骨科机器人示踪器安装优化方案在胸腰椎骨折手术中的应用.pdf

收稿日期:2023-05-11;修订日期:2023-06-25作者简介:刘畅(1985-),男,主治医师,博士在读研究方向:脊柱外科通信作者:杨庆国电子邮箱:188044904 临床论著骨科机器人示踪器安装优化方案在胸腰椎骨折手术中的应用刘畅,李伟,曹云,章仁杰,张银顺,钱军,董福龙,杨庆国(安徽医科大学第一附属医院骨科脊柱外科病区,安徽合肥 230022)摘要:目的 与常规的棘突夹固定示踪器进行对比,回顾性观察在贴膜固定示踪器的条件下,使用“天玑”骨科机器人辅助植入胸腰段椎弓根螺钉的精确性和安全性。方法 分析 2019 年 8 月 2022 年 12 月采用“天玑”骨科机器人进行椎弓根螺钉内固定手术的胸腰椎骨折患者 67 例。调取记录的手术出血量、手术持续时间、术前和术后 VAS 评分数据,并通过分析术后复查的术区三维 CT 资料,使用 Gertzbein-Robbins 分级标准评估螺钉精确度,并按照使用贴膜固定示踪器(贴膜组)和棘突夹固定示踪器(棘突夹组)两种方案进行分组对比。结果 贴膜组植入螺钉 184 枚,其中“精准”174 枚,“优良”7 枚,“不良”3 枚;棘突夹组植入螺钉 140 枚,其中“精准”135 枚,“优良”4 枚,“不良”1 枚,两组精确度无统计学差异(P0.05)。手术出血量、手术时间和 VAS 评分指标方面,贴膜组均优于棘突夹组,但仅手术出血量差异较明显(P0.05)。结论 贴膜固定示踪器可以提供与传统棘突夹固定示踪器一致的胸腰段椎弓根螺钉精确度,同时可以减少创伤和出血,具备潜在的缩短手术时间和减少术后疼痛的作用。关键词:骨科手术机器人;椎弓根螺钉;示踪器;精确性;胸腰椎骨折中图分类号:R687.3 文献标识码:A 文章编号:1005-7234(2023)04-0517-04DOI:10.3969/j.issn.1005-7234.2023.04.004Application of optimization scheme of orthopedic robot tracerinstallation in thoracolumbar fracture surgeryLIU Chang,LI Wei,CAO Yun,ZHANG Ren-jie,ZHANG Yin-shun,QIAN Jun,DONG Fu-long,YANG Qing-guo(The First Affiliated Hospital of Anhui Medical University,Hefei 230022,China)Abstract:Objective To retrospectively observe the accuracy of thoracolumbar pedicle screw implantation assisted by the“Tianji”orthopedic robot under two different tracer fixation methods for patients,and to analyze the accuracy and safety of the new method.Methods From August 2019 to December 2022,67 patients with thoracolumbar fractures who were treated with pedicle screw internalfixation by the“Tianji”orthopedic robot who met the inclusion criteria were analyzed.The recorded surgical blood loss,duration ofsurgery,and preoperative and postoperative VAS scores were obtained.The Gertzbein-Robbins grading criteria were used to evaluatescrew accuracy by analyzing the three-dimensional CT data of the operative area