引用本文: 林書, 胡豇, 萬侖, 唐六一, 王躍, 俞陽, 張偉. 機器人輔助經皮椎體后凸成形術治療多節段骨質疏松性椎體壓縮性骨折. 中國修復重建外科雜志, 2020, 34(9): 1136-1141. doi: 10.7507/1002-1892.202002131 復制
骨質疏松性椎體壓縮性骨折(osteoporotic vertebral compression fracture,OVCF)已成為影響老年人生活質量的常見原因之一[1]。經皮椎體后凸成形術(percutaneous kyphoplasty,PKP)是治療 OVCF 的主要微創術式之一,具有創傷小、恢復快、改善后凸畸形的優點[2-3]。但 PKP 治療中仍存在椎弓根皮質穿破、骨水泥分布不均、骨水泥滲漏、透視次數多等問題[4-7]。近年來,手術機器人在骨科手術中的應用逐漸增多,研究顯示機器人輔助胸腰椎經皮植釘可顯著提高植釘準確率、安全增加植釘內傾角、減少透視次數[8-10]。2017 年開始我院采用機器人輔助 PKP 治療多節段胸腰椎 OVCF 患者,現回顧分析患者臨床資料,并與傳統透視下手術患者進行比較,分析機器人輔助手術的安全性和有效性。報告如下。
1 臨床資料
1.1 患者選擇標準
納入標準:① T5~L5 OVCF,骨折節段 2~4 個;② 椎體后緣完整,無脊髓和神經根受壓;③ 雙能 X 線骨密度儀檢測提示骨量減少或骨質疏松。排除標準:① 其他病理性骨折,如轉移性腫瘤、骨髓瘤、血管瘤等;② 臨床資料不全或難以配合手術者。2017 年 10 月-2019 年 2 月共 63 例患者符合選擇標準納入研究,其中 33 例術中采用機器人輔助手術(機器人輔助組),30 例采用傳統透視下手術(傳統透視組)。
1.2 一般資料
機器人輔助組:男 12 例,女 21 例;年齡 58~83 歲,平均 68.8 歲。7 例有明確外傷史,均為跌傷。骨折至手術時間 2~18 d,平均 7.3 d。骨折節段:2 個節段 19 例、3 個節段 8 例、4 個節段 6 例,共 86 個節段;其中 T5 3 例、T6 1 例、T7 5 例、T8 3 例、T9 5 例、T10 12 例、T11 14 例、T12 20 例、L1 12 例、L2 4 例、L3 4 例、L4 2 例、L5 1 例。骨密度檢測:骨量減少 8 例,骨質疏松 25 例。
傳統透視組:男 11 例,女 19 例;年齡 57~82 歲,平均 67.9 歲。6 例有明確外傷史,均為跌傷。骨折至手術時間 1~19 d,平均 7.1 d。骨折節段:2 個節段 18 例、3 個節段 9 例、4 個節段 3 例,共 75 個節段;其中 T5 1 例、T6 1 例、T7 5 例、T8 3 例、T9 4 例、T10 11 例、T11 14 例、T12 15 例、L1 11 例、L2 3 例、L3 5 例、L4 1 例、L5 1 例。骨密度檢測:骨量減少7 例,骨質疏松 23 例。
患者主要臨床癥狀均為腰背部疼痛。兩組患者性別、年齡、骨折節段、骨密度以及術前疼痛視覺模擬評分(VAS)、椎體中線高度、Cobb 角等一般資料比較,差異均無統計學意義(P>0.05),具有可比性。見表 1~3。









1.3 手術方法
兩組手術均由 3 位高年資主任醫師主刀完成。患者均于全麻下取俯臥位,經椎弓根單側穿刺。采用上海凱利泰醫療科技有限公司的椎體成形器和椎體擴張球囊、德國 Heraeus Medical 公司骨水泥。機器人輔助組采用北京天智航醫療科技股份有限公司“天璣”第 3 代骨科機器人輔助定位,該系統由機械臂系統、光學跟蹤系統、手術規劃系統以及導航系統等構成。
傳統透視組:C 臂 X 線機透視下對傷椎椎弓根進行體表標記。透視下進行穿刺,使用帶內芯的工作套筒自椎弓根外上方穿入傷椎,進入椎體 1/3 左右時將內芯拔出。使用骨鉆制備骨隧道,將含有對比劑的球囊置入傷椎,進行球囊擴張,囊內壓力達 2 020 kPa 左右或椎體高度恢復滿意后取出球囊。將拉絲期骨水泥通過推桿注入傷椎,本組注入骨水泥量為 2~6 mL,平均 3.5 mL。待骨水泥硬化后結束手術。
