从T-MISS走向D-MISS——中国微创脊柱外科的发展与展望

周 跃

（陆军军医大学第二附属医院骨科,重庆400037）

1 国内外微创脊柱外科技术的发展历程

世界微创脊柱外科技术最早是由多种针对椎间盘疾病的经皮穿刺技术开启，如二十世纪五十年代的经皮穿刺融盘技术、经皮髓核切吸技术，以及后来的经皮激光、等离子等技术[1]。与传统的脊柱外科手术不同，这一类技术不需要手术切口以及软组织暴露，仅通过经皮穿刺技术将穿刺针放于椎间盘内，以实现疾病的诊断和治疗。这一类技术我们统称为微创脊柱介入技术[2]。

现代微创脊柱外科手术实质上开始于上世纪80年代中后期。随着显微镜技术在外科领域的应用，一部分脊柱外科医师也开始尝试采用显微镜来辅助脊柱外科手术。显微镜辅助可为术者提供清晰、放大的视野，尤其在位置深或在使用通道器械的神经减压手术中更具有优势[3]。早期显微镜技术仍主要集中在神经外科领域，骨科领域多用于皮瓣移植、断指再植等。真正将显微镜技术用到脊柱外科领域的时间是二十世纪八九十年代，而我国的脊柱外科医师近5年才逐渐将显微镜用于微创脊柱外科手术[4]。目前显微镜已从传统的2D发展为3D影像，同时从单纯影像工具进化为现代数字导航影像，因此，脊柱外科中显微镜技术在近年来发展极为迅速。微创脊柱外科真正的最具有标志性的技术是脊柱内镜技术。

在上个世纪90年代，随着内镜技术的不断发展，国外一部分专家开始将胸/腹腔镜应用到脊柱的前路减压和修复重建。我国部分专家如中南大学湘雅二医院的吕国华教授在90年代末期到2000年初，就开启了胸/腹腔镜下的脊柱外科微创技术[5]。该技术也经历了从早期的单纯减压、病灶切除到脊柱的修复与重建等过程，例如，采用腹腔镜辅助下的腰椎前路的病灶切除及人工椎体支撑和螺钉固定就是这一技术的典型代表。随着技术的发展，外科医师还可在胸/腹腔镜辅助下完成前路畸形的矫正和前路的固定融合手术[6]。

胸/腹腔镜技术除了入路微创外，还具有以下优点：一方面可以直观地通过内镜系统将手术过程的影像传播给我们的手术者和参观学习的学生；另一方面，由于内镜系统的良好视野和放大影像，还可以实现开放手术无法完成的直接减压。目前有部分专家也开始尝试通过内镜辅助来完成经前方椎间盘的椎管内直接减压[7]。可见，胸/腹腔镜技术在不断的变化发展和改进后，已可逐渐应用于前路小切口脊柱手术中。当然，虽然胸/腹腔镜技术操作形式微创，但应用于脊柱时手术难度高、风险大，并发症的发生率也很高，因此，胸/腹腔镜下的脊柱前路手术的适应证仍有较大限制。

内镜技术在脊柱外科的应用对行业发展产生了深远影响，也可称为现代中国微创脊柱外科领域的里程碑。作为微创脊柱外科所特有的微创技术——显微内镜技术，在90年代末出现并开启了微创脊柱外科的新纪元。真正将中国微创脊柱外科技术推向世界的是2006至2007年在国内逐渐开展的经皮脊柱内镜技术。经皮脊柱内镜技术开启了中国微创脊柱外科技术的第二次革命浪潮。这一技术基于特殊的成像结构和通道式设计，可在非常小的切口下完成多种脊柱外科手术。随着技术的发展和工具的进步，这一技术已发展成为从早期的间接减压到目前的直接解压；从仅能用于单纯椎间盘髓核切除、神经减压到各种椎管狭窄减压，包括中央椎管狭窄和神经根管狭窄；从单纯的腰椎手术发展到胸椎、颈椎；从仅能单纯减压发展到经皮内镜下的脊柱融合手术[8-10]。在以上海懋煜公司引进的德国Joimax经皮内镜系统为代表的一系列器械进步推动下，这十余年间该技术在中国得到了迅猛的发展，并涌现出了大量的技术改进和自主创新，对现代中国微创脊柱外科技术的发展做出了重大贡献。该技术使众多患者感受到微创优异的临床疗效，同时也使得众多医师感受到了微创的魅力，看到了微创脊柱技术发展的未来。

