骨科手术机器人在全髋关节置换中的应用

2021-01-08 05:22王章宇黄伟廖军义程强陈诚徐伟陈虹李雨键
世界最新医学信息文摘 2021年37期
关键词:半主动外科医生髋臼

王章宇,黄伟,廖军义,程强,陈诚,徐伟,陈虹,李雨键

(重庆医科大学附属第一医院 骨科,重庆 400016)

0 引言

全髋关节置换术(THA)是治疗髋关节终末期疾病的一种有效手段,被认为是现代医学史上最成功的手术之一[1]。然而,全髋关节置换术的失败仍然是一个亟待解决的问题,脱位和机械松动是导致翻修手术的最常见的并发症,而导致翻修的最常见原因是不稳/脱位(22.5%),无菌性松动(19.7%),感染(14.8%),假体位置放置不佳与髋关节脱位、松动、髋臼骨溶解、假体磨损加速、双下肢不等长有关,所以因假体位置不佳导致的翻修可占40%以。机器人技术的应用或许是解决这些问题的手段,机器人辅助髋关节置换术的一个目的是减少由于人为错误导致的假体错位,使假体位置更精准,从而使下肢力线完全恢复,减少撞击,改善患者的预后[2]。

1 机器人辅助技术类型

机器人系统分为被动型、主动型和半主动型,其中,后两种是最常用的。被动型机器人系统如达芬奇机器人在术中受到外科医生的直接控制,早期机器人辅助全髋关节置换主要使用主动型机器人系统,机器人根据预先导入的CT数据,可以在没有外科医生的情况下进行自主操作,如有需要,外科医生可以使用紧急开关关闭机器人系统。近年来,半主动机器人系统逐渐成为主流。半主动型需要外科医生的参与,它有触觉反馈系统,通过提供触觉反馈实现与外科医生实时沟通,便于术前计划在术中的实施。一般来说,主动型机器人适用于股骨侧假体的安置,而半主动型适用于髋臼侧假体的安置[3]。回顾了既往文献,我们发现了4个主要的机器人手术系统:RoboDoc(Curexo Technology Corporation,美国)、Caspar(Universal Robotic Systems Ortho,德国)、ACROBOT(The Acrobot Co. Ltd,英国)和Mako机器人(Stryker Corporation,美国)。现只有RoboDoc和Mako机器人在临床上广泛使用。

RoboDoc 20世纪80年代,在William Bargar和Howard Paul的共同合作下,第一个用于骨科手术的机器人系统(RoboDoc)诞生了。自1994以来,该系统已在全球做了超过17,000多台THA11,它可以协助外科医生对股骨侧进行术前规划。在手术前,RoboDoc需要病人身上的“标记点”来绘制解剖坐标,这些坐标会被发送到计算机然后再把坐标信息反馈到机械臂上[4]。最初,这些“标记点”是在CT扫描前在局麻下打入股骨大转子和股骨髁内的钛螺钉,该操作有发生骨折,膝关节痛,神经损伤以及螺钉断裂等风险。因为这些问题,随后RoboDoc引入表面标记技术,尽管术中进行骨骼表面标记会花费额外的时间,但该技术安全有效的。双下肢长度差异(LLD)与患者的预后密切相关,是患者满意度的重要指标。Caspar是一种主动型机器人系统,它与RoboDoc类似,需提前导入CT数据,并作术前计划。有研究者指出该系统有几个普遍存在的问题,比如:手术时间长、失血量较多且术后功能较差,现在这个机器人系统已经不再使用[5]。

ACROBOT是为了解决与RoboDoc和CASPAR存在的问题而被开发出来的。该系统同样需要预先导入患者的CT数据,在术中,该系统用表面标记的方式识别患者的解剖结构,机械臂在外科医生的操作下,通过触觉反馈模式引导外科医生进行手术。之后其部分技术被Stryker收购。