reviewed after surgery.The screw accuracy wascompared according to the film fixation tracer and spinal clamp fixation methods.Results A total of 184 screws were used in the filmfixation scheme,among which 174 were“accurate”,7 were“excellent”and 3 were“poor”,and 140 were used in the spinous splintfixation scheme,among which 135 were“accurate”,4 were“excellent”and 1 was“poor”.There was no statistical difference inaccuracy between the two groups(P0.05).Surgical blood loss,operation time,and VAS score index were compared according to theoperation scale.The membrane fixation scheme was superior to the spinal splint scheme,but the surgical blood loss was significantlydifferent(P0.05).ConclusionThe film fixation tracer canprovide thoracolumbar pedicle screw accuracy comparable to the traditional spinous clamp fixation tracer,while reducing trauma andbleeding,potentially reducing operative time and postoperative pain.Key words:orthopedic robot;pedicle screw;tracer;precision;thoracolumbar fracture 目前,胸腰段脊柱骨折手术治疗的主流术式是后路椎弓根螺钉内固定术,其中短节段固定是当下比较流行的方案1。近年来,机器人开始广泛运用于骨科手术领域2。“天玑”机器人是国内运用较为广泛的通用型骨科手术机器人,椎弓根螺钉导航置钉的优良率明显高于传统开放或经皮徒手置钉3-4。该型机器人运用了红外导航技术,其光学跟踪系统需要在光跟踪相机探测范围内,以定位患者示踪器为参照,识别机械臂和示踪器相对空间位置的方式715颈腰痛杂志 2023 年第 44 卷第 4 期 The Journal of Cervicodynia and Lumbodynia 2023,Vol.44 No.4调整机械臂的角度。经典的操作过程中,需要在手术节段邻近的椎体棘突上作开放切口以放置患者示踪器5。本院自 2018 年初引入“天玑”机器人后,积极践行脊柱手术微创化理念,创新性地通过拆卸患者示踪器探测器面板元件,使用贴膜固定于术区周围稳定平面的方法,进一步减少了机器人导航胸腰段椎弓根螺钉内固定术的开放切口数量(图 1)。本研究通过与常规的棘突夹固定示踪器进行对比,回顾性观察在贴膜固定示踪器的条件下,使用“天玑”骨科机器人辅助植入胸腰段椎弓根螺钉的精确性和安全性,以及围手术期指标。1 资料与方法1.1 一般资料本研究为回顾性研究,纳入 2019 年 8 月 2022年 12 月安徽医科大学第一附属医院行“天玑”机器人导航后路经皮椎弓根螺钉内固定术的脊柱骨折患者。纳入标准:T11 L2单椎体骨折,包括 4 钉和 6钉两种固定方法;AO 分型为 A 型;术后或短期随访中完成术区 CT 扫描;年龄 18 60 岁。排除标准:伴有多系统、多脏器损伤;体质量指数(body mass index,BMI)28 kg/m2,达到肥胖标准。经检查,未出现需要手工置钉修正或重新置钉的情况。1.2 手术方案按照机器人辅助下胸腰段椎弓根螺钉内固定术的手术指南进行手术。