機(jī)器人輔助全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)的利弊

高見 王智勇 任偉平 張志強(qiáng)

全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)(TKA)成功改善了患者功能，提高了患者生活質(zhì)量。但是，最近的研究表明，TKA術(shù)后仍有20%的患者不滿意[1]。通過TKA達(dá)到重建機(jī)械軸，實(shí)現(xiàn)理想的關(guān)節(jié)平衡，恢復(fù)最大活動(dòng)范圍，仍然需要復(fù)雜的術(shù)前規(guī)劃和細(xì)致的操作技術(shù)。在TKA中，實(shí)現(xiàn)部件對(duì)準(zhǔn)的最常用方法是使用標(biāo)準(zhǔn)的髓外和髓內(nèi)導(dǎo)向裝置[2]，然而這些技術(shù)依賴于外科醫(yī)生的操作，且不總是能提供精確的對(duì)準(zhǔn)[3]。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人輔助技術(shù)已應(yīng)用于TKA，成為實(shí)現(xiàn)TKA精確化的有效工具。近年來，機(jī)器人輔助TKA已經(jīng)成為很有前途的新技術(shù)。該技術(shù)通過術(shù)前數(shù)字化三維計(jì)算機(jī)斷層掃描創(chuàng)建計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模型，以描述患者獨(dú)特的膝關(guān)節(jié)解剖結(jié)構(gòu)。臨床醫(yī)生可以在術(shù)前預(yù)先選擇假體安置位置和對(duì)齊方式，術(shù)中機(jī)器人手臂通過觸覺反饋機(jī)制幫助實(shí)現(xiàn)高精度的術(shù)前計(jì)劃[4]，從而提高患者滿意度和加速功能恢復(fù)。

與傳統(tǒng)TKA相比，機(jī)器人輔助TKA可以提高骨切除的準(zhǔn)確性，改善術(shù)后肢體對(duì)齊的準(zhǔn)確度，減少醫(yī)源性骨和關(guān)節(jié)周圍軟組織損傷[5]。但是，由于設(shè)備成本高昂，手術(shù)時(shí)間可能增加，并且尚缺乏對(duì)長期臨床療效的研究結(jié)果，許多臨床醫(yī)生仍對(duì)機(jī)器人輔助TKA持懷疑態(tài)度。

本文回顧近年文獻(xiàn)，對(duì)機(jī)器人輔助TKA的優(yōu)點(diǎn)以及與傳統(tǒng)手術(shù)相比的局限性進(jìn)行綜述。

1 機(jī)器人輔助TKA的優(yōu)點(diǎn)

1.1 提高截骨和力線重建的精確性

在TKA中，機(jī)械軸適當(dāng)恢復(fù)與減少聚乙烯磨損[6]和降低假體翻修率[7]相關(guān)。機(jī)器人輔助TKA技術(shù)可改善術(shù)前計(jì)劃到術(shù)中步驟的轉(zhuǎn)換，提高截骨準(zhǔn)確性，減少發(fā)生異常力線的可能性，從而保證假體的長期使用。Hampp等[8]在6具尸體標(biāo)本上分別于左膝和右膝進(jìn)行傳統(tǒng)TKA和機(jī)器人輔助TKA，然后比較術(shù)前計(jì)劃與最終定位的截骨誤差，矢狀面、冠狀面和軸向面的中位誤差和標(biāo)準(zhǔn)偏差。結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)TKA相比，機(jī)器人輔助TKA顯示出更精確的截骨和定位。一項(xiàng)薈萃分析比較了機(jī)器人輔助TKA與傳統(tǒng)TKA的力線結(jié)果[9]，結(jié)果顯示機(jī)器人輔助TKA可以更為準(zhǔn)確地重建中性機(jī)械軸以及使冠狀面異常值最小化。

