Renaissance機器人在青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸中置釘失效分析及對策

盛偉超 張敬乙 楊光 呂東波 廖文勝 高延征

椎弓根螺釘系統(tǒng)治療青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸（adolescent idiopathic scoliosis，AIS）具有強大的矯正能力[1-2]。然而，AIS患者因椎體空間位置改變，椎弓根螺釘位置不佳可能導(dǎo)致嚴(yán)重的并發(fā)癥[3-4]。Renaissance脊柱機器人目前逐級得到廣泛應(yīng)用，完成包括椎體成型、穿刺活檢、畸形矯正等多項手術(shù)，并未有嚴(yán)重并發(fā)癥報道[5-6]。河南省人民醫(yī)院應(yīng)用Renaissance機器人（Mazor脊柱機器人Renaissance系統(tǒng)，美國美敦力公司）4年余，手術(shù)治療AIS患者近400例，置釘過程中發(fā)現(xiàn)有眾多危險因素及失效現(xiàn)象發(fā)生。筆者回顧性分析2017年9月至2019年9月采用Renaissance機器人輔助椎弓根螺釘置入的189例AIS患者的臨床資料，總結(jié)機器人置釘失效的危險因素和應(yīng)對措施。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2017年9月至2019年9月采用Renaissance脊柱機器人治療AIS患者189例，其中男72例，女117例，年齡12～19（13.3±1.8）歲，身高138.8～177.3（153.5±9.6）cm，體重32.5～68.1（43.5±8.1）kg。彎型分類：LenkeⅠ型63例，LenkeⅡ型48例，LenkeⅢ型21例，LenkeⅤ型27例，LenkeⅥ型30例。

1.2 治療方法

術(shù)前準(zhǔn)備：利用脊柱全長X線及Bending位X線確定脊柱側(cè)凸分型，制訂手術(shù)計劃，明確固定、融合節(jié)段及擬置入椎弓根螺釘?shù)臄?shù)量及位置，利用64排螺旋CT進行0.2 mm薄層掃描，手術(shù)醫(yī)生在個人電腦上將數(shù)據(jù)導(dǎo)入機器人軟件系統(tǒng)，行手術(shù)椎體椎弓根螺釘植入規(guī)劃，確定螺釘位置及直徑、長度（見圖1），而后保存術(shù)前計劃并導(dǎo)入機器人工作平臺。

圖1 AIS患者T4椎體術(shù)前機器人軟件規(guī)劃置釘，保證釘?shù)纼?nèi)側(cè)壁完整，可以實現(xiàn)in-out-in置釘，同時螺釘?shù)慕嵌?、直徑及長度可提前預(yù)知

手術(shù)方法：在氣管插管全身麻醉下進行，全程行脊髓神經(jīng)電生理監(jiān)測，患者俯臥于全碳素脊柱手術(shù)床，經(jīng)后正中入路剝離椎旁肌，顯露椎板及兩側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)，將機器人自帶“夾子”固定于椎體棘突上，連接3D Marker后進行C臂正位、60°斜位透視，3D marker和C臂影像適配器上的鎢珠對照，自動計算出患者術(shù)中椎體與手術(shù)計劃椎體的對應(yīng)關(guān)系，在工作平臺上再次確認(rèn)椎體位置及螺釘方向、長度，安裝軌道及小機器人，對擬置釘椎體根據(jù)導(dǎo)向器指引進行鉆孔、探針確認(rèn)及定位針插入，每次透視、配準(zhǔn)約可完成5個椎體手術(shù)，全部完成后再次透視進行釘?shù)牢恢抿炞C，無異常后進行椎弓根螺釘擰入，如出現(xiàn)術(shù)前規(guī)劃中機器人軟件不能進行螺釘位置確認(rèn)的“紅釘”現(xiàn)象及術(shù)中探針發(fā)現(xiàn)釘?shù)拦潜诋惓＃臑橥绞种冕?；螺釘置入后進行鈦棒安裝及側(cè)彎矯形，矯形滿意后進行固定區(qū)域植骨，進而完成手術(shù)。

1.3 評價指標(biāo)

記錄椎弓根螺釘置入準(zhǔn)確率：術(shù)后1周所有患者行CT掃描，由手術(shù)醫(yī)生及影像學(xué)醫(yī)生依據(jù)Gertzbein-Robbins[7]分類標(biāo)準(zhǔn)，A級和B級評估為準(zhǔn)確置釘；C級、D級、E級、術(shù)中調(diào)整螺釘以及非技術(shù)原因?qū)е碌臒o法注冊的螺釘均被評估為置釘失效。椎弓根螺釘置入的準(zhǔn)確率＝（機器人置入螺釘A類＋B類數(shù)目）/機器人置入螺釘數(shù)目×100%，失效率＝（機器人置入螺釘C類＋D類＋E類數(shù)目＋“紅釘”數(shù)目＋釘?shù)喇惓８耐绞謹(jǐn)?shù)目）/手術(shù)總螺釘數(shù)目×100%，記錄失效螺釘位置，結(jié)合術(shù)中情況，總結(jié)原因及探討解決方法。