機器人輔助組:C 臂 X 線機定位傷椎,在傷椎上位椎體棘突處切開皮膚及筋膜,安裝示蹤器。在傷椎背部安裝定位標尺,C 臂 X 線機掃描需穿刺節段的三維結構,將數據傳輸至機器人工作站進行穿刺規劃;規劃完畢后下達指令,機械臂運行至指定位置;在機械臂定位下作小切口,安裝二級套筒,插入皮膚至骨表面,使用電鉆植入導針,透視確認位置并調整導針植入深度達椎體 1/2 左右;沿導針放入工作套管,骨鉆制備骨隧道。后續處理同傳統透視組,本組注入骨水泥量為 2~6 mL,平均 3.6 mL。
1.4 術后處理及療效評價指標
術后根據患者病情給予鎮痛、抗骨質疏松治療。術后 24 h 可佩帶支具下床活動,2 d 后出院。
臨床評價指標:① 通道建立時間:傷椎通道建立時間以經皮穿刺點皮膚切開時作為開始,以工作套筒到達合適位置時作為結束。② 術中透視次數及透視劑量:機器人輔助組透視劑量包括注冊時連續掃描的劑量及單次透視劑量,其中注冊時 1 次連續掃描透視劑量平均為 60.36 cGycm2,單次透視劑量直接采用 C 臂 X 線機(ARCADIS Orbic 3D 系統;Siemens 公司,德國)主屏顯示數值。③ 術前及術后 2 d、末次隨訪,采用 VAS 評分評價疼痛程度。
影像學評價指標:① 穿刺偏移程度:術后 2 d 內復查 CT,參考 Gertzbein-Robbins 分級標準[11],將穿刺偏移程度分為 4 個等級,A 級無偏移,B 級偏移<2 mm,C 級偏移 2~4 mm,D 級偏移≥4 mm。② 骨水泥分布情況:在李凡杰等[12]提出的骨水泥彌散標準基礎上進一步細化,在術后 2 d 內復查的 CT 圖像上選擇骨水泥最大橫截面進行分析。骨水泥分布共分為 4 級,A 級:骨水泥未越過椎體中線的不充盈單側分布;B 級:骨水泥主體達椎體中線,但未超過最大橫截面最大寬度 10% 的充盈單側分布;C 級:骨水泥超過最大橫截面最大寬度 10%,但充盈面積未超過最大橫截面面積 3/5 的不充盈雙側分布;D 級:骨水泥越過椎體中線,且充盈面積達到最大橫截面面積 3/5 的充盈雙側分布。見圖 1。③ 骨水泥滲漏情況:通過術后 2 d 內的 CT 觀察骨水泥是否向周圍滲漏。④ 穿刺角度:通過術后 2 d 內 CT 三維重建觀察橫截面上椎體中線與穿刺路線的夾角。⑤ 術前、術后 2 d 及末次隨訪,于側位 X 線片測量椎體中線高度、Cobb 角。

a. A 級;b. B 級;c. C 級;d. D 級
Figure1. Schematic diagram of bone cement distributiona. Grade A; b. Grade B; c. Grade C; d. Grade D
1.5 統計學方法
采用 SPSS22.0 統計軟件進行分析。計量資料以均數±標準差表示,組間比較采用獨立樣本t 檢驗;計數資料組間比較采用χ2檢驗或秩和檢驗;檢驗水準α=0.05。
2 結果
兩組患者術后均獲隨訪,隨訪時間 11~13 個月,平均 12 個月。機器人輔助組通道建立時間為(4.17±0.95)min,傳統透視組為(9.02±1.93)min,差異有統計學意義(t=–19.713,P=0.000)。兩組患者術后 2 d 及末次隨訪時 VAS 評分、椎體中線高度、Cobb 角比較,差異均無統計學意義(P>0.05)。見表 1~3 及圖 2。

a. 術前側位 X 線片;b. 術前 MRI;c. 術前 CT;d、e. 術中機器人輔助下置入導針;f、g. 術中置入套筒和推桿;h. 術后 2 d 側位 X 線片;i、j. 術后 2 d CT 示無穿刺偏移(箭頭示穿刺路徑)
