機器人輔助手術(shù)對胸腰段骨折患者置釘準確性、創(chuàng)傷程度及預(yù)后的影響（附手術(shù)視頻）

摘 要 目的：探討機器人輔助手術(shù)治療胸腰段骨折患者的應(yīng)用效果。方法：前瞻性選取2021年2月至2023年2月醫(yī)院收治的92例胸腰段骨折患者為研究對象，采用電腦隨機法分為徒手組和機器人組，每組46例。徒手組行徒手置入椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)，機器人組行機器人輔助置入椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)。比較兩組手術(shù)相關(guān)指標、手術(shù)前后創(chuàng)傷程度、腰椎功能及疼痛程度。結(jié)果：機器人組螺釘精準置入率優(yōu)于徒手組，術(shù)中出血量、術(shù)中輻射劑量、臥床時間、住院時間均低于徒手組（Plt;0.05）。術(shù)后1 d機器人組hs-CRP、CK、IL-1β水平低于徒手組（Plt;0.05）。術(shù)后3個月、6個月機器人組ODI評分、VAS評分低于徒手組（Plt;0.05）。結(jié)論：機器人輔助手術(shù)治療胸腰段骨折效果確切，螺釘精準置入率高，能減少術(shù)中出血量與術(shù)中輻射劑量，縮短臥床時間與住院時間，減少對機體的創(chuàng)傷，改善患者預(yù)后。

關(guān)鍵詞 胸腰段骨折；機器人輔助手術(shù)；椎弓根螺釘；內(nèi)固定；創(chuàng)傷程度；預(yù)后

中圖分類號 R683.2 文獻標識碼 A 文章編號 2096-7721（2024）05-0765-06

Effect of robot-assisted surgery on screw placement accuracy， degree of trauma and prognosis in patients with thoracolumbar fractures （with surgical video）

SHEN Ke1， ZHAO Deng2， YIN Li3

（1. Department of Orthopaedics， Bayi Orthopedic Hospital， Chengdu 610000， China; 2. Department of Orthopaedics，

Chengdu Third People’s Hospital， Chengdu 610000， China; 3. Department of Orthopaedics，

Panzhihua Central Hospital， Panzhihua 617000， China）

Abstract Objective： To explore the application effect of robot-assisted surgery in the treatment of patients with thoracolumbar fractures. Methods： A total of 92 patients with thoracolumbar fractures admitted to Bayi Orthopedic Hospital from February 2021 to February 2023 were prospectively selected. They were randomly divided into the free-hand group and robotic group using computer generated numbers， with 46 cases in each group. The free-hand group was treated with free-hand pedicle screw placement， and the robotic group was treated with robot-assisted pedicle screw placement. The surgical indicators， the degree of trauma before and after operation， lumbar function and pain degree were compared between the two groups of patients. Results： The accurate screw placement rate of the robotic group was better than that of the free-hand group. The intraoperative blood loss， intraoperative radiation dose， bed rest time， and hospitalization time of the robotic group were lower than those of the free-hand group （Plt;0.05）. 1 day after surgery， the levels of hs-CRP， CK and IL-1β in the robotic group were lower than those in the free-hand group （Plt;0.05）. The ODI and VAS scores in the robotic group were lower than those in the free-hand group at 3 months and 6 months after surgery. Conclusion： Robot-assisted surgery is effective in treating thoracolumbar fractures with high precise placement rate of screws. It can reduce intraoperative blood loss and intraoperative radiation dose， shorten bedridden time and hospitalization time， reduce trauma to the body， and improve the prognosis of patients.

Key words Thoracolumbar Fracture; Robot-assisted Surgery; Pedicle Screw; Internal Fixation; Trauma Degree; Prognosis

胸腰段骨折是較為常見的脊柱骨折類型，多由交通事故、高處墜落等高能量損傷所致，治療的關(guān)鍵在于重建脊柱穩(wěn)定性[1]。椎弓根螺釘內(nèi)固定是治療胸腰段骨折的重要方案，可通過椎體固定使骨折節(jié)段復(fù)位并重獲穩(wěn)定，以實現(xiàn)骨折愈合，恢復(fù)腰椎功能[2]。在內(nèi)固定治療過程中，螺釘置入位置直接影響著手術(shù)效果與患者預(yù)后，這是由于脊柱解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，椎弓根旁周圍分布著神經(jīng)、動靜脈與脊髓等，一旦螺釘置入存在偏差，輕者可導(dǎo)致固定效應(yīng)降低，重者可引起嚴重并發(fā)癥[3-4]。文獻顯示，徒手置入椎弓根螺釘失誤率可達39.8%，其準確率仍有較大提升空間[5]。如何提高螺釘置入精度一直是醫(yī)學界研究熱點。近年來利用機器人輔助技術(shù)提高置釘精度已被證實是安全可行的[6-7]。本研究擬從置釘準確性、創(chuàng)傷程度以及預(yù)后等方面探究機器人輔助手術(shù)治療胸腰段骨折患者的應(yīng)用效果。現(xiàn)報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 前瞻性選取2021年2月—2023年