當(dāng)患者存在脛骨或股骨的關(guān)節(jié)外畸形時(shí)，通過TKA達(dá)到最佳機(jī)械軸對(duì)齊則非常困難，因關(guān)節(jié)外畸形的存在，標(biāo)準(zhǔn)的手術(shù)技術(shù)和器械可能并不可靠。Sodhi等[10]利用術(shù)前CT掃描和機(jī)器人輔助TKA技術(shù)，對(duì)關(guān)節(jié)外畸形患者進(jìn)行適當(dāng)評(píng)估，實(shí)現(xiàn)了精確的力線重建。他們的研究表明，機(jī)器人輔助TKA技術(shù)具有優(yōu)異的臨床治療效果。

有學(xué)者對(duì)129例首發(fā)嚴(yán)重膝內(nèi)翻畸形和7例首發(fā)嚴(yán)重膝外翻畸形的患者(內(nèi)翻或外翻大于7 °)實(shí)施機(jī)器人輔助TKA，術(shù)后82例嚴(yán)重內(nèi)翻畸形和全部外翻畸形患者被矯正為中性(0 °±3 °)，約30%的嚴(yán)重畸形患者雖然未矯正至中性，但仍然在中性力線的4 °～7 °范圍內(nèi)得到矯正。該研究表明，機(jī)器人輔助裝置在TKA中有助于實(shí)現(xiàn)術(shù)前計(jì)劃中理想的中立對(duì)齊，在嚴(yán)重畸形病例中，雖然不總是能達(dá)到完全的中性矯正，但同樣能獲得冠狀面對(duì)齊的改善[11]。

綜上所述，機(jī)器人輔助TKA可提高截骨及假體安置的準(zhǔn)確性，糾正畸形，并可以更為準(zhǔn)確地重建力線。

1.2 加強(qiáng)軟組織保護(hù)

TKA可出現(xiàn)術(shù)中并發(fā)癥，常見的不良事件包括側(cè)副韌帶或后交叉韌帶損傷、伸肌裝置破壞、脛股或髕股脫位。機(jī)器人輔助TKA技術(shù)使臨床醫(yī)生能夠在術(shù)前進(jìn)行三維規(guī)劃，并使用術(shù)中視覺、聽覺和觸覺反饋來確保所需的骨切割，保護(hù)軟組織免受損傷，特別是MAKO骨科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，使臨床醫(yī)生能夠利用機(jī)器人設(shè)備提供的測(cè)量間隙來評(píng)估和調(diào)整軟組織平衡。

Khlopas等[12]通過尸體研究對(duì)機(jī)器人輔助TKA(6例)與傳統(tǒng)TKA(7例)進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在所有機(jī)器人輔助TKA治療病例中，未發(fā)生韌帶斷裂(包括后交叉韌帶、內(nèi)外側(cè)副韌帶及髕韌帶)，也無需行脛骨半脫位和髕骨外翻，而行傳統(tǒng)TKA的病例中，2例出現(xiàn)后交叉韌帶輕微斷裂，所有病例均需行脛骨半脫位和髕骨外翻以達(dá)到最佳顯露效果。與傳統(tǒng)TKA相比，機(jī)器人輔助TKA具有增強(qiáng)軟組織保護(hù)的潛力。Kayani等[4]使用一種新型軟組織損傷分型系統(tǒng)對(duì)30例機(jī)器人輔助TKA與30例傳統(tǒng)TKA進(jìn)行比較，結(jié)果顯示與傳統(tǒng)TKA相比，機(jī)器人輔助TKA可減少患者骨及關(guān)節(jié)周圍軟組織的損傷。

1.3 提高臨床療效和患者滿意度

與傳統(tǒng)TKA相比，機(jī)器人輔助TKA通過減少不必要的軟組織松解來保護(hù)關(guān)節(jié)周圍軟組織，減少醫(yī)源性關(guān)節(jié)周圍軟組織損傷，這有助于控制局部的炎癥反應(yīng)，減輕疼痛，減少術(shù)后腫脹的發(fā)生。