Figure2. A 72-year-old male patient with OVCF at T6 and T8 in robot-guided groupa. Preoperative lateral X-ray film; b. Preoperative MRI; c. Preoperative CT; d, e. Inserting the guide wire under robot-guided; f, g. Inserting the sleeve and push rod; h. Lateral X-ray film at 2 days after operation; i, j. CT at 2 days after operation showed no puncture deviation (Arrow indicated the puncture path)
與傳統透視組相比,機器人輔助組術中透視次數、透視劑量均明顯減少,穿刺偏移程度降低,骨水泥分布情況更好,穿刺角度明顯增大,差異均有統計學意義(P<0.05)。見表 1、4。

機器人輔助組 8 個節段(9.3%,8/86)發生骨水泥滲漏,其中 5 個節段為椎間隙滲漏,3 個節段為椎旁軟組織滲漏,無椎管內及靜脈叢滲漏。傳統透視組 17 個節段(22.6%,17/75)發生骨水泥滲漏,其中 12 個節段為椎間隙滲漏,4 個節段為椎旁軟組織滲漏,1 個節段為靜脈叢滲漏,無椎管內滲漏。兩組骨水泥滲漏發生率差異有統計學意義(χ2=5.455,P=0.020)。
3 討論
精確穿刺是 PKP 手術成功的關鍵。王翔宇等[6]通過 PKP 治療 OVCF 發現,計算機導航下與傳統透視穿刺椎弓根內壁突破率分別為 2.33% 和 19.05%,差異有統計學意義。骨科機器人系統是導航技術的衍生物,具有定位準確、操作方便的特點[8, 13-19]。Yang 等[8]的一項對比研究提示,機器人經皮植釘準確性明顯高于傳統透視經皮植釘。目前關于骨科機器人在 PKP 的應用研究較少,有研究認為骨科機器人輔助椎體成形術治療 OVCF 效果良好[13],但該研究未比較穿刺準確性和骨水泥分布等指標。為此,本研究納入了相關檢測指標,結果顯示機器人輔助組穿刺偏移程度明顯優于傳統輔助組,說明機器人輔助 PKP 可以明顯提高穿刺準確性,減少穿刺偏移風險。
在傳統透視下穿刺時,穿刺入針點和穿刺角度往往難以控制,容易導致工作套筒末端不能到達理想位置,造成骨水泥分布較差。而機器人術前設計穿刺路徑時,可以適當加大穿刺角度,通過機械臂的引導將導針一次性穿入椎體,使工作通道末端盡量靠近椎體中線。本研究結果顯示機器人輔助組穿刺角度明顯大于傳統透視組,可能是機器人輔助組骨水泥分布更均勻的原因之一[20]。李凡杰等[12]使用彎角椎體成形器也獲得較好的骨水泥分布,但該耗材較昂貴,多節段使用可能發生骨水泥堵塞,因此在多節段 PKP 中應用受到一定限制。
相關研究均顯示機器人輔助手術可以減少術中透視次數以及減少射線傷害[10, 18-19, 21-23]。張在田等[13]研究結果認為機器人輔助下 PKP 可以減少透視次數,但目前尚無機器人輔助下 PKP 術中透視劑量的報道,為此本研究進行了觀察。結果顯示機器人輔助組透視次數和透視劑量均明顯少于傳統透視組,進一步提示機器人輔助下 PKP 治療多節段 OVCF 能明顯減少術中透視次數和透視劑量。
綜上述,機器人輔助治療多節段 OVCF 可以縮短通道建立時間,提高穿刺準確性,減少透視次數,降低透視劑量,減少骨水泥滲漏,獲得更好的骨水泥分布,具有良好的應用前景。
作者貢獻:林書負責數據收集整理及統計分析、文章撰寫等;胡豇、萬侖、唐六一負責起草文章、科研設計、既往研究成果收集;王躍、俞陽、張偉負責文章的整體設計與內容修改、審閱。
利益沖突:所有作者聲明,在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突。經費支持沒有影響文章觀點和對研究數據客觀結果的統計分析及其報道。