2 脊柱经皮内固定技术的临床应用

在微创脊柱外科技术发展的过程中，从早期的显微镜技术到后来的众多包括胸腔镜、腹腔镜、显微内镜和经皮内镜等一系列内镜技术以外，脊柱的经皮内固定技术可以说是微创脊柱外科技术另一项里程碑式的技术[11]。之所以称之为里程碑式的技术，是因为在经皮椎弓根螺钉固定技术出现之前，微创脊柱外科技术仅局限于单纯的减压手术。

由于在微创小切口条件下完成脊柱的修复和重建具有极大的困难，因此，当时的所谓微创技术仅能完成单纯减压部分。而由于其操作太单一，适应证局限，在微创脊柱外科技术发展的早期并不被众多传统脊柱外科医师看好。随着经皮椎弓根螺钉技术的出现，微创脊柱外科技术可完成包括病灶切除、脊柱内固定甚至畸形的矫正，真正开启了微创条件下脊柱外科修复与重建的新纪元[12]。微创经皮固定技术早期主要由国外引入，当时大家都认为是非常具有挑战的技术，可喜的是，我们国内自己开发的各种技术也逐渐发展起来。因此，现在的经皮椎弓根螺钉固定技术已经成为一个非常普遍的、能被大多数临床医师掌握的常规技术。

3 脊柱微创融合技术的发展历程和现状

在微创脊柱外科技术的发展中，微创的融合技术使我们的微创脊柱外科在过去单纯微创减压的基础上走向了微创减压和脊柱融合的道路，包括各种从早期的小切口到后来的包括可扩张通道、微创管道等。当然，这些所谓的微创通道或者微创入路，都需要显微镜或者内镜的辅助才能完成。在当前微创融合技术里面，做出最大贡献、同时影响最大并且应用最广泛的就是微创下的微创经椎间孔入路腰椎椎间融合（minimally invasive surgery-transforaminal lumbar interbody fusion,MIS-TLIF）技术[13]。

最经典的MIS-TLIF技术是在微创的通道下实现神经减压、椎间植骨、椎间融合器植入以及经皮的节段性固定。这一技术从入路上避免了传统方法（即由脊柱后方做长切口，以及肌肉、韧带广泛剥离）带来的入路创伤。同时，除了最早发展、目前应用最广、得到大家认同的MIS-TLIF技术，近年来，腰椎侧前路微创融合技术包括经侧方入路腰椎椎间融合（direct lateral lumbar interbody fusion,DLIF）、极外侧入路腰椎椎间融合(extreme lateral interbody fusion,XLIF）、前侧入路腰椎椎间融合（anterior lumbar interbody fusion,ALIF）以及侧前方的斜外侧入路腰椎椎间融合（oblique lumber interbody fusion,OLIF）技术也在不断得到临床推广和应用[14-16]。

腰椎侧方微创融合技术最大的优点就在于其避免了传统腰椎融合过程中后方稳定结构的破坏。该技术通过患者侧方小切口入路，实现了在不干扰后方腰背部软组织和椎管内神经结构的基础上，直接进行椎间盘的切除、椎管减压、椎间撑开复位以及椎间融合。同时，对于需要多节段腰椎融合病例，传统后路微创技术需做多个切口，既费时费力，又增加了手术创伤，同时也不美观，而侧方技术完美地避免了这一弊端[17]。

随着技术的发展，通过微创方法完成退变性脊柱畸形矫正也将成为现实。现今，经皮内镜辅助下的腰椎融合包括Endo-LIF（endoscopic lumbar interbody fusion，脊柱内镜下腰椎椎间融合）技术、PT-LIF技术，以及PLIF技术等，都在不断的临床探索和应用中得到了实现[18-20]。对于这些技术，从事微创脊柱外科的中国脊柱外科医师同样做出了巨大的贡献。通过先进的设备、器械，以及各种先进的临床技术手段，微创脊柱外科技术已经实现了真正意义上的微创。在微创小切口下，通过显微镜或者内镜的辅助，可以将局部的视野放大。在经皮内镜下，神经组织甚至走形毛细血管均可得到清晰的显像；但是，这种微创小切口下的微创技术，必须要在多种先进的设备器械的辅助下来完成。

