脊柱机器人辅助下皮质骨轨迹螺钉技术在脊柱外科手术中的应用

王岩 郭建伟 许德荣 张豪 周传利 马学晓

(青岛大学附属医院脊柱外科，山东 青岛 266100)

椎弓根螺钉内固定技术是脊柱外科最常用的固定方式之一，然而在骨质疏松的患者中往往存在螺钉松动、拔出等问题，致椎弓根螺钉固定强度不足，进一步致内固定失败；另外，在进行邻近节段退变性疾病等的翻修手术时，往往需要广泛地剥离软组织和取出内固定物，因此该技术在临床应用中存在一定的局限性[1]。SANTONI等[2]于2009年提出了皮质骨轨迹(CBT)螺钉技术，该技术适用于骨质疏松、脊柱畸形、脊柱感染等疾病的手术治疗以及脊柱内固定失败的翻修手术。CBT螺钉技术通过增加螺钉与皮质骨的接触面来提高固定强度，而且操作上更加微创化。但CBT螺钉在置钉过程中需多次透视，同时手术操作技术难度大，学习曲线长，特别是在椎弓根和椎体解剖关系异常时，或者二次置入CBT螺钉时，置钉技术难度大幅度增加。如何提高螺钉置入的精准性是CBT螺钉应用中迫切需要解决的技术难题[1,3-4]。近年来，随着脊柱机器人手术在脊柱外科领域的广泛应用，其学习曲线短、置钉精准性高、射线暴露时间短的优点凸显[5-7]。鉴于此，本研究对我院脊柱外科以脊柱机器人辅助下采用CBT螺钉技术治疗的25例患者的临床资料进行分析，以评估该技术的治疗效果。

1 对象与方法

1.1

2017年7月—2021年2月我院脊柱外科拟行脊柱机器人辅助下CBT螺钉固定手术的患者25例，其中男14例，女11例；年龄59～77岁，平均68.6岁；腰椎术后邻近节段退变性疾病患者5例，腰椎管狭窄症患者8例，胸腰椎压缩性骨折继发性椎管狭窄患者10例，腰椎椎间隙感染患者2例。

1.2

患者术前均行手术部位的薄层CT扫描(层厚0.625 mm)，将CT原始数据(Dicom格式)导入脊柱机器人(Mazor Renaissance，以色列)行术前设计，在手术节段对应的CT矢状面、冠状面、横断面图像上设定CBT螺钉的理想长度、直径、进钉点和置钉角度，在三维图像中整体确定CBT螺钉的位置。

1.3

患者全麻成功后俯卧位于手术台上，安装棘突固定针和多功能床边轨平台，确保框架稳定后，安装 3D定位装置。“C型”臂下进行正斜位X线透视，将透视数据导入脊柱机器人的Renaissance系统，使之与术前CT数据按照单椎体配准的方式进行匹配注册，然后进行误差评定，微调个别钉道位置。根据脊柱机器人工作台指示将机器人安置于固定支架轨道的合适位置。工作站根据导入的术前计划将机器人精确引导到预定位置，随后放置相应机械臂及套管组件。电钻钻孔后放置导丝，钻孔过程中注意由浅入深缓慢推进，避免穿透弓根皮质。正侧位透视确认导丝位置无误后进行攻丝。后进行相应责任节段的减压操作，减压完成后按照常规步骤进行钉道探查和螺钉置入。再次透视观察内固定物的位置是否准确，止血、冲洗、放置引流后关闭切口。术中观察记录有无螺钉把持力不足、椎弓根或峡部劈裂及置钉操作致周围的神经、硬膜囊、血管损伤等情况。

1.4

患者，男，65岁，因腰腿痛2年，加重20 d入院，既往有腰椎融合手术病史。专科查体显示双膝关节以下感觉减退，双下肢伸膝和足背伸肌力Ⅳ级，双膝腱反射以及跟腱反射均为(-)，双BABINSKI征为(-)。术前X线检查示腰椎融合、L4～S1椎弓根螺钉内固定术后(图1A)。MRI检查示L2/3、L3/4椎管狭窄(图1B～D)。诊断为腰椎术后邻近节段退变性疾病(L3/4)、腰椎管狭窄症(L2/3)、腰椎融合术后(L4～S1)。术前应用Mazor脊柱机器人系统设计CBT螺钉冠状位钉道(图2A)和矢状位钉道(图2B)。术中透视下分别于正位和斜位行图像注册匹配(图3A～B)，机器人引导下放置相应机械臂及套管组件，电钻根据套管引导钻孔，完成L2～L4双侧CBT螺钉钉道制备。术中经“C型”臂透视确认钉道位置准确(图3C～D)，保留L2/3双侧部分关节突关节，应用超声骨刀进行L2～L3椎板切除以及椎管和神经根管减压，完成L3/4椎间融合和L2/3关节突关节融合。减压及融合步骤完成后置入CBT螺钉，“C型”臂透视下确认螺钉位置是否准确(图3E～F)。术后3～5 d 行X线和CT检查显示CBT螺钉位置准确满意(图4A～D)，末次随访影像学检查显示CBT螺钉位置满意(图4E～F)。

