数字机器人在乳腺癌骨转移活检中应用

费音娇， 曹晓建， 眭涛， 常杰， 张建， 徐迪， 殷国勇， 唐金海

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤，在女性癌症死亡的相关原因中位居第二[1]。尽管近年来在乳腺癌筛查、诊断和治疗方面取得了进展，但仍有一部分乳腺癌患者最终会发生转移，而转移性乳腺癌目前尚无治愈的方法[2]。骨组织是晚期乳腺癌最常见的转移部位，肿瘤细胞从原发肿瘤部位逃逸，并定植于骨微环境，通过激活破骨细胞介导的骨溶解导致骨破坏[3-5]。乳腺癌骨转移常引起顽固性骨痛、病理性骨折、高钙血症等一系列骨相关疾病，若转移部位存在于脊柱椎体中，甚至可能导致截瘫，严重影响乳腺癌患者的生活质量和生存率[3, 6-7]。因此，对乳腺癌患者应密切随访观察，早期发现骨转移灶并且明确病灶性质，针对患者是否需要手术作出准确判断，争取在骨折前、压迫神经前、截瘫前进行有效的外科治疗，维持和改善患者活动能力。

然而，乳腺癌骨转移手术治疗取样的精准性和有效性依旧是一个巨大挑战。目前，骨转移的组织活检取材主要是通过徒手穿刺技术，但是该方法活检阳性率低且容易造成周围组织损伤[8-9]。随着技术进步，机器人辅助穿刺技术已经成为临床研究热点，本研究初步探讨了数字机器人在乳腺癌骨转移灶活检中应用以及对临床诊疗的影响。

1 资料与方法

1.1 研究设计和病例分组方法 本研究为临床随机对照研究。入组患者依据随机数字表法进行随机分组，分为机器人辅助活检组(机器人组)和经皮徒手活检组(对照组)。

1.2 研究对象 本研究纳入2018年5月至2021年5月江苏省人民医院收治的符合选择标准的12例乳腺癌骨转移患者，均为女性患者，2例在机器人辅助下行骨转移病灶穿刺活检术，10例行经皮徒手活检术。

1.3 纳入标准与排除标准 纳入标准：年龄18～75周岁；乳腺癌疑似局限部分椎体骨转移患者；均自愿参与本项研究并签署知情同意书；按试验方案要求接受治疗和随访。

排除标准：椎弓根发育畸形的患者；严重骨质疏松无法手术的患者；孕期或哺乳期女性以及不适宜进行外科手术的患者；研究者评估不适合进行经脊柱椎弓根活检的患者；正在参加其它任何器械或药物临床试验的患者；依从性差，难以配合完成治疗和随访的患者。

1.4 机器人手术设备 采用骨科手术导航定位数字机器人系统NS100，主要由机械臂台车、光学跟踪系统台车、导航定位工具包和软件组成(如图1A)，机器人本体及软件由南京佗道医疗科技有限公司与江苏省人民医院联合研发。该系统可借助移动式三维C形臂X射线机(简称为“C形臂”)扫描影像实现术中实时导航，其机械臂可沿规划路径辅助穿刺。在手术过程中，该系统在获得的3D影像上设计规划穿刺路径，同时，系统实时追踪患者及机械臂末端的位置变化，并不断更新两者的相对位置关系。完成路径导航后，切开患者的皮肤，插入工作套筒至穿刺点骨面，放入隔绝套管，打入麻花钻，取出麻花钻，用环锯钻至合适位置后取组织活检并送病理(如图1B)。

1.5 手术方法 两组患者均为全麻后取俯卧位，消毒铺巾。

机器人组：将示踪器用独创装置固定于病椎尾侧2～3节段的椎体棘突上，并用无菌贴膜加固。调整机械臂末端定位标尺在病椎上方并同时在C臂机透视视野中央，行病椎椎体CT扫描，并在电脑上进行三维重建，利用机器人系统的软件进行术前规划，规划进针路线至病椎肿瘤占位所在位置，使穿刺针的针尖对准病灶。规划好穿刺路径后，给机器人发出指令，待机械臂运行至预先设定的路线后，尖刀破皮，使用电钻通过套筒钻入穿刺导针。C臂机行正侧位透视确认穿刺针的位置无误，沿导针置入工作套管，拔除导针，建立工作通道，沿该通道置入活检装置，取出标本送病理(如图2)。切口消毒，皮肤缝合。

