骨科机器人辅助微创精准手术治疗胸腰段骨折的初步经验

于笑笙，陈修远，陈 皓，劳立峰，王淑容，涂志朋，韩应超，陈 智，张煜辉，沈洪兴

上海交通大学医学院附属仁济医院脊柱外科，上海 200127

近年来，计算机辅助导航和机器人技术在脊柱外科领域发展迅速。天玑骨科机器人是中国自主研发的手术机器人系统，是一种基于术中3D影像进行手术空间映射和手术路径规划的机器人定位系统，由手术计划和控制软件系统、光学跟踪系统和机器人等构成［1］。有文献报道，应用天玑骨科机器人辅助经皮椎弓根螺钉内固定术可有效治疗无神经症状的胸腰椎骨折［2］。本研究回顾性分析2018年2月—2019年6月在本院接受治疗的52例无神经症状胸腰段骨折患者资料，旨在分析比较机器人辅助经皮椎弓根螺钉内固定术、C形臂X线机透视导航经皮椎弓根螺钉内固定术和传统后路椎弓根螺钉内固定术治疗无神经症状胸腰段骨折的临床疗效，探讨机器人辅助手术的微创化与精准化价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

本研究为回顾性研究，经上海交通大学医学院附属仁济医院伦理委员会批准（审批号：RA-2020-383）。纳入标准 ：①年龄18 ～ 70岁，随访时间＞ 6个月；②术前常规检查及影像学检查确诊为胸腰段骨折（T12～ L2），接受椎弓根螺钉内固定术治疗；③单节段骨折；④美国脊髓损伤协会（ASIA）分级［3］为E级；⑤胸腰椎脊柱脊髓损伤程度（TLICS）评分［4］≥4分 ；⑥受伤至手术时间＜ 14 d。排除标准：①由脊柱肿瘤、感染或结核等导致的病理骨折；②骨质疏松性压缩性骨折；③站立跌倒或非暴力磕碰的脊柱骨折。按上述标准共纳入患者52例，18例接受机器人辅助经皮椎弓根螺钉内固定术治疗（机器人组），其中男12例、女6例，年龄28 ～ 68（45.1±12.8）岁 ；骨折节段T126例、L15例、L27例 ；TLICS评分（4.6±0.5）分。15例接受C形臂X线机透视导航经皮椎弓根螺钉内固定术治疗（透视组），其中男9例、女6例，年龄27 ～ 70（43.8±10.0）岁，骨折节段T125例、L14例、L26例 ；TLICS评分（4.5±0.5）分。19例接受传统后路椎弓根螺钉内固定术治疗（传统组），其中男14例、女5例，年龄30 ～ 69（44.1±10.0）岁；骨折节段T126例、L16例、L27例；TLICS评分（4.7±0.6）分。3组患者术前一般情况差异均无统计学意义（P＞ 0.05），具有可比性。

1.2 手术方法

机器人组术中使用Jackson全碳素手术床，患者全身麻醉后取俯卧位，采用天玑骨科机器人辅助手术，C形臂X线机（西门子，德国）定位骨折椎体，采用SextantⅡ微创经皮脊柱内固定系统（美敦力，美国）或Viper微创经皮脊柱内固定系统（强生，美国）经伤椎固定。常规消毒铺巾，于手术区域上方2个节段做1个1.5 cm小切口，切开皮肤、皮下组织及筋膜，用骨膜剥离器分离棘突两旁肌肉，深度1.0 ～ 1.5 cm，安装棘突夹，妥善固定示踪器，并安装定位标尺。用三维C形臂X线机扫描需固定的节段并将图像传输至工作站。由脊柱外科医师进行钉道规划并确定置入物方向及规格，规划完毕后机械臂将自动运行至指定位置。安装导针套筒于机械臂套筒定位卡槽内，在机械臂定位下做1个约1.0 cm小切口并钝性分离软组织，插入套筒使尖端顶至骨面入针点，使用电钻依次置入特制导针，注意导针深度应小于规划螺钉长度。透视确认导针位置后置入椎弓根螺钉，并使用专用置棒器经皮安装双侧连杆，使用体内撑开器撑开复位骨折椎体，最后经X线正侧位透视检查螺钉位置，不放置引流管，缝合切口（图1）。

图1 机器人辅助经皮椎弓根螺钉内固定术一般流程Fig. 1 General operation steps of robot-assisted percutaneous pedicle screw fixation

透视组术中使用Jackson全碳素手术床，患者全身麻醉后取俯卧位，用SextantⅡ微创经皮脊柱内固定系统或Viper微创经皮脊柱内固定系统经伤椎固定。手法复位后使用C形臂X线机透视定位标记伤椎及上下相邻椎体椎弓根体表投影。在标记处做1个约1.0 cm小切口，穿刺针透视下进入相应椎弓根并使同侧脊柱穿刺针位于同一轴线，置入导针，扩张建立工作通道后置入椎弓根螺钉。安装置棒器穿入弧形棒，体内撑开器复位骨折椎体，最后经X线正侧位透视检查螺钉位置，不放置引流管，缝合切口。

