楊偉康,黃承夸,黃遠(yuǎn)劍,譚爽

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

傳統(tǒng)骨科手術(shù)主要依賴醫(yī)生經(jīng)驗和術(shù)中掃描影像,存在手術(shù)精度低、風(fēng)險高、創(chuàng)傷大、恢復(fù)慢等問題。隨著精準(zhǔn)治療的發(fā)展,許多手術(shù)告別開放模式,迎來創(chuàng)傷更小的微創(chuàng)手術(shù)[1]。然而,由于脊柱的骨骼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,毗鄰重要血管和神經(jīng),對定位和操作的精度要求極高,以傳統(tǒng)的透視方法和人工操作難以實現(xiàn)骨科的微創(chuàng)手術(shù)[2]。雖然現(xiàn)在關(guān)于腰椎疾病治療的非融合技術(shù)有多種,但是超過半數(shù)的脊柱外科醫(yī)生更偏向于在減壓融合的同時加用椎弓根螺釘進(jìn)行內(nèi)固定。作為腰椎手術(shù)實施的關(guān)鍵步驟之一,椎弓根螺釘?shù)膬?nèi)固定技術(shù)不容小覷。置入椎弓根螺釘?shù)臏?zhǔn)確性和安全性往往取決于患者的進(jìn)針點解剖標(biāo)志、計算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)以及主刀醫(yī)師的技術(shù)經(jīng)驗等。椎弓根的結(jié)構(gòu)、形態(tài)復(fù)雜,變異率比較高[3],當(dāng)進(jìn)針點的解剖結(jié)構(gòu)不太明確或主刀醫(yī)師經(jīng)驗不足時,即便是高年資的脊柱外科醫(yī)生,也可能會有大于10%的椎弓根螺釘?shù)恼{(diào)整率[4],調(diào)整之后椎弓根螺釘?shù)陌殉至陆?致使其生物力學(xué)的穩(wěn)定性降低。而骨科機(jī)器人借助其高精度的影像導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行最優(yōu)化手術(shù)路徑規(guī)劃并通過高自由度機(jī)械臂操作進(jìn)行路徑實現(xiàn),從而實現(xiàn)骨科手術(shù)的微創(chuàng)化,具有提高手術(shù)成功率、減小創(chuàng)傷、降低輻射等優(yōu)點[5-6]?，F(xiàn)就骨科機(jī)器人輔助手術(shù)在腰椎退行性疾病中的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 骨科機(jī)器人國內(nèi)外的發(fā)展進(jìn)程

1.1 國內(nèi)骨科機(jī)器人的發(fā)展進(jìn)程我國政府非?？粗毓强剖中g(shù)機(jī)器人的發(fā)展。在國家“十二五”期間,我國科技部門批準(zhǔn)了多項手術(shù)機(jī)器人的創(chuàng)新項目立項[7]。作為推進(jìn)精準(zhǔn)及微創(chuàng)骨科手術(shù)進(jìn)展的核心現(xiàn)代化設(shè)備,骨科手術(shù)機(jī)器人應(yīng)時而生。而天璣骨科機(jī)器人是具有完全知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)骨科器械設(shè)備,是目前國際上唯一適用于創(chuàng)傷、脊柱、關(guān)節(jié)外科手術(shù)的骨科機(jī)器人,國內(nèi)已有100多家醫(yī)院使用,國外使用報道較少。國內(nèi)實踐普遍認(rèn)為,天璣骨科機(jī)器人具有安全、穩(wěn)定、快速、微創(chuàng)、準(zhǔn)確率高等特點,廣泛應(yīng)用于骨科領(lǐng)域手術(shù),并反饋了良好效果[8-9]。但目前未見天璣骨科機(jī)器人在不同部位脊柱微創(chuàng)手術(shù)的文獻(xiàn)報道。

1.2 國外骨科機(jī)器人的發(fā)展進(jìn)程在國外文獻(xiàn)報道中[10],主要的機(jī)器人產(chǎn)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(shù)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(shù)機(jī)器人包括SpineAssist/Renaissance、Rosa、SPINEBOT、BITEBOT II和Tianji機(jī)器人系統(tǒng)[11]。然而目前尚無天璣機(jī)器人在腰椎退行性變疾病的微創(chuàng)手術(shù)的相關(guān)性研究,還需要進(jìn)一步進(jìn)行探索。

