骨科机器人在多节段椎体成形术中应用

王建新, 周立勇, 薛滨勇, 李 非, 王怀兵, 谢雁春

1.盘锦辽油宝石花医院 骨科，辽宁 盘锦 124110；2.北部战区总医院 骨科，辽宁 沈阳 110016

经皮后凸成形术(percutaneous kyphoplasty,PKP)是姑息治疗晚期脊柱转移瘤的主要方式之一[1-2]。PKP创伤小、恢复快，但存在骨水泥渗漏、透视辐射大等问题[3-5]。随着人工计算机技术及工业技术的发展，各种机器人辅助手术系统已应用于各脊柱手术。自2017年以来，我国自主研发的“天玑”第3代骨科机器人在盘锦辽油宝石花医院各种类型脊柱手术中应用。本研究旨在探讨骨科机器人辅助下PKP治疗多节段脊柱转移瘤的安全性和优势。现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取自2018年1月至2019年4月盘锦辽油宝石花医院收治的43例多发脊柱转移瘤患者为研究对象。根据手术方式分为传统透视组(n=21)与机器人辅助组(n=22)。传统透视组，男性13例，女性8例；年龄36～70岁；病椎数量，2处7例，3处6例，4处3例，5处4例，6处1例；原发肿瘤来源，肺癌6例，乳腺癌3例，结直癌2例，肝癌7例，其他恶性肿瘤3例。机器人辅助组，男性12例，女性10例；年龄34～69岁；病椎数量，2处6例，3处6例，4处4例，5处3例，6处3例；原发肿瘤来源，肺癌7例，乳腺癌3例，结直癌2例，肝癌5例，肾癌1例，其他恶性肿瘤4例。两组患者的性别、年龄等一般资料比较，差异无统计学意义(P>0.05)，具有可比性。本研究经医院伦理委员会批准，患者及家属均签署知情同意书。

1.2 纳入与排除标准 纳入标准：CT、MRI等影像学检查提示多发脊柱转移瘤；病变节段胸5椎至骶1椎，病椎数量2～6处；Tokuhashi评分<12分；椎体后缘完整，无脊髓和神经根受压；存在腰背部疼痛症状[6]。排除标准：资料不全；难以配合手术治疗。

1.3 手术方法 机器人辅助组应用“天玑”第3代骨科机器人辅助定位，该机器人系统由机械臂系统、光学跟踪系统、手术规划系统及导航系统等构成。椎体成形器和椎体扩张球囊由上海凯利泰医疗科技有限公司提供，骨水泥材料由德国Heraeus Medical公司提供。两组患者均采取全身麻醉，俯卧位于机器人专用碳纤维手术床。传统透视组：在C型臂X射线机透视下定位病椎并体表标记；铺消毒巾后，在C型臂X射线机反复透视下行工作套管穿刺，自椎根弓外上方钻入病变椎体；工作套管的前端插入病椎后缘皮质的前方2.0～3.0 cm处，取出内芯，置入活检针取出病灶组织送检；工作套管置入骨钻，钻出1条至椎体前缘1/3处的骨性隧道；取出骨钻，将含有造影剂的球囊置入病锥，进行球囊扩张，直至球囊内压力约200 kPa；高度恢复满意后取出球囊，将拉丝期的骨水泥通过推杆推入病椎，反复透视下至填充满意。其他病椎处同样操作；骨水泥硬化后结束手术。机器人辅助组：在C型臂X射线机透视下定位病椎，在病椎的上位2～3椎棘突处切开2 cm皮肤及筋膜安装示踪器；机械臂安装定位标尺，定位标尺放置于病椎背部皮肤表面上方；C型臂X射线机扫描采集图像，将数据传输到机器人工作站后，进行穿刺路径规划，下达指令后机械臂运行至指定位置；在机械臂定位下皮肤作0.5 cm小切口，安装二级套筒，插入皮肤直至关节突表面，使用电钻沿二级套筒置入导针；依次对所有病椎同样方式置入导针，C型臂X射线机透视，调整导针置入深度到达椎体前缘1/2处，依次沿导针放入工作套管至椎体前缘1/2处，分别取出活检组织。依次置入骨钻钻出一条至椎体前缘1/3处的骨性隧道。依次将含有对比剂的球囊置入病锥进行球囊扩张，球囊内压力约200 kPa，高度恢复满意；同时，将拉丝期的骨水泥通过骨水泥推杆慢慢推入病椎，反复透视至填充满意；骨水泥硬化后结束手术。术后根据患者病情给予镇痛、补液等对症治疗，术后指导小燕飞功能锻炼等治疗，术后24 h可佩带支具下床活动，术后2 d出院。

