脊柱外科手术机器人椎弓根置钉的效果分析

左 韬，刘永涛，郭开今1，（通讯作者），袁 峰1，

（1 徐州医科大学第一临床学院 江苏 徐州 221000）

（2 徐州医科大学附属医院骨科 江苏 徐州 221000）

（3 徐州医科大学循证医学教研室 江苏 徐州 221000）

椎弓根置钉技术在胸腰椎的脊柱外科手术中十分重要，椎弓根周围有大量功能性组织结构如脊髓，神经根和相关血管，如果处理不当会引发严重后遗症。传统手工置钉尤其是在微创经皮穿刺脊椎手术中准确率有提升但风险性依然很高。手动置钉准确性较低，术中医生的辐射暴露量较高等问题，促进了脊柱手术机器人的应用。患者住院时间与术后并发症的降低，相关治疗文献发表的快速增长都可以看出机器人技术应用的潜力。但在机器人技术广泛推广前，展示设备在手术的精准性，高效性和安全性至关重要。本文利用现有文献，将手术机器人置钉和人工置钉技术的辐射暴露时间，手术时间，住院时间和术后并发症进行比较，发现机器人置钉术可以在椎弓根螺钉手术中起到关键作用。

1.材料与方法

系统性使用Pubmed，OVID-MEDLINE 与Cochrane 数据库搜索2018 年3 月11 日以来机器人辅助椎弓根置钉相关文章。搜索策略的关键词为脊柱手术机器人和脊柱手术机器人手术。另外，文献列表中的文章都经过手动筛选。初次筛选出标题与摘要，纳入后的文章会评价全文内容。

研究设计包括机器人脊柱置钉技术的随机对照组研究，前瞻性研究与回顾性研究。文章病例少于9 例的，动物研究，技术性文章和综述类文章都被排除在实验之外。在这些选择条件后，32 篇文献纳入研究范围。

纳入的数据标准和实验方法包括以下变量：机器人种类，数据收集方法，空白对照组，随机分组，病人置钉数量，病人数，放射暴露时间，手术时间，准确率的百分比，病人预后，病人并发症，以及机器人使用所遇到的各种技术问题。

2.结果

2.1 机器人系统

所有文献中提到三种机器人系统，其中三篇涉及Mazor 或Medtech 机器人，28 篇文章的Mazor 机器人使用文艺复兴机器人辅助。两项研究有关Zimmer Biomet资助的Medtech 机器人[1]。上面提到所有的机器人都需要计算机CT 断层扫描技术来帮助术中透视。这可以帮助手术进行CT 术前扫描与3D 模拟[2]。ROSA 不需要CT 预手术和3D 模拟所以可以不依赖相关设备工作。此外，ROSA 系统优势是可以通过影像实时定位。也有相关文章提到ROSA 系统的校准准确性问题。

2.2 放射暴露时间

13 篇文章测量了手术团队的放射暴露时间。放射暴露时间（RET）以每次置钉时间为准。卡特教授将传统手动置钉与机器人和经皮置钉术做对比发现，RET 时间为手工平均77 秒，开放式导航机器人置钉平均43 秒，经皮导航机器人的置钉时间平均为27 秒。Keric 教授观测了90 名患者规律相似，RET 时间分别是手工平均为56.4秒，机器人24 秒[3]。

Onen 提供了27 例机器人手术，有开放也有经皮，发现两者置钉放射时间为1.3 秒/次，统计学并无明显差异。有趣的是，Ringel 教授认为手动与机器人置钉两者并无明显差异，RET 均为3.8 秒/次[4]。

2.3 手术时间

18 篇文章比较了手动和机械置钉两者之间的区别。

2.4 回顾性研究

回顾性研究评价了 SpineAssist 系统，手动置钉平均为111.2 分钟/次，而机器人导航辅助160.8 分钟/次，机器人手术辅助为140.8 分钟/次。Lonjon 教授用机器人辅助置钉比手工置钉多出2 小时，分别是336 分钟与209 分钟。

