机器人辅助下的椎板减压和椎弓根钉置入一体化手术在中国医大一院

近日，中国医科大学附属第一医院副院长、骨科主任朱悦教授团队连续成功完成两例机器人辅助下的腰椎椎板减压、椎弓根螺钉置入术。经文献查询，这是国际上首次将机器人技术运用到腰椎椎板磨削减压上，并开启了机器人辅助脊柱磨削与置钉一体化的先河。
手术是腰椎管狭窄症的主要治疗手段，应用骨凿、咬骨钳等工具进行椎板切除、椎管减压，解除硬膜压迫是常规的手术治疗方式。其对减压范围和力度的控制主要依靠经验和手感，存在硬膜或马尾神经损伤的风险。朱悦教授团队应用定制研发的手术机器人完成了此两例手术，该机器人融合了高速磨钻系统。术中基于CBCT影像完成立体条块状磨削规划，标定机械臂末端磨钻后，朱悦教授采用“区块雕刻”（Block- Sculpting）的骨磨削策略（图1），引导机械臂将山脊状腰椎椎板逐行逐层磨削，磨除中央区块后再向两侧区块延伸。系统实时约束椎板磨削边界和深度，确保连续磨削过程安全、柔顺和高效（图2）。portant;" width="800" height="459" alt="" />

图1区块雕刻（Block-Sculpting）示意图

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图2术中磨削操作

此外，术者根据置钉规划在机械臂轴向深度约束下通过高速磨钻建立椎弓根骨性通道（图3，4），随即置入实心椎弓根螺钉。高刚性机械臂和高速磨钻的结合降低了骨面打滑的几率，保证了快速而精准的置钉操作。术后O-arm扫描显示椎板磨削范围与规划保持一致，两例共12枚椎弓根螺钉均实现快速精准置入（图5）。portant;" width="800" height="417" alt="" />portant;" width="800" height="541" alt="" />

图4机器人辅助建立椎弓根通道

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图5 O-arm术后扫描验证螺钉位置

近年来，脊柱外科机器人发展迅速，临床应用价值与社会经济效益不断得到证实，但目前所有此类型的机器人技术均为单纯轴向定位，即术者仅能在机械臂的引导下实施以骨道钻孔等为主的外科操作，而无法实施椎板等骨结构的磨削，大大限制了其在椎管减压等手术的临床应用。本次手术所使用的新一代多功能脊柱外科机器人系统是由中国医科大学附属第一医院骨科、北京天智航医疗科技股份有限公司天玑