楊凱鈞，孫崇毅

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院骨科，哈爾濱 150001)

隨著科技及工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，脊柱外科經(jīng)歷了多次技術(shù)革新，在手術(shù)技術(shù)、內(nèi)置物、生物制劑、計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航系統(tǒng)和機(jī)器人系統(tǒng)等方面都取得了較大發(fā)展，其中機(jī)器人系統(tǒng)以出色的精準(zhǔn)性、穩(wěn)定性、實(shí)用性得到廣大學(xué)者的青睞。在目前上市應(yīng)用的眾多機(jī)器人系統(tǒng)中，達(dá)芬奇機(jī)器人系統(tǒng)的運(yùn)用較為廣泛。1997年比利時成功進(jìn)行了第一臺機(jī)器人手術(shù)，獲得美國食品藥品管理局批準(zhǔn)[1]。此后，機(jī)器人輔助手術(shù)技術(shù)廣泛應(yīng)用于泌尿外科、心胸外科、普通外和其他外科手術(shù)中，術(shù)后效果較好[2]。近年來，達(dá)芬奇機(jī)器人輔助置釘技術(shù)已成為脊柱外科的顛覆性技術(shù)之一。脊柱外科的手術(shù)操作精細(xì)，需要對神經(jīng)周圍組織或神經(jīng)進(jìn)行細(xì)微操作，穩(wěn)定的操作和合適的手術(shù)器械可以將術(shù)中副損傷降到最低。此外，長時間脊柱手術(shù)和反復(fù)操作對脊柱外科醫(yī)師注意力和體力的需求較高。鑒于此，機(jī)器人輔助置釘技術(shù)已成為理想的脊柱外科手術(shù)方式。機(jī)器人輔助置釘技術(shù)主要由以色列Mazor Surgical Technologies公司研制并應(yīng)用于脊柱外科置釘內(nèi)固定[3-4]。隨后機(jī)器人輔助置釘技術(shù)不斷改良，目前已被廣泛應(yīng)用于頸椎、胸椎、腰椎以及脊柱側(cè)凸的置釘手術(shù)中?，F(xiàn)對機(jī)器人輔助置釘在脊柱外科內(nèi)固定中的應(yīng)用予以綜述。

1 機(jī)器人輔助置釘在脊柱外科內(nèi)固定中的應(yīng)用

1.1頸椎置釘 頸后路全椎板減壓內(nèi)固定術(shù)是治療多階段頸椎病的重要術(shù)式之一，常見的后路內(nèi)固定有側(cè)塊螺釘和椎弓根螺釘。在解剖結(jié)構(gòu)上，由于頸椎側(cè)塊距椎管內(nèi)脊髓和椎管外椎動脈孔有一定的距離，所以在植入頸椎側(cè)塊螺釘時還可以有效防止神經(jīng)血管損傷。但是頸椎椎弓根螺釘?shù)纳锪W(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)于頸椎側(cè)塊螺釘，可以減少螺釘松動。相關(guān)研究表明，頸椎椎弓根螺釘內(nèi)固定系統(tǒng)的生物力學(xué)穩(wěn)定性和即刻穩(wěn)定性高于其他前后路內(nèi)固定系統(tǒng)，有助于患者術(shù)后早期功能鍛煉[5]。但頸椎椎弓根距離椎動脈孔和椎管較近，在植入椎弓根螺釘?shù)倪^程中可能由于操作不慎，如進(jìn)釘方向和螺釘直徑選擇不當(dāng)容易使頸椎椎弓根破裂造成嚴(yán)重的神經(jīng)血管損傷，導(dǎo)致嚴(yán)重并發(fā)癥，給患者帶來巨大的痛苦[6-7]。Wang等[8]研究發(fā)現(xiàn)，徒手置釘損傷脊髓、神經(jīng)根、椎動脈的概率為11.5%～33.8%，由于機(jī)器人輔助技術(shù)應(yīng)用于脊柱外科時間較短、頸椎解剖結(jié)構(gòu)較為特殊，故應(yīng)用于頸椎置釘?shù)牟±^少。Kostrzewski等[9]對6具尸體進(jìn)行了研究，共在上頸椎置入了14 枚螺釘，最終發(fā)現(xiàn)12 枚置釘點(diǎn)的偏差為(1.94±0.89)mm，其余2 枚螺釘誤差較為明顯，說明頸椎節(jié)段機(jī)器人輔助置釘?shù)膶?shí)用性和適用性較好。Tian[10]應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行了臨床首例頸后路置釘，認(rèn)為機(jī)器人技術(shù)可以用于伴有畸形的復(fù)雜頸椎后路手術(shù)，并證實(shí)了其在脊柱外科的應(yīng)用潛力。在頸椎區(qū)域，機(jī)器人輔助置釘可降低神經(jīng)及血管損傷，并使置入椎體的生物力學(xué)穩(wěn)定性更佳，保證了術(shù)后效果，也縮短了患者的康復(fù)時間，在一定程度上減少了頸椎術(shù)后相關(guān)并發(fā)癥，提高了患者的生活質(zhì)量。