2.5 前瞻性研究

在Keric 研究中，手术比较机器人辅助置钉与传统开放方式。研究发现传统方式时间更长，机器人约为202.6 分，手工218.9 分。Kantelhardt 对比三种不同方式的操作时间，手动265.5 分，机器人辅助开放性手术306.4 分，机器人经皮辅助264.1 分，之间的差别同样没有统计学意义。

2.6 准确率

15 篇文章使用戈茨苯与罗宾的数据。还将手动透视下引导手术与机器人辅助经皮置钉术进行比较，机器人有100%的准确率，而人工有98.6%的准确率。Lonjon发现ROSA 辅助机器人准确率为97.5%，而手动为92%。但Ringel 教授的文章认为辅助机器人目前准确率只有85%而人工的高达93%。作者认为机器人辅助技术的失准是因为外科医生对手术用床体位的错误使用远多其他两种原因，导管通路的滑脱与小关节突的骨化。研究认为差别出现的另一个原因是退行性脊柱疾病的骨硬化，使得椎板基准线失去相应形态而导致手术辅助机器人难以辨识相应节段。

有专家检测了青少年特发性脊柱侧弯疾病，其椎弓根较短，椎弓根置钉更加困难。但机器人辅助手术中置钉准确率在92.8%～97.6%，俯卧位能够极大提高准确率。与手动置钉相比机器人手术能够极大的降低术后关节突以及椎间盘的压力。

也有专家在术后使用C T 扫描来检测置钉的准确性。用这种方法，K e r i c 发现文艺复兴机器人与手工置钉相比有明显差别（90%v s72.5%）。文章将这些差别归功于术前手术辅助机器人的孔道设计。另外一位教授文章发现开放式机器人手术92.2%的准确率远高于75%的机器人经皮穿刺置钉术，P=0.033。文章认为原因是经皮穿刺因为软组织的存在可能导致置钉位置的滑动。

2.7 住院时间

Kim 报道了术后观测时间为文艺复兴机器人39.7 小时，手工36.2 小时。其他研究数据发现此类机器人术后住院时间平均为14.6 天，而手工为11.6 天，而经皮机器人置钉住院时间为10.1 天。手工手术病人为57，总置钉数为286；机器人辅助手术病人为20，置钉数为97；经皮手术机器人病人为35，置钉数为156，P=0.009。微创手术方式会减少解剖学与软组织损伤，从而降低住院时间，提高恢复效率。

2.8 并发症/翻修手术

开放性手术机器人手术病人术后感染率为2.7%，（经皮穿刺机器人手术仅为0.6%），而开放性手工置钉手术感染率为10.7%，P=0.104。以上手术只有10 例需要翻修。也有一些专家的开放性手工手术的术后感染率达到20.8%，机器人辅助下只有10.8%，P=0.104。人工手术只有一种手术术中使用抗生素，另外四例使用需要手术翻修；而在机器人手术后有四例需要处理，而其中三例的并发症仅用抗生素就解决问题了。

16 篇文章都说到机器人手术的19 种并发症。主要的并发症为置钉滑脱而引起的误穿刺。临床并发症为血胸，脑脊液漏，肺栓塞。相关文献报道Spineassist 机器人置钉的神经系统并发症为597（0.7%）。手动失败率为五分之一，与机器人组相比为P=0.142。另有一例为手工置钉的根性损伤。

