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(yàn)和術(shù)中掃描影像,存在手術(shù)精度低、風(fēng)險(xiǎn)高、創(chuàng)傷大、恢復(fù)慢等問(wèn)題。隨著精準(zhǔn)治療的發(fā)展,許多手術(shù)告別開(kāi)放模式,迎來(lái)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(duì)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(shí)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(guò)半數(shù)的脊柱外科醫(yī)生更偏向于在減壓融合的同時(shí)加用椎弓根螺釘進(jìn)行內(nèi)固定。作為腰椎手術(shù)實(shí)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(diǎn)解剖標(biāo)志、計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)以及主刀醫(yī)師的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)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(diǎn)的解剖結(jié)構(gòu)不太明確或主刀醫(yī)師經(jīng)驗(yàn)不足時(shí),即便是高年資的脊柱外科醫(yī)生,也可能會(huì)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?huì)下降,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(guò)高自由度機(jī)械臂操作進(jìn)行路徑實(shí)現(xiàn),從而實(shí)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(diǎn)[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(guó)內(nèi)外的發(fā)展進(jìn)程

1.1 國(guó)內(nèi)骨科機(jī)器人的發(fā)展進(jìn)程我國(guó)政府非?？粗毓强剖中g(shù)機(jī)器人的發(fā)展。在國(guó)家“十二五”期間,我國(guó)科技部門(mén)批準(zhǔn)了多項(xiàng)手術(shù)機(jī)器人的創(chuàng)新項(xiàng)目立項(xiàng)[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(shí)而生。而天璣骨科機(jī)器人是具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)骨科器械設(shè)備,是目前國(guó)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(guó)內(nèi)已有100多家醫(yī)院使用,國(guó)外使用報(bào)道較少。國(guó)內(nèi)實(shí)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(diǎn),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(jiàn)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(bào)道。

1.2 國(guó)外骨科機(jī)器人的發(fā)展進(jìn)程在國(guó)外文獻(xiàn)報(bào)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(guó)Ortomaquet公司)、Renaissance(以色列Mazor公司)、ROSA spine(法國(guó)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(guó)Think Surgical公司)、RIO(美國(guó)Mako Surgical公司)、Acrobot Sculptor(英國(guó)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(wú)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(tái)、機(jī)械臂和光學(xué)定位相機(jī)組成,通過(guò)“機(jī)械臂+導(dǎo)航”模式實(shí)現(xiàn)光學(xué)導(dǎo)航下的機(jī)械臂實(shí)時(shí)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(tái)完成識(shí)別,醫(yī)生通過(guò)主控臺(tái)規(guī)劃手術(shù)路徑設(shè)計(jì);(2)醫(yī)生將機(jī)械臂拖動(dòng)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(shí)時(shí)定位監(jiān)測(cè),對(duì)定位誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整,引導(dǎo)機(jī)械臂自動(dòng)調(diào)整[12]。

3 天璣骨科機(jī)器人的工作原理及優(yōu)勢(shì)

在天璣骨科機(jī)器人問(wèn)世之前,國(guó)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(jì)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(wú)誤后運(yùn)動(dòng)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(guò)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(shí)別的前提下,通過(guò)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(tái),在主控臺(tái)上打開(kāi)重建好的三維圖像,并在主控臺(tái)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(zhǎng)度等。規(guī)劃好置釘計(jì)劃之后,逐一執(zhí)行椎弓根置釘。主控臺(tái)依照術(shù)前規(guī)劃方案,指導(dǎo)機(jī)械臂移動(dòng)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(guò)再次三維C型臂掃描證實(shí)椎弓根螺釘位置準(zhǔn)確。其優(yōu)勢(shì)在于穩(wěn)定、精準(zhǔn)、安全,對(duì)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(fèi)用較高,將來(lái)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(huì)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(gè)方面來(lái)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(jué)功能的6個(gè)自由度,可以解決大部分手術(shù)操作者在手術(shù)時(shí)易疲勞、視覺(jué)偏差、手抖等問(wèn)題,協(xié)助術(shù)者平穩(wěn)、持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間地夾持手術(shù)器械,通過(guò)精心策劃的手術(shù)步驟進(jìn)行手術(shù)操作[19]。在手術(shù)過(guò)程中手術(shù)醫(yī)生可以利用醫(yī)生控制臺(tái)發(fā)出指令,通過(guò)機(jī)械臂基座的分析把相關(guān)運(yùn)動(dòng)信息傳達(dá)給手術(shù)機(jī)械臂,通過(guò)6個(gè)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(guò)視覺(jué)監(jiān)察系統(tǒng)觀察整個(gè)操作過(guò)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(kāi)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(shí)了機(jī)器人輔助椎弓根螺釘放置技術(shù)的準(zhǔn)確性超過(guò)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(duì)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(shí)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(duì)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(shì),可以在手術(shù)操作過(guò)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(shí)施過(guò)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(lái)了即時(shí)和長(zhǎng)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(jué)模擬評(píng)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。