4 导航技术在微创脊柱手术中的应用

回顾了近20年来中国微创脊柱外科的技术与发展，从早期的显微镜到内镜再到经皮固定融合技术，还有经皮的内镜融合技术，可称之为“传统微创脊柱外科技术，即T-MISS（traditional-MISS）技术”。以上众多技术均体现在微创化基础之上。

然而，随着现代微创脊柱外科技术的发展，未来微创脊柱外科技术将向数字化方向迅猛发展。所谓微创技术，与传统开放脊柱外科技术相比，可通过更小的切口和有限的软组织损伤来到达手术区域，这一方法多依托于各种微创通道以及小切口技术来实现。虽然微创技术所带来的手术创伤更小，但也由于这种有限的手术显露，为外科医师带来另外的一个困难。与传统开放手术那样能获得清晰的解剖结构不同，在微创条件下，外科医师只能观察到有限的局部视野。

在开放手术中，清晰的解剖学结构能为我们提供良好的解剖学参考。但微创技术中仅做手术区域的有限显露，这将会给外科医师带来很大的一种术中迷失感，就像我们行走在四通八达、纵横交错的高速公路上。在这种微创的小切口下面，外科医师往往无法判断所显露的区域是否准确以及局部的毗邻结构。

如何解决这一问题？早期，为了保证手术的精准和安全，我们往往需要借助X线的透视来完成手术区域的定位。外科医师需要在X线光透视辅助下进行操作，不可避免地需要接受射线辐照。大量的射线暴露，不仅给患者带来伤害，同时也给医师带来了很大的职业风险，这成为阻碍微创脊柱外科发展的一个很重要的原因[21]。

如何来解决手术定位及射线辐射的问题呢？随着科技的发展，民用导航系统已在我们生活中得到广泛的应用，使我们的生活变得非常便捷。同样，导航技术在我们医学中的应用，也大大地推动了医学技术的进步和发展。另外，随着3D打印技术的发展和快速成形技术的应用，包括解剖学3D模板、3D建模、术前规划等，这些技术都给我们现代微创脊柱外科技术注入了新的活力，开启了新的方向。特别是数字导航技术的应用，使现代微创脊柱外科技术走向了一个新的发展道路。数字导航技术在临床的应用以光学导航技术为主，通过红外光导航的引导可实现手术器械的示踪。手术室目前常规采用O-ARM联合导航技术来完成各种微创脊柱外科手术。在脊柱外科，导航技术早期主要用于复杂的椎弓根螺钉的植入，包括脊柱畸形的矫正、上颈椎内固定等。现在，其不仅用于椎弓根螺钉的植入，它已经可以实现手术的全流程导航，包括皮肤切口的设计、术区的显露、病灶的切除及局部的修复与重建[22]。

导航技术在外科特别是脊柱外科的应用，已经成为很重要的方法和手段。本研究团队在5年前就已经从传统的微创脊柱外科技术（即T-MISS技术），逐渐向数字微创脊柱外科技术发展，特别是将导航技术应用于多种微创脊柱外科技术。例如，目前开展的导航引导的颈椎后路内镜技术，由皮肤的定位到手术通道的植入，都可实现导航的全流程引导。在脊柱外科应用中，导航技术不仅提高了手术的精准性，同时还避免了射线对临床医师的伤害，更重要的是，实现了全程的实时手术示踪，具有更加精准便捷的特性。因此，在颈椎内镜、腰椎内镜以及MIS-TLIF手术中，我们均进行了导航应用的报道[23-24]。

电磁导航是近几年来发展成熟的导航技术，具有其独特的优点。在电磁导航辅助的经皮内镜手术中，可以直接观察到电磁导航下的器械穿刺成形过程。本研究团队也在这一方面进行了深入的工作和研发[25]。

5 虚拟现实技术及手术机器人在微创脊柱手术中的应用

除了导航技术以外，多现实技术(X-REALITY)也是近年来在数字技术里得到迅猛发展和关注的技术。数字虚拟现实（virtual reality,VR）技术已用于日常娱乐中，在多种电子游戏、电影中都有虚拟现实技术的应用。虚拟现实技术实际上是将现实和计算机虚拟的图像、情景交织在一起，从而构成了交互影像。近年来，这类技术在医学中也得到了广泛的关注。多现实技术包含了VR技术，增强现实（augmented reality,AR）技术、混合现实（mixed reality,MR）技术。