Mako是半主动型机器人,与之前的机器人系统一样,该系统同样需要预先导入患者的CT数据,生成术前髋关节3D模型并进行术前计划,外科医生可以对术前计划进行调整以确保正确的假体位置及下肢力线的恢复。Mako与之前的机器人系统不同,它的机械臂并不是完全自动化的,外科医生基于其触觉反馈的系统而保留了部分控制权[6]。在手术中,外科医生需对股骨及髋臼进行注册。外科医生需要使用探针在股骨近端找到32个预设点来完成股骨注册,注册完成后,Mako可以引导外科医生在术前规划的基础上进行股骨颈截骨。髋臼注册同样需要用探针识别32个预设点,在进行髋臼磨挫时,如果外科医师在术前计划以外的区域进行操作,那么机械臂可以通过触觉反馈系统作出主动约束,计算器屏幕可以实时显示髋臼杯的前倾角和外展角。

2 机器人操作系统

开放式系统:RoboDoc和CASPAR都是开放式系统,这意味着它们可以兼容不同公司的假体,这使得外科医生可以根据患者的解剖结构来选择合适的假体。虽然开放式系统可以使用不同的假体但正是因为如此很难去根据不同的假体进行精细的术前设计。

封闭式系统:Mako是封闭式系统,它只能使用史赛克公司的假体。因此,如果外科医生想要使用此技术,那么他们就不得不放弃他们平时熟悉的假体而只能使用该公司假体。虽然这样做可以使该系统在术前计划中实现精细化调整,但是当出现患者的解剖结构与假体不匹配时,那就只能采取传统术式[7]。

3 学习曲线

学习曲线的定义是外科医生学习新技能的进步速度,通常以实现稳定结果所需的病例数量来表示。假体的机器人辅助全髋关节置换的学习曲线可以用多种临床结果来表示,包括手术时间、假体的位置以及术中并发症。早期研究的相反发现可能是由于实验方案设计及样本量的不同。最近对Mako的研究结果示达到稳定的手术时间需要12~35例,然而,就假体的位置摆放而言,大量证据显示并没有学习曲线[8]。

4 讨论

早期主动型机器人主要用于股骨侧手术,从理论上讲对于非骨水泥型股骨柄可以达到更好的适配性和更低的医源性骨折发生率。然而,更好的适配性并不意味着更好的临床结果,也不等同于脱位率和其他并发症的减少,而且,主动型机器人对于许多临床案例来说并不使用[9]。新的半主动型机器人(如Mako机器人)在允许外科医生操作的同时能保持准确的髋臼磨挫、髋臼杯放置,在术中能更精准的计算双下肢长度差异,偏心距以及联合前倾角。因此,半主动型机器人与主动型机器人相比在假体位置准确度上更优。

在某些对比主动型机器人与传统手术方式的临床试验中,主动型机器人发生并发症的几率更高,这体现了使用主动型机器人存在可能掩盖其本身优点的风险[10]。然而,半主动型机器人Mako与传统手术相比,手术并发症发生率相差无几,失血量及脱位率较主动型机器人低。以前的主动型机器人之所以脱位率较半主动型机器人高,可能是因为它在髋臼侧的手术方式与传统手术方式相同。

尽管在髋关节置换中使用机器人技术是一项巨大的进步,但与传统手术方式相比,它并没有被证明能显著提高临床功能及患者满意度,这有可能是因为后者的手术效果已经足够理想。封闭式机器人系统(如Mako机器人)有一个潜在的问题,那就是它仅兼容一款假体。这就导致了想要使用该技术的外科医生不得不选择该假体。然而,有一种观点认为,因为假体多样性的减少可能会抵消部分机器人技术的前期成本,因此可能导致总的手术费用减少。

5 结论

机器人辅助全髋关节置换与传统全髋关节置换相比,并发症发生率更低、假体位置更好,但是短期及长期临床效果仍不明确。当然,这是基于目前有限的临床数据所得出的结果,并且这些大多是主动型机器人的临床结果。半主动型机器人Mako可以使髋关节假体位置更加精准的位于“安全区”内,更好得恢复髋关节偏心距以及旋转中心,但还需要进一步的研究来证明这些进步能否明显减少并发症的发生并改善远期功能。总而言之,骨科机器人是推动骨科手术发展的智能化装备。骨科机器人能够从视觉、触觉和听觉上为医生决策和操作提供充分的支持,使手术创伤更小、效果更好、患者满意度更高,是骨科未来发展的趋势。

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