机器人引导下微创经椎间孔椎体间融合术和传统开放手术治疗腰椎滑脱症的疗效分析

腰椎滑脱症是脊柱外科的常见疾病之一，保守治疗效果不佳时应考虑手术治疗。经椎间孔腰椎椎体间融合术(transforaminal lumbar interbody fusion，TLIF)比后路腰椎椎体间融合术能更好地减少软组织损伤、减少手术时间、降低神经根和硬膜囊损伤的风险^[1]，比前路腰椎椎体间融合术手术技术要求低，同时避免了腹腔脏器、血管、神经损伤及逆行等风险^[2]，一直被广泛应用。但是传统开放TLIF存在广泛的肌肉损伤，术后腰背肌肉的瘢痕愈合对短期或长期的临床效果都有一定的不利影响^[3]。

随着微创手术器械、外科导航手术系统、手术机器人等设备的发展和医师手术技术的提高，目前已经可以使用机器人引导下微创的精准外科手术治疗腰椎滑脱症。我们回顾性分析2015年7月至2016年4月采用机器人引导下微创TLIF和传统开放TLIF治疗的41例腰椎滑脱症的临床资料和治疗效果，现报告如下。

一、一般资料

纳入标准：(1)单节段Meyerding Ⅰ、Ⅱ度腰椎滑脱；(2)腰痛或下肢疼痛持续超过6个月，疼痛视觉模拟评分(visual analog scale，VAS)>5分；(3)经系统的规范化保守治疗无效。排除标准：(1)既往曾行腰椎手术者；(2)腰椎感染、肿瘤、相邻节段不稳定者；(3)伴有脊柱侧凸者。共41例患者符合纳入排除标准，其中机器人微创组16例，男性1例，女性15例，年龄35～68岁，平均52.5岁；L_4～5节段滑脱10例，L₅～S₁节段滑脱6例，伴有峡部裂5例；临床表现为腰痛4例，腰痛伴下肢疼痛麻木12例；根据Meyerding分度标准^[4]，Ⅰ度滑脱9例，Ⅱ度滑脱7例。开放手术组25例，男性6例，女性19例，年龄39～72岁，平均54.1岁；L_4～5节段滑脱15例，L₅～S₁节段滑脱10例，伴有峡部裂9例；临床表现为腰痛7例，腰痛伴下肢疼痛麻木18例；Ⅰ度滑脱14例，Ⅱ度滑脱11例。

二、手术设备

"天玑"外科手术机器人系统(TiRobot，国械注准：20163542280)由机器人手术规划、操作平台、红外定位相机和6自由度机械臂组成(图1)。计算机手术规划平台利用术中数字影像学资料进行三维重建，便于术者确定椎弓根螺钉的入点、方向、螺钉长度、直径及减压部位，进行术前规划与手术模拟。红外定位相机和6自由度机械臂之间通过视觉摄像头完成空间影射，实现医学图像空间和机械臂操作空间的坐标统一。术中可通过机器人手术操作平台控制6自由度机械臂进行术中定位和操作。

图1

"天玑"外科手术机器人系统组成及工作示意图

三、手术方法

机器人引导下手术：患者全身麻醉后取俯卧位，C形臂X线透视确定滑脱椎体的上一节椎体的棘突及滑脱节段的椎弓根位置，并作体表标记。在棘突上方做纵行小切口，将示踪器固定在滑脱椎上一节椎体的棘突，C形臂X线机自动连续旋转190°，将数字图像传送至手术机器人的手术规划、操作平台，对图像进行三维重建，确定椎弓根螺钉入点、方向、直径和长度，确定各椎弓根螺钉通道相应体表位置，并做横切口切开皮肤、皮下组织和深筋膜，纵行经肌肉间隙钝性分离至关节突关节。操作机器人确定椎弓根螺钉的通道，置入导针。操作机器人确定症状严重侧椎间盘的位置并放置导针，分离多裂肌间隙至关节突关节，沿导针放置逐级扩张套筒，放置MAST Quadrant通道。切除滑脱椎的部分椎板、黄韧带、下关节突和下一椎体的上关节突。在机器人手术规划、操作平台上确定需要减压的部位，在机器人引导下到达需要减压的狭窄部位，用椎板咬骨钳咬除狭窄部位的增生组织，行神经根管潜行减压，对侧有下肢症状者潜行减压至对侧椎管。切除椎间盘，刮除软骨终板，冲洗后在椎体间植骨，然后植入椎体间融合器(内填充自体骨)。沿导针置入椎弓根螺钉，提拉椎体复位，探查确认出口神经根和行走神经根松弛、无压迫后放置引流管，逐层缝合切口，用皮肤粘连带粘合皮肤。