2 骨科機(jī)器人的組成

骨科機(jī)器人通常由主控臺、機(jī)械臂和光學(xué)定位相機(jī)組成,通過“機(jī)械臂+導(dǎo)航”模式實現(xiàn)光學(xué)導(dǎo)航下的機(jī)械臂實時定位和操作。具體流程如下:(1)術(shù)前/術(shù)中獲取患者損傷部位的影像并上傳到主控臺完成識別,醫(yī)生通過主控臺規(guī)劃手術(shù)路徑設(shè)計;(2)醫(yī)生將機(jī)械臂拖動至術(shù)區(qū)后,機(jī)械臂按照規(guī)劃好的手術(shù)路徑進(jìn)行精準(zhǔn)定位,并完成切割和/或植入;(3)光學(xué)跟蹤系統(tǒng)負(fù)責(zé)術(shù)中實時定位監(jiān)測,對定位誤差進(jìn)行實時動態(tài)調(diào)整,引導(dǎo)機(jī)械臂自動調(diào)整[12]。

3 天璣骨科機(jī)器人的工作原理及優(yōu)勢

在天璣骨科機(jī)器人問世之前,國外很多醫(yī)療器械公司已經(jīng)推出不同類型的骨折機(jī)器人,但大多數(shù)局限于四肢及骨盆創(chuàng)傷骨折手術(shù)的治療,并不能滿足脊柱外科的手術(shù)需求。天璣骨科機(jī)器人能夠滿足脊柱外科手術(shù)需要,提供精準(zhǔn)定位、精準(zhǔn)操作[13]。TIAN等[14]研究顯示,在Tianji機(jī)器人系統(tǒng)輔助下,3-D C-arm采集圖像,經(jīng)計算機(jī)系統(tǒng)在顯示器上合成虛擬圖像,設(shè)定椎弓根螺釘植入?yún)?shù)及置入路徑,確認(rèn)無誤后運動機(jī)械臂至規(guī)劃路徑并進(jìn)行微調(diào),至機(jī)器人操控界面提示置入精度小于1 mm。具體操作過程為術(shù)前在患者手術(shù)部位附近安裝患者示蹤器、機(jī)械臂示蹤器,在光學(xué)跟蹤系統(tǒng)能夠識別的前提下,通過三維C臂掃描手術(shù)部位,重建手術(shù)階段三維圖像。將重建好的手術(shù)部位三維圖像傳到機(jī)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(guī)劃椎弓根螺釘?shù)慕嵌?、方向及椎弓根螺釘?shù)闹睆?、長度等。規(guī)劃好置釘計劃之后,逐一執(zhí)行椎弓根置釘。主控臺依照術(shù)前規(guī)劃方案,指導(dǎo)機(jī)械臂移動至方向、角度合適的位置,手術(shù)醫(yī)生按照機(jī)械臂指示方向植入導(dǎo)針及椎弓根螺釘[15-16]。術(shù)后可以通過再次三維C型臂掃描證實椎弓根螺釘位置準(zhǔn)確。其優(yōu)勢在于穩(wěn)定、精準(zhǔn)、安全,對解剖組織損傷小、出血少,術(shù)后恢復(fù)快[17]。雖然使用機(jī)器人輔助的手術(shù)費用較高,將來操縱骨科脊柱機(jī)器人輔助經(jīng)皮復(fù)位內(nèi)固定術(shù)醫(yī)治胸腰椎骨折仍然有望作為一種慣例,并且骨科脊柱機(jī)器人將會普遍使用在其他脊柱的手術(shù)之中[18]。