2月八一骨科醫(yī)院收治的92例胸腰段骨折患者為研究對象，采用電腦隨機法將其分為徒手組和機器人組，每組46例。納入標準：①體格檢查及影像學檢查確診為單節(jié)段胸腰段骨折（T10～L2）者；②胸腰椎骨折分類及損傷程度評分（TLICS）[8]≥4分者；③均行椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)者；④無骨質(zhì)疏松癥者；⑤隨訪6個月者；

⑥簽署知情同意書者。排除標準：①非暴力導(dǎo)致的脊柱骨折者；②由結(jié)核、感染或脊柱腫瘤引起的病理性骨折者；③不具備椎弓根螺釘內(nèi)固定手術(shù)指征者；④無法耐受麻醉及手術(shù)者；⑤擬行手術(shù)節(jié)段既往有手術(shù)史者；⑥合并惡性腫瘤、凝血功能障礙、心腦血管疾病、全身或局部活動性感染者。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會批準。

1.2 手術(shù)方法

1.2.1 機器人組 機器人組行機器人輔助置入椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)。患者取俯臥位，全麻，置于可透視線的手術(shù)臺（如圖1A）。于棘突上經(jīng)皮放置跟蹤器，近手術(shù)節(jié)段皮膚上放置機械臂上的校準器（如圖1B）。以C形臂X線機行正、斜位透視獲取手術(shù)部位3D圖像。獲取圖像后發(fā)送至機器人手術(shù)系統(tǒng)（天璣?骨科手術(shù)機器人）進行椎弓根螺釘軌跡的規(guī)劃與設(shè)計（如圖1C～D）。確定螺釘軌跡后，術(shù)者在機器人引導(dǎo)下確認螺釘最佳入點，確認皮膚切口后置入套筒，將套筒插至椎弓根進釘點骨面，依次打入導(dǎo)針和經(jīng)皮置入椎弓根螺釘，置釘期間實施監(jiān)測并調(diào)整螺釘位置。置釘后通過螺釘與復(fù)位器械對骨折進行復(fù)位。采用C形臂X線機確認螺釘位置（如圖1E），逐層縫合切口。

1.2.2 徒手組 徒手組行徒手置入椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)。體位、麻醉同機器人組。后正中切口顯露手術(shù)視野，暴露橫突、峽部與小關(guān)節(jié)，以此處為解剖標志徒手置入椎弓根螺釘。C型臂X線機行正、斜位透視，確認螺釘位置，安裝連接棒復(fù)位，縫合切口。

1.3 術(shù)后處理 根據(jù)患者情況給予抗生素48～72 h，給予鎮(zhèn)痛，維持電解質(zhì)平衡，營養(yǎng)支持，預(yù)防褥瘡等常規(guī)干預(yù)，并行下肢肌肉關(guān)節(jié)功能康復(fù)治療。術(shù)后2～3 d可佩戴支具下床活動，囑術(shù)后6個月內(nèi)避免重力活動。

1.4 觀察指標 本研究觀察指標主要包括以下內(nèi)容。①手術(shù)相關(guān)指標：螺釘精準置入率、手術(shù)時間、術(shù)中出血量、術(shù)中輻射劑量、臥床時間及住院時間。采用Gertzbein-Robbins標準[9]進行評估，未侵入皮質(zhì)為A級；皮質(zhì)穿透lt; 2 mm為B級；2 mm≤皮質(zhì)穿透lt; 4 mm為C級；4 mm≤皮質(zhì)穿透lt; 6 mm為D級；皮質(zhì)穿透≥6 mm為E級。Gertzbein-Robbins A級計為精準置入率。

②創(chuàng)傷程度：術(shù)前及術(shù)后1 d以超敏C反應(yīng)蛋白（hs-CRP）、肌酸激酶（CK）、白細胞介素（IL）-1β評估創(chuàng)傷程度。空腹采集靜脈血4 mL，離心分離血清低溫保存，以酶聯(lián)免疫吸附法檢測。③預(yù)后：術(shù)前及術(shù)后3個月、6個月采用Oswesry功能障礙指數(shù)（ODI）[10]與疼痛視覺模擬量表（VAS）[11]評估患者預(yù)后。ODI共10個條目（賦值0～5分），分數(shù)越高表示功能障礙越嚴重；VAS共10分，分數(shù)越高說明疼痛越劇烈。