側(cè)彎矯正率：結(jié)合術(shù)前，術(shù)后1周、3個月脊柱全長X線片，測量主彎Cobb角，計算矯正率，即（術(shù)前角度－矯正后角度）/術(shù)前角度×100%。

2 結(jié)果

手術(shù)情況：189例患者全部應(yīng)用Renaissance機器人完成手術(shù)，術(shù)中及圍手術(shù)期無嚴(yán)重并發(fā)癥出現(xiàn)，無脊髓損傷及神經(jīng)功能障礙發(fā)生；術(shù)后出現(xiàn)切口感染3例，2例通過外科換藥而愈合，1例行清創(chuàng)、置管沖洗2周后愈合。

置釘情況：共計劃置入螺釘2 996枚，術(shù)前規(guī)劃時，因設(shè)備技術(shù)性原因無法注冊螺釘，即“紅釘”現(xiàn)象12枚，改為術(shù)中徒手置入；本研究機器人共置釘2 984枚，術(shù)中釘?shù)澜⒑罄锰结槹l(fā)現(xiàn)螺釘骨壁破裂22枚，而后改為徒手置釘；術(shù)后1周行CT掃描，依據(jù)Gertzbein-Robbins分類標(biāo)準(zhǔn)，機器人所置釘2 984枚A級2 731枚，B級182枚，C類71枚，D級及E級均為0；椎弓根螺釘置入的準(zhǔn)確率97.6%，機器人置釘失效105枚（螺釘位置分布見表1），失效率為3.5%。

表1 機器人失效螺釘位置分布

矯形情況：術(shù)前及術(shù)后1周、3個月、6個月分別行全脊柱X線片，測得術(shù)前平均Cobb角61.1°，術(shù)后1周為9.8°，術(shù)后3個月為10.1°，術(shù)后6個月為10.8°，平均矯正率分別為84%、83.5%、82.3%。X線未見內(nèi)固定松動、斷裂及移位。

典型病例：患者，男，15歲。特發(fā)性脊柱側(cè)凸LenkeⅠ型，采用手術(shù)機器人輔助置釘（見圖2）。

圖2 A、B.術(shù)前脊柱全長X線顯示為特發(fā)性脊柱側(cè)凸LenkeⅠ型；C.術(shù)前利用機器人軟件進行置釘規(guī)劃；D.術(shù)中利用“夾子”工具進行機器人輔助置釘；E、F.術(shù)后X線顯示畸形矯形滿意；G.復(fù)查CT顯示螺釘位置理想

3 討論

3.1 AIS矯形術(shù)中椎弓根螺釘置入的風(fēng)險因素

脊柱側(cè)凸畸形患者，椎體存在不同程度的畸形、旋轉(zhuǎn)、傾斜及脊髓的位移；以往對椎弓根螺釘誤置率的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，上段胸椎要高于下段，這與上、中段胸椎椎體形態(tài)小于下段的解剖學(xué)研究結(jié)果是一致的。既往臨床應(yīng)用解剖已證明椎弓根直徑最小的節(jié)段并不在T1水平，而是在T4-5水平[8]。同時特發(fā)性脊柱側(cè)凸還存在左右發(fā)育不對稱，凹側(cè)的椎弓根直徑要小于凸側(cè)。這種差異在頂椎區(qū)表現(xiàn)得最為明顯。部分特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者的T4-5水平凹側(cè)椎弓根缺乏松質(zhì)骨甚至是缺如[9]，造成嚴(yán)重的置釘困難。因脊椎冠狀面上向凸側(cè)的偏移，椎管內(nèi)脊髓的位置也相應(yīng)地偏向脊椎的凹側(cè)并造成凹側(cè)硬膜外安全空間的減小。當(dāng)凹側(cè)椎弓根螺釘發(fā)生內(nèi)側(cè)置釘不良時更容易造成脊髓的損傷[10-11]。本研究中，機器人置釘失效75.2%發(fā)生在上胸段，特別是側(cè)彎凹側(cè)，發(fā)生在頂椎區(qū)域失效占比為82.9%，與上述研究吻合，也提醒臨床醫(yī)生在頂椎區(qū)域置釘時要格外小心。

3.2 機器人輔助置釘精確性

為提高脊柱側(cè)凸置釘?shù)木珳?zhǔn)性及避免神經(jīng)損傷，學(xué)者們發(fā)明了諸如“漏斗法”及“探針”技術(shù)“等徒手方法；此類方法對手術(shù)器械要求較低，但往往效率較慢，且對術(shù)者手術(shù)技能要求高，學(xué)習(xí)曲線較長。隨著科技進步，數(shù)字骨科技術(shù)使脊柱外科進入了個性化、精準(zhǔn)化、數(shù)字化的嶄新時代。2011年，Mazor公司推出Renaissance系統(tǒng)，成功提高了手術(shù)安全性。此系統(tǒng)僅需要正斜位X線機透視即可以完成與術(shù)前CT影像匹配，從而提示最佳外引導(dǎo)套筒位置，術(shù)者僅需要沿外引導(dǎo)套筒置入導(dǎo)絲，獲得釘?shù)兰爸冕擺12-14]。Devito等[15]采用Mazor脊柱機器人輔助治療120例青少年脊柱側(cè)凸，共置入1 815枚螺釘，優(yōu)良率達99.7%。即使機器人輔助置釘成績斐然，但因脊柱側(cè)凸矯形手術(shù)的特殊性，術(shù)中容錯率低，若出現(xiàn)神經(jīng)、血管及毗鄰器官損傷后果嚴(yán)重，所以對于失效置釘進行詳細分析，總結(jié)原因，充分理解機器人工作原理，才能更好地提高手術(shù)效果。既往文獻，包括Mazor公司官方都側(cè)重于報道手術(shù)成功案例及令人心動的準(zhǔn)確率，尚無文獻對失敗螺釘進行失敗原因分析，本研究基于較大研究樣本，統(tǒng)計螺釘失效數(shù)目及位置，總結(jié)分析螺釘失效原因，具有較大的臨床指導(dǎo)意義。