传统开放手术：患者全身麻醉后取俯卧位，在滑脱节段腰后正中切口，采用电刀沿棘突切开椎旁肌，采用Cobb骨膜剥离器将椎旁肌钝性剥开，双极电凝止血后剪断旋转肌，显露至小关节外侧缘，根据副突等解剖标志确定椎弓根螺钉入点并用开路器做出椎弓根螺钉通道，置入标志针，透视位置准确后取出标志针并置入椎弓根螺钉。切除上位椎体的下半椎板和一侧下关节突、下位椎体的相应上关节突，切除椎间盘，刮除软骨终板，椎体间植骨，植入椎体间融合器。安装连接棒，提拉椎体复位，潜行减压椎板下方和神经根管，探查双侧出口神经根和行走神经根松弛、无压迫后放置引流管，逐层缝合切口。

四、观察指标

记录两组患者的手术时间、术中出血量、术中透视时间、术后引流量、住院时间和并发症情况；记录术前、术后3 d，术后3个月及末次随访时的腰痛VAS，评价患者疼痛情况；记录术前和末次随访时Oswestry功能障碍指数(Oswestry Disability Index，ODI)评价功能恢复情况。根据Macnab标准^[5]评价临床疗效。

在术前、术后3 d、术后3个月和末次随访时拍摄腰椎X线片，测量融合节段椎间隙高度、滑脱率、滑脱节段前凸角和腰椎前凸角，腰椎滑脱率采用Taillard指数^[6]计算；术后3 d拍摄腰椎CT评估置入椎弓根螺钉的准确性^[7]，通过MRI检查评价椎旁肌肉萎缩情况。

五、统计学分析

采用SPSS 13.0统计学软件进行统计分析。正态分布的计量资料以±s表示，组间比较采用独立样本t检验，计数资料组间比较采用χ²检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

一、手术结果

两组患者的性别、年龄、滑脱节段和滑脱程度、术前VAS和ODI差异均无统计学意义(χ²＝0～2.171，P值均>0.05)(表1)。    与开放手术组相比，机器人微创组的手术时间和术中射线暴露时间均较长，差异有统计学意义(t＝6.125、15.168，P值均<0.01)；机器人微创组的术中出血量和术后引流量均较少，住院时间、疼痛缓解时间、自主翻身时间、自主下床活动时间均较短，差异均有统计学意义(t＝4.587～13.153，P值均<0.01)(表2)。    机器人微创组置入64枚椎弓根螺钉，0级61枚，1级3枚；开放手术组置入100枚螺钉，0级85枚，1级15枚。两组0级螺钉比较差异有统计学意义(χ²＝4.247，P＝0.039)，机器人微创组的置钉准确性高于开放手术组。

二、影像学结果

与术前相比，机器人微创组和开放手术组末次随访时椎间隙高度、腰椎前凸角、滑脱节段前凸角均增大(t＝4.128～16.738，P值均<0.01)，滑脱率减小(t＝11.410、18.504，P值均<0.01)，但是两组间差异无统计学意义(t＝0.106～1.227，P值均>0.05)(表3)。与术前相比，术后机器人微创组患者的椎旁肌无明显萎缩，而开放手术组患者的椎旁肌出现了明显萎缩。

三、随访结果

随访截至2016年7月，41例患者均获得随访，随访时间3～12个月，平均8个月。与开放手术组相比，机器人微创组患者术后3 d、3个月和末次随访时VAS均较低，仅术后3 d时差异有统计学意义(t＝2.762，P＝0.006)(表4)。与术前相比，两组患者术后3 d、3个月和末次随访时VAS均降低(t＝7.193～16.765，P值均<0.01)；两组患者末次随访时ODI均降低(t＝12.215、14.036，P值均<0.01)。    根据Macnab评价标准，末次随访时机器人微创组：优10例，良5例，可1例，优良率为93.8%(15/16)；开放手术组：优16例，良6例，可3例，优良率为88%(22/25)。两组间疗效差异无统计学意义(χ²＝0.366，P＝0.545)。

四、并发症

两组患者均未出现感染、硬膜损伤、脑脊液漏、螺钉松动等并发症，机器人微创组有1例患者出现一过性足背外侧麻木，经对症营养神经治疗，术后3个月麻木消失。

一、手术机器人

机器人有抗疲劳、精确度高的优势，在普外科、神经外科、心外科、泌尿外科和骨科中的应用逐渐增加，取得了良好的临床效果^[8,9]。骨科应用的包括以色列Renaissance机器人引导系统、美国达芬奇机器人系统等。Renaissance机器人是Mazor技术公司在其第一代SpineAssist机器人基础上发展而来，其优点是和影像学资料相结合，指导术中操作；缺点是获取术前CT时的体位和术中体位可能不一致，不同骨性结构的相对位置会发生变化，导致误差增加。达芬奇机器人是和内窥镜结合的手术控制系统，可以进行精细、安全的操作，但不能和影像相结合，故在骨科应用相对较少，主要应用于腰椎前路融合术中神经和血管的分离及脊柱感染的清理^[10,11]。