A：X线检查结果，B～D：MRI检查结果

A:冠状位CBT螺钉钉道设计，B:矢状位CBT螺钉钉道设计

A～B:正位和斜位透视下行图像注册，C～D:正位和侧位透视图像示CBT螺钉钉道位置，E～F:正位和侧位透视图像示CBT螺钉位置

A～D：术后X线和CT检查示CBT螺钉位置满意，E～F：末次随访X线检查示CBT螺钉位置满意

1.5

术后3～5 d 行X线、CT、MRI检查评估CBT螺钉位置置入的准确性及手术减压效果，并按照Gertzbein-Robbins分类标准，通过CBT螺钉与椎弓根头尾侧、内外侧皮质的位置关系对CBT螺钉置入的准确性进行评估[5]。分别于术后3个月、6个月及末次随访时行X线检查评估螺钉位置，观察并记录螺钉松动、断裂、穿透椎弓根皮质、椎间融合器移位、椎间隙高度丢失等不良事件。分别于术前和末次随访时应用日本骨科学会(JOA)腰背痛手术评分标准和视觉模模拟评分法(VAS)评估患者症状恢复情况。

1.6

采用统计学软件SPSS 18.0进行数据分析处理，以配对t验比较手术前后各项评分，以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

25例患者随访时间为3～46个月，平均随访24.85个月。25例患者共置入CBT螺钉116枚，其中腰椎98枚，胸椎18枚。手术置钉过程中均未出现螺钉把持力不足、椎弓根或峡部劈裂情况，也未出现置钉导致的神经、硬膜囊、血管损伤情况。患者术中透视6～11次，平均8.85次。术后3～5 d CT检查结果显示，A类螺钉114枚，B类螺钉2枚，CBT螺钉置入准确率为98.28%。所有患者术后3～5 d MRI检查均示减压效果满意。术后3～5 d、术后3个月、6个月及末次随访中未见螺钉松动、断裂、穿透椎弓根皮质、椎间融合器移位、椎间隙高度丢失等不良事件。 25例患者术前腰痛VAS评分为(5.8±1.6)分，腿痛VAS评分为(6.8±1.0)分，JOA腰背痛手术评分为(11.3±8.4)分；末次随访时患者腰痛VAS评分为(2.4±0.5)分，腿痛VAS评分为(2.1±0.3)分，JOA腰背痛手术评分为(24.9±5.4)分，上述所有指标术后较术前均有明显的差异(t=8.94～12.84，P<0.05)。

3 讨 论

近年来，机器人辅助下的外科手术应用广泛，并取得了良好的手术效果[5-7]。脊柱机器人辅助下的脊柱外科手术具有置钉精准、医患射线暴露少、手术创伤小、学习曲线短等优点，在脊柱外科的复杂手术中，如脊柱畸形矫正、经皮椎弓根螺钉固定手术、椎板关节突螺钉置钉手术的操作过程中更能体现出脊柱机器人“精准”的优势[6-7]。CBT螺钉技术也是近年来应用比较广泛的一项技术，与传统的椎弓根螺钉置钉技术相比，置钉方向在矢状面上由下向上，冠状面上由内向外，依次通过峡部的背侧、椎弓根后内侧、椎弓根前外侧以及椎体侧壁的四个部位的皮质骨，皮质骨对螺钉的把持力较高，因此CBT螺钉的抗拔出力和抗扭转力高于常规椎弓根螺钉[2，8-10]；同时CBT螺钉技术需暴露的软组织更少，可减少邻近节段退变的发生[11]，更加“微创”[1-2，12-13]。CBT螺钉技术在骨质疏松症、翻修手术、邻椎病、脊柱感染、脊柱畸形、腰椎后路融合等手术中均得到了广泛应用，并疗效显著[1，14-18]。但CBT螺钉技术具有一定的学习曲线，尤其是患者存在椎弓根解剖变异的情况下或者翻修手术时，对CBT螺钉置入的精准性要求更高，从而限制了该技术在脊柱外科中的应用。

