遠(yuǎn)程機(jī)器人輔助經(jīng)皮椎體后凸成形術(shù)臨床效果研究

范明星 張琦 房彥名 趙經(jīng)緯 王令瓏 何達(dá) 田偉

0 引言

機(jī)器人輔助手術(shù)技術(shù)是臨床醫(yī)學(xué)與工程學(xué)科廣泛交叉、深度融合的結(jié)果，能夠顯著提高外科手術(shù)的安全性和精確性，具有推動微創(chuàng)手術(shù)發(fā)展和普及的重大潛能。遠(yuǎn)程機(jī)器人輔助手術(shù)通過利用機(jī)器人輔助手術(shù)技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等，整合優(yōu)勢資源，對微創(chuàng)手術(shù)的臨床應(yīng)用進(jìn)行拓展，解決因物理距離導(dǎo)致患者無法享受優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源的問題，提高了優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源的可及性，并帶來了良好的臨床效果[1-2]。

胸腰椎椎體壓縮性骨折常引起腰痛、活動受限和脊柱畸形，致殘率高，在65歲以上老年人中的發(fā)病率高達(dá)27%，是影響老年人健康的重要問題之一[3]。符合手術(shù)條件的胸腰椎椎體壓縮性骨折可通過經(jīng)皮椎體后凸成形術(shù)(percutaneous kyphoplasty, PKP)進(jìn)行治療[4]，通過恢復(fù)椎體高度和填充骨水泥緩解疼痛并恢復(fù)活動能力，改善患者的生活質(zhì)量[5]。

PKP術(shù)中穿刺準(zhǔn)確與否，將影響手術(shù)的并發(fā)癥發(fā)生率[6]。機(jī)器人輔助脊柱手術(shù)作為一項新技術(shù)，具有提高術(shù)中穿刺準(zhǔn)確性的優(yōu)勢[7-9]。目前，機(jī)器人輔助脊柱手術(shù)的臨床研究多為輔助椎弓根螺釘置入，僅有少數(shù)研究分析了脊柱手術(shù)機(jī)器人在PKP手術(shù)中的應(yīng)用，而遠(yuǎn)程機(jī)器人輔助PKP手術(shù)的研究未見報道。本研究收集并分析了由北京積水潭醫(yī)院專家遠(yuǎn)程操作其他醫(yī)院骨科手術(shù)機(jī)器人完成的PKP手術(shù)，探討遠(yuǎn)程機(jī)器人輔助PKP手術(shù)治療胸腰椎骨折的臨床效果。

1 研究方法

1.1 遠(yuǎn)程手術(shù)系統(tǒng)及手術(shù)操作流程

基于對遠(yuǎn)程手術(shù)需求分析和對骨科手術(shù)機(jī)器人工作特點的理解，構(gòu)建骨科機(jī)器人5G遠(yuǎn)程手術(shù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)依托5G通信技術(shù)實現(xiàn)術(shù)前會診、術(shù)中音視頻互動和手術(shù)機(jī)器人遠(yuǎn)程操作功能。

骨科機(jī)器人5G遠(yuǎn)程手術(shù)系統(tǒng)由多功能微控制單元、流媒體服務(wù)器、專家終端、手術(shù)室終端等模塊組成，各組成模塊主要用途見表1。

表1 骨科機(jī)器人5G遠(yuǎn)程手術(shù)系統(tǒng)組成Table 1 Composition of 5G telesurgery orthopaedic robotic system

為保證視頻、醫(yī)療影像數(shù)據(jù)傳輸?shù)募磿r性、穩(wěn)定性，各相關(guān)醫(yī)院需具有運(yùn)營商統(tǒng)一上下行標(biāo)準(zhǔn)的5G網(wǎng)絡(luò)，10 M上下行對等網(wǎng)絡(luò)。每個連接遠(yuǎn)程會診終端的端口都需要有> 400 kB的發(fā)送緩存。每個連接微控制單元的端口必須有>1 MB的發(fā)送緩存。所有以太網(wǎng)交換機(jī)的端口都要支持優(yōu)先級隊列，所有以太網(wǎng)交換機(jī)的端口都需要至少是GE端口。

