位：”后面列出郵政編碼、城市和作者單位 ( 具體到科室 )。個(gè)人作者超過(guò)一位時(shí)，可請(qǐng)作者自行指定一位通訊作者 ( corresponding author )，亦即對(duì)選題、科研設(shè)計(jì)起主要作用者，參與論文撰寫并能解答編輯部、讀者疑問(wèn)，對(duì)論文負(fù)全部責(zé)任者；在按原格式列出各位作者單位后，另起一行在“通訊作者：”字樣后列出通訊作者姓名、郵政編碼、單位名稱、Email 地址。

A comparative study of robot assisted insertion and traditional free-hand pedicle screw technique

CHEN Long,HAI Yong, GUAN Li, LIU Yu-zeng, SU Qing-jun, YANG Jin-cai, KANG Nan, MENG Xiang-long, CHEN Xiao-long.
Department of Orthopedics, Bejing Chaoyang Hospital, Capital Medical University, Beijing, 100020, China

ObjectiveTo evaluate the clinical application of Renaissance robotic-assisted system for spinal pedicle screw insertion, to compare the placement accuracy & safety of robotic-assisted insertion with traditional freehand technique.MethodsThis was a perspective controlled trial. Twenty consecutive patients ( 11males, 9females )with spinal disorders, who underwent pedicle screws insertion between December 2015and March 2016, were enrolled in the robotic-assisted group. The mean age was 54.1years ( range: 11- 85years ). Twenty consecutive patients( 6males, 14females ) were enrolled in the traditional free-hand group. The mean age was 54.8years ( range: 18-75years ). Whole spinal 1.0mm CT scan was used for all patients. Renaissance robotic-assisted system was used in the robotic-assisted group for preoperative planning. Intraoperative fluoroscopy was applied to match the information with the robotic-assisted system during the procedure. Times of intraoperative fluoroscopy and time of each pedicle screw placement were recorded. Postoperative whole spinal CT scan was applied to check the position of pedicle screws. Data were statistically compared.ResultsA total of 394pedicle screws were successfully implanted. Actually 124pedicle screws were implanted with robotic-assist ( robotic-assist was aborted and 24screws were manually placed ).Average times for intraoperative fluoroscopy per procedure were ( 7.0± 2.5) in the robotic-assisted group ( platform mounting and registration ), and average ( 12.6± 4.5) times for intraoperative fluoroscopy per procedure in hand-free group ( P < 0.05). Average ( 18.9± 7.2) min for mounting the platform and registration. Average ( 3.7± 1.5) min to insert each screw in the robotic-assisted group, and average ( 4.3± 0.8) min to insert each screw in the handfree group ( P > 0.05). Intraoperative fluoroscopy and postoperative CT scan showed all screws were placed into the pedicle accurately with robotic-assist. According to Dr. Rampersaud classification, 124screws were graded as A in the robotic-assisted group. Total 198screws were graded as A, 28were graded as B, 16were graded as C, 4were graded as D in traditional hand-free group. The accuracy rate was 91.8% ( including grade A and B ) with statistical significance( P = 0.032). Average operation time of the robotic-assisted group was ( 268.3± 74.0) min, while free-hand group( 267.5± 65.3) min with no statistical significance ( P = 0.980). Average blood loss of robotic-assisted group was( 285.0± 240.2) ml, while ( 640.0± 389.3) ml in the free-hand group with statistical significance ( P = 0.031).ConclusionsRobotic-assisted system improves the accuracy of implant and the safety of spinal surgery. The times and radiation dosage of intraoperative fluoroscopy are reduced. It is of a great prospect to be applied not only in spinal percutaneous surgery, but also revision and deformity.

Spinal diseases; Pedicle screws; Surgery, computer-assisted; Robotics

HAI Yong, Email: spinesurgeon@163.com

因畢業(yè)、工作調(diào)動(dòng)或進(jìn)修結(jié)束等情況單位變動(dòng)時(shí)，論文署名單位應(yīng)為原單位，介紹信也應(yīng)由原單位加蓋公章批準(zhǔn)?？鰰r(shí)可另行注明第一作者現(xiàn)在工作單位及相應(yīng)的科室、郵編。

2. 集體署名作者：凡集體署名的論文，于文末寫出“ ( ××× ××× ×××整理 ) ”的同時(shí)，一律在論文首頁(yè)下方腳注通訊作者有關(guān)信息。通訊作者由投稿者自行決定。( 1) 署名單位只有一個(gè)時(shí)，腳注中只列出通訊作者的姓名、郵政編碼、Email 地址。署名單位超過(guò)一個(gè)時(shí)，腳注中還應(yīng)加列通訊作者的工作單位。( 2) 協(xié)作組署名時(shí)，需在文末參考文獻(xiàn)前列出整理者姓名 ( 方法同前 ) 及協(xié)作組成員。在“協(xié)作組成員：”字后列出協(xié)作組各單位名稱，單位名稱后括號(hào)內(nèi)列出參加者姓名。同時(shí)腳注：“通訊作者：姓名，單位，郵政編碼、Email 地址”。

10.3969/j.issn.2095-252X.2017.10.003

R681.5, Q66

100020 北京，首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京朝陽(yáng)醫(yī)院骨科

海涌，Email: spinesurgeon@163.com

2017-03-22)

( 本文編輯：王萌 )

為支持多中心協(xié)作研究項(xiàng)目，可以在論文首頁(yè)下方腳注“各協(xié)作單位第一作者均為本文的第一作者”。