1.2胸椎置釘 近年來，胸椎節(jié)段病變的發(fā)病率逐漸升高，胸椎畸形、骨折、感染、腫瘤、胸椎后縱韌帶骨化、黃韌帶骨化、胸椎間盤突出等疾病嚴(yán)重威脅著人類的健康，隨著椎弓根螺釘技術(shù)的不斷發(fā)展及成熟應(yīng)用，成為治療胸椎節(jié)段病變必不可少的內(nèi)固定器械。胸椎的椎弓根在T4～6水平的距離小于腰椎，且胸椎的椎弓根內(nèi)側(cè)壁和脊髓之間的“安全區(qū)域”也相對較小，周圍所毗鄰的解剖結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，椎體正前方為心臟、較大血管等重要臟器在內(nèi)的縱隔，左右被肋骨及肺臟包裹，椎體正后方為椎管內(nèi)走行脊髓與神經(jīng)根，故手術(shù)中置釘?shù)臏?zhǔn)確性對于胸椎節(jié)段極為重要[11-12]。李浩等[13]對22 例胸腰椎骨折的患者進(jìn)行相關(guān)研究，將患者分為應(yīng)用傳統(tǒng)徒手置釘組和機(jī)器人輔助置釘組并進(jìn)行分析比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)機(jī)器人輔助置釘組的置釘準(zhǔn)確率明顯高于傳統(tǒng)徒手置釘組[96.43%(54/56)比87.93%(51/58)]，且機(jī)器人輔助置釘組中透視次數(shù)明顯減少。翟驍?shù)萚14]應(yīng)用機(jī)器人輔助置釘技術(shù)對伴有脊柱側(cè)凸的患者進(jìn)行胸椎階段置釘，證實(shí)了機(jī)器人輔助置釘技術(shù)可以提升胸椎節(jié)段置釘?shù)臏?zhǔn)確率。

