Renaissance机器人在青少年特发性脊柱侧凸中置钉失效分析及对策

盛伟超 张敬乙 杨光 吕东波 廖文胜 高延征

椎弓根螺钉系统治疗青少年特发性脊柱侧凸（adolescent idiopathic scoliosis，AIS）具有强大的矫正能力[1-2]。然而，AIS患者因椎体空间位置改变，椎弓根螺钉位置不佳可能导致严重的并发症[3-4]。Renaissance脊柱机器人目前逐级得到广泛应用，完成包括椎体成型、穿刺活检、畸形矫正等多项手术，并未有严重并发症报道[5-6]。河南省人民医院应用Renaissance机器人（Mazor脊柱机器人Renaissance系统，美国美敦力公司）4年余，手术治疗AIS患者近400例，置钉过程中发现有众多危险因素及失效现象发生。笔者回顾性分析2017年9月至2019年9月采用Renaissance机器人辅助椎弓根螺钉置入的189例AIS患者的临床资料，总结机器人置钉失效的危险因素和应对措施。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2017年9月至2019年9月采用Renaissance脊柱机器人治疗AIS患者189例，其中男72例，女117例，年龄12～19（13.3±1.8）岁，身高138.8～177.3（153.5±9.6）cm，体重32.5～68.1（43.5±8.1）kg。弯型分类：LenkeⅠ型63例，LenkeⅡ型48例，LenkeⅢ型21例，LenkeⅤ型27例，LenkeⅥ型30例。

1.2 治疗方法

术前准备：利用脊柱全长X线及Bending位X线确定脊柱侧凸分型，制订手术计划，明确固定、融合节段及拟置入椎弓根螺钉的数量及位置，利用64排螺旋CT进行0.2 mm薄层扫描，手术医生在个人电脑上将数据导入机器人软件系统，行手术椎体椎弓根螺钉植入规划，确定螺钉位置及直径、长度（见图1），而后保存术前计划并导入机器人工作平台。

图1 AIS患者T4椎体术前机器人软件规划置钉，保证钉道内侧壁完整，可以实现in-out-in置钉，同时螺钉的角度、直径及长度可提前预知

手术方法：在气管插管全身麻醉下进行，全程行脊髓神经电生理监测，患者俯卧于全碳素脊柱手术床，经后正中入路剥离椎旁肌，显露椎板及两侧关节突关节，将机器人自带“夹子”固定于椎体棘突上，连接3D Marker后进行C臂正位、60°斜位透视，3D marker和C臂影像适配器上的钨珠对照，自动计算出患者术中椎体与手术计划椎体的对应关系，在工作平台上再次确认椎体位置及螺钉方向、长度，安装轨道及小机器人，对拟置钉椎体根据导向器指引进行钻孔、探针确认及定位针插入，每次透视、配准约可完成5个椎体手术，全部完成后再次透视进行钉道位置验证，无异常后进行椎弓根螺钉拧入，如出现术前规划中机器人软件不能进行螺钉位置确认的“红钉”现象及术中探针发现钉道骨壁异常，均改为徒手置钉；螺钉置入后进行钛棒安装及侧弯矫形，矫形满意后进行固定区域植骨，进而完成手术。

1.3 评价指标

记录椎弓根螺钉置入准确率：术后1周所有患者行CT扫描，由手术医生及影像学医生依据Gertzbein-Robbins[7]分类标准，A级和B级评估为准确置钉；C级、D级、E级、术中调整螺钉以及非技术原因导致的无法注册的螺钉均被评估为置钉失效。椎弓根螺钉置入的准确率＝（机器人置入螺钉A类＋B类数目）/机器人置入螺钉数目×100%，失效率＝（机器人置入螺钉C类＋D类＋E类数目＋“红钉”数目＋钉道异常改徒手数目）/手术总螺钉数目×100%，记录失效螺钉位置，结合术中情况，总结原因及探讨解决方法。

侧弯矫正率：结合术前，术后1周、3个月脊柱全长X线片，测量主弯Cobb角，计算矫正率，即（术前角度－矫正后角度）/术前角度×100%。

2 结果

手术情况：189例患者全部应用Renaissance机器人完成手术，术中及围手术期无严重并发症出现，无脊髓损伤及神经功能障碍发生；术后出现切口感染3例，2例通过外科换药而愈合，1例行清创、置管冲洗2周后愈合。

置钉情况：共计划置入螺钉2 996枚，术前规划时，因设备技术性原因无法注册螺钉，即“红钉”现象12枚，改为术中徒手置入；本研究机器人共置钉2 984枚，术中钉道建立后利用探针发现螺钉骨壁破裂22枚，而后改为徒手置钉；术后1周行CT扫描，依据Gertzbein-Robbins分类标准，机器人所置钉2 984枚A级2 731枚，B级182枚，C类71枚，D级及E级均为0；椎弓根螺钉置入的准确率97.6%，机器人置钉失效105枚（螺钉位置分布见表1），失效率为3.5%。

表1 机器人失效螺钉位置分布

矫形情况：术前及术后1周、3个月、6个月分别行全脊柱X线片，测得术前平均Cobb角61.1°，术后1周为9.8°，术后3个月为10.1°，术后6个月为10.8°，平均矫正率分别为84%、83.5%、82.3%。X线未见内固定松动、断裂及移位。

典型病例：患者，男，15岁。特发性脊柱侧凸LenkeⅠ型，采用手术机器人辅助置钉（见图2）。

图2 A、B.术前脊柱全长X线显示为特发性脊柱侧凸LenkeⅠ型；C.术前利用机器人软件进行置钉规划；D.术中利用“夹子”工具进行机器人辅助置钉；E、F.术后X线显示畸形矫形满意；G.复查CT显示螺钉位置理想