操作区别在于:棘突夹组使用邻近节段棘突安装棘突夹固定示踪器;贴膜组选择稳定平面,一般为近端胸背部,两侧肩胛骨之间区域,平稳放置去除了垂直固定装置的示踪器板,使用手术贴膜固定(见图 1-2)。1.3 观察指标(1)置钉准确度:依据术后 CT 三维重建影像资料,采用 Gertzbein-Robbins 分级6为标准进行置钉准确度评估。A 级:螺钉位于椎弓根内;B 级:螺钉穿破椎弓根皮质2 mm;C 级:螺钉穿破椎弓根皮质2 mm 且4 mm;D 级:螺钉穿破椎弓根皮质4 mm且6 mm;E 级:螺钉穿破椎弓根皮质6 mm。其中A 级认可为“精准”,A 和 B 级均可认为置钉“优良”,C E 级视为“不良”。(2)围手术期指标:根据示踪器固定方法和植入螺钉数量,分为棘突夹 4 钉组、棘突夹 6 钉组、贴膜 4 钉组和贴膜 6 钉组,对比分析以下指标:手术时间:完成铺巾至关闭切口完图 1 A1:手术贴膜固定示踪器,需选择稳定平面,紧密贴合;A2:沿示踪器红外反射玻璃珠外侧做贴膜孔洞,避免遮挡玻璃珠;B1:棘突夹固定示踪器;B2:沿邻近手术区域一定范围内的棘突作正中切口,剥离棘突两侧软组织,充分暴露骨质后方能稳定固定棘突夹,需注意切口止血。图 2 A:贴膜固定示踪器,植入 6 枚椎弓根螺钉手术切口;B:棘突夹固定示踪器,植入 6 枚椎弓根螺钉手术切口,可见术区邻近节段需另行开放切口以安装棘突夹。成之间的手术持续时间。手术出血量:出血量=(使用后纱布重量-干净纱布重量)/1+吸引器吸引量-冲洗生理盐水量。术后疼痛:分别于术前 1 d卧床状态和术后 6 h 卧床状态、未使用镇痛药物前,采集疼痛 VAS 评分,并使用公式计算 VAS 变化量:变化量=术后 VAS-术前 VAS。1.4 统计学方法使用 SPSS 27.0 软件进行统计学分析。计量资料均进行正态分布检验,若符合正态分布,采用“xs”表示,否则采用“M(P10,P90)”表示;计量资料组间比较采用 Wilcoxon 秩和检验,计数资料组间比较采用Pearson 卡方检验。以 P 0.05)。贴膜 4 钉组的手术出血量显著低于棘突夹 4 钉组(P=0.002),贴膜 6 钉组的手术出血量显著低于棘突夹 6 钉组(P=0.029);贴膜 4 钉组与棘突夹 4钉组、贴膜 6 钉组与棘突夹 6 钉组的手术时间相比,均无显著差异(P=0.433;P=0.982);贴膜 4 钉组的术后 VAS 评分及 VAS 变化量均显著低于棘突夹 4钉组(P=0.000;P=0.032),贴膜 6 钉组与棘突夹 6钉组的术后 VAS 评分及 VAS 变化量相比,均无显著差异(P=0.100;P=0.791),见表 2。表 1 螺钉精确度比较分组数量(枚)Gertzbein-Robbins 分级数量(枚)ABCDE精确度比例精准率(A)优良率(A+B)不良率(C+D+E)贴膜螺钉组184174730094.57%98.37%1.63%棘突夹螺钉组140135410096.43%99.29%0.71%x20.6250.547P0.4290.637表 2 手术出血量、手术时间、术后 VAS、VAS 变化量均值M(P10,P90)分组手术出血量(mL)手术时间(min)术后 VAS(分)VAS 变化量(分)贴膜 4 钉组75(50,110)65(55,87)5(4,6.5)2(1,3)棘突夹 4 钉组100(60,164)70(55,92)6(5,8)3(1,5)P 值0.0020.4330.0000.032贴膜 6 钉组123(80,195)87.5(67.5,122.5)5(4,6.5)1.9(1,3.5)棘突夹 6 钉组150(90,200)90(70,115)6(4.5,7)2(1,3.5)P 值0.0290.9820.1000.7913 讨论骨科手术机器人在脊柱外科应用越来越广泛,国内自主研发并广泛使用的“天玑”骨科机器人取得了显著的临床疗效收益5。北京积水潭医院在一项纳入 234 例样本的研究中,发现“天玑”机器人辅助下进行椎弓根置钉的优良率超过 95%,平均偏差仅为 1.5 mm4。在“天玑”机器人原始设计中,患者示踪器要求需与人体解剖结构相连接,用于反射红外光到光学跟踪相机5,在胸椎和腰椎范围内,一般选择使用棘突作为稳定连接示踪器的解剖结构。