3.讨论

椎弓根置钉术的以手动方式与其临床并发症为参照物并作为进行技术革新的基础。因为脊柱手术辅助机器人只有4.9%～13%的错置率，因此人们对手术机器人的兴趣与日俱增，并逐渐被纳入临床实践。目前，Mazor、ROSA 和最近新加入的Excelsius 机器人系统是唯一获得FDA 批准用于椎弓根螺钉轨迹导航的机器人系统[1]。但85 万美元的市场零售价，每年的使用费接近2000 美元，对成本效益的担忧是显而易见的。抵消与机器人相关支出的一个潜在方法是确定它对病人住院时间的影响。与手工置钉组相比，Kantelhardt 等人发现开放式机器人组的住院时间显著缩短，MIS 机器人组的住院时间进一步缩短（P=0.009）。住院时间分别为14.6 天、11.6 天和10.1 天。Hyun 等人在他们的研究中明显发现，与徒手组相比，MIS 机器人手臂组的住院天数减少了3 天[2]。然而，这在很大程度上是由于该方法的微创性，在机器人组中较少损伤椎旁组织，而不是与机器人使用相关的实质性效果。其余评估住院时间的研究没有发现两种手术方法之间的统计学差异。结论不明显可能是由于样品量过少的原因。在未来的研究中，外科医生对机器人辅助置钉的熟练度增加也可能会降低住院时间，但目前的数据仍不明确。

一些研究集中在评估机器人系统的椎弓根螺钉轨迹的准确性。术前CT 扫描和术中透视同步用于图像配准，帮助手术机器人确定螺钉轨迹。在所列的研究中，有相当大比例的研究表明，机器人组螺钉放置的准确性得到了可比较的或显著的提高。Hu 和Lieberman 确实提出了30 例使用机器人来避免螺钉错位和转换为手动放置螺钉的病例。Bederman 等采用MIS 机器人辅助椎弓根内置钉术中显示了100%的准确性。Ringel 进行的一项前瞻性随机对照研究显示，与徒手相比，机器人组的准确性较差。这一发现很大程度上是使用床上平台不当所引起的运动。Kim 等人发现徒手组和机器人组在椎弓根轨迹的准确性上没有差异，但注意到徒手组关节突破坏增加。在一项比较螺钉路径与机器人制导、导航和徒手制导的研究中，准确率分别为99%、92%和97.5%，尽管这项研究的可信性不足。由于精确性的提高，在机器人辅助置钉的所有文献中，临床显著并发症的发生率均具有可比性但一致性较低[1]。

延长手术时间预示着病人预后不良，并影响设备成本。手术时间的结论是谨慎地根据现有文献得出，因为所列的一些研究是由早期阶段的外科医生组成的机器人群体。在Kim 文章中，徒手组和机器人组的总操作时间分别为190 分钟和220 分钟。机器人辅助手术延长手术时间的这一发现在绝大多数早期文献中得到了呼应。由Solomiichuk 和Keric 在2017 年进行的更大的机器人队列研究表明，在两组手术水平相当的患者中，比较经皮机器人置钉和徒手置钉时，手术时间缩短。随着外科医生经验的进步，后续研究将有助于回答机器人手术对手术时间的影响[5]。

逐渐减小的辐射暴露对外科团队的兴趣继续增加，这是使用机器人辅助仪器的潜在优势。Kantelhardt 和注意到机器人辅助下每次螺钉置入的时间相差34 秒，而徒手技术则为77 秒。同样，Hyun 等人也显示出明显缩短了透视时间。然而，其他研究的发现却没有那么令人信服。Kim 和Lonjon 在各自徒手组中显示明显较低的透视时间。值得注意的是，Lonjon 等人使用的ROSA 需要额外的透视时间进行准备。虽然对于减少辐射照射的最佳方法还没有明确的结论，但随着重复使用机器人系统，透视时间似乎有下降的趋势。

综上所述，脊柱外科的机器人技术在工业意义上和外科医生的使用程度上都处于早期发展阶段。在降低对软组织压力的敏感性、提高工作效率、以及软件对外科医生友好度仍需不断改进。这对提高病人的手术安全性和技术广泛使用至关重要。机器人置钉精度较高，并发症发生率较低。然而，在透视时间、手术时间和住院时间等指标上，机器人技术与传统外科治疗置钉的效果仍然不确定，很难证明从而被广泛应用。未来机器人想要广泛应用，如何降低成本研究也是必须的，此外也需要外科医生应具有丰富的机器人经验，而机器人学习曲线时间较长，这都是未来需要改进的方面。