1.3腰椎置釘 腰椎椎弓根螺釘是脊柱手術(shù)中最常見的內(nèi)固定物，由于腰椎椎弓根大于頸椎及胸椎的椎弓根，更適合植入椎弓根螺釘?；诩怪娜碚摚底倒葆斂梢酝瑫r固定腰椎的三柱結(jié)構(gòu)，增加腰椎的穩(wěn)定性，對于腰椎的承重功能十分關(guān)鍵。由于腰椎椎弓根比較粗大，可供選擇的置釘通道范圍相對廣泛，置釘失誤率小于頸椎及腰椎，即使置釘失誤導(dǎo)致椎弓根破裂，出現(xiàn)神經(jīng)損傷相關(guān)并發(fā)癥的概率也相對較低，而且腰椎徒手置釘技術(shù)在腰椎置釘方面比較成熟，但為了將誤置概率降到最低，脊柱外科醫(yī)師一直在探索如何提高置釘?shù)臏?zhǔn)確性，故機(jī)器人輔助置釘技術(shù)逐漸被重視。Sukovich等[4]報(bào)道了Mazor脊柱機(jī)器人技術(shù)，并對14 例患者進(jìn)行回顧性分析發(fā)現(xiàn)，約96%的螺釘位于預(yù)先設(shè)計(jì)軌跡的1～2 mm內(nèi)，并且未出現(xiàn)準(zhǔn)弓根破裂，但是研究缺少椎弓根螺釘準(zhǔn)確性分級標(biāo)準(zhǔn)。Pechlivanis等[15]應(yīng)用Mazor機(jī)器人技術(shù)在31例患者中植入133 枚腰椎椎弓根螺釘，術(shù)后復(fù)查CT，并且按下列標(biāo)準(zhǔn)劃分等級，A級：螺釘完全在椎弓根內(nèi)；B級：螺釘偏出<2 mm；C級螺釘偏出2～4 mm；D級螺釘偏出；E級>6 mm，結(jié)果顯示，共122枚螺釘符合標(biāo)準(zhǔn)，其中108枚(88.5%)為A級，13枚(10.7%)為B級，1枚(0.8%)為D級，說明機(jī)器人置釘技術(shù)比較成功，而且準(zhǔn)確度較高。Chenin等[16]對25例患者中的110 枚螺釘進(jìn)行分析研究，術(shù)后CT發(fā)現(xiàn)110枚螺釘中101枚完全在椎弓根內(nèi)，5枚椎弓根壁破裂<2 mm，2枚椎弓根壁破裂在2～4 mm內(nèi)，2枚椎弓根壁破裂>4 mm，1枚在術(shù)中進(jìn)行了重新置釘，但是所有椎弓根壁破裂的患者均無臨床癥狀，所以研究認(rèn)為機(jī)器人輔助置釘?shù)睦喂绦?、可靠性及?zhǔn)確性較高。

大量Meta分析均證實(shí)，機(jī)器人輔助腰椎置釘?shù)臏?zhǔn)確性較高，且機(jī)器人輔助置釘?shù)木珳?zhǔn)性高于徒手置釘[17-20]。Ringel等[21]將60例符合入選標(biāo)準(zhǔn)的患者隨機(jī)分為應(yīng)用機(jī)器人置釘組和徒手置釘組，研究發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)徒手置釘組的置釘準(zhǔn)確性更高，而機(jī)器人組較多出現(xiàn)明顯螺釘偏差，出現(xiàn)進(jìn)釘點(diǎn)偏差可能與器械和椎體連接處不穩(wěn)定有關(guān)。隨后，F(xiàn)an等[22]對機(jī)器人輔助置釘技術(shù)與徒手置釘技術(shù)在置釘?shù)臏?zhǔn)確性方面進(jìn)行了一項(xiàng)Meta分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)機(jī)器人輔助置釘?shù)臏?zhǔn)確性大于徒手置釘技術(shù)。在置釘方向和椎間關(guān)節(jié)面侵及方面，Kim等[23]對機(jī)器人置釘與徒手置釘進(jìn)行了前瞻性隨機(jī)對照試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)機(jī)器人技術(shù)可以減少螺釘對近端椎間關(guān)節(jié)面的侵及，可以使螺釘內(nèi)聚增加，加強(qiáng)螺釘把持力。Yu等[24]對機(jī)器人置釘與徒手置釘?shù)南到y(tǒng)回顧和Meta分析顯示，盡管機(jī)器人技術(shù)能夠較好地應(yīng)用于臨床，但是目前尚不能證實(shí)機(jī)器人置釘可以取代徒手置釘。綜上，因腰椎椎弓根寬大、椎管較粗、置釘?shù)倪M(jìn)釘點(diǎn)及釘?shù)肋x擇性較多，且成人脊髓圓錐終于第一腰椎下緣或第二腰椎上緣，所以對于常規(guī)手術(shù)來說，徒手置釘?shù)臏?zhǔn)確率較高、并發(fā)癥發(fā)生率較低，而機(jī)器人輔助置釘技術(shù)可以用于腰椎滑脫、旋轉(zhuǎn)畸形等更加復(fù)雜的腰椎節(jié)段手術(shù)。

