2015, Vol. 36
,
CHEN Zi-qiang,
YANG Ming-yuan, ZHAO Ying-chuan, NI Hai-jian, ZHU Xiao-dong, ZHAO Jian, WANG Fei, ZHAO Yun-fei,
LI Ming
脊柱侧凸(scoliosis)是指脊柱的一个或数个节段在冠状面上偏离中线向侧方弯曲，形成10°以上弧度的脊柱畸形[1]。其中，特发性脊柱侧凸是最为常见的类型，发病率为1%~3%[2, 3]，好发于儿童和青少年，可导致外观畸形、心理障碍等。由于脊柱侧凸的手术中椎弓根螺钉置入难度大、风险高，螺钉置入的安全性问题成为亟待解决的难题，安全准确的螺钉置入方法成为当前研究的热点。近期，我们在国内首次采用采用机器人(Renaissance Mazor)辅助椎弓根螺钉置入手术治疗了14例脊柱侧凸患者，效果满意，现报告如下。
1 资料和方法 1.1 临床资料选择2015年7月第二军医大学长海医院骨科收治的14例脊柱侧凸患者，男性6例，女性8例，平均年龄(15.9±2.4)岁。其中，特发性脊柱侧凸12例，先天性脊柱侧凸2例。所有病例均行后路机器人辅助椎弓根螺钉内固定矫形手术，由本科同一组医师经过培训后完成。
1.2 术前准备术前拍摄站立位脊柱全长正侧位X线片、Bending位X 线片、牵引位X 线片以及薄层CT(层厚1 mm)。根据影像学资料确定融合节段，将薄层CT数据输入Renaissance系统进行术前设计：设置CT图像方向，对每一椎体进行逐一辨识、标记，调整椎弓根扫描层面，设定合适的螺钉长度、直径，并设定理想的进钉点及进钉角度。最后，逐层确认预设螺钉位置，避免椎弓根内壁及下壁骨皮质穿透。
1.3 术中操作将图像适配器安装在C型臂X线机(西门子Arcadis Orbic 3D)上，并将C型臂与机器人主机连接，将体位标识放置在C 型臂上，空踩C型臂取得含有标记的图像，旋转调整屏幕，使系统可分辨其左右，移除标记，取得初始校准图像，发送给Renaissance系统。
患者全麻后取俯卧位，卧于Jackson手术床上，双上肢前伸放置于手架上，合理摆放床周围物体尽量避免对C形臂移动机旋转的阻挡，透视区避免金属物体遮挡。取后正中切口，依次切开皮肤、皮下及胸背部筋膜，沿棘突双侧剥离椎旁肌，骨膜下剥离至双侧小关节突及横突，电凝止血。将手术方案导入Renaissance系统。该组所有患者均使用“胸腰椎夹子平台”，首先固定夹子于棘突，安装多功能桥，在多功能桥的远或近端固定1枚克氏针于棘突上，使平台牢固稳定。分别在正位和斜位进行3D Marker透视，将正位和斜位图像传送给Renaissance主机，计算机通过计算，对应术前CT影像学资料，完成对每一个椎体的注册。评估误差率，并对个别钉道进行微调，满意后在计算机提示下开始置钉。Renaissance主机调整机器人姿态，手术医生根据提示连接机器臂及套筒，使用限深电钻建立钉道，探子确认钉道四壁后，丝攻，探子再次确认钉道，拧入螺钉。根据侧弯形态和需固定的节段长度，完成一组置钉后，改变夹子平台位置，再次进行注册，重复以上置钉步骤(手术过程见图 1)。
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图 1 机器人术中操作步骤 Fig 1 Procedure of the robotic surgery A： Perioperative planning; B, C： Manipulation during operation; D： Placement of screws and rods |
置钉完毕后，咬除棘突，必要节段行Ponte截骨，双侧置棒矫形。融合节段去皮质，植入自体骨和同种异体骨，留置引流管，逐层关闭切口。
1.4 疗效评估记录机器人使用时间、置钉时间、透视次数和注册时间、术中出血量、围手术期并发症，术后2周内拍摄站立位脊柱全长正侧位X线片，通过CT检查螺钉位置。
根据CT评价螺钉位置时，采用Abul-Kasim等[4, 5]提出的新分级系统，包括内侧皮质穿孔、外侧皮质穿孔、前皮质穿孔、终板穿孔和椎间孔穿孔5类。其中，内、外侧皮质穿孔1级考虑为螺钉部分穿孔，2级为螺钉全部穿孔。