4 天璣骨科機(jī)器人在腰椎微創(chuàng)手術(shù)的效果

骨科機(jī)器人在腰椎微創(chuàng)手術(shù)中的效果應(yīng)該從操作性、準(zhǔn)確性、安全性和并發(fā)癥及術(shù)后恢復(fù)這幾個方面來分析?，F(xiàn)代化骨科機(jī)器人基本上具備機(jī)器人雙目視覺功能的6個自由度,可以解決大部分手術(shù)操作者在手術(shù)時易疲勞、視覺偏差、手抖等問題,協(xié)助術(shù)者平穩(wěn)、持續(xù)長時間地夾持手術(shù)器械,通過精心策劃的手術(shù)步驟進(jìn)行手術(shù)操作[19]。在手術(shù)過程中手術(shù)醫(yī)生可以利用醫(yī)生控制臺發(fā)出指令,通過機(jī)械臂基座的分析把相關(guān)運動信息傳達(dá)給手術(shù)機(jī)械臂,通過6個自由度的手術(shù)機(jī)械臂執(zhí)行相關(guān)手術(shù)操作,而醫(yī)生可通過視覺監(jiān)察系統(tǒng)觀察整個操作過程[20]。在準(zhǔn)確性方面,有研究結(jié)果顯示[20],在經(jīng)皮機(jī)器人輔助微創(chuàng)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(nèi)定位,相比之下,使用傳統(tǒng)開放技術(shù)徒手透視輔助椎弓根螺釘植入的定位準(zhǔn)確率為91.6%,這證實了機(jī)器人輔助椎弓根螺釘放置技術(shù)的準(zhǔn)確性超過了人類徒手技術(shù)。傳統(tǒng)的徒手椎弓根螺釘?shù)闹萌虢M準(zhǔn)確率為91.4%,而在骨科機(jī)器人輔助手術(shù)置入椎弓根螺釘組的準(zhǔn)確率為94.5%[21],在機(jī)器人引導(dǎo)下進(jìn)行手術(shù)操作具備更加高標(biāo)準(zhǔn)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(jī)器人輔助下 MIS-TLIF 對于腰椎的翻修手術(shù)可減少創(chuàng)傷,提高定位的準(zhǔn)確性,使椎弓根螺釘更順利地進(jìn)入椎體皮質(zhì),穩(wěn)定性更好。在機(jī)器人輔助下的脊柱外科手術(shù),可大范圍減少輻射劑量及輻射時間,更好地保障手術(shù)操作者和手術(shù)室其他人員的核安全[24],有助于消除醫(yī)務(wù)工作者對微創(chuàng)脊柱手術(shù)的顧忌。天璣骨科機(jī)器人具有更加耐疲勞、精準(zhǔn)度更高和重復(fù)性更強(qiáng)等優(yōu)勢,可以在手術(shù)操作過程中提供更加充分的支持,有效減少由于醫(yī)生疲憊、生理震顫等要素導(dǎo)致的椎弓根螺釘置入的不準(zhǔn)確性,進(jìn)一步增加手術(shù)實施過程的安全性及準(zhǔn)確性[25]。在并發(fā)癥方面,張波等人[26]回顧性分析發(fā)現(xiàn)使用機(jī)器人輔助手術(shù)治療后并發(fā)癥發(fā)生率為4.00%,不使用機(jī)器人輔助手術(shù)治療后并發(fā)癥發(fā)生率為22.00%,提示使用機(jī)器人輔助手術(shù)治療后減少了術(shù)后胃腸道并發(fā)癥的發(fā)生,為患者帶來了即時和長期的潛在臨床效益。在術(shù)后恢復(fù)方面,程芳令等[27]研究發(fā)現(xiàn)使用骨科機(jī)器人輔助手術(shù)術(shù)后患者恢復(fù)更快,且可以更早地進(jìn)行功能鍛煉。而YU等[28]的研究也顯示,在機(jī)器人輔助椎體后凸形成下,術(shù)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(shù)更明顯。目前有關(guān)天璣機(jī)器人輔助腰椎微創(chuàng)手術(shù)的應(yīng)用效果的研究較少,所以這些研究結(jié)果也從側(cè)面為天璣骨科機(jī)器人在腰椎微創(chuàng)手術(shù)的療效提供了線索和一定程度上的證據(jù),有利于天璣機(jī)器人的進(jìn)一步探索。

5 小結(jié)

天璣骨科機(jī)器人在腰椎退行性疾病微創(chuàng)手術(shù)方面均具有較好的有效性和安全性,值得臨床推廣和進(jìn)一步研究。