1.4脊柱側(cè)凸置釘 脊柱側(cè)凸是目前脊柱外科的研究熱點(diǎn)，與退變性脊柱側(cè)凸相比，青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸逐漸被脊柱外科醫(yī)師重視。對青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸進(jìn)行手術(shù)治療時，椎弓根螺釘發(fā)揮了重要作用。脊柱側(cè)凸手術(shù)的難度較大，且患者的特異性、畸形、關(guān)鍵的解剖標(biāo)志不明顯等增加了置釘失敗的可能。Macke等[25]對50例年齡<18歲脊柱側(cè)凸患者行機(jī)器人輔助脊柱矯形手術(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)機(jī)器人輔助置釘?shù)臏?zhǔn)確性遠(yuǎn)高于徒手置釘，且術(shù)前行俯臥位CT可提高置釘?shù)臏?zhǔn)確性。生長棒技術(shù)結(jié)合非融合手術(shù)已逐漸應(yīng)用于早期脊柱側(cè)凸疾病的治療，尤其是神經(jīng)肌肉型脊柱側(cè)凸。骶髂螺釘具有出色的生物力學(xué)特性，但是放置十分困難。Lefranc等[26]研究認(rèn)為，機(jī)器人輔助技術(shù)可以輔助術(shù)者植入骶髂螺釘，尤其在治療脊柱側(cè)凸患者時，可降低放置骶髂螺釘?shù)碾y度。翟驍?shù)萚14]總結(jié)了我國機(jī)器人輔助置釘用于脊柱側(cè)凸矯形手術(shù)的案例，驗(yàn)證了機(jī)器人輔助置釘?shù)臏?zhǔn)確性，認(rèn)為在治療脊柱側(cè)凸時應(yīng)用機(jī)器人輔助置釘技術(shù)可以有效提高置釘準(zhǔn)確度，并降低術(shù)中神經(jīng)、血管及內(nèi)臟損傷等并發(fā)癥的發(fā)生率。

2 機(jī)器人系統(tǒng)與3D打印導(dǎo)板

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，3D打印技術(shù)也融入脊柱外科領(lǐng)域中，目前3D打印導(dǎo)板是脊柱外科新興技術(shù)之一，該技術(shù)利用術(shù)前高分辨率CT，通過計(jì)算機(jī)軟件3D重建目標(biāo)椎體，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出導(dǎo)板，之后應(yīng)用3D打印設(shè)備將設(shè)計(jì)出的導(dǎo)板實(shí)體化。很多學(xué)者也證實(shí)了3D打印導(dǎo)板在輔助置釘方面的準(zhǔn)確性和應(yīng)用價(jià)值，但是3D打印導(dǎo)板也存在一些缺點(diǎn)[27]：①應(yīng)用3D打印導(dǎo)板輔助置釘時，需要徹底剝離置釘椎體后方軟組織，充分暴露骨表面，使導(dǎo)板與棘突、椎板、關(guān)節(jié)突等骨性解剖標(biāo)志充分貼和，保證置釘?shù)臏?zhǔn)確性，但可能增加局部軟組織出血和副損傷，與近些年外科所提倡的微創(chuàng)思想相違背；②置釘過程中，導(dǎo)板應(yīng)一直保持穩(wěn)定，任何輕微的相對活動都會引起置釘?shù)钠?；?3D打印導(dǎo)板的制作過程也會導(dǎo)致置釘誤差，如在導(dǎo)板的設(shè)計(jì)階段，由于不同軟件的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方式不同，3D打印設(shè)備精準(zhǔn)度的差異、打印材料在消毒處理后可能出現(xiàn)變形等因素均能影響打印導(dǎo)板輔助置釘?shù)木珳?zhǔn)度，故手術(shù)過程中不能完全依賴打印導(dǎo)板，應(yīng)結(jié)合臨床經(jīng)驗(yàn)和徒手置釘技術(shù)；④ 3D打印導(dǎo)板需要一定的設(shè)計(jì)和制作時間，不適合用于急診手術(shù)。

機(jī)器人輔助置釘技術(shù)可以保證置釘?shù)臏?zhǔn)確率，還可以避免3D打印導(dǎo)板置釘?shù)娜秉c(diǎn)。機(jī)器人輔助置釘?shù)膬?yōu)點(diǎn)為：①置釘準(zhǔn)確率高；②程序穩(wěn)定且術(shù)者不易疲勞；③術(shù)者X線暴露量少；④手術(shù)切口小、術(shù)中副損傷少、患者恢復(fù)快、住院時間短，符合快速康復(fù)外科的要求；⑤機(jī)器人輔助系統(tǒng)能在某些徒手置釘操作困難的解剖位置上進(jìn)行靈活操作；⑥術(shù)中重建可以避免3D導(dǎo)板較長的制作周期，適用于急診手術(shù)[28]。

