机器人系统在脊柱外科手术中的研究应用进展

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1、机器人系统在脊柱外科手术中的研究应用进展  骨科手术机器人目前主要使用领域包括：人工关节置换、复杂的骨盆及髋臼骨折、骶骨骨折脱位、髓内钉远端锁定和股骨颈骨折螺钉固定等。目前国内外均有关于脊柱外科手术机器人系统研制或临床应用的文献报道，在复杂脊柱畸形矫正手术的术前计划中，机器人的三维成像和导航技术使平面影像资料无法看清的结构成为动态的三维图像，从而实现活体解剖结构立体可视化，有助于提高手术计划和手术操作的精确度。脊柱手术机器人的研发已经受到国内外学者的高度重视，尤其是微创脊柱外科手术机器人具有广阔的临床应用前景。现将脊柱外科手术机器人系统研究现状与发展趋势综述如下。   一

2、、机器人系统在脊柱外科手术中的研究现状   骨科手术往往个体差异性很大，使得手术操作对医生的经验依赖很重。这是骨科手术机器人的操作能力远远落后于其他外科手术机器人的重要原因之一。从国内外脊柱外科手术机器人的发展现状看，我国远远落后于国外，我国脊柱外科手术机器人的研制仍然处于实验研究阶段，而国外已经有成熟产品经过美国食品及药物管理局（FDA）批准并应用于临床。   1.国外研究现状：国外有关脊柱外科手术机器人的研制较多，甚至已经有产品经过FDA批准并已应用于临床。Cruces和Wahrburg将机器人机械臂辅助与计算机导航相结合应用于骨科，手术医生可以通过手动牵引机械臂运动

3、来提高骨科手术的准确性和安全性，在不降低灵活性的同时，提高机器人的辅助功能。Ortmaier等在牛的脊椎骨和人工骨上进行实验研究机器人辅助导航的椎弓根螺钉置入前的钻孔和磨削实验，结果指出机器人辅助手术可以提高手术操作的可靠性。东京大学的研究人员则研制出能够在经皮穿刺椎体成形术中进行准确的穿刺操作的小型机器人以避免医生在此环节中的X线辐射。Kiｍ等采用双平面透视引导手术机器人系统，通过术前图像进行手术计划，通过术中图像进行导航来进行微创脊柱椎弓根螺钉置入手术操作。该系统包括一台O型双平面透视机，手术计划与手术操作系统和一个辅助机械臂构成。通过两具尸体标本胸腰椎椎弓根螺钉置入

4、实验，结果显示通过O型臂图像建立坐标系的精度是（0.30±0.15）mm，该机器人系统的复制值达到4.97mm，精度达到0.358mm，整个系统的误差在（1.38±0.21）mm。术前计划轴位角度与术后偏差在2.45°±2.56°，矢状位角度偏差在0.71°±1.21°。结果显示该系统能够提高微创经皮椎弓根螺钉植入的准确性。   Ponnusamy等率先应用达芬奇手术机器人通过改进的人体工程学和控制功能，在猪胸腰椎脊柱标本上进行后路非螺钉置入的手术操作，机器人的应用可以使手术医生工作一整天，而不会出现严重疲劳和手部颤动。Yang等应用达芬奇手术机器人在猪标本上进行前路腰椎

5、融合手术，整个手术时间为6h，手术期间存在由于机械臂的碰撞等原因导致的一些并发症，但是没有明显的神经、血管、周围脏器损伤，并且手术后椎间融合器位置满意。该结果证实了应用达芬奇手术机器人进行猪腰椎前路融合手术的安全性及有效性，但是仍然需要在动物标本及人尸体标本进行进一步实验来进行对比验证。Kim等在猪标本上应用达芬奇手术机器人进行腹膜后腰椎前路减压融合术，同样证实了达芬奇手术机器人在脊柱外科手术应用中的可行性，并且体现了手术视野显示较好，出血少等优点。   国外在脊柱手术机器人的临床应用主要以SpineAssist系统为主，该系统经过手术操作的实验探索和微创椎弓根螺钉植入实

6、验的验证，已被FDA批准并应用于临床。Pechlivanis等采用SpineAssist系统对31例患者进行微创经皮后路腰椎融合术，共置入133枚椎弓根螺钉，91.0％～98.5％的系统准确性与术前计划偏差＜2mm，29例患者均采用该机器人系统成功进行手术治疗。Sukovich等应用SpineAssist系统微创经皮内固定治疗14例临床病例，成功率达到93%，96%椎弓根螺钉的位置与计划进钉偏差在1mm之内，该系统能够与很多微创经皮内固定系统协同配合使用，明显减少手术医生的射线损伤。Kantelhardt等将传统开放手术与SpineAssist系统辅助开放手术和Spine

7、Assist系统辅助微创经皮椎弓根螺钉置入进行比较研究，分析了112个病例资料及CT数据，其中57例传统开放手术，20例SpineAssist系统辅助开放手术和35例SpineAssist系统辅助微创经皮椎弓根螺钉置入手术，机器人辅助手术组准确率为94.5%，传统开放手术组为91.4%。SpineAssist系统辅助开放手术和微创手术组之间无明显差异。机器人辅助手术组平均射线暴露时间为34s，而传统开放手术组为77s。微创手术组围手术期鸦片类镇痛药物需要量少，住院时间短，不良事件发生率低。Devito等通过多中心大规模回顾性研