2 结 果本组病例共置入椎弓根螺钉230枚，其中使用机器人置入螺钉148枚，其余徒手置入；平均每例患者使用机器人置入螺钉数(10.6±5.3)枚。平均每例机器人使用时间(平台安装+透视配准+螺钉置入)为(58.9±21.8)min，平均每枚螺钉置钉时间(5.6±2.1)min，若从配准完成后计算，平均每枚螺钉置钉时间为(2.4±0.9)min。平均配准次数(移动平台)为(1.7±0.9)次，平均透射次数为(11.2±7.7)次，平均每次配准时间(平台安装+透视配准)时间为(19.3±6.2)min。详见表 1。
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表 1 14例机器人辅助椎弓根螺钉置入脊柱侧凸矫形手术资料 Tab 1 Surgical information of 14 patients with scoliosis undergoing robot-assisted pedicle screw insertion |
术中平均出血量(900.0±366.1)mL，冠状面Cobb角由术前50.1°(40.0°~63.0°)矫正至12.8°(2.0°~28.0°)，平均矫正率74.9%；顶椎偏移由术前(4.4±1.2)cm矫正至(1.9±0.9)cm，平均矫正率为57.8%，围手术期未发现明显并发症(典型病例如图 2)。术中1枚螺钉在置入过程中，由于套管位于关节突斜坡处，电钻使用过程中出现套筒向上移位，探子探察钉道上壁穿破，遂改为徒手置入。术后CT平扫显示，机器人辅助置钉的准确率为95.3%(141/148)，位置不良的螺钉置为4.7%(7/148)，其中，1级内侧皮质穿孔为1.4%(2/148)，1级外侧皮质穿孔为3.4%(5/148)。
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图 2 机器人辅助脊柱侧凸矫形手术典型病例 Fig 2 A typical case of robot-assisted scoliosis surgery A 13 years old female was diagnosed as adolescent idiopathic scoliosis. A: Preoperative pictures; B: Postoperative pictures; C: The anteroposterior and lateral fluoroscopic images showed that coronal angles were T1-T6: 25°, T6-T12: 50°, T12-L4: 30°, sagittal angles were T5-T12: 15°, T10-L2: 8°, L1-L5: 62°, and her Risser sign was 4°; D: After the surgery, her coronal angles were T1-T6: 15°, T6-T12: 18°, T12-L4: 7° and sagittal angles T5-T12: 19°， T10-L2: 8°， L1-L5: 60° |
脊柱侧凸是一种复杂的三维畸形，威胁着青少年的身心健康，给社会和家庭造成了沉重的医疗和经济负担[6]。后路全椎弓根螺钉内固定矫形术是脊柱侧凸矫形手术的最常用术式，然而脊柱侧凸的椎弓根螺钉置入具有极高的难度和风险。文献报道胸椎椎弓根螺钉的误置率高达6%~54.7%[7, 8]。传统手术建立钉道的过程中，由手术医师根据经验判断椎弓根大致走行方向，凭借手感使用开路锥试探性钻入，此过程中开路锥极易穿出椎弓根皮质，造成周围组织损伤或建立错误钉道，导致螺钉误置。脊柱比邻脊髓、神经根、心、肺以及胸、腹腔大血管，螺钉误置可能导致瘫痪或出血性休克，甚至死亡。因此，螺钉置入的安全性问题成为脊柱外科手术的瓶颈。
