脊柱外科机器人辅助经皮椎体成型手术教学中的应用评价

钟南哲，闫敏，矫健，万维，贾齐

1.海军军医大学第二附属医院骨肿瘤科，上海 200003； 2.海军军医大学第二附属医院外科学及野战外科学教研室，上海200003

经皮椎体成型术（PVP）为治疗椎体外伤性/病理性骨折的重要手术方式之一。由于作为一种非直视下操作的微创手术，PVP 存在一定的操作风险， 较严重的并发症包括骨水泥渗漏至间盘、椎旁、椎管及椎间孔等区域，或因错误的穿刺孔道溢出以及穿刺造成神经、动脉损伤等[1-2]，可能会造成患者神经功能下降，严重时可导致瘫痪甚至威胁生命，因此其安全性和疗效有赖于术者的操作经验。 所以，PVP 手术的教学质量是青年医师安全开展手术的基石。

随着人工智能及光学定位技术的发展，外科机器人技术已广泛应用于包括骨科在内的多个外科领域[3]，提升了手术效率和质量[4]。而在骨科的理论及实践教学中，机器人辅助技术也逐渐推广，为教师和学员提供了更为直观、准确的学习平台，大大缩短了学习周期。 其中，脊柱机器人在辅助椎弓根螺钉植入的教学效果已得到了国内外实践验证，提示其较传统教学手段有一定的应用优势[5-6]。该研究目的在于设计基于脊柱外科机器人系统的PVP 教学课程，选取该科2021 年1 月—2022 年1 月共24 名学员， 分别接受传统教学及脊柱外科机器人辅助PVP 教学，以探讨该教学方式的效果，为机器人辅助教学在骨科培训上的应用提供数据基础和理论依据。现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取该科有开放手术腰椎椎弓根螺钉置入基础但尚未掌握PVP 操作技术的青年医师24 名作为PVP 教学对象，以随机数表法分为传统教学组（对照组，12 名）及脊柱外科机器人辅助教学组（研究组，12 名）。 两组学员均为男性，对照组：平均年龄（27.33±1.55）岁；平均临床实践年限（1.50±0.65）年；最高学历：博士8 名，硕士4名。 研究组：平均年龄（26.83±1.40）岁；平均临床实践年限（1.42±0.64）年；最高学历：博士9 名，硕士3 名。 两组一般资料对比，差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。

1.2 方法

两组均采用腰椎病例作为教学实例。对照组采用传统教学手段进行PVP 操作教学，其中包括：①PVP 操作的理论教学： 采取常规PPT 辅助课堂授课， 教师教授PVP 的操作流程、方法，操作各阶段的透视特点，并发症及相关原因；②PVP 手术观摩：学员入手术室参观PVP操作流程并接受导师讲解； ③导师带教手术操作教学：在带教导师指导下进行腰椎PVP 手术操作。 研究组教学主要内容：①PVP 操作的理论教学；②使用脊柱机器人系统于假人腰椎模型上进行操作教学；③结合脊柱机器人系统行术前规划的临床手术观摩；④导师带教手术操作教学。 考虑到学员接受能力可能存在个体差异，可针对学员对PVP 操作掌握程度的不同， 重复进行手术观摩教学及导师带教教学， 直到学员可独立进行腰椎PVP 的手术操作。

研究组使用脊柱机器人系统于假人腰椎模型上进行操作教学的具体实施方法如下：学员通过计算机预先储存的假人腰椎模型3D 重建数据进行模拟手术术前规划，在电子3D 数据上确认操作通道的进针点、进针角度（水平位、矢状位及冠状位）、通道置入深度等操作参数；然后在模型上将操作通道置入不同的深度（椎弓根初段、椎弓根中段及进入椎体）后进行正侧位C 臂X线透视，使学员掌握在不同置入深度时通道与椎弓根在正侧位透视影像中的相对位置关系。在研究组第3、4 步教学步骤中，将患者的腰椎薄层扫描CT 影像导入机器人系统术前规划软件中， 模拟确认操作通道的进针点、进针角度（水平位、矢状位及冠状位）、通道置入深度等操作参数后再进行病椎的PVP 操作。

其中该研究涉及脊柱机器人系统使用上海嘉奥公司生产脊柱外科机器系统。

1.3 观察指标

①设计闭卷考核试卷， 内容包括PVP 操作通道的进针点的标准定位、置入方向、深度，不同置入深度的透视定位影像及操作要点等内容，比较两组学员对理论知识的掌握情况。 每项10 分，总分40 分。

②对学员最终PVP 实践操作能力进行评估， 内容包括：选取拟行腰椎PVP 手术的患者，学员在指导教师的监督下进行单侧PVP 通道的置入， 记录每名学员单侧通道置入总时间，透视次数，及两组通道置入成功率（成功标准为术中透视确认工作通道路径理想且未出现并发症）。

③评估学员对于课程总体满意度，共分5 级：完全不满意0 分、不太满意1 分、一般满意2 分、较满意3分、非常满意4 分。 两组学员通过匿名问卷调查的方式进行打分评价，进行两组间的比较。

1.4 统计方法

采用SPSS 22.0 统计学软件处理数据， 符合正态分布的计量资料以（±s）表示，组间差异比较采用t 检验；等级资料采用Mann-Whitney U 检验，P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组学员PVP 手术理论考核成绩比较

研究组和对照组的考试成绩总分分别为 （35.42±1.66）分和（33.00±2.55）分，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表1。

表1 两组学员PVP 手术理论考核成绩比较[（±s），分]

表1 两组学员PVP 手术理论考核成绩比较[（±s），分]