对照组：使用C臂机定位目标椎体，于目标椎体棘突旁开2～4 cm处取切口，在透视辅助下将穿刺针置于目标椎体椎弓根外缘的外上方，侧位针尖达椎体后壁时，正位在椎弓根侧缘，拔除导针，建立工作通道，沿该通道置入活检装置，取出标本送病理。切口消毒，皮肤缝合。

1.6 观察指标 观察并记录活检成功率、手术时间、术中出血量、手术并发症发生率、术后病理结果。

注：图1A为骨科手术导航定位机器人的组成；图1B为机器人辅助活检过程图图1 骨科手术导航定位数字机器人系统

注：2A为套筒和隔绝套管放入末端引导套筒，套筒前端位于骨头表面;2B为建立工作通道；2C为置入活检装置；2D为取出的组织标本图2 机器人辅助下乳腺癌骨转移穿刺活检术

2 结果

2.1 一般资料 本研究共纳入乳腺癌疑似骨转移患者12例，均为女性患者，年龄为(56.92±11.73)岁，无基础疾病史。其中，机器人辅助活检组2例，年龄(65.00±2.83)岁，腰椎病变和骶椎病变各1例；徒手活检组10例，年龄(55.30±12.24)岁，胸椎病变3例，腰椎病变5例，骶椎病变2例。患者在年龄和病变部位的差异无统计学意义，见表1。

表1 乳腺癌骨转移穿刺活检患者一般资料比较

2.2 手术情况 所有患者手术顺利，穿刺活检成功率均为100%。术中出血少量，未发生血管、神经和周围脏器的损伤，术后穿刺部位未见出血和血肿，无伤口感染。其中，机器人辅助活检组所有患者均一次性规划路径，顺利置入工作套筒并取出组织标本。在12例乳腺癌骨转移的患者中，机器人辅助活检组平均手术时间为(52.50±3.54)min，与对照组平均手术时间(71.00±8.43)min相比，机器人辅助活检组的手术时间显著缩短(P=0.014)。此外，机器人辅助活检组术后患者住院时间少于对照组，但差别无统计学意义(P>0.05)，见表2。

表2 乳腺癌骨转移中机器人辅助活检组和徒手活检组围手术期观察指标的比较

2.3 术后病理 机器人辅助活检组和对照组均取得有效病理结果，明确临床诊断为乳腺癌骨转移，术后有效病理结果也再次验证机器人辅助穿刺活检成功率为100%。

2.4 典型病例 患者女性，63岁，2017年10月于江苏省人民医院行左乳肿块穿刺术，确诊为浸润性乳腺癌(左侧)，“EC-T方案”新辅助治疗8周期后，行左乳乳腺癌改良根治术。术后病理结果显示：浸润性导管癌；免疫组化：ER(>95%++)，PR(>90%++)，Her-2(1+)，Ki67(20%)，CK5/6(部分+)。2020年4月患者因“双下肢乏力伴感觉减退1月余”入院，影像学检查(如图3A、3B)：MR显示腰椎生理曲度稍显僵直，椎体边缘骨质增生变尖，L4椎体信号异常，欠均质，压脂序列T2WI呈高信号，轻度压缩变扁，前后径增大，后缘膨隆，增强扫描椎体及附件强化，L4骨破坏，考虑转移瘤；CT显示腰椎生理性曲度变直，椎体及椎体附件、椎小关节骨质增生变尖。L4锥体稍变扁，骨质密度不均，可见多发斑片状密度减低影，后方椎管变窄，考虑转移伴病理性骨折。与患者沟通后，行机器人辅助病灶穿刺活检术，手术顺利，时间为55 min，术中出血量少，未输血，无手术并发症发生，术后患者恢复良好。穿刺标本常规病理检查(如图3C)：骨小梁间见少许上皮细胞巢，巢内见少量异形细胞。免疫组化结果：肿瘤细胞GATA3(+)，Ki67(25%+)，CK-pan(+)，ER(+)。综上，结合病史，诊断该患者为乳腺癌骨转移。