患者取俯臥位，使用三維C形臂透視確認(rèn)手術(shù)節(jié)段。常規(guī)消毒鋪單，鋪單時依據(jù)手術(shù)部位要求預(yù)留患者示蹤器位置?；颊呤聚櫰骼喂坦潭ㄔ谑中g(shù)節(jié)段近端皮膚上，對骨科手術(shù)機(jī)器人(北京天智航科技股份有限公司)罩無菌保護(hù)套，安裝標(biāo)定器并置于術(shù)區(qū)，確保標(biāo)定器在透視視野內(nèi)。使用三維C形臂采集術(shù)中即時三維圖像，圖像采集完成后，系統(tǒng)自動完成配準(zhǔn)。北京積水潭醫(yī)院遠(yuǎn)程手術(shù)中心的遠(yuǎn)程術(shù)者在機(jī)器人手術(shù)規(guī)劃與控制軟件中進(jìn)行手術(shù)規(guī)劃設(shè)計，并在軟件界面上選擇定位導(dǎo)針的置入節(jié)段、入點和方向(圖1)。本地術(shù)者安裝導(dǎo)向器后，遠(yuǎn)程術(shù)者在軟件界面將機(jī)械臂運(yùn)行至規(guī)劃位置，機(jī)械臂運(yùn)行期間定位精度將實時顯示在軟件界面。本地術(shù)者將套筒置入導(dǎo)向器內(nèi)，根據(jù)套筒與皮膚接觸位置做皮膚切口，然后將套筒尖端抵至骨面。使用動力系統(tǒng)沿套筒鉆入導(dǎo)針，并透視確認(rèn)導(dǎo)針位置準(zhǔn)確，如位置不滿意，可微調(diào)機(jī)器人后再次進(jìn)行路徑定位。隨后，本地術(shù)者在遠(yuǎn)程術(shù)者指導(dǎo)下共同完成球囊擴(kuò)張和骨水泥置入。

圖1 遠(yuǎn)程機(jī)器人輔助椎體后凸成形術(shù)現(xiàn)場Figure 1 Surgery scene of telerobot-assisted percutaneous vertebral kyphoplasty

1.2 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

納入標(biāo)準(zhǔn)：① 年齡>60歲；② 骨密度T值<-2.5；③ 中重度腰背痛；④ 影像學(xué)確認(rèn)胸腰椎壓縮性骨折；⑤ 自愿接受機(jī)器人輔助遠(yuǎn)程脊柱手術(shù)。

排除標(biāo)準(zhǔn)：① 伴有神經(jīng)功能障礙；② 多節(jié)段骨折；③ 病理性骨折；④ 陳舊性骨折。

本研究回顧性分析了2021年3月至2021年12月由北京積水潭醫(yī)院專家遠(yuǎn)程操作其他醫(yī)院骨科手術(shù)機(jī)器人完成的PKP手術(shù)24例。其中，男性7例，女性17例，平均年齡74.26 歲；身體質(zhì)量指數(shù)(body mass index, BMI)(23.61 ± 5.30) kg/m2。本研究通過了北京積水潭醫(yī)院倫理委員會的批準(zhǔn)(積倫科審字第 202005-08號)，患者均簽署知情同意書。

1.3 評價指標(biāo)

通過病歷及骨科機(jī)器人遠(yuǎn)程手術(shù)信息系統(tǒng)回顧性收集患者影像學(xué)和臨床資料。人口統(tǒng)計學(xué)數(shù)據(jù)包括年齡、性別、BMI等。收集手術(shù)時間、腰背痛視覺模擬量表(visual analogue scale, VAS)評分、局部后凸角、骨折椎體高度及并發(fā)癥情況(骨水泥滲漏、神經(jīng)損傷、硬膜外血腫、感染等)。在術(shù)后X線片中測量局部后凸角和骨折椎體高度恢復(fù)情況。局部后凸角為骨折椎體上下終板所形成的角度。骨折椎體高度為椎體在受壓最重點(前部或中部)的上下終板距離。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析

使用SPSS 26.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。對于計數(shù)資料，以計數(shù)(百分比)表示，使用卡方檢驗或Fisher精確檢驗評估組間差異。對于計量資料，使用t檢驗(正態(tài)分布)或Mann-Whitney U檢驗(非正態(tài)分布)評估組間差異。P值<0.05被認(rèn)為具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 手術(shù)一般資料

本研究共納入了24例遠(yuǎn)程機(jī)器人輔助PKP手術(shù)，手術(shù)節(jié)段為1例T8、2例T10、4例T11、4例T12、6例L1、4例L2、1例L3、2例L4，平均手術(shù)時間為(35.63 ± 17.40) min。