1.5 統(tǒng)計學方法 所有數(shù)據(jù)均采用SPSS 25.0進行統(tǒng)計學分析，計數(shù)資料以例數(shù)（百分比）[n（%）]描述，比較采用 χ2檢驗。計量資料均服從正態(tài)分布且具備方差齊性，以均數(shù)±標準差（x±s）表示，采用t檢驗。檢測均為雙側(cè)檢驗，檢驗水準α=0.05，以Plt;0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 一般資料 兩組患者一般資料比較，差異無統(tǒng)計學意義（Pgt;0.05），具有可比性，見表1。

2.2 兩組患者手術(shù)相關(guān)指標 兩組患者共置入螺釘552枚，其中其機器人組置入283枚，徒手組置入269枚。機器人組螺釘精準置入率優(yōu)于徒手組，術(shù)中出血量、術(shù)中輻射劑量、臥床時間、住院時間均低于徒手組（Plt;0.05）；兩組患者手術(shù)時間差異無統(tǒng)計學意義（Pgt;0.05）。見表2。

2.3 創(chuàng)傷程度 兩組患者術(shù)前hs-CRP、CK、IL-1β水平比較，差異無統(tǒng)計學意義（Pgt;0.05）。術(shù)后1 d兩組患者 hs-CRP、CK、IL-1β水平均升高，但機器人組升高幅度更小（Plt;0.05），見表3。

2.4 預(yù)后 兩組患者術(shù)前ODI、VAS評分比較，差異無統(tǒng)計學意義（Pgt;0.05）。兩組術(shù)后3個月、6個月ODI、VAS評分均呈下降趨勢，且機器人組下降幅度更明顯（Plt;0.05），見表4。

3 討論

脊椎外科手術(shù)常需通過椎弓根螺釘置入進行固定與矯形，但傳統(tǒng)徒手置釘方法對術(shù)者經(jīng)驗要求較高，置釘過程需反復(fù)透視與頻繁調(diào)整螺釘位置，不僅會增加醫(yī)患X線暴露時間，且易導(dǎo)致螺釘侵入骨皮質(zhì)，大大降低螺釘精準置入率[12]。為了提高脊椎外科手術(shù)精準度，降低反復(fù)透視的危害，臨床常采用CT下導(dǎo)航、3D打印、手術(shù)機器人進行輔助[13-14]。手術(shù)機器人不依賴解剖標志與術(shù)中透視，在CT數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上通過3D計劃軟件即可設(shè)計最佳的進釘點與螺釘置入軌跡[15]。我國自主研發(fā)的天璣?骨科手術(shù)機器人目前國際上首臺可同時開展脊柱及創(chuàng)傷手術(shù)的手術(shù)機器人，配備有最新智能手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)，兼容2D與3D模式，并配有高精度光學跟蹤系統(tǒng)、智能機械臂，可進行實時追蹤，協(xié)助醫(yī)師術(shù)中精準定位植入物或手術(shù)器械，并輔助完成各種復(fù)雜手術(shù)操作，精度可達亞毫米級，具有“精準、穩(wěn)定、安全、微創(chuàng)”的特點，可顯著提升手術(shù)效率，降低術(shù)中損傷，縮短醫(yī)生對手術(shù)的學習曲線，有助于實現(xiàn)骨科精準治療。近年來，天璣?骨科手術(shù)機器人已被大量用于脊椎外科手術(shù)，取得了顯著效果。