機構倫理問題:研究方案經四川省醫學科學院·四川省人民醫院醫學倫理委員會批準(2019年第298號)。
骨質疏松性椎體壓縮性骨折(osteoporotic vertebral compression fracture,OVCF)已成為影響老年人生活質量的常見原因之一[1]。經皮椎體后凸成形術(percutaneous kyphoplasty,PKP)是治療 OVCF 的主要微創術式之一,具有創傷小、恢復快、改善后凸畸形的優點[2-3]。但 PKP 治療中仍存在椎弓根皮質穿破、骨水泥分布不均、骨水泥滲漏、透視次數多等問題[4-7]。近年來,手術機器人在骨科手術中的應用逐漸增多,研究顯示機器人輔助胸腰椎經皮植釘可顯著提高植釘準確率、安全增加植釘內傾角、減少透視次數[8-10]。2017 年開始我院采用機器人輔助 PKP 治療多節段胸腰椎 OVCF 患者,現回顧分析患者臨床資料,并與傳統透視下手術患者進行比較,分析機器人輔助手術的安全性和有效性。報告如下。
1 臨床資料
1.1 患者選擇標準
納入標準:① T5~L5 OVCF,骨折節段 2~4 個;② 椎體后緣完整,無脊髓和神經根受壓;③ 雙能 X 線骨密度儀檢測提示骨量減少或骨質疏松。排除標準:① 其他病理性骨折,如轉移性腫瘤、骨髓瘤、血管瘤等;② 臨床資料不全或難以配合手術者。2017 年 10 月-2019 年 2 月共 63 例患者符合選擇標準納入研究,其中 33 例術中采用機器人輔助手術(機器人輔助組),30 例采用傳統透視下手術(傳統透視組)。
1.2 一般資料
機器人輔助組:男 12 例,女 21 例;年齡 58~83 歲,平均 68.8 歲。7 例有明確外傷史,均為跌傷。骨折至手術時間 2~18 d,平均 7.3 d。骨折節段:2 個節段 19 例、3 個節段 8 例、4 個節段 6 例,共 86 個節段;其中 T5 3 例、T6 1 例、T7 5 例、T8 3 例、T9 5 例、T10 12 例、T11 14 例、T12 20 例、L1 12 例、L2 4 例、L3 4 例、L4 2 例、L5 1 例。骨密度檢測:骨量減少 8 例,骨質疏松 25 例。
傳統透視組:男 11 例,女 19 例;年齡 57~82 歲,平均 67.9 歲。6 例有明確外傷史,均為跌傷。骨折至手術時間 1~19 d,平均 7.1 d。骨折節段:2 個節段 18 例、3 個節段 9 例、4 個節段 3 例,共 75 個節段;其中 T5 1 例、T6 1 例、T7 5 例、T8 3 例、T9 4 例、T10 11 例、T11 14 例、T12 15 例、L1 11 例、L2 3 例、L3 5 例、L4 1 例、L5 1 例。骨密度檢測:骨量減少7 例,骨質疏松 23 例。
患者主要臨床癥狀均為腰背部疼痛。兩組患者性別、年齡、骨折節段、骨密度以及術前疼痛視覺模擬評分(VAS)、椎體中線高度、Cobb 角等一般資料比較,差異均無統計學意義(P>0.05),具有可比性。見表 1~3。









1.3 手術方法
兩組手術均由 3 位高年資主任醫師主刀完成。患者均于全麻下取俯臥位,經椎弓根單側穿刺。采用上海凱利泰醫療科技有限公司的椎體成形器和椎體擴張球囊、德國 Heraeus Medical 公司骨水泥。機器人輔助組采用北京天智航醫療科技股份有限公司“天璣”第 3 代骨科機器人輔助定位,該系統由機械臂系統、光學跟蹤系統、手術規劃系統以及導航系統等構成。
傳統透視組:C 臂 X 線機透視下對傷椎椎弓根進行體表標記。透視下進行穿刺,使用帶內芯的工作套筒自椎弓根外上方穿入傷椎,進入椎體 1/3 左右時將內芯拔出。使用骨鉆制備骨隧道,將含有對比劑的球囊置入傷椎,進行球囊擴張,囊內壓力達 2 020 kPa 左右或椎體高度恢復滿意后取出球囊。將拉絲期骨水泥通過推桿注入傷椎,本組注入骨水泥量為 2~6 mL,平均 3.5 mL。待骨水泥硬化后結束手術。