3.3 機器人置釘失效分析

脊柱側(cè)凸矯形術(shù)高風(fēng)險特點，提醒術(shù)者術(shù)前要做好各種準(zhǔn)備。為提高Renaissance脊柱手術(shù)機器人的安全性及準(zhǔn)確性，須注意以下幾點。①手術(shù)團隊需系統(tǒng)培訓(xùn)，掌握機器人操作技巧，加強臺上、臺下配合，加快手術(shù)進程，縮短手術(shù)時間；②術(shù)前對手術(shù)節(jié)段進行CT薄層掃描，層厚≤1 mm[16]；③術(shù)者要有豐富的開放手術(shù)經(jīng)驗，若出現(xiàn)置釘失效現(xiàn)象，能夠及時糾正。

筆者總結(jié)189例患者手術(shù)過程，置釘失效原因包括：（1）軟件因素：①術(shù)前CT資料導(dǎo)入機器人軟件后椎體分割失敗，特別是上胸椎節(jié)段椎體較小時容易發(fā)生，最終導(dǎo)致不能使用機器人，但本研究中無發(fā)生；②螺釘置入方案不能通過軟件自檢，出現(xiàn)“紅釘”現(xiàn)象，最終改為徒手置釘；可能原因為機器人數(shù)據(jù)庫有限，對特殊椎體不能進行手術(shù)規(guī)劃，有待數(shù)據(jù)庫及軟件升級而解決。（2）操作因素：①術(shù)中機器人平臺操作出現(xiàn)椎體標(biāo)注錯誤，與術(shù)前方案沖突，導(dǎo)致全盤皆錯；需要手術(shù)參與人員認(rèn)真操作、精心準(zhǔn)備，反復(fù)對照術(shù)前、術(shù)中影像，堅決杜絕椎體節(jié)段錯誤發(fā)生。②椎板暴露不良，特別是上胸段區(qū)域，深筋膜致密、堅韌，進釘角度向頭側(cè)及外側(cè)傾斜較大，凹側(cè)會更加明顯，且凸側(cè)因操作空間狹小，上述因素導(dǎo)致局部軟組織壓力大，可能擠壓小機器人工作臂向內(nèi)移位，導(dǎo)致釘?shù)榔珒?nèi)而進入椎管，本研究失效螺釘75.2%位于上胸椎，很大程度是因為此原因，局部軟組織壓力大，可能擠壓小機器人工作臂向內(nèi)移位；解決方案：a.顯露充分手術(shù)椎板，達到無壓力置入套管，或者行經(jīng)筋膜置釘；b.和麻醉師協(xié)調(diào)，配合術(shù)中神經(jīng)電生理監(jiān)測進行肌松劑應(yīng)用時間調(diào)整，獲得良好的肌肉、筋膜松弛。③出現(xiàn)“套管滑移”的問題，進而導(dǎo)致螺釘置入的錯誤；原因及對策：a.中上胸椎椎弓根螺釘進釘點存在骨性“斜坡”，若出現(xiàn)“套管滑移”的問題，進而導(dǎo)致螺釘置入的錯誤[6,13,17]，術(shù)中可利用整平器或咬骨鉗處理“斜坡”部位；b.上胸椎進釘點位置較小，若大力錘擊套筒，可能導(dǎo)致內(nèi)移，所以在安放導(dǎo)向套管時，要輕柔、旋轉(zhuǎn)推進，避免移位；c.上胸椎棘突較小，若出現(xiàn)椎體旋轉(zhuǎn)，棘突扭曲明顯，此時如利用“夾子”平臺，安裝機器人后容易出現(xiàn)操作平臺傾斜，建議上胸椎手術(shù)利用床邊軌工具，穩(wěn)定工作平臺，避免傾斜。

在目前科技水平下，脊柱機器人仍是人工智能工具，畸形嚴(yán)重患者應(yīng)用受限，應(yīng)用中需要經(jīng)驗豐富的手術(shù)醫(yī)師操作，以獲得良好的治療效果，但手術(shù)醫(yī)師要充分理解其工作原理，熟知置釘風(fēng)險因素，充分運用自身手術(shù)技巧，而不是完全依賴機器人，才能安全完成手術(shù)。