3 讨论

乳腺癌是影响全球妇女最常见的癌症。据报道，20%～30%的乳腺癌患者在诊断和初步治疗后可能发生转移，从而导致不良预后[10]。而在转移性乳腺癌中，骨转移患者占比73%[11]，5年总生存率仅为22.8%[12]。骨微环境中的乳腺癌细胞通过模拟骨内成骨信号来调节破骨细胞和成骨细胞的分化、招募和功能，促进骨内乳腺癌细胞的归巢、侵袭、定植、存活和增殖，造成骨质破坏，导致骨相关疾病，对患者的活动能力、日常工作能力、生活质量和精神状态产生负面影响，显著增加了社会的负担[13-14]。在临床修治过程中，当考虑乳腺癌患者可能发生骨转移时，除了影像学检查外，病理诊断依旧是金标准。对于多数患者而言，仍需至少1个转移病灶部位的活检，才能明确病变性质并制定后续治疗方案。

注：3A为术前病灶MR检查(L4椎体信号异常，欠均质，压脂序列T2WI呈高信号，轻度压缩变扁，前后径增大，后缘膨隆，增强扫描椎体及附件强化)；3B为术前病灶CT检查(L4椎体稍扁，骨质密度不均，可见多发斑片状密度减低影，后方椎管变窄)；3C为活检组织标本术后常规病理(骨小梁间见少量异形细胞He ×100)图3 机器人辅助活检组病灶影像学和病理学检查情况

脊柱是人体最重要最复杂的运动系统，随着透视技术的发展，影像引导下(如B超、X射线、CT等)的经皮徒手穿刺活检术逐渐成为临床明确脊柱病变性质的重要手段[15]。但经皮徒手穿刺活检术主要通过医生手工完成,过于依赖医生的能力和经验，其复杂的三维解剖结构可能会造成取材困难，损伤周围重要的神经和血管，穿刺的质量和准确性不稳定。据报道，经皮穿刺置钉可导致58%患者的关节突关节和50%患者的近侧小关节受损[8-9]。除了这些与患者相关的风险外，人们也越来越关注外科医生和工作人员在使用术中透视时接触辐射的风险[16]，研究认为，透视时所产生的电离辐射会对术者造成一系列的负面影响，包括睡眠障碍、记忆力减退、脱发等症状，并对眼睛、皮肤等一些人体的敏感器官造成影响[17]，同时，长期过量辐射还会影响人体的血液系统，造成红细胞、白细胞和血小板的异常[18]。因此，如何减少手术过程中的辐射量为手术参与者创造一个相对安全的环境也是一个亟待解决的问题。

近年来，在外科手术精准化和微创化的发展趋势下，数字机器人系统的应用已经成为智能医疗的重要发展方向之一[19]。机器人辅助技术已被应用于多种骨科手术，包括关节置换术、脊柱手术、骨肿瘤手术、关节镜检查和创伤性手术骨折固定，提高了精准度，减少住院时间和翻修率，在现代医学的应用中越来越受到认可[20-22]。此外，机器人辅助穿刺可以有效减少医务人员术中与辐射及污染环境的接触，克服了外界因素的干扰，减少了术者由于疲劳或生理性震颤等因素造成的操作误差，有效避免了人工手动所造成的错误，全面提高了穿刺的精准性和稳定性[23]。

本研究中，我们初步探讨了机器人辅助技术在乳腺癌骨转移病灶活检中的应用价值。我们发现，机器人系统可以快速、准确地规划出病灶部位的穿刺路径，并通过实时追踪患者及机械臂末端的位置变化，不断更新两者的相对位置关系，精准定位，大大提高了手术稳定性，显著缩短了手术时间。同时，应用机器人辅助穿刺术活检成功率高，手术过程中出血少，可以有效避免血管、神经和周围脏器的损伤，活检术后并发症少，具有较高的安全性。此外，在椎体特殊部位的病变，徒手穿刺难以做出准确判断时，机器人辅助穿刺存在明显优势，通过精准规划轨迹，直达病变部位，提高活检效率。但由于本研究机器人辅助穿刺技术应用时间短，此次纳入的样本量较少，研究结果仍需要扩大样本量进行验证。

综上，数字机器人辅助穿刺技术是一种安全可行的确诊疾病方法，具有较高的精准度和稳定性，有助于乳腺癌骨转移的诊断和治疗，具有巨大的临床应用潜能和良好的发展前景。