组别研究组（n=12）对照组（n=12）t 值P 值操作流程8.92±0.67 7.83±0.80 3.340 0.003操作方法影像特征8.75±0.72 7.83±0.80 2.823 0.010 9.00±0.71 8.25±0.92 2.138 0.044并发症 总分8.75±0.72 8.25±0.83 3.250 0.004 35.42±1.66 33.00±2.55 3.796 0.001

2.2 两组学员PVP 手术实践操作评价比较

手术实践考核中， 两组学员的手术成功率均为100%，但研究组学员的单侧通道置入总时间显著较短，透视次数显著较少，差异有统计学意义（P＜0.05）。 见表2。

表2 两组学员PVP 手术实践操作评价比较（±s）

表2 两组学员PVP 手术实践操作评价比较（±s）

组别单侧通道置入总时间（min） 透视次数（次）研究组（n=12）对照组（n=12）t 值P 值22.92±5.12 26.58±2.63-3.291 0.003 3.67±0.75 4.92±1.11-3.091 0.005

2.3 两组学员课程满意度比较

研究组满意度评分较对照组更高，差异有统计学意义（P＜0.05），见表3。

表3 两组学员课程满意度比较

3 讨论

机器人辅助脊柱外科手术技术的出现不仅为脊柱外科的内固定操作带来了重大变革，也为脊柱微创外科的精准化、普适化提供了新的契机。既往临床实践表明，脊柱外科机器人具有不易疲劳、精确度高、安全性佳、手术时间短等优点[7-8]。 近年来，考虑到脊柱外科机器人的上述优势充分符合脊柱微创手术的操作流程与手术理念，其逐渐应用于经皮脊柱微创手术中[9]。且在手术培训方面，研究表明其可良好地辅助低年资脊柱外科医师的经皮脊柱椎弓根螺钉的操作[5]。另一方面，脊柱机器人在术前规划的过程中通过可视化目标椎体及操作路径，可作为良好的教学途径[10-11]。学员通过参与术前规划，可直观地理解路径的置入角度、深度及与椎体的相对位置关系。 通过该研究实践发现， 接受脊柱外科机器人辅助PVP 理论教学的学员，其对相关理论的掌握程度较传统授课方法的学员更为深刻，这也说明了脊柱机器术前三维可视化规划系统配合操作模型可使学员从立体层面观察通道置入的过程与对应的术中透视影像，从而降低学习难度，提升学习效率。

尽管PVP 手术为微创手术，但仍可能造成血管神经损伤等严重并发症[12]。 在该手术中，透视下进针通道的选择最为关键，是保障手术效果及安全的基础。 如进针点偏离椎弓根，穿过了椎板进入病椎，损伤脊髓，可能会发生灾难性后果[13]。 对于初学者而言，即使在充分掌握相关理论基础的前提下，也可由于缺乏相关操作经验导致空间定位偏移，造成操作时间过长、透视次数过多甚至出现术中并发症[14]。 因此，操作通道的置入是PVP 手术教学的重点及难点。 在该研究中，对两组学员的PVP手术实践能力进行比较发现，两组学员均在完成培训之后，均可独立成功实施腰椎PVP 单侧工作通道的置入，两组成功率均为100%， 所有病例均未出现术中及术后并发症。同时研究组学员的单侧通道置入总时间显著较短，透视总次数显著较少（P＜0.05），说明了该组学员的操作更为熟练。上述结果也进一步证明了脊柱外科机器人辅助PVP 操作教学学习效率更高， 缩短了学员的学习曲线。尽管研究组学员较对照组学员需增加熟悉了解机器人操作及术前规划这一流程，但由于在这一过程中通过将需要想象的空间结构具象化，优化了学员的理解过程。

同时，该研究还发现，脊柱手术机器人在教学上的应用有助于学员学习满意度及兴趣的提升。在研究组的教学过程中，学员可通过术前通道路径规划软件，模拟手术实施，较传统课程增加了学员的自主参与及互动程度，提高了学员的学习积极性。另一方面，作为新式的教学手段，手术机器人及相关操作软件的学习过程，符合青年医师追求新技术的心态[15]，可提高青年医师的学习兴趣，一定程度上增加了学习趣味性，改进课堂氛围，优化了教学效果。

脊柱手术机器人辅助技术作为一项新兴操作平台及手术技术，在教学应用的过程中仍处于一定的探索阶段。 该研究在实施过程中获得了一定的经验及思考。 ①由于脊柱手术机器人价格较高， 涉及专业人员较少，因此在现阶段难以大范围推广应用。对此，可参考以达·芬奇手术机器人为核心的手术机器人培训体系，在有条件的单位进行教学设施建设及集中培训[16]。 ②该次教学探索所纳入的学员范围为已初步掌握开放下椎弓根螺钉置入技术，这样有助于取得较理想的培训结果。 由于作为一项微创非直视手术，PVP 手术的教学实践应建立在一定的开放脊柱手术基础上，尤其是椎弓根螺钉置入技术的理论与实践基础，才能最大限度地保证教学效果及安全性。③该研究的一项局限性在于样本量较小，相关方向的教学探究尚需要更多教师及学员的参与， 以改进并完善脊柱外科机器人辅助下的教学操作体系。

综上所述，该研究探索性地将脊柱外科机器人及相关系统应用于PVP 手术教学。 评价结果证明其可有效地提升学员的理论及实践技术掌握程度，激发学员的学习兴趣。 此外，脊柱外科机器人在该研究场景的成功应用也拓展了外科手术机器人的使用范围，了解其辅助培训的效果，为后续相关培训计划的调整和展开提供了理论及实践依据。