传统组术中使用Jackson全碳素手术床，患者全身麻醉后取俯卧位，采用Legacy脊柱内固定系统（美敦力，美国）经伤椎固定。C形臂X线机透视标记伤椎位置，以伤椎为中心行后正中纵行切口，剥离椎旁肌，显露伤椎及邻椎椎板和关节突关节，视固定节段相应置入椎弓根螺钉并透视确认位置，安装预弯连接棒撑开复位骨折椎体，常规放置引流管，逐层缝合切口。

1.3 术后处理

术后根据患者情况应用抗生素48 ～ 72 h，常规给予镇痛、预防压疮、下肢肌肉关节功能锻炼等治疗。机器人组与透视组术后2 ～ 3 d可佩戴支具下床活动，传统组2 ～ 3 d拔除引流管后佩戴支具下床活动。所有患者术后3个月内佩戴支具，避免弯腰负重，6个月内避免重体力活动。

1.4 观察和随访指标

记录并比较3组的围手术期指标（手术时间、透视时间、辐射剂量、术中出血量、卧床时间、住院天数）。术后置钉准确率通过CT冠状位、矢状位和横断面重建图像，根据Gertzbein-Robbins分级系统［5］进行评估：A级，螺钉完整位于椎弓根内；B级，螺钉突破椎弓根皮质距离＜ 2 mm；C级，螺钉突破椎弓根皮质距离≥2 mm且＜ 4 mm ；D级，螺钉突破椎弓根皮质距离≥4 mm且＜ 6 mm ；E级，螺钉突破椎弓根皮质距离＞ 6 mm。置钉准确率（%）=（A级螺钉数量+B级螺钉数量）/全部螺钉数量×100%。术后定期随访，记录并比较3组影像学资料（术前、术后6个月伤椎前缘相对高度及Cobb角），以及术前、术后3 d、术后6个月的疼痛视觉模拟量表（VAS）评分［6］、日本骨科学会（JOA）评分［7］。

1.5 统计学处理

采用SPSS 25.0软件对数据进行统计学分析。计量资料以表示，组内术前、术后比较采用配对t检验，组间比较采用单因素方差分析并用Bonferroni法进行两两比较；计数资料以例和百分数表示，组间比较采用z检验，并用Bonferroni法和CMH-χ2检验进行两两比较 ；以P＜ 0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 围手术期指标

所有手术顺利完成，3组围手术期指标见表1。机器人组与透视组的手术时间、术中出血量、卧床时间、住院天数均少于传统组，差异有统计学意义（P＜ 0.05，表1）；机器人组手术时间少于透视组，差异有统计学意义（P＜ 0.05，表1），术中出血量、卧床时间和住院天数与透视组相比差异无统计学意义（P＞ 0.05，表1）。透视组透视时间最长、辐射剂量最大，机器人组透视时间最短、辐射剂量最少，组间比较差异均有统计学意义（P＜ 0.05，表1）。

表1 3组患者围手术期指标Tab. 1 Perioperative clinical data of 3 groups

2.2 置钉准确度

机器人组共置入椎弓根螺钉116枚，根据Gertzbein-Robbins分类标准，A级105枚、B级7枚、C级4枚，置钉准确率为96.6%；透视组共置入椎弓根螺钉98枚，其中A级71枚、B级18枚、C级9枚，置钉准确率为90.8%；传统组共置入螺钉122枚，A级91枚、B级21枚、C级10枚，置钉准确率为91.8%。机器人组置钉准确率高于透视组与传统组，差异有统计学意义（P＜ 0.05），透视组与传统组置钉准确率差异无统计学意义（P＞ 0.05）。机器人组典型病例影像学资料见图2。

图2 机器人组典型病例影像学资料Fig. 2 Imaging data of a typical case in robot group

2.3 术后影像学资料及随访结果

所有患者随访6 ～ 12个月，平均8个月，未出现感染、钉棒断裂、骨折不愈合、神经损伤等手术相关并发症。3组术后6个月伤椎前缘相对高度、Cobb角、VAS评分与JOA评分均较术前改善，差异有统计学意义（P＜ 0.05，表2）。3组术前、术后6个月伤椎前缘相对高度、Cobb角及JOA评分差异无统计学意义（P＞ 0.05，表2）；机器人组与透视组术后3 d VAS评分优于传统组，差异均有统计学意义（P＜ 0.05，表2），术后6个月时3组VAS评分差异无统计学意义（P＞ 0.05，表2）。

表2 3组患者影像学参数、VAS评分和JOA评分Tab. 2 Radiological parameters，VAS and JOA scores of 3 groups

