骨科手术机器人在个体化椎间孔镜穿刺导向中的应用

刘维克，夏乐，杨同岗，李晓光，孙连学

(山东省滨州市中医医院脊柱外科，山东滨州 256600)

在椎间孔镜BEIS技术中，准确的穿刺可获得更广阔的镜下操作空间[1]，若穿刺不准会导致工作通道放置不到位，勉强上镜后难以获得足够的操作空间，也容易引起相应的并发症[2]。反复的穿刺会增加患者的痛苦，甚至损伤重要脏器；多次调整穿刺路径的操作会增加手术辐射量，容易造成职业病，以及产生医疗风险事故。

“天玑”骨科机器人系统由国内自主研发，现已应用于脊柱及创伤等外科领域[3]，尤其在椎弓根钉植入等脊柱疾病的操作方面已经趋于成熟，理论上机器人辅助定位能快速、准确地确定穿刺点和穿刺路径，但在实际操作中，存在一定的问题：手术机器人在术中需要安装“示踪器”，常规腰椎手术示踪器需要借助“棘突夹”固定在患者棘突上，而脊柱内镜手术通常为局麻手术，患者很难耐受安装“棘突夹”，并且与脊柱内镜手术的“微创”理念不符。脊柱三维扫描定位需要拍摄256张不同角度照片，虽减少了医护人员辐射量，对患者造成的辐射有增无减。为此，本院改进骨科手术机器人辅助穿刺的方式，采用示踪器体表固定法，解决“示踪器”安装的问题，创新性地在机器人辅助定位中应用创伤二维正、侧位定位法，使术中透视次数大大减少。为评测改进后骨科手术机器人在椎间孔镜中应用的安全性和有效性，现用临床随机对照实验进行验证，报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2018年4月～2019年6月入院接受椎间孔镜手术的腰椎间盘突出症患者60例，术前对患者影像资料进行分析，根据白一冰[1]BEIS技术理论，穿刺达到中央椎管区域为穿刺成功。

纳入标准：①腰痛及单侧下肢放射性腿痛；②影像学检查示单节段椎间盘突出；③系统保守治疗未见效。排除标准：①腰椎滑脱及腰椎不稳患者；②伴有严重腰椎管狭窄；③术后复发再次接受手术；④脊柱结核、肿瘤。将60例患者分为A组(传统组)30例，其中男15例，女15例，年龄21～52岁，平均年龄38.5岁；B组(应用机器人组)30例，其中男17例，女13例，年龄19～53岁，平均年龄36.5岁。两组患者年龄、性别无统计学差异(P>0.05)。

1.2 穿刺方法

两组患者均使用示踪器体表固定法，避免了棘突固定切口，均在局麻下开展手术。采用“天玑”骨科手术机器人手术系统自带脊柱定位系统(即三维定位软件)和创伤定位系统(即二维定位软件)，进行规划定位。

A组行机器人辅助下传统椎间孔镜三维定位穿刺：患者采取俯卧位，按正规脊柱手术在施术部位行三维扫描，重建后输入机器人主机，按照标准规划路线后，启动机械臂到穿刺点。B组应用骨科手术机器人辅助下二维定位穿刺：患者采取侧卧位(也可以俯卧位)，利用创伤组二维定位法，即只需正位、侧位两张照片，输入主机规划路线，启动机械臂到穿刺点。见图1。

因为传统脊柱三维定位法已经为临床熟悉，以下主要介绍应用机器人二维定位操作要点：①不采用脊柱三维扫描定位，采用创伤组二维正、侧位定位法，减少了透视量，节省了手术时间。②数据采集成功后，在主机上规划路线(即侧位经过上关节突尖部到达下位椎体后上角，正位经过上关节突尖部到达椎间隙下位椎体上终板正中点)。③启动机械臂运动到规划进针点，装接工作套筒，穿刺针经工作套筒穿刺至上关节突尖部，依次上导丝、环钻，而后完成工作套筒的放置，接通脊柱内镜系统，进行手术。对关节增生程度重的患者，沿导丝用环钻行椎间孔成形后，工作套筒可放到预期的位置。