茅劍平等人[16]對146例胸腰椎骨折患者進行前瞻性研究，結(jié)果表明機器人輔助椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)的螺釘位置優(yōu)秀率（98.2%）明顯高于徒手螺釘位置（89.0%）。馮碩等人[17]的前瞻性研究也證實機器人輔助下脊椎外科手術(shù)的準確性與安全性較傳統(tǒng)手術(shù)更高。本研究中，機器人組螺釘精準置入率優(yōu)于徒手組（Plt;0.05），與上述研究一致，進一步證實了機器人輔助手術(shù)治療胸腰段骨折能獲得更高的螺釘精準置入率，這對提高手術(shù)效果、改善患者預(yù)后具有重要意義。本研究還發(fā)現(xiàn)，機器人組術(shù)中出血量、術(shù)中輻射劑量、臥床時間、住院時間均低于徒手組（Plt;0.05），這與周紀平等人[18]研究結(jié)果相似，表明機器人輔助脊柱外科手術(shù)創(chuàng)傷小、精準度高，可減少術(shù)中輻射劑量與出血量，有利于患者康復(fù)。總結(jié)經(jīng)驗，本團隊認為與徒手置釘相比，機器人輔助置釘具有以下優(yōu)勢：①置釘過程無須依靠解剖標志，靠機器臂經(jīng)皮體表定位即可完成手術(shù)，過程更微創(chuàng)，不僅能減小切口，而且對肌肉組織的影響更小，因而術(shù)中出血量更少，更有助于患者術(shù)后早期康復(fù)；②可通過一次性采集掃描數(shù)據(jù)對螺釘軌跡進行規(guī)劃與設(shè)計，做好術(shù)前定位后即可依次置入導(dǎo)針、螺釘，因而能減少透視次數(shù)與置釘時間，且能提高手術(shù)的精準度與安全性；③具有先進的仿生構(gòu)造，兼具靈活性與穩(wěn)定性，可幫助外科醫(yī)生迅速掌握并提高手術(shù)技能，縮短學習曲線。從理論上看，機器人輔助手術(shù)操作時間更具優(yōu)勢，但既往多數(shù)研究得出的結(jié)論則是機器人輔助手術(shù)操作時間更長[19]，少部分研究顯示機器人輔助手術(shù)操作時間更短或與徒手手術(shù)時間相當[20]。本研究中機器人組與徒手組手術(shù)時間無明顯差異，分析原因可能由于多數(shù)術(shù)者對徒手置釘?shù)姆椒ǜ炀殻以谄餍凳褂蒙夏軌虻玫狡餍底o士的充分協(xié)助，提高了手術(shù)效率，但機器人手術(shù)系統(tǒng)準備、配準與規(guī)劃設(shè)計會增加一定的手術(shù)時間，且術(shù)者對機器人手術(shù)的熟練程度也會對研究結(jié)果造成不同程度的影響。

多項文獻顯示，骨折手術(shù)造成的刺激可加劇機體炎癥反應(yīng)，而炎癥反應(yīng)程度又與患者預(yù)后密切相關(guān)，通過監(jiān)測炎癥因子水平可評估手術(shù)對機體的創(chuàng)傷程度，并預(yù)測患者預(yù)后[21-22]。CK是人體參與能量代謝的酶類，大量存在于骨骼肌中，當肌肉損傷時會大量分泌CK以修復(fù)損傷的肌肉，其水平變化可反映肌肉剝離與牽拉程度；hs-CRP是一種急性反應(yīng)蛋白，骨折、手術(shù)或創(chuàng)傷可誘導(dǎo)全身應(yīng)激反應(yīng)，加劇肝臟合成和釋放hs-CRP，臨床常將其作為評價組織損傷與機體炎癥程度的重要指標；IL-1β是一種趨化因子，具有促炎作用，參與機體免疫應(yīng)答和組織修復(fù)。在本研究中，兩組患者術(shù)后1 d hs-CRP、CK、IL-1β水平均有所升高，但機器人組升高幅度更小（Plt;0.05），說明機器人輔助手術(shù)與徒手手術(shù)對機體均會造成不同程度的創(chuàng)傷，誘導(dǎo)機體炎癥反應(yīng)，但機器人輔助創(chuàng)傷應(yīng)激更小，對機體造成的炎癥反應(yīng)更輕。從本研究的隨訪結(jié)果看，兩組患者術(shù)后3個月、6個月ODI、VAS評分均呈下降趨勢，且機器人組下降幅度更明顯（Plt;0.05），可見機器人輔助手術(shù)對椎旁肌的損傷較小，患者疼痛更輕，更有利于腰椎功能恢復(fù)，患者預(yù)后更佳。雖然機器人輔助脊柱外科手術(shù)具有明顯優(yōu)勢，但也存在一些不足：①術(shù)前規(guī)劃與套筒擺放位置不佳，跟蹤器固定不穩(wěn)均會導(dǎo)致置釘精準度不佳，因此需要有操作經(jīng)驗的醫(yī)師進行操作；②機器人手術(shù)系統(tǒng)準備、配準與規(guī)劃設(shè)計會在一定程度上增加手術(shù)時間；③機器人系手術(shù)統(tǒng)及配套設(shè)備價格昂貴，難以在基層醫(yī)院普及。

綜上所述，與徒手置入椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)相比，機器人輔助手術(shù)可提高螺釘精準置入率，減少術(shù)中出血量、術(shù)中輻射劑量與住院時間，對機體的創(chuàng)傷與炎癥反應(yīng)更輕，有利于緩解疼痛，促進腰椎功能恢復(fù)，提高患者預(yù)后。雖然機器人手術(shù)系統(tǒng)目前仍存在一定缺陷，但隨著人工智能以及醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展與進步，相信機器人輔助手術(shù)將會使更多胸腰段骨折患者獲益。

利益沖突聲明：所有作者均聲明本文不存在任何利益沖突。

作者貢獻說明：沈科負責文章撰寫；趙登負責數(shù)據(jù)收集；尹立負責審核。

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編輯：劉靜凱