1.4 观察指标 记录两组患者的手术时间、透视次数及透视剂量。术后1 d复查CT观察椎弓根突破率(穿刺通路突破椎弓根壁的距离>2 mm视为有意义[7])，观察穿刺内倾角度，观察并记录骨水泥渗漏情况。术前、术后2 d及末次随访采用疼痛模拟视觉评分(visual analogue score,VAS)评价疼痛程度,并在侧位X线影像上测量椎体中线高度、Cobb角度。

2 结果

机器人辅助组手术时间短于传统透视组；22例机器人辅助组患者病椎共计79个，21例传统透视组患者病椎共计70个。机器人辅助组椎弓根突破率为6.3%(5/79)，低于传统透视组的21.4%(15/70)；机器人辅助组患者的骨水泥渗漏率为7.5%(6/79)，低于传统透视组的22.8%(16/70)，差异均有统计学意义(P<0.05)。机器人辅助组左、右穿刺内倾角大于传统透视组，透视次数及透视剂量均低于传统透视组，差异均有统计学意义(P<0.05)。见表1。两组患者末次随访时间为6个月。两组患者的术前、术后2 d及末次随访的VAS评分、椎体中线高度、Cobb角数比较，差异无统计学意义(P>0.05)。见表2。典型病例见图1。

表1 两组患者手术指标比较

表2 两组患者手术前后腰痛VAS评分、椎体中线高度、Cobb角比较

3 讨论

多节段的脊柱转移瘤确诊时常是肿瘤晚期，预期寿命较短。经皮椎体成形术(percutaneous vertebroplasty，PVP)及PKP在治疗多节段脊柱转移瘤中发挥重要的作用，可提高患者的生活质量[8]。PVP及PKP治疗多发脊柱转移瘤疼痛缓解率达到73%～100%[9]。然而，PVP治疗骨水泥渗透率较高，可达2%～67%[10]。有研究表明，新型的骨材料填充系统、高粘度骨水泥及精确定位穿刺可减少骨水泥的渗漏[11-13]。本研究中，机器人辅助组骨水泥渗漏率为7.5%，显著低于传统透视组的22.8%。

PKP治疗多节段的脊柱转移瘤需要多次穿刺，穿刺方向主要根据术者的经验。反复透视，手术时间较长，潜在增加医师和患者的辐射伤害。同时，不断正侧位透视下调整透视角度，角度过大容易突破椎弓根内壁导致并发症，角度过小又导致骨水泥分布偏移。骨科机器人可精确控制穿刺的内倾角度，术中穿刺规划预定的轨道到达理想的穿刺点。导航系统和机器人辅助系统具有精准定位的特点。有研究发现，通过导航辅助下PKP治疗胸腰椎骨质疏松性压缩性骨折，导航组的椎弓根内壁突破率明显低于传统透视组[14]。骨科机器人技术由导航技术衍生而来，手术操作更方便、直接。田野等[15]研究发现，Renaissance机器人辅助组植钉准确率显著高于经皮透视辅助组。Yang等[16]评测Renaissance机器人辅助置钉的准确性，机器人辅助植钉仅有6.2%穿破椎弓根皮质，而经皮透视植钉有26.2%穿破椎弓根皮质。

相比导航系统与Renaissance机器人系统，我国自主研发的“天玑”骨科机器人可通过人机协同运动的功能，实时跟踪和补偿由患者微动引起的定位误差，避免操作误差。有研究表明，骨科机器人辅助植入的置钉满意率达97.7%[17]。本研究机器人辅助组椎弓根突破率明显低于传统透视组，说明机器人辅助PKP可以明显提高穿刺准确率。

有研究表明，微创机器人在保证椎弓根完整的情况下，可以将进针点偏外，使得内倾角度更大，达到理想的手术效果[18]。本研究中机器人组穿刺内倾角大于传统透视组，椎弓根突破率低于传统透视组，说明机器人既减少椎弓根突破率，又能增加穿刺内倾角，保证安全有效的手术效果。

精准的定位可以减少术中透视次数、透视时间及透视剂量。Han等[19]比较天玑机器人辅助下与传统开放置钉的透视情况，发现手术医师累计吸收的透视剂量分别为21.7 μSv和70.5 μSv，差异有统计学意义(P<0.05)。本研究机器人辅助组平均透视次数明显低于传统透视组，透视剂量明显少于传统透视组，说明机器人辅助手术能明显减少患者及医师的辐射伤害。

综上所述，机器人辅助下PKP治疗多节段脊柱转移瘤可缩短手术时间，提高穿刺准确率，降低骨水泥渗漏风险，减少透视次数、透视剂量，具有良好的应用前景。