随着信息科学技术的不断发展，各种机器人不断涌现。1992年，Sautot等[9]最先将机器人辅助系统运用于脊柱外科手术。目前，国际上较为领先的是SpineAssist/Renaissance机器人引导系统，该系统是由以色列Mazor公司在Technion开发的MARS(miniAture robot for surgical procedures)系统基础上发展起来的，也是目前唯一被欧洲CE(Communate Europpene)和美国FDA(Food and Drug Administration)认证并运用于临床的脊柱机器人引导系统。其底座直径5 cm，高8 cm，质量约250 g，具有6个自由度，可通过棘突夹固定到棘突上，并通过Hover-T框架与脊柱固定[10]。在此基础上，Mazor公司研发了第2代Renaissance引导系统，优化了软件系统，并且可通过普通的C臂透视获得3D图像，可用于脊柱侧弯等操作。
通过对该组患者手术的实施，我们认为机器人系统有以下优点：(1)准确性好，精确度高，与传统徒手置入椎弓根螺钉有较明显的优势。Kantelhardt等[11]报道了55例患者进行机器人引导椎弓根螺钉内固定术，共置入250枚螺钉，准确率为94.5%，而作为对比，传统方法准确率为91.5%；同时机器人辅助手术有效减少了术中X线透视的时间。Hu等[12]使用机器人为95例患者进行脊柱畸形手术，共置入960枚螺钉，其中有949枚(98.9%)成功置入。美国FDA批准机器人手术系统误差需要小于4 mm，Renaissance系统精确度，可以达到1 mm左右。(2)手术过程稳定，操作轻松。由于脊柱外科手术风险高，传统徒手方法花费时间较长，术者精神紧张，容易疲劳，而机器人手术使用机械臂操作，省力稳定，术者不易疲劳。(3)容易掌握，可缩短低年资医师学习曲线。徒手置钉需要长期的经验积累，学习曲线较长，脊柱机器人手术由于螺钉位置不良、椎弓根爆裂骨折、血管损伤、硬膜损伤和神经损伤等并发症较少，低年资医师容易学习。Hu等[13]报道，使用机器人手术例数超过30例时，置钉准确率就可达90%以上，失误率为0~0.8%。而传统手术置钉失误率和并发症发生率较高，这也是限制年轻医师主刀脊柱手术的重要原因。
在本组患者的手术过程中，我们也有一些经验体会。(1)在机器人操作和透视的视野中需减少不必要物体的遮挡，任何不透光或半透光的物体都会造成椎体注册困难，导致注册误差加大，计算过程延长，或注册失败。(2)对脊柱侧凸患者进行手术，应采用“胸腰椎夹子平台”进行操作，因为其他平台采用的是是较长且直的导轨，无法适应脊柱的弯曲，会造成偏离脊柱较远，机器人无法置钉的情况。使用“胸腰椎夹子平台”应先观察侧凸形态，分段注册，应尽量将夹子固定在一段相对平直的脊柱上。(3)术前设计时应尽量避免外倾角度过大，否则会因软组织遮挡造成软组织张力过高，从而导致通道位置移位，通道角度过大，可能使机器臂无法达到相应角度。进钉点的选择应尽量选择较为平坦的位置，避免选择关节突的斜坡，否则容易造成钉道的移位。本组术中1例患者就是因为这种情况造成钉道建立失败。遇到上述情况，可预先使用咬骨钳或磨钻对关节突斜面进行处理，或在切口暴露完成后对所有关节突先进行处理，将关节突磨平，以缩短手术时间。(4)9孔C型臂X线机为目前骨科手术中常用的透视仪器，由于每次透视节段一般包括4~5个节段，长节段脊柱侧弯手术需要多次注册，较为费时。我们的经验是培训操作熟练的技师，术中使用C型臂无菌保护套，便于目测调整C型臂透视角度与3D Marker板平行，另外在进行正位与斜位切换时，只沿C型臂方向轴向转动C型臂，而不进行其他空间旋转和移动，或根据透视结果微调即可，这样可减少透视次数缩短透视时间。(5)由于术中机器人手术耗时较长，考虑患者手术麻醉安全和出血风险，我们选择较难置钉的位置使用机器人辅助置钉，有把握的位置选择徒手置钉。
机器人系统仍存在不足和缺点：(1)价格昂贵。目前该引导系统每台约100万美元，并且每例患者术中使用的耗材在人民币8 000元左右，价格昂贵难以普及[14]。(2)机器人目前只能完成钉道引导，无法自动置钉。由于骨科手术对机械臂材料硬度和扭曲度要求较高，自动置钉技术有待进一步研发。(3)需要定期维修与保养。该系统主要操作平台精度高，每次手术前需要预热和校正，并且不耐磨损，需要定期保养和维修。
总之，Mazor Renaissance机器人辅助脊柱手术是目前国际先进的技术。通过术前设计优化置钉方案、术中配准、机械臂辅助建立钉道的过程，具有定位精度高、手术安全性好的优点，可降低术中神经、血管及内脏损伤等并发症的发生，将成为未来脊柱外科发展的趋势。
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