机器人辅助手术治疗胸腰椎骨折

俞 阳，胡 豇，唐六一，万 仑，林 书，张 伟

四川省医学科学院四川省人民医院骨科，成都 610072

胸腰椎骨折约占脊柱骨折的50%，对于胸腰椎骨折，后路椎弓根钉棒系统内固定可提供三维矫正和坚固的内固定效果[1］，具有力学强度大、稳定性高的优势，极大改善了脊柱后路融合术的疗效[2］。椎弓根螺钉技术是脊柱内固定融合的标准技术[3］，椎弓根螺钉位置错误及相关并发症是影响术后固定效果的重要因素[4］。近年来，随着智能化技术的发展，精准、微创的理念得以贯彻和实施，特别是机器人在脊柱手术中的引入，进一步提高了置钉的精准度，已有研究证实机器人辅助椎弓根螺钉置入的精准度明显优于常规徒手置钉[5］。本研究通过比较机器人辅助后路复位内固定置钉和常规徒手置钉精准度及治疗胸腰椎骨折的临床疗效，探讨经机器人辅助胸腰椎骨折复位内固定的应用价值。

1 资料与方法

1.1 临床资料

2019年3—7月，33例未经椎管减压的单节段胸腰椎骨折患者接受手术治疗，按胸腰椎骨折AO分型[6］，A型（椎体压缩性骨折）31例，B型（脊柱前/后部分牵伸性损伤）2例。致伤原因：高处坠落伤21例，交通事故伤12例。11例采用机器人辅助复位内固定（机器人组），男6例、女5例，年龄（46.7±15.7）岁；损伤节段：T111例、T122例、L16例、L22例。22例采用常规切开复位内固定（常规组），男14例、女8例，年龄（50.4±12.0）岁；损伤节段：T111例、T126例、L113例、L22例。2组患者术前基本资料差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。

1.2 手术方法

机器人组：患者术前均行X线、CT和MRI检查，使用中国第3代骨科机器人“天玑”Tirobot系统和美国美敦力公司的SextantⅡ微创椎弓根钉棒系统进行机器人辅助复位内固定。患者全身麻醉后取俯卧位，术前先经X线透视定位手术节段，并在手术上位邻近节段棘突进行标记，常规消毒铺巾。安装示踪器及机器人连接组件，用C形臂X线机采集手术节段图像，并进行图像配准。图像采集和配准完成后，在机器人主机上进行术中各椎弓根螺钉放置的设计规划，常规椎弓根螺钉都安置在椎弓根的中心轴上。规划完成后，通过主机启动机械臂移位，按照规划将导向器对准所需穿刺的椎弓根轴线。在导向器中插入内径为1.6 mm的套筒，使用直径为1.5 mm的导针顺套筒置入椎弓根，并透视定位深度。经导针予以椎弓根钉道攻丝，在伤椎上下各1个椎体置入4枚椎弓根螺钉，经C形臂X线机透视螺钉位置满意，安装连接棒，并做相应撑开复位，最后经螺帽锁紧。手术完成后用生理盐水彻底冲洗创口，切口无需放置引流管，逐层缝合切口，用无菌敷料包扎。

常规组：患者术前均进行X线、CT和MRI检查，使用常州鼎健医疗器械公司的椎弓根钉棒系统进行复位内固定。患者全身麻醉后取俯卧位，采用后正中切口，以伤椎为中心暴露上下各1个节段，行椎板骨膜下剥离，向两侧剥离骶脊肌至横突。在伤椎上下各1个椎体徒手置入4枚椎弓根螺钉，进钉深度为40～45 mm，再在伤椎经双侧椎弓根置入短钉（30～35 mm）。X线透视确认螺钉位置满意，安装连接棒撑开复位并矫正畸形，用同种异体骨进行固定节段椎板上植骨。手术完成后用生理盐水彻底冲洗创口，放置引流管，逐层缝合切口。

1.3 术后处理

所有患者术后口服钙剂和二膦酸盐类药物。常规组术后使用抗生素3 d，术后1 d开始腰背肌功能锻炼，术后3 d拔除引流管，拔除引流管后在支具保护下下床行走，术后佩戴腰围2个月。机器人组术后使用抗生素3 d，术后1 d开始腰背肌锻炼，在支具保护下下床行走，术后佩戴支具2个月。

1.4 观察指标

记录手术时间、术中出血量、住院时间。术后随访复查X线片和CT，根据术后CT椎弓根螺钉的位置，经横断面、冠状面和矢状面进行分析，选择椎弓根偏差最大层面进行分级，评估置钉精准度。按Gertzbein-Robbins分级法[7］进行分级：A级，螺钉完全位于椎弓根内；B级，螺钉突破椎弓根皮质＜ 2 mm；C级，螺钉突破椎弓根皮质≥2 mm且＜ 4 mm；D级：螺钉突破椎弓根皮质≥4 mm且＜ 6 mm；E级，螺钉突破椎弓根皮质≥6 mm或在椎弓根外。A、B级螺钉视为临床“可接受”螺钉，其余为“不可接受”螺钉。