機器人輔助組:C 臂 X 線機定位傷椎,在傷椎上位椎體棘突處切開皮膚及筋膜,安裝示蹤器。在傷椎背部安裝定位標尺,C 臂 X 線機掃描需穿刺節段的三維結構,將數據傳輸至機器人工作站進行穿刺規劃;規劃完畢后下達指令,機械臂運行至指定位置;在機械臂定位下作小切口,安裝二級套筒,插入皮膚至骨表面,使用電鉆植入導針,透視確認位置并調整導針植入深度達椎體 1/2 左右;沿導針放入工作套管,骨鉆制備骨隧道。后續處理同傳統透視組,本組注入骨水泥量為 2~6 mL,平均 3.6 mL。
1.4 術后處理及療效評價指標
術后根據患者病情給予鎮痛、抗骨質疏松治療。術后 24 h 可佩帶支具下床活動,2 d 后出院。
臨床評價指標:① 通道建立時間:傷椎通道建立時間以經皮穿刺點皮膚切開時作為開始,以工作套筒到達合適位置時作為結束。② 術中透視次數及透視劑量:機器人輔助組透視劑量包括注冊時連續掃描的劑量及單次透視劑量,其中注冊時 1 次連續掃描透視劑量平均為 60.36 cGycm2,單次透視劑量直接采用 C 臂 X 線機(ARCADIS Orbic 3D 系統;Siemens 公司,德國)主屏顯示數值。③ 術前及術后 2 d、末次隨訪,采用 VAS 評分評價疼痛程度。
影像學評價指標:① 穿刺偏移程度:術后 2 d 內復查 CT,參考 Gertzbein-Robbins 分級標準[11],將穿刺偏移程度分為 4 個等級,A 級無偏移,B 級偏移<2 mm,C 級偏移 2~4 mm,D 級偏移≥4 mm。② 骨水泥分布情況:在李凡杰等[12]提出的骨水泥彌散標準基礎上進一步細化,在術后 2 d 內復查的 CT 圖像上選擇骨水泥最大橫截面進行分析。骨水泥分布共分為 4 級,A 級:骨水泥未越過椎體中線的不充盈單側分布;B 級:骨水泥主體達椎體中線,但未超過最大橫截面最大寬度 10% 的充盈單側分布;C 級:骨水泥超過最大橫截面最大寬度 10%,但充盈面積未超過最大橫截面面積 3/5 的不充盈雙側分布;D 級:骨水泥越過椎體中線,且充盈面積達到最大橫截面面積 3/5 的充盈雙側分布。見圖 1。③ 骨水泥滲漏情況:通過術后 2 d 內的 CT 觀察骨水泥是否向周圍滲漏。④ 穿刺角度:通過術后 2 d 內 CT 三維重建觀察橫截面上椎體中線與穿刺路線的夾角。⑤ 術前、術后 2 d 及末次隨訪,于側位 X 線片測量椎體中線高度、Cobb 角。

a. A 級;b. B 級;c. C 級;d. D 級
Figure1. Schematic diagram of bone cement distributiona. Grade A; b. Grade B; c. Grade C; d. Grade D
1.5 統計學方法
采用 SPSS22.0 統計軟件進行分析。計量資料以均數±標準差表示,組間比較采用獨立樣本t 檢驗;計數資料組間比較采用χ2檢驗或秩和檢驗;檢驗水準α=0.05。
2 結果
兩組患者術后均獲隨訪,隨訪時間 11~13 個月,平均 12 個月。機器人輔助組通道建立時間為(4.17±0.95)min,傳統透視組為(9.02±1.93)min,差異有統計學意義(t=–19.713,P=0.000)。兩組患者術后 2 d 及末次隨訪時 VAS 評分、椎體中線高度、Cobb 角比較,差異均無統計學意義(P>0.05)。見表 1~3 及圖 2。

a. 術前側位 X 線片;b. 術前 MRI;c. 術前 CT;d、e. 術中機器人輔助下置入導針;f、g. 術中置入套筒和推桿;h. 術后 2 d 側位 X 線片;i、j. 術后 2 d CT 示無穿刺偏移(箭頭示穿刺路徑)