Khlopas等[13]進(jìn)行了一項(xiàng)前瞻性、多中心的隊(duì)列研究，通過對(duì)252例患者的隨訪發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)TKA相比，行機(jī)器人輔助TKA的患者術(shù)后3個(gè)月美國膝關(guān)節(jié)協(xié)會(huì)(KSS)評(píng)分中9個(gè)部分的評(píng)分(行走、站立、標(biāo)準(zhǔn)活動(dòng)、高級(jí)活動(dòng)、功能活動(dòng)、行走疼痛、總體癥狀、滿意度、期望)具有相同或更大程度的改善。另一項(xiàng)前瞻性隊(duì)列研究也顯示，與傳統(tǒng)TKA相比，機(jī)械臂輔助TKA可減輕患者術(shù)后疼痛，減少對(duì)鎮(zhèn)痛藥物的需求，減輕術(shù)后血紅蛋白下降，縮短直腿抬高時(shí)間，減少物理治療次數(shù)，改善患者出院時(shí)最大膝關(guān)節(jié)屈曲度[14]。

然而，也有一些研究發(fā)現(xiàn)，在接受機(jī)器人輔助TKA后，患者的滿意度和功能結(jié)果與接受傳統(tǒng)TKA沒有差異。Song等[15]的一項(xiàng)前瞻性研究中，兩組各50例患者分別接受傳統(tǒng)TKA和機(jī)器人輔助TKA，兩組患者術(shù)后關(guān)節(jié)活動(dòng)度(ROM)、美國特種外科醫(yī)院(HSS)評(píng)分和西安大略和麥克馬斯特大學(xué)(WOMAC)骨關(guān)節(jié)炎指數(shù)評(píng)分無顯著性差異。另外兩項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，在至少10年的隨訪中，接受機(jī)器人輔助TKA與接受傳統(tǒng)TKA患者的HSS或WOMAC骨關(guān)節(jié)炎指數(shù)評(píng)分沒有差異[16-17]。

上述研究表明，機(jī)器人輔助TKA有助于改善患者的臨床療效和滿意度，但其中長期結(jié)果尚有待進(jìn)一步觀察。

1.4 其他潛在益處

機(jī)器人輔助TKA技術(shù)減少了術(shù)中對(duì)器械托盤、定位工具和切割模塊的使用[18]，可加快術(shù)中截骨過程，同時(shí)借助高精度的術(shù)前計(jì)劃，減少了術(shù)中反復(fù)試驗(yàn)的需要，使手術(shù)流程得到進(jìn)一步精簡。此外，機(jī)器人輔助TKA技術(shù)可減少術(shù)中因站位不良引起的術(shù)者疲勞，減少了部分體力勞動(dòng)[19]，但對(duì)于這些可能的益處還需要進(jìn)行進(jìn)一步評(píng)估。

2 機(jī)器人輔助TKA的不足

2.1 醫(yī)療成本上升

機(jī)器人設(shè)備的安裝和操作系統(tǒng)維護(hù)產(chǎn)生了較多額外費(fèi)用，例如進(jìn)行全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)、TKA和單髁置換術(shù)需要購買不同的應(yīng)用系統(tǒng)，在術(shù)前成像、手術(shù)學(xué)習(xí)、培訓(xùn)手術(shù)團(tuán)隊(duì)、更新計(jì)算機(jī)軟件以及耗材方面也會(huì)產(chǎn)生額外成本。此外，還需要時(shí)間來使用患者特定的虛擬模型進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃[20]，并需要1位機(jī)器人產(chǎn)品專業(yè)人員在手術(shù)室中獲取數(shù)據(jù)和輔助手術(shù)進(jìn)行。一些學(xué)者認(rèn)為，隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展和更廣泛應(yīng)用，將有助于降低使用成本[21]。

鑒于機(jī)器人輔助手術(shù)相關(guān)成本的增加，還需要對(duì)其臨床應(yīng)用的合理性開展進(jìn)一步研究。

2.2 輻射暴露增加

機(jī)器人輔助手術(shù)需要在術(shù)前對(duì)患者的膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)進(jìn)行CT掃描，這增加了患者輻射暴露的風(fēng)險(xiǎn)。Ponzio等[22]的研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)器人輔助系統(tǒng)術(shù)前CT掃描的放射線平均有效劑量為(4.8±3.0) mSv，相當(dāng)于拍攝48張X線胸片的放射劑量。而25%的患者圍術(shù)期需進(jìn)行1次或多次額外CT掃描，每個(gè)患者的平均累積放射線劑量為103 mSv。