3 機(jī)器人輔助置釘相關(guān)問題

近些年，機(jī)器人輔助手術(shù)技術(shù)在其他外科中應(yīng)用較為廣泛，如心胸外科、普通外科、泌尿外科、婦產(chǎn)科、頭頸外科，并且獲得較好的術(shù)后效果。機(jī)器人可協(xié)助外科醫(yī)師進(jìn)行不同程度的手術(shù)操作。目前臨床上應(yīng)用的機(jī)器人可分為3類：①監(jiān)督控制系統(tǒng)，通過編程預(yù)先設(shè)定機(jī)器人動作，機(jī)器人在外科醫(yī)師密切的監(jiān)督下進(jìn)行自主手術(shù)操作；②遙控機(jī)器人系統(tǒng)，比如應(yīng)用較為成熟的達(dá)芬奇機(jī)器人系統(tǒng)，外科醫(yī)師可在遠(yuǎn)程指揮站完全控制機(jī)器人的運(yùn)動；③共享控制模式系統(tǒng)，允許外科醫(yī)師和機(jī)器人同時進(jìn)行操作。脊柱外科中所應(yīng)用的機(jī)器人系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)注冊，通過自主協(xié)助外科醫(yī)師定位最佳進(jìn)針點(diǎn)，但置釘過程由外科醫(yī)師操作，本質(zhì)上是一種“半自動”機(jī)器人。目前脊柱外科中的機(jī)器人存在以下缺點(diǎn)和不足：①現(xiàn)在上市的機(jī)器人輔助系統(tǒng)價(jià)格普遍昂貴，在一般醫(yī)院難以普及，不利于機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。②應(yīng)用機(jī)器人輔助置釘?shù)牟僮髁鞒膛c傳統(tǒng)徒手置釘?shù)牧鞒滩煌?，需要學(xué)習(xí)與適應(yīng)。在學(xué)習(xí)機(jī)器人輔助置釘過程中存在著一定的學(xué)習(xí)曲線[5]，只有熟悉掌握改技術(shù)才能發(fā)揮出優(yōu)點(diǎn)。③機(jī)器人輔助系統(tǒng)缺乏術(shù)中觸覺反饋，不能對操作進(jìn)行判斷與調(diào)整。④脊柱機(jī)器人系統(tǒng)需要定期的維護(hù)和保養(yǎng)，增加應(yīng)用成本。

4 小 結(jié)

機(jī)器人輔助置釘技術(shù)已被證實(shí)是安全有效的，但是在廣泛采用之前還需克服費(fèi)用上的困難。但對于外科醫(yī)師追求置釘零誤差的需求來說，機(jī)器人輔助置釘技術(shù)是必不可少的。未來，若針對脊柱外科機(jī)器人的缺點(diǎn)進(jìn)行研究和改進(jìn)，可能使機(jī)器人輔助置釘?shù)摹鞍胱詣幽Ｊ健鞭D(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器人置釘?shù)摹叭詣幽Ｊ健?，并且結(jié)合術(shù)中監(jiān)督可進(jìn)一步提高準(zhǔn)確率。隨著當(dāng)代大數(shù)據(jù)、5G網(wǎng)絡(luò)、人工智能技術(shù)的發(fā)展，未來機(jī)器人有望能夠根據(jù)既往相關(guān)手術(shù)患者的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動分析，設(shè)計(jì)出最佳手術(shù)方案，以提高手術(shù)效率、縮短手術(shù)時間、提高患者預(yù)后質(zhì)量。目前報(bào)道的達(dá)芬奇機(jī)器人在脊柱外科領(lǐng)域的應(yīng)用均得到了較好的臨床效果[29-31]。未來可以將現(xiàn)有的機(jī)器人系統(tǒng)用于脊柱外科領(lǐng)域，以加快脊柱外科領(lǐng)域的發(fā)展。