Figure2. A 72-year-old male patient with OVCF at T6 and T8 in robot-guided groupa. Preoperative lateral X-ray film; b. Preoperative MRI; c. Preoperative CT; d, e. Inserting the guide wire under robot-guided; f, g. Inserting the sleeve and push rod; h. Lateral X-ray film at 2 days after operation; i, j. CT at 2 days after operation showed no puncture deviation (Arrow indicated the puncture path)
與傳統透視組相比,機器人輔助組術中透視次數、透視劑量均明顯減少,穿刺偏移程度降低,骨水泥分布情況更好,穿刺角度明顯增大,差異均有統計學意義(P<0.05)。見表 1、4。

機器人輔助組 8 個節段(9.3%,8/86)發生骨水泥滲漏,其中 5 個節段為椎間隙滲漏,3 個節段為椎旁軟組織滲漏,無椎管內及靜脈叢滲漏。傳統透視組 17 個節段(22.6%,17/75)發生骨水泥滲漏,其中 12 個節段為椎間隙滲漏,4 個節段為椎旁軟組織滲漏,1 個節段為靜脈叢滲漏,無椎管內滲漏。兩組骨水泥滲漏發生率差異有統計學意義(χ2=5.455,P=0.020)。
3 討論
精確穿刺是 PKP 手術成功的關鍵。王翔宇等[6]通過 PKP 治療 OVCF 發現,計算機導航下與傳統透視穿刺椎弓根內壁突破率分別為 2.33% 和 19.05%,差異有統計學意義。骨科機器人系統是導航技術的衍生物,具有定位準確、操作方便的特點[8, 13-19]。Yang 等[8]的一項對比研究提示,機器人經皮植釘準確性明顯高于傳統透視經皮植釘。目前關于骨科機器人在 PKP 的應用研究較少,有研究認為骨科機器人輔助椎體成形術治療 OVCF 效果良好[13],但該研究未比較穿刺準確性和骨水泥分布等指標。為此,本研究納入了相關檢測指標,結果顯示機器人輔助組穿刺偏移程度明顯優于傳統輔助組,說明機器人輔助 PKP 可以明顯提高穿刺準確性,減少穿刺偏移風險。
在傳統透視下穿刺時,穿刺入針點和穿刺角度往往難以控制,容易導致工作套筒末端不能到達理想位置,造成骨水泥分布較差。而機器人術前設計穿刺路徑時,可以適當加大穿刺角度,通過機械臂的引導將導針一次性穿入椎體,使工作通道末端盡量靠近椎體中線。本研究結果顯示機器人輔助組穿刺角度明顯大于傳統透視組,可能是機器人輔助組骨水泥分布更均勻的原因之一[20]。李凡杰等[12]使用彎角椎體成形器也獲得較好的骨水泥分布,但該耗材較昂貴,多節段使用可能發生骨水泥堵塞,因此在多節段 PKP 中應用受到一定限制。
相關研究均顯示機器人輔助手術可以減少術中透視次數以及減少射線傷害[10, 18-19, 21-23]。張在田等[13]研究結果認為機器人輔助下 PKP 可以減少透視次數,但目前尚無機器人輔助下 PKP 術中透視劑量的報道,為此本研究進行了觀察。結果顯示機器人輔助組透視次數和透視劑量均明顯少于傳統透視組,進一步提示機器人輔助下 PKP 治療多節段 OVCF 能明顯減少術中透視次數和透視劑量。
綜上述,機器人輔助治療多節段 OVCF 可以縮短通道建立時間,提高穿刺準確性,減少透視次數,降低透視劑量,減少骨水泥滲漏,獲得更好的骨水泥分布,具有良好的應用前景。
作者貢獻:林書負責數據收集整理及統計分析、文章撰寫等;胡豇、萬侖、唐六一負責起草文章、科研設計、既往研究成果收集;王躍、俞陽、張偉負責文章的整體設計與內容修改、審閱。
利益沖突:所有作者聲明,在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突。經費支持沒有影響文章觀點和對研究數據客觀結果的統計分析及其報道。
機構倫理問題:研究方案經四川省醫學科學院·四川省人民醫院醫學倫理委員會批準(2019年第298號)。