不過，隨著CT技術(shù)和治療方案的改進(jìn)，未來有可能采用低放射線劑量的治療方案，從而降低患者的輻射暴露風(fēng)險(xiǎn)。

未來需要開展進(jìn)一步的研究來比較無影像機(jī)器人系統(tǒng)和術(shù)前CT成像系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和結(jié)果，以更好地評(píng)估機(jī)器人輔助手術(shù)中CT使用的合理性。

2.3 手術(shù)時(shí)間延長

手術(shù)時(shí)間延長是發(fā)生TKA手術(shù)部位感染的危險(xiǎn)因素，而手術(shù)部位感染是TKA的毀滅性結(jié)局[23]。Pugely等[24]的研究顯示，手術(shù)時(shí)間達(dá)120 min后患者的感染風(fēng)險(xiǎn)增加1.8倍，機(jī)器人輔助TKA手術(shù)時(shí)間的增加可能使其潛在的益處消失。

Kayani等[25]研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)器人輔助TKA的手術(shù)時(shí)間為(69.4±8.1) min，較傳統(tǒng)TKA[(62.1±5.7) min]更長。使用CUSUM序列分析工具分析手術(shù)時(shí)間顯示，在機(jī)器人輔助TKA最初的7例病例中，機(jī)械臂輔助TKA的實(shí)施因改變手術(shù)流程而增加了手術(shù)時(shí)間，并增加了手術(shù)團(tuán)隊(duì)的焦慮程度。Khlopas等[19]的系統(tǒng)綜述研究顯示，當(dāng)臨床醫(yī)生在機(jī)器人輔助TKA的學(xué)習(xí)曲線達(dá)到15例患者時(shí)，可獲得與傳統(tǒng)TKA相似的手術(shù)時(shí)間。Sodhi等[26]對(duì)2位臨床醫(yī)生進(jìn)行學(xué)習(xí)曲線研究，每位臨床醫(yī)生均連續(xù)行40例機(jī)器人輔助手術(shù)，分別將前20例和后20例手術(shù)的平均手術(shù)時(shí)間與該醫(yī)生以前進(jìn)行的20例傳統(tǒng)TKA進(jìn)行比較。研究發(fā)現(xiàn)，前20例機(jī)器人輔助TKA的平均手術(shù)時(shí)間為117 min，高于傳統(tǒng)TKA(平均95 min)，而后20例機(jī)器人輔助TKA的平均手術(shù)時(shí)間為98 min，與傳統(tǒng)TKA無差別。

隨著臨床醫(yī)生對(duì)機(jī)械臂的精細(xì)運(yùn)動(dòng)越來越熟練，以及對(duì)音頻、視覺和觸覺反饋的接受能力越來越強(qiáng)，他們可以更好地控制機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)并以更高效率進(jìn)行預(yù)成形骨切割，從而減少手術(shù)時(shí)間。

3 展望

與傳統(tǒng)TKA相比，機(jī)器人輔助TKA顯示出較為滿意的早期臨床結(jié)果。其優(yōu)點(diǎn)包括精確的截骨和力線重建、提供術(shù)中軟組織保護(hù)、提高患者滿意度。此外，機(jī)器人輔助TKA可能有助于減少傳統(tǒng)TKA術(shù)者采用的不良姿勢(shì)，減輕術(shù)者疲勞，從而獲得更好的手術(shù)效果和臨床結(jié)局。但是，盡管許多研究強(qiáng)調(diào)了機(jī)器人輔助TKA的潛在優(yōu)勢(shì)，但其多為短期結(jié)果。機(jī)器人輔助TKA存在費(fèi)用昂貴、有額外輻射暴露等局限。對(duì)于機(jī)器人輔助TKA尚需開展進(jìn)一步的高質(zhì)量研究，并對(duì)臨床療效進(jìn)行長期隨訪。此外，不同的機(jī)器人輔助TKA系統(tǒng)有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，需要更多的研究來進(jìn)一步探索。