但通过棘突夹固定示踪器的方法,必然要增加一个与手术植入物无关的手术切口,棘突夹的稳定固定难以避免损伤和剥离附着在棘突两侧的回旋肌和多裂肌肌腱5,引起脊柱稳定性下降和长期腰痛7。曾有研究者使用类似的示踪器无创固定方法进行“天玑”机器人导航下椎间孔入路内镜穿刺,取得了良好的效果8。软组织穿刺导向相对于椎弓根骨性钉道导向,精度要求略低,组织硬度对于导向过程的阻力偏移较弱,不易出现因结构特点导致的误差。既往有学者在使用美国史塞克公司等中心投照 C 型臂三维导航(ISO-Center projection three dimensionalnavigation,ISO-C 3D)系统进行经皮椎弓根螺钉植入时,运用蛇形自由臂在皮表固定示踪器,以避免有创棘突固定带来的多余损伤,同时证实了该方法的可行性和安全性9。但目前国内应用最广泛的“天玑”骨科机器人,在示踪器无创固定下进行经皮椎弓根螺钉置入的准确度、安全性和围术期康复的影响,仍长期缺乏验证。本研究分析可见,使用贴膜固定示踪器和使用棘突夹固定相比,没有精确度上的差异,安全性可以保证。在相同创伤水平(置钉数量)的手术中,贴膜固定示踪器的手术出血量和手术时间均较棘突夹固定示踪器的手术少,减少了手术切口和创伤范围对出血量的影响。术后疼痛评分也可以看出,贴膜组由于减少了手术切口,一般均优于棘突夹组,但可能由于主要的疼痛来源仍是植入物切口,这种差异并不明显。但由于样本量较小,本研究仍可能存在偏倚性,这是本研究的不足。为了尽可能减少螺钉植入精度的影响因素,本研究参考了既往的一些研究成果10,排除标准较为严格,比如,排除了 BMI 值达到肥胖标准的病例(减少软组织厚度对置钉的影响),也具备一定的研究意义。在“天玑”机器人导航辅助手术中,患者示踪器915颈腰痛杂志 2023 年第 44 卷第 4 期 The Journal of Cervicodynia and Lumbodynia 2023,Vol.44 No.4需要牢固地固定在稳定的解剖结构上。如果术中工具或术者不小心造成示踪器移动,或者手术过程中示踪器被软组织挤压脱落,将导致定位精度下降或定位失败。在这种情况下,图像采集过程和导航定位步骤必须重复进行5。笔者的经验是,铺巾需要在近端留出较大空间,大单的手术孔洞需向近端留出足够的空间,在铺巾完成后,先使用一层贴膜固定铺巾,在该层贴膜上,选择两侧肩胛骨下角连线水平的稳定平面上平稳放置示踪器板,一人扶持住时,另一人协助第二层贴膜带两侧张力紧密覆盖示踪器板,与周围平面敷贴牢固,再铺布其他无菌巾,无菌巾要避开示踪器板。这样的固定方式可以防止最外层无菌巾在术中的拖拽,避免引起示踪器移动。同时,需注意用剪刀片和有齿镊去除示踪器板上玻璃珠上的贴膜,使其充分暴露无遮挡。本团队在“天玑”机器人使用的早期,曾针对胸、腰椎椎弓根螺钉植入位置不良的原因进行了回顾性研究10,综合既往的一些研究,总结改善螺钉精确度的方法,包括调整呼吸机参数以减少胸廓起伏11、避免倾斜骨面进钉、适当的套筒握持力和关注肥胖患者等。其他一些研究也发现,针对天玑机器人光学导航系统的实践测量,建议示踪器和机械臂置于光学探测中心 400 mm 直径范围内以维持必要的手术精度12。综上所述,在“天玑”机器人辅助下行胸腰段椎弓根螺钉内固定手术过程中,使用手术贴膜在躯干稳定平面上固定示踪器,可以提供与棘突夹固定方案一致的导航精度;同时,可以减少棘突夹固定带来的软组织创伤,减少出血,控制手术时间,进而减少相应的远期并发症。参考文献:1 徐强,赵清华,赵志慧,等.单双侧伤椎置钉与不置钉在治疗胸腰椎骨折上的病例对照研究J.中国骨伤,2018,31(8):709-713.2 Ghasem A,Sharma A,Greif DN,et al.The arrival of robotics inspine surgery:A review of the literatureJ.Spine(Phila Pa1976),2018,43(23):1670-1677.3 田伟,范明星,张琦,等.中国骨科手术机器人的发展J.应用力学学报.2023,40(1):1-6.4 Han X,Tian W,Liu Y,et al.Safety and accuracy of robot-assis-ted versus 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