3 讨 论

胸腰段骨折通常由高能外伤引起，表现为疼痛、畸形和功能障碍等症状，严重影响患者生活质量。传统的后路椎弓根螺钉内固定术可提供符合生物力学的三柱固定，疗效已被广泛认可。然而，有研究［8］表明，传统后路椎弓根螺钉内固定术可能导致术后肌肉萎缩和瘢痕纤维化，进而造成术后慢性疼痛及功能受限等并发症。这可能是广泛剥离椎旁肌与多裂肌、直接损伤血管和牵拉引起肌内压力增高所致。此外，传统开放手术常伴随出血量、感染风险和住院天数的增加。因此，近年来具有损伤小、恢复快等特点的微创手术得到了快速发展，为胸腰椎骨折的治疗提供了全新的视角。经皮椎弓根螺钉内固定术主要包括透视辅助下经皮置钉技术、导航系统辅助技术以及机器人辅助技术等。多项研究表明，相较于传统后路椎弓根螺钉内固定术，经皮椎弓根螺钉内固定术手术时间更短、住院时间更短、术中出血量更少、感染率更低［9-12］。然而，经皮椎弓根螺钉内固定技术学习曲线陡峭，且术中需要反复透视调整穿刺点与穿刺方向，医患均会受到更多辐射。本研究中，透视组的手术时间、术中出血量、卧床时间、住院天数均优于传统组，而透视时间与辐射剂量高于传统组，与上述研究结论相符。

随着机器人技术的迅猛发展，机器人辅助脊柱外科手术的应用日益广泛［13-14］。本研究结果显示，治疗无神经症状胸腰段骨折，机器人组置钉准确率为96.6%，与林书等［2］的报道类似；田野等［15］的研究表明，与透视辅助下经皮椎弓根螺钉内固定术相比，机器人辅助置钉准确率更高（93.75%）；Feng等［16］报道，机器人辅助置钉准确率为98.2%，高于传统开放手术；杨俊松等［17］的研究发现，机器人辅助经皮椎弓根螺钉内固定术治疗腰椎滑脱症的置钉准确率为95.5%；Laudato等［18］对85例患者的569枚胸腰椎椎弓根螺钉进行分析发现，机器人辅助置钉的准确率为94.4%，与其他文献［19-22］报道相似。此外，相关文献［23-26］还指出，机器人辅助脊柱手术在术中出血量、辐射剂量、手术时间、患者术后恢复等方面相较传统开放手术具有明显优势。

本研究中机器人组的手术时间、术中出血量、透视时间、辐射剂量、卧床时间及住院天数均优于传统组；手术时间、透视时间及辐射剂量也优于透视组。其原因可能是机器人辅助置钉准确度、成功率较高，减少了术中螺钉调整次数，进而缩短了手术时间，且机器人系统进行C形臂X线机扫描时，医疗团队在手术室外进行远程操作，几乎不会对工作人员产生辐射。张海平等［27］的研究发现，经皮椎弓根螺钉内固定术最常见的并发症为螺钉位置不良（2.29%）。本研究中各组并未发生螺钉位置不良，但机器人组置钉准确率高于透视组和传统组，认为机器人辅助手术可能有助于进一步减少这一并发症的发生。在复位效果方面，术后3组伤椎前缘相对高度与Cobb角均较术前明显改善，提示机器人辅助手术的复位效果满意。本研究中机器人组与透视组术后3 d VAS评分优于传统组，术后6个月VAS和JOA评分与传统组差异无统计学意义，说明机器人辅助手术术后恢复快，疗效与开放手术相当。

然而，也有文献［2，28］报道机器人辅助手术的手术时间更长，这可能与学习曲线和机器人的型号差异有关。由于本研究为小样本量回顾性研究，且随访时间较短，故未来需要更进一步开展高质量的随机对照研究以评估患者的长期预后。作为治疗无神经症状胸腰段骨折的有效方法，机器人辅助经皮椎弓根螺钉内固定术也有其局限性，如无法进行椎管减压和植骨融合等操作、矫形及撑开能力有限［29］等。曾有前瞻性研究报道，对于合并神经损伤的胸腰椎骨折，使用经皮椎弓根螺钉内固定术联合4 cm正中切口行后路减压融合术的效果评价优于传统开放手术［30］。由此可以推测，机器人辅助经皮椎弓根螺钉内固定术联合减压术在治疗合并神经损伤的胸腰段骨折中具有一定的应用前景。随着科技的蓬勃发展，机器人辅助手术凭借其精准度高等优势，应用会日趋广泛。

综上所述，机器人辅助经皮椎弓根螺钉内固定术是治疗无神经症状胸腰段骨折的有效方法。与传统后路椎弓根螺钉内固定术和透视导航经皮椎弓根螺钉内固定术相比，其具有手术时间短、精度高、创伤小、辐射少、患者恢复快等优势，满足适应证的情况下可作为优先选择。