VR技术称为虚拟现实技术，医师只需要戴上特殊的眼镜，就会看到我们在现实中见不到的情景和人物，它实际上是计算机模拟出来的场景。VR技术在医学教育中非常重要[26]。基于上述技术，目前所开发出来的教育系统，包括关节镜虚拟教育系统、椎间孔镜教育系统等，均使医师不需要在大体标本上面进行学习和训练。通过这种虚拟的场景就可以进行术前培训和规划。如本研究团队使用的关节镜虚拟教育系统，可模拟真实的场景，可选择多种操作模式自我训练，同时还具有打分系统，可进行训练评估。在我们的数字实验室内，团队成员可以在虚拟的脊柱数据上直接进行相关的探讨和研究。

AR技术是在虚拟现实的基础上将虚拟和现实结合在一起，我们称为增强现实技术。AR技术实际上是将虚拟和现实重叠起来，在医学应用中，可以作为病灶的定位，医师可以通过皮肤直接观察到身体内部的骨骼结构和脏器，其中包括投影式、叠加式等多个应用[27]。

MR技术即混合现实技术，它是虚拟和现实不断的交互、混合的技术。它虚拟产生于现实，现实又用于虚拟。其在医学中同样具有巨大的应用价值[28]。如由Scopis公司开发出来MR技术，可帮助医师通过一种特殊的眼镜观察到我们术前的规划，同时也可以帮助我们实现包括病灶的定位、切除，甚至椎弓根螺钉的植入等操作。目前，这类技术尚处于研究阶段。由于医师需要戴上特殊眼镜，不便于手术操作，目前这类技术已从头戴式发展为屏幕式，甚至未来可以在空气中就可以实现图像的术前、术中，甚至未来手术中的各种各样图像的转化。

影像现实（cinematic reality,CR）技术它是一个真实与虚拟难分难辨的技术，它在医学中如何运用目前尚不可知。由于其非常像真实的产品，CR技术将成为特别受关注的技术。未来如何将其应用于医学的教育甚至治疗方案的制订和手术的操作上，目前也是大家特别关注的方面。

本研究团队在数年前便建立了数字智能骨科实验室，从早期开发骨科手术机器人，到后来建立数字实验室，开展了多种数字技术的研究，包括导航技术、智能技术、虚拟现实技术等。我们最近也报道了基于O-arm引导下的虚拟现实技术，将导航技术和虚拟技术有机结合，相信这一技术也会成为一种重要的发展方向。

机器人技术是近年来发展最快，也得到特别关注的技术。脊柱外科机器人的发展可追溯到20世纪90年代初。由最早的Puma 260型手术机器人，到现代脊柱外科机器人，同样经历了20余年的发展过程。

在临床应用中，包括大家早期所应用的以色列的Mazor Renaissance机器人，即并联式框架机器人以及Rosa机器人等，均逐渐地进入了临床应用。其发展已由辅助手术操作到可实现手术之前的规划，手术的实施等方面。可喜的是，我国也有自主的脊柱外科机器人应用于临床[29-30]。

6 我国微创脊柱外科技术的未来展望

纵观数字技术的发展，从3D技术、导航技术、虚拟现实技术以及手术机器人技术，都逐渐应用于微创脊柱外科领域。这类技术能够帮助外科医师提高手术的精准性和安全性。因此，对于此类技术，我将之称为“数字微创脊柱外科技术”，即“D-MISS(digital-MISS)技术”。实际上，微创脊柱外科技术发展的这20年，已经从传统的微创脊柱外科的T-MISS技术逐渐的走向了D-MISS技术。而D-MISS技术还会继续推动微创脊柱外科领域不断进步和发展。另外，随着大数据技术、生物信息学技术以及人工智能技术等的发展，我相信，具有智慧的能够帮助医师进行术前诊断、规划，甚至进行术中的主动操作的机器人，即所谓智能机器人，必将进入临床工作。因此，在不远的将来，我们的微创脊柱外科技术也将会走向智能微创脊柱外科时代，我将它称为A-MISS（artificial intelligence-MISS）时代。