机器人辅助全膝关节置换术的利弊

高见 王智勇 任伟平 张志强

全膝关节置换术(TKA)成功改善了患者功能，提高了患者生活质量。但是，最近的研究表明，TKA术后仍有20%的患者不满意[1]。通过TKA达到重建机械轴，实现理想的关节平衡，恢复最大活动范围，仍然需要复杂的术前规划和细致的操作技术。在TKA中，实现部件对准的最常用方法是使用标准的髓外和髓内导向装置[2]，然而这些技术依赖于外科医生的操作，且不总是能提供精确的对准[3]。

随着科学技术的发展，机器人辅助技术已应用于TKA，成为实现TKA精确化的有效工具。近年来，机器人辅助TKA已经成为很有前途的新技术。该技术通过术前数字化三维计算机断层扫描创建计算机辅助设计模型，以描述患者独特的膝关节解剖结构。临床医生可以在术前预先选择假体安置位置和对齐方式，术中机器人手臂通过触觉反馈机制帮助实现高精度的术前计划[4]，从而提高患者满意度和加速功能恢复。

与传统TKA相比，机器人辅助TKA可以提高骨切除的准确性，改善术后肢体对齐的准确度，减少医源性骨和关节周围软组织损伤[5]。但是，由于设备成本高昂，手术时间可能增加，并且尚缺乏对长期临床疗效的研究结果，许多临床医生仍对机器人辅助TKA持怀疑态度。

本文回顾近年文献，对机器人辅助TKA的优点以及与传统手术相比的局限性进行综述。

1 机器人辅助TKA的优点

1.1 提高截骨和力线重建的精确性

在TKA中，机械轴适当恢复与减少聚乙烯磨损[6]和降低假体翻修率[7]相关。机器人辅助TKA技术可改善术前计划到术中步骤的转换，提高截骨准确性，减少发生异常力线的可能性，从而保证假体的长期使用。Hampp等[8]在6具尸体标本上分别于左膝和右膝进行传统TKA和机器人辅助TKA，然后比较术前计划与最终定位的截骨误差，矢状面、冠状面和轴向面的中位误差和标准偏差。结果显示，与传统TKA相比，机器人辅助TKA显示出更精确的截骨和定位。一项荟萃分析比较了机器人辅助TKA与传统TKA的力线结果[9]，结果显示机器人辅助TKA可以更为准确地重建中性机械轴以及使冠状面异常值最小化。

当患者存在胫骨或股骨的关节外畸形时，通过TKA达到最佳机械轴对齐则非常困难，因关节外畸形的存在，标准的手术技术和器械可能并不可靠。Sodhi等[10]利用术前CT扫描和机器人辅助TKA技术，对关节外畸形患者进行适当评估，实现了精确的力线重建。他们的研究表明，机器人辅助TKA技术具有优异的临床治疗效果。

有学者对129例首发严重膝内翻畸形和7例首发严重膝外翻畸形的患者(内翻或外翻大于7 °)实施机器人辅助TKA，术后82例严重内翻畸形和全部外翻畸形患者被矫正为中性(0 °±3 °)，约30%的严重畸形患者虽然未矫正至中性，但仍然在中性力线的4 °～7 °范围内得到矫正。该研究表明，机器人辅助装置在TKA中有助于实现术前计划中理想的中立对齐，在严重畸形病例中，虽然不总是能达到完全的中性矫正，但同样能获得冠状面对齐的改善[11]。

综上所述，机器人辅助TKA可提高截骨及假体安置的准确性，纠正畸形，并可以更为准确地重建力线。

1.2 加强软组织保护

TKA可出现术中并发症，常见的不良事件包括侧副韧带或后交叉韧带损伤、伸肌装置破坏、胫股或髌股脱位。机器人辅助TKA技术使临床医生能够在术前进行三维规划，并使用术中视觉、听觉和触觉反馈来确保所需的骨切割，保护软组织免受损伤，特别是MAKO骨科手术导航系统，使临床医生能够利用机器人设备提供的测量间隙来评估和调整软组织平衡。

Khlopas等[12]通过尸体研究对机器人辅助TKA(6例)与传统TKA(7例)进行比较，结果发现在所有机器人辅助TKA治疗病例中，未发生韧带断裂(包括后交叉韧带、内外侧副韧带及髌韧带)，也无需行胫骨半脱位和髌骨外翻，而行传统TKA的病例中，2例出现后交叉韧带轻微断裂，所有病例均需行胫骨半脱位和髌骨外翻以达到最佳显露效果。与传统TKA相比，机器人辅助TKA具有增强软组织保护的潜力。Kayani等[4]使用一种新型软组织损伤分型系统对30例机器人辅助TKA与30例传统TKA进行比较，结果显示与传统TKA相比，机器人辅助TKA可减少患者骨及关节周围软组织的损伤。

1.3 提高临床疗效和患者满意度

与传统TKA相比，机器人辅助TKA通过减少不必要的软组织松解来保护关节周围软组织，减少医源性关节周围软组织损伤，这有助于控制局部的炎症反应，减轻疼痛，减少术后肿胀的发生。