3 讨论

3.1 AIS矫形术中椎弓根螺钉置入的风险因素

脊柱侧凸畸形患者，椎体存在不同程度的畸形、旋转、倾斜及脊髓的位移；以往对椎弓根螺钉误置率的统计发现，上段胸椎要高于下段，这与上、中段胸椎椎体形态小于下段的解剖学研究结果是一致的。既往临床应用解剖已证明椎弓根直径最小的节段并不在T1水平，而是在T4-5水平[8]。同时特发性脊柱侧凸还存在左右发育不对称，凹侧的椎弓根直径要小于凸侧。这种差异在顶椎区表现得最为明显。部分特发性脊柱侧凸患者的T4-5水平凹侧椎弓根缺乏松质骨甚至是缺如[9]，造成严重的置钉困难。因脊椎冠状面上向凸侧的偏移，椎管内脊髓的位置也相应地偏向脊椎的凹侧并造成凹侧硬膜外安全空间的减小。当凹侧椎弓根螺钉发生内侧置钉不良时更容易造成脊髓的损伤[10-11]。本研究中，机器人置钉失效75.2%发生在上胸段，特别是侧弯凹侧，发生在顶椎区域失效占比为82.9%，与上述研究吻合，也提醒临床医生在顶椎区域置钉时要格外小心。

3.2 机器人辅助置钉精确性

为提高脊柱侧凸置钉的精准性及避免神经损伤，学者们发明了诸如“漏斗法”及“探针”技术“等徒手方法；此类方法对手术器械要求较低，但往往效率较慢，且对术者手术技能要求高，学习曲线较长。随着科技进步，数字骨科技术使脊柱外科进入了个性化、精准化、数字化的崭新时代。2011年，Mazor公司推出Renaissance系统，成功提高了手术安全性。此系统仅需要正斜位X线机透视即可以完成与术前CT影像匹配，从而提示最佳外引导套筒位置，术者仅需要沿外引导套筒置入导丝，获得钉道及置钉[12-14]。Devito等[15]采用Mazor脊柱机器人辅助治疗120例青少年脊柱侧凸，共置入1 815枚螺钉，优良率达99.7%。即使机器人辅助置钉成绩斐然，但因脊柱侧凸矫形手术的特殊性，术中容错率低，若出现神经、血管及毗邻器官损伤后果严重，所以对于失效置钉进行详细分析，总结原因，充分理解机器人工作原理，才能更好地提高手术效果。既往文献，包括Mazor公司官方都侧重于报道手术成功案例及令人心动的准确率，尚无文献对失败螺钉进行失败原因分析，本研究基于较大研究样本，统计螺钉失效数目及位置，总结分析螺钉失效原因，具有较大的临床指导意义。

3.3 机器人置钉失效分析

脊柱侧凸矫形术高风险特点，提醒术者术前要做好各种准备。为提高Renaissance脊柱手术机器人的安全性及准确性，须注意以下几点。①手术团队需系统培训，掌握机器人操作技巧，加强台上、台下配合，加快手术进程，缩短手术时间；②术前对手术节段进行CT薄层扫描，层厚≤1 mm[16]；③术者要有丰富的开放手术经验，若出现置钉失效现象，能够及时纠正。

笔者总结189例患者手术过程，置钉失效原因包括：（1）软件因素：①术前CT资料导入机器人软件后椎体分割失败，特别是上胸椎节段椎体较小时容易发生，最终导致不能使用机器人，但本研究中无发生；②螺钉置入方案不能通过软件自检，出现“红钉”现象，最终改为徒手置钉；可能原因为机器人数据库有限，对特殊椎体不能进行手术规划，有待数据库及软件升级而解决。（2）操作因素：①术中机器人平台操作出现椎体标注错误，与术前方案冲突，导致全盘皆错；需要手术参与人员认真操作、精心准备，反复对照术前、术中影像，坚决杜绝椎体节段错误发生。②椎板暴露不良，特别是上胸段区域，深筋膜致密、坚韧，进钉角度向头侧及外侧倾斜较大，凹侧会更加明显，且凸侧因操作空间狭小，上述因素导致局部软组织压力大，可能挤压小机器人工作臂向内移位，导致钉道偏内而进入椎管，本研究失效螺钉75.2%位于上胸椎，很大程度是因为此原因，局部软组织压力大，可能挤压小机器人工作臂向内移位；解决方案：a.显露充分手术椎板，达到无压力置入套管，或者行经筋膜置钉；b.和麻醉师协调，配合术中神经电生理监测进行肌松剂应用时间调整，获得良好的肌肉、筋膜松弛。③出现“套管滑移”的问题，进而导致螺钉置入的错误；原因及对策：a.中上胸椎椎弓根螺钉进钉点存在骨性“斜坡”，若出现“套管滑移”的问题，进而导致螺钉置入的错误[6,13,17]，术中可利用整平器或咬骨钳处理“斜坡”部位；b.上胸椎进钉点位置较小，若大力锤击套筒，可能导致内移，所以在安放导向套管时，要轻柔、旋转推进，避免移位；c.上胸椎棘突较小，若出现椎体旋转，棘突扭曲明显，此时如利用“夹子”平台，安装机器人后容易出现操作平台倾斜，建议上胸椎手术利用床边轨工具，稳定工作平台，避免倾斜。

在目前科技水平下，脊柱机器人仍是人工智能工具，畸形严重患者应用受限，应用中需要经验丰富的手术医师操作，以获得良好的治疗效果，但手术医师要充分理解其工作原理，熟知置钉风险因素，充分运用自身手术技巧，而不是完全依赖机器人，才能安全完成手术。