图1 安装示踪器，机器人设计穿刺路线

1.3 观察指标

分别记录两组穿刺成功次数、透视次数、穿刺时间、手术时间及术后3 d及1个月的VAS及JOA评分。

1.4 统计学方法

2 结果

两组患者术后腰腿痛症状即刻缓解,术中患肢直腿抬高见神经根滑动良好，术后疗效满意，并且在术后随访中未出现样本脱落。

两组患者多数穿刺成功，但应用机器人二维组成功率稍高(29 vs 27)，这与在定位过程中拍片少、身体发生位移的概率少有关。因位置变化、穿刺未成功的患者，在重新定位达到标准后或运用椎间孔二次成形后，顺利完成手术，但手术时间延长。

透视次数方面比较,B组为2次,A组传统组为256次；穿刺时间方面,B组(15±3.01)min,A组(29.32±8.32)min,差异有统计学意义(P<0.01).

术后3 d、1个月VAS评分与JOA评分方面，两组间差异无统计学意义(P>0.05)，见表1。

表1 两组穿刺方法相关指标比较

3 讨论

Emma认为[4]：骨科手术机器人对微创手术具有明显优势,可降低风险、减少并发症。骨科手术机器人可自动执行或在术者指令下被动执行，机械手操作代替术者徒手操作，手术操作的稳定性和精准性得到提升[5-6]，可以更加准确地引导内镜手术的体表定位和穿刺角度，使内镜手术初学者降低了脊柱内镜手术的学习曲线[7]，解决了术者反复穿刺才能达到满意位置的弊端。

在减少辐射损伤方面，采用传统“三维脊柱定位法”机器人辅助技术扫描，虽然有效减少了医护人员的辐射量，对患者透视次数依然较多，甚至超过了常规内镜手术C臂定位的透视量，虽然有各种防护措施，但依然难以彻底消除放射对人员的损害，而患者直接暴露在射线下，更容易造成损害[8]。而采用“二维创伤定位法”机器人辅助技术同样可以达到相同的穿刺效果，透视次数只需要2次，较三维定位法明显减少，提高了对医护人员和患者的有效保护。同时，穿刺时间和透射次数减少，在一定程度上缩短了手术时间，减少了术区暴露，可降低感染风险[9]。所以，此项骨科手术机器人辅助技术在椎间孔镜手术中的改良应用具有临床价值，对复杂微创手术的普及和医疗资源的下沉也会有积极促进作用。

天玑骨科手术机器人辅助下椎间孔镜穿刺定位虽然可以降低初学者的学习曲线，提高穿刺精度，从而提高手术安全性、缩短手术时间，但术前准备较繁琐，包括机器人调试、摆放及机器人无菌区的建立和防护等；并且，在术中患者示踪器的位置绝对不能发生位移，否则各种对应参数都会发生改变，导致定位角度和穿刺点发生偏差，这是机器人定位出现偏差的主要原因。如不能及时发现纠正，也会出现临床风险，因此需要医生在术中关键节点进行透视验证。另外，随着人工智能技术应用越来越广，使以前复杂的手术简单化，容易使年轻医生穿刺过程中过分依赖机器人的引导，而不重视传统手术徒手操作学习，难以掌握徒手独立开展手术的能力。因此，如何处理人工智能辅助技术与传统人工手术的关系问题，有待学者们深入思考。此外，邓明攀等[10]认为，手术机器人具有提高手术精准性、安全性,创新诊疗模式,减少医生工作量等社会价值,但应警惕手术机器人安全漏洞产生的医疗损害所引发的责任承担难题。总而言之，如何用好人工智能辅助技术，扬长避短，是需要长远考虑的问题。