术前、术后3 d及末次随访时采用疼痛视觉模拟量表（VAS）[8］评分和Oswestry功能障碍指数（ODI）[9］评估疗效。

1.5 统计学处理

采用SPSS 20.0软件对数据进行统计学分析。计量资料以±s表示，组间比较采用独立样本t检验，组内比较采用配对t检验；计数资料以频次和百分数表示，组间比较采用χ2检验；以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

所有手术顺利完成，患者随访3～7个月，平均5.31个月。机器人组术中出血量及住院时间优于常规组，手术时间较常规组长，差异均有统计学意义（P＜0.05，表1）。2组术前及末次随访ODI和VAS评分差异均无统计学意义（P＞0.05）；机器人组术后3 d ODI和VAS评分优于常规组，差异均有统计学意义（P＜0.05，表1）。

术后复查CT，按Gertzbein-Robbins分级评估置钉精准度。机器人组共置入螺钉46枚，A级30枚、B级11枚、C级4枚、D级1枚、E级0枚，可接受螺钉占比89.13%（41/46）；常规组共置入螺钉132枚，A级69枚、B级38枚、C级22枚、D级2枚、E级1枚，可接受螺钉占比81.06%（107/132）。组间比较差异有统计学意义（P＜0.05）。机器人组典型病例影像学资料见图1。

表1 2组统计数据Tab. 1 Statistical data of 2 groups

3 讨 论

椎弓根螺钉内固定对脊柱生物力学的恢复起着重要作用，然而，国人胸腰椎椎弓根的平均宽度比欧美人狭窄，特别是L1，2[10］，置钉时更易发生螺钉穿透椎弓根皮质，损伤周围重要神经血管组织，并有可能因螺钉位置不佳引起严重并发症。相关文献报道，椎弓根螺钉内固定术的失败率为4.9%～37.5%[11-13］。即使高年资脊柱外科医师也有约10%的调钉率，而钉道的调整将使螺钉的把持力大大下降[14］。

随着精准、微创理念在脊柱手术中的引入，人们对数字化、智能化的机器人辅助脊柱手术的应用进行了有益的探索。胸腰椎骨折常规手术是切开皮肤，从棘突两侧剥离竖脊肌至关节突外侧，此过程将损伤手术区域的肌肉组织，造成多裂肌不可逆损伤，导致椎旁肌去神经化和萎缩，术后出现腰背部疼痛、无力，即腰椎术后失败综合征[15-16］。机器人手术运用影像学定位，经皮置入椎弓根螺钉，手术操作更微创，损伤小、出血量少，手术深部结构可视化，机器人准确依照专科医师规划的路径运动，精度高、定位准，并且降低了术者和患者的放射损伤[17］。本研究中机器人组患者出血量少于常规组，术后住院时间短于常规组，术后3 d ODI和VAS评分也优于常规组，说明应用机器人辅助手术治疗胸腰椎骨折，更符合骨科快速康复理念。

中国脊柱机器人研究始于本世纪初，田伟教授领衔的脊柱机器人研发团队在第1代骨科机器人的基础上，结合当代先进的智能和数字技术推出了第3代骨科机器人“天玑”Tirobot。“天玑”Tirobot运用影像学定位，在完成图像采集和配准后就可以进行椎弓根螺钉放置的设计规划，不需要显露手术区域的解剖标志，手术部位椎体结构清晰显露在电脑屏幕上，进而使手术操作可视化，在电脑屏幕上确定椎弓根螺钉的方向、直径、大小、螺钉深度等。本研究组使用“天玑”Tirobot系统对11例胸腰椎骨折患者进行复位内固定，置钉精准度明显高于常规组（89.13%vs. 81.06%）。付松等[18］报道机器人辅助234枚螺钉置入，位于椎弓根内226枚（96.6%），未完全位于椎弓根内8枚（3.4%）；根据Raley-Mobbs分类法，置钉欠佳的发生率为1.3%（3/234）。Van Dijk等[19］对112例接受机器人引导下微创脊柱手术的患者进行回顾性研究，结果显示，置钉准确率为97.9%。本研究中机器人组置钉精准度不如上述文献报道，可能与本组多个病例胸腰段椎弓根发育异常、宽度明显变窄有关。同时本研究发现，术中使用机器人导向器置入定位针时，会出现定位针从关节突表面骨皮质滑移的现象，可能导致钻孔过程精准度下降。为提高机器人辅助置钉的精准度，还需注意安置患者示踪器的稳定性和放置定位针工作套筒时周围软组织的松解。

总之，机器人辅助后路复位内固定治疗胸腰椎骨折安全、有效且微创，术后患者能快速康复，是未来值得进一步完善和发展的技术。由于机器人辅助治疗胸腰椎骨折技术开展时间不长，本研究纳入病例数较少，随访时间短，仍有待作进一步临床观察与总结。