目前临床上所应用的脊柱机器人主要的有以色列Mazor公司的Renaissance机器人、美国Globus Medical公司的Excelsius GPS机器人、法国Med-tech公司的ROSA Spine机器人和我国的天玑骨科手术机器人[3，6-7]。脊柱机器人与常规术中X线透视和术中导航相比，优势主要有手术安全性和准确性更高，螺钉尺寸的选择和术前计划更加精准，注册简便，缩短了射线暴露的时间，抗疲劳和重复性强等[3]。目前脊柱机器人中Mazor脊柱机器人的应用最为广泛，其主要应用于常规椎弓根螺钉和CBT螺钉的置入，按照Genzbein-Robbins分类标准，其置钉准确率可达95%～99%。本研究中CBT螺钉置入准确率为98.28%，与相关研究结果一致[3，7]。脊柱机器人辅助下CBT螺钉置入安全性和有效性的相关研究较少，AGYEI等[19]报道了1例腰椎间盘突出症行Mazor脊柱机器人辅助下CBT螺钉固定和椎间孔椎间融合治疗的病例，指出通过机器人辅助可提高CBT螺钉置入的准确性。VER等[20]对经椎间孔腰椎椎间融合(TLIF)、后路正中腰椎椎间融合(MIDLIF)以及Mazor脊柱机器人辅助下MIDLIF的手术效果进行比较，显示Mazor脊柱机器人辅助下MIDLIF具有术中出血量少、患者住院时间短、手术时间短的优势。LE等[4]对常规CBT螺钉技术和天玑骨科手术机器人辅助下CBT螺钉技术在脊柱外科手术中的治疗效果进行比较，发现天玑骨科手术机器人辅助下CBT螺钉技术能够减少邻近节段关节突关节损伤的发生率。BUZA等[3]对Mazor脊柱机器人辅助下CBT螺钉技术的手术技巧进行了总结，在验证脊柱机器人辅助CBT螺钉技术安全性与有效性的同时，指出该技术也存在一定的误差，其中系统误差的产生与患者体位变动、图像配准等环节有关；同时因术者经验的差异及学习曲线等问题，术者在制备钉道过程中会出现钉道角度和位置的偏移，因此置钉过程除脊柱机器人辅助外，同常规的椎弓根钉置钉技术一样，也需进行钉道的探查以及术中结合透视结果对CBT螺钉置入的准确性进行判断，以确保CBT螺钉技术的安全性。

本研究将脊柱机器人技术与CBT螺钉技术联合应用，将脊柱机器人手术的“精准”同CBT螺钉技术的“微创”相融合，25例患者的手术均取得了良好的效果，术中平均透视次数仅需8.85次；手术置钉过程中均未出现螺钉把持力不足、椎弓根或峡部劈裂情况，同时也未因置钉操作导致神经、硬膜囊、血管等的损伤；术后影像学随访均没有出现螺钉松动、断裂、椎间融合器移位、椎间隙高度丢失等不良事件；末次随访25例患者JOA腰背痛手术评分、腰痛和腿痛VAS评分均较术前有明显差异。本研究经验体会主要有：因CBT螺钉存在一定的外展角度，使用Renaissance机器人平台中的多功能床边轨平台，能满足较大范围的置钉角度；因置入CBT螺钉时棘突遮挡部分系统不纳入计算，所以手术过程中制备钉道前需要去除部分棘突遮挡部分。在CBT钉道制备过程中若系统显示机械臂(Arm)部分为红色标注，提示CBT螺钉的钉道尾端的方向偏向对侧，是正常CBT螺钉的置钉方向。在邻椎病或其他情况需要同时置入椎弓根螺钉和CBT螺钉时，椎弓根螺钉的钉道偏外偏下才能够为CBT螺钉预留足够的置钉空间，同时提供最佳的置钉角度。

综上所述，在脊柱外科手术中应用脊柱机器人辅助下CBT螺钉技术安全有效，能够替代和补充传统椎弓根螺钉固定技术。但本研究样本量较少、随访时间短，尚需要大样本的长时间随访以验证该技术的远期效果。微创和精准是脊柱外科手术发展的必然趋势，脊柱外科机器人辅助下CBT螺钉技术是对脊柱外科传统手术技术的有效补充，尤其是在脊柱复杂手术中具有重要的价值和巨大的潜能。