本研究中使用的"天玑"外科手术机器人(TiRobot)由北京积水潭医院、北京航空航天大学、北京天智航医疗科技股份有限公司等单位联合研发，突破了多模图像配准、机器人控制、患者实时跟踪和路径补偿等关键技术，在骨科机器人技术领域处于国际领先水平。该机器人系统的优势是利用术中的三维影像进行合理的手术规划并实时精确定位，引导准确置入椎弓根螺钉，辅助进行精确的椎管减压，已成功应用于高难度的上颈椎手术^[12,13]。

机器人系统引导下可以一次性准确置入螺钉，避免椎弓根螺钉误置导致的神经、硬膜等组织损伤，同时避免螺钉改道造成的螺钉拔出力降低。本组病例中TiRobot机器人引导下置入0级椎弓根螺钉的比率为96.8%，显著高于开放组徒手置钉的85%；也高于文献报道SpineAssist机器人置钉的89.3%^[14]。因术中俯卧位呼吸运动会引起椎体的明显位移，在下胸椎和腰椎尤为明显^[15]，导致机器人的操作误差增加。TiRobot可实时测定机械臂的误差，如果误差较大时可短暂中断呼吸机避免呼吸运动的影响，待误差变小机器人确定准确位置后再开启呼吸机。

二、微创TLIF手术

传统开放TLIF手术在显露过程中将椎旁肌从棘突、椎板上剥离，向外侧显露至小关节外侧，置钉、减压时需用拉钩将椎旁肌向两侧强力拉开，肌肉损伤较重，术后疼痛较显著。微创TLIF手术利用微创撑开器进行肌肉间隙的分离、显露，在治疗腰椎滑脱症上有术中出血少、术后疼痛轻等优点^[16]。但常规微创TLIF手术也需要显露解剖标志以便进行准确的椎弓根螺钉置入和减压，对肌肉组织还有一定损伤。机器人引导下微创TLIF手术利用机器人根据术中影像学资料准确定位的特点，不需显露解剖标志就可以确定椎弓根螺钉入点、方向、直径和长度，减少对肌肉软组织的损伤；同时可以确定最长、最粗的椎弓根螺钉通道，使得置入的螺钉有最大的抗拔出力，防止滑脱复位过程中椎弓根螺钉松动、拔出。

多裂肌主要参与背伸运动、维持脊柱腰段前凸，是脊柱动力性稳定的重要因素，其功能受到损害之后是其他肌群无法代替的^[17]。机器人引导下微创TLIF手术增加对多裂肌的保护，减少了对脊柱稳定性的干扰，降低邻近节段退变的发生率，也为术后早期活动创造条件^[18]。机器人微创组患者的术中出血量和术后引流量均显著少于开放手术组，术后MRI显示机器人微创组患者的椎旁肌和术前相比无明显萎缩，而开放手术组患者的椎旁肌则出现较明显的萎缩。机器人微创组和开放手术组的术后腰痛、ODI均较术前改善，但是在术后3 d机器人微创组的腰痛VAS评分显著低于开放手术组，疼痛缓解时间、自主翻身时间、自主下床活动时间也显著少于开放手术组，体现了机器人引导下微创TLIF手术创伤小、患者疼痛轻、恢复快的特点。

三、机器人手术的学习曲线

有研究结果显示，采用达芬奇机器人手术系统连续进行10例手术以后，团队配合更默契，操作空间创建、机械臂与患者对接入位时间缩短^[19]。本组机器人引导下微创TLIF手术治疗腰椎滑脱症病例中，前10例手术的手术时间和术中透视时间下降较快，在完成第10例手术后，手术时间和术中透视时间逐渐趋于稳定。因此，通过10例手术可以完成学习曲线。因为机器人引导下手术不需要直视下的解剖标志，比普通微创手术的学习曲线短，因此机器人在微创手术中更有价值。

本研究中的机器人引导下微创TLIF手术病例是我们最早期的病例，随着机器人在实践中的不断改进和医师操作技术的熟练，机器人引导下微创TLIF手术的手术时间可能和传统的开放手术一样，甚至更短。机器人在脊柱外科的应用将不断增加，成为脊柱外科手术现有技术的有力补充，在提高手术精准度、减少手术失误、培养临床医师等方面发挥重要作用。