2.2 遠(yuǎn)程手術(shù)效果評價

術(shù)后腰背痛的VAS評分較術(shù)前顯著下降(P<0.001),術(shù)后的局部后凸角較術(shù)前減少(P<0.001),術(shù)后的骨折椎體高度較術(shù)前增加(P=0.003)(表2)。

表2 遠(yuǎn)程機(jī)器人輔助單通道椎體后凸成形術(shù)的療效Table 2 Efficacy of single channel telerobot-assisted percutaneous vertebral kyphoplasty

所有手術(shù)未出現(xiàn)通訊故障或影響手術(shù)的延遲，在術(shù)中均未轉(zhuǎn)換為本地手術(shù)，術(shù)中沒有出現(xiàn)機(jī)器人故障和圍手術(shù)期并發(fā)癥。

3 討論與結(jié)論

本研究回顧性分析了遠(yuǎn)程機(jī)器人輔助PKP手術(shù)治療胸腰椎骨折的臨床效果，結(jié)果表明，遠(yuǎn)程機(jī)器人輔助PKP手術(shù)可顯著緩解疼痛、改善局部后凸角、恢復(fù)椎體高度，基于5G網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程機(jī)器人輔助PKP手術(shù)是安全、有效的。

PKP手術(shù)操作的難點之一是確定進(jìn)針點和通道方向，手術(shù)質(zhì)量取決于醫(yī)生的經(jīng)驗，通常只能在透視輔助下進(jìn)行多次嘗試操作。在PKP手術(shù)中使用機(jī)器人，將有助于術(shù)者在術(shù)中準(zhǔn)確確定進(jìn)針點和通道方向[10]，確保手術(shù)安全。我國幅員遼闊，部分地區(qū)醫(yī)療資源匱乏，醫(yī)生水平存在差異，資深專家的精力有限，頻繁出差進(jìn)行指導(dǎo)、示教效率較低。骨科手術(shù)機(jī)器人與遠(yuǎn)程手術(shù)的成功結(jié)合，對基于5G+遠(yuǎn)程治療應(yīng)用服務(wù)提供了良好的示范，有助于實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源下沉，建立區(qū)域協(xié)同診療體系，提高優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源可及性和醫(yī)療服務(wù)整體效率[11]。

目前，機(jī)器人輔助脊柱手術(shù)的臨床研究對象多為椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)，僅有少數(shù)研究分析了脊柱手術(shù)機(jī)器人在PKP手術(shù)中的應(yīng)用[12-15]。術(shù)后疼痛緩解、椎體后凸矯正和椎體高度恢復(fù)是評價PKP手術(shù)效果的重要指標(biāo)[16-17]。Yuan等[18]比較了機(jī)器人輔助與徒手PKP手術(shù)治療單節(jié)段/雙節(jié)段骨質(zhì)疏松性椎體壓縮性骨折的臨床效果，發(fā)現(xiàn)機(jī)器人輔助手術(shù)在矯正椎體骨折、減少術(shù)者輻射暴露、避免骨水泥滲漏等方面更具有優(yōu)勢。Jin等[19]同樣發(fā)現(xiàn)，機(jī)器人輔助PKP手術(shù)比傳統(tǒng)手術(shù)更準(zhǔn)確，并在恢復(fù)局部后凸角和骨折椎體高度方面具有優(yōu)勢。本研究中，遠(yuǎn)程機(jī)器人輔助PKP手術(shù)的臨床結(jié)果與上述既往研究相當(dāng)。

本研究仍存在一些局限性：由于遠(yuǎn)程機(jī)器人輔助骨科手術(shù)是一種全新的嘗試，本文中報道的樣本數(shù)量相對較少，尚未進(jìn)行對照研究，未來仍需進(jìn)行大樣本的多中心前瞻性對照研究。

綜上，遠(yuǎn)程機(jī)器人輔助PKP手術(shù)治療胸腰椎壓縮性骨折可顯著緩解疼痛、改善局部后凸角、恢復(fù)椎體高度，基于5G網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程機(jī)器人輔助PKP手術(shù)是安全和有效的。

致謝安徽宿州市第一人民醫(yī)院、新疆克拉瑪依市中心醫(yī)院、安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院、北京市海淀醫(yī)院和北京天智航醫(yī)療科技股份有限公司參與本研究。