Khlopas等[13]进行了一项前瞻性、多中心的队列研究，通过对252例患者的随访发现，与传统TKA相比，行机器人辅助TKA的患者术后3个月美国膝关节协会(KSS)评分中9个部分的评分(行走、站立、标准活动、高级活动、功能活动、行走疼痛、总体症状、满意度、期望)具有相同或更大程度的改善。另一项前瞻性队列研究也显示，与传统TKA相比，机械臂辅助TKA可减轻患者术后疼痛，减少对镇痛药物的需求，减轻术后血红蛋白下降，缩短直腿抬高时间，减少物理治疗次数，改善患者出院时最大膝关节屈曲度[14]。

然而，也有一些研究发现，在接受机器人辅助TKA后，患者的满意度和功能结果与接受传统TKA没有差异。Song等[15]的一项前瞻性研究中，两组各50例患者分别接受传统TKA和机器人辅助TKA，两组患者术后关节活动度(ROM)、美国特种外科医院(HSS)评分和西安大略和麦克马斯特大学(WOMAC)骨关节炎指数评分无显著性差异。另外两项研究发现，在至少10年的随访中，接受机器人辅助TKA与接受传统TKA患者的HSS或WOMAC骨关节炎指数评分没有差异[16-17]。

上述研究表明，机器人辅助TKA有助于改善患者的临床疗效和满意度，但其中长期结果尚有待进一步观察。

1.4 其他潜在益处

机器人辅助TKA技术减少了术中对器械托盘、定位工具和切割模块的使用[18]，可加快术中截骨过程，同时借助高精度的术前计划，减少了术中反复试验的需要，使手术流程得到进一步精简。此外，机器人辅助TKA技术可减少术中因站位不良引起的术者疲劳，减少了部分体力劳动[19]，但对于这些可能的益处还需要进行进一步评估。

2 机器人辅助TKA的不足

2.1 医疗成本上升

机器人设备的安装和操作系统维护产生了较多额外费用，例如进行全髋关节置换术、TKA和单髁置换术需要购买不同的应用系统，在术前成像、手术学习、培训手术团队、更新计算机软件以及耗材方面也会产生额外成本。此外，还需要时间来使用患者特定的虚拟模型进行术前规划[20]，并需要1位机器人产品专业人员在手术室中获取数据和辅助手术进行。一些学者认为，随着机器人技术的不断发展和更广泛应用，将有助于降低使用成本[21]。

鉴于机器人辅助手术相关成本的增加，还需要对其临床应用的合理性开展进一步研究。

2.2 辐射暴露增加

机器人辅助手术需要在术前对患者的膝关节、髋关节和踝关节进行CT扫描，这增加了患者辐射暴露的风险。Ponzio等[22]的研究发现，机器人辅助系统术前CT扫描的放射线平均有效剂量为(4.8±3.0) mSv，相当于拍摄48张X线胸片的放射剂量。而25%的患者围术期需进行1次或多次额外CT扫描，每个患者的平均累积放射线剂量为103 mSv。

不过，随着CT技术和治疗方案的改进，未来有可能采用低放射线剂量的治疗方案，从而降低患者的辐射暴露风险。

未来需要开展进一步的研究来比较无影像机器人系统和术前CT成像系统的准确性和结果，以更好地评估机器人辅助手术中CT使用的合理性。

2.3 手术时间延长

手术时间延长是发生TKA手术部位感染的危险因素，而手术部位感染是TKA的毁灭性结局[23]。Pugely等[24]的研究显示，手术时间达120 min后患者的感染风险增加1.8倍，机器人辅助TKA手术时间的增加可能使其潜在的益处消失。

Kayani等[25]研究发现，机器人辅助TKA的手术时间为(69.4±8.1) min，较传统TKA[(62.1±5.7) min]更长。使用CUSUM序列分析工具分析手术时间显示，在机器人辅助TKA最初的7例病例中，机械臂辅助TKA的实施因改变手术流程而增加了手术时间，并增加了手术团队的焦虑程度。Khlopas等[19]的系统综述研究显示，当临床医生在机器人辅助TKA的学习曲线达到15例患者时，可获得与传统TKA相似的手术时间。Sodhi等[26]对2位临床医生进行学习曲线研究，每位临床医生均连续行40例机器人辅助手术，分别将前20例和后20例手术的平均手术时间与该医生以前进行的20例传统TKA进行比较。研究发现，前20例机器人辅助TKA的平均手术时间为117 min，高于传统TKA(平均95 min)，而后20例机器人辅助TKA的平均手术时间为98 min，与传统TKA无差别。

随着临床医生对机械臂的精细运动越来越熟练，以及对音频、视觉和触觉反馈的接受能力越来越强，他们可以更好地控制机械臂运动并以更高效率进行预成形骨切割，从而减少手术时间。

3 展望

与传统TKA相比，机器人辅助TKA显示出较为满意的早期临床结果。其优点包括精确的截骨和力线重建、提供术中软组织保护、提高患者满意度。此外，机器人辅助TKA可能有助于减少传统TKA术者采用的不良姿势，减轻术者疲劳，从而获得更好的手术效果和临床结局。但是，尽管许多研究强调了机器人辅助TKA的潜在优势，但其多为短期结果。机器人辅助TKA存在费用昂贵、有额外辐射暴露等局限。对于机器人辅助TKA尚需开展进一步的高质量研究，并对临床疗效进行长期随访。此外，不同的机器人辅助TKA系统有其各自的优缺点，需要更多的研究来进一步探索。