骨科手术机器人在脊柱外科围手术期患者中的应用

骨科手术机器人在脊柱外科围手术期患者中的应用

周晶 布艾吉尔·阿不都热合曼 陈婷

新疆医科大学第六附属医院手术室 新疆  乌鲁木齐     830000

摘要：手术机器人具有精度高、切口小、恢复快等特点,近年来在脊柱外科领域获得广泛应用。本文简要介绍脊柱外科机器人的国内外的应用现状、技术路线和操作规程、适应症、临床应用不足进行综述。

关键词：骨科手术；机器人；脊柱外科

脊柱具有复杂的解剖构造、丰富的血运网络、形态多样的椎管内神经组织，在精确、安全等方面具有更高的要求，也更具挑战性。传统开放手术具有视野好、解剖层次清楚等优点，但也有术中出血多、放射暴露高、对邻近组织损伤大等缺点，且术后恢复缓慢。微创手术概念的提出为脊柱外科带来新的发展方向，其最显著的特征是损伤小、损伤少，但手术视野窄、手术操作困难、追求微创易残留病灶、脊柱自身结构复杂狭窄等问题制约了其发展。近几年来，随着机器人技术在脊柱手术中的广泛应用，为脊柱疾病的临床诊治开辟了新的途径[1]。

一、该技术在国内外的应用现状

目前，国内外市场骨科手术机器人包括北京天智航医疗科技股份有限公司天玑骨科手术机器人系统（天玑机器人）、法国MEDTECH开发的ROSA机器人和美敦力公司开发的Mazor机器人。所使用的均为虚拟导航技术，需购买价格昂贵的三维C臂、碳纤维手术床及其他设施，术中因体位移动需植入MARK、追踪器松脱，影像飘移，所引起之术后打钉不准确却无法预料，致使手术不成功。

为了解决现有虚拟导航存在的以上问题，利用直观图像定位技术设计佐航300型骨科手术机，该技术来源于国家重点课题成果，采用直观特征图像技术，智能规划技术以及机器人技术对医院机器人辅助脊柱手术进行了临床应用演示，并对骨科机器人辅助手术标准流程与评价体系进行了研究，构建了一套基于机器人辅助脊柱手术一体化解决方案。

二、技术路线和操作规程

脊柱外科手术导航定位设备（骨科手术机器人）可根据骨科临床需求有针对性地进行精准定位操作术式。机器人基于C型臂所拍X光片对定位环和脊柱特征点位置进行软件规划，并通过机械臂各关节进行精准移动，使得路径定位架到系统计算出来的位置并完成精准定位。“机器人”计算机系统经以太网网线给驱动系统内控制箱发出运动控制信号以控制机械臂动作。

主要操作过程如下:

1.术前准备工作

①到影像科考病人三维CT资料，通常医院CT间隔在1.5mm以下,dicom格式就可以了。

②工程师将提供参考手术方案，由医师在术前3D数据上对手术方案优化确认。

③手术室设备放置

2.术中定位

①在手术中拍摄正侧位的X光图，和术前的手术方案进行匹配，完成脊柱骨骼姿态的计算，从而计算出在规划的入钉方向。

确认伤椎——计算位置——体表划线

②根据术前规划数据进行C臂摆位至轴位，指导术者安装路径定位架，进行机器人初始摆位。

透摄X光片识别双圆环，控制机器人运动直至双圆环同心完成定位操作。

③根据医生与软件预选穿刺针进针点，做皮肤小切口，将穿刺针快速准确置入皮肤肌肉组织到达骨表面，使用骨锤轻轻敲击穿刺针，使穿刺针定于骨表面后拍摄X光片。

④验证入点的位置投影落入最里端的小圆环中，不会超过小圆环边界的标识，且处于椎弓根安全状态，准确定位结束。

三、适应症

1、经皮椎体成形术（PVP），经皮椎体后凸成形术（PKP）

PVP通过X光透视准确定位，穿刺针穿过椎弓根进入病变椎体后再灌注骨水泥使病变椎体增强并使椎体骨折碎片保持稳定，从而快速减轻腰背部疼痛，避免椎体继续受压塌陷。

传统的椎体成形手术，医师在灌注骨水泥的过程中不能精确地判断出最佳灌注位置及最佳灌注量，需经常收集X光以证实骨水泥的灌注情况，并受大量辐射的影响。脊柱外科手术导航定位设备可在局麻中进行手术操作，并借助于医学图像处理软件对骨科钻孔调整定位器运动量进行计算以达到精准定位，对病人辐射量小，创口少，利于病人迅速康复。

适应症：骨质疏松的椎体压缩性骨折；椎体转移性肿瘤及骨髓瘤等；椎体血管瘤等。

2、经皮微创椎弓根螺钉固定

椎弓根钉置入术需穿过脊椎椎弓根并在椎体内由后路置入固定椎体。常规辅助定位脊柱椎弓根置入方法通常是在X光透视或者摄片协助下，医生赤手空拳进行置入，因为椎弓根周围分布着重要神经血管，植入失败后可引起严重并发症，因此十分依赖于医生经验。

脊柱外科手术导航定位设备导航定位能够帮助医生明确、直观地判断手术路径和危险区域的对应关系、精确地确定定位误差、避免风险。

适应症：胸腰椎骨折脱位，椎间盘退变，脊柱滑脱。

3、经皮后路脊柱内镜椎管减压，椎间盘髓核摘除，神经根松解术等。

经皮后路脊柱内镜椎管减压，椎间盘髓核摘除和神经根松解术，要求内镜的工作通道准确定位于椎间孔和椎板间孔。传统的定位做法是在体表贴上定位的标志，借助X光透视或者摄片等手段，医生赤手空拳完成穿刺及通道置入等操作，穿刺定位的精度往往受病人体位，胖瘦等因素的影响、X线投射角度，术者穿刺手技以及其他诸多因素，常需多次重复透视才能判断，导致病人辐射暴露过多并增加了手术目标区神经，血管及其他重要脏器受损的危险。

四、脊柱外科机器人的不足

目前，脊柱手术机器人的研究还处于起步阶段，存在以下缺点：（①部分机器人的硬件设备较大，不适合在手术室内进行手术；②大部分机械臂均需在手术前做创伤性固定，增大了病人的创伤范围；③术中因周围软组织的牵拉作用，使机器人在操作过程中受到一定程度的影响，导致操作精度下降；④传统外科手术中，通过触觉反馈为术者提供辅助，但由于机械臂的存在，术者不能获得触觉反馈，从而影响操作精度。⑤术前规划和登记时，由于导航系统不稳，以及病人在术中的位置变化，都会对手术造成一定的影响[2]。

4.结束语

总之，目前在脊柱手术中，机器人的应用尚处于起步阶段，尽管在精度和稳定性等各方面都取得了很大的进步，但大多数都属于一种引导，完全自动控制的研究仍有待深入。只有在有经验的术者配合下，机器人手术的效果才能得到进一步的提升。机器人自身的缺点有待于进一步的研究和改进，其优点还有待于进一步的临床实践来证实。

参考文献：

[1]胡旭锋,张元智.手术机器人在脊柱外科中的应用[J].中国骨科临床与基础研究杂志,2020,12(Z1):297-303.

[2]李玉希,黄浚燊,刘婷等.脊柱手术机器人在脊柱外科手术中的应用进展[J].机器人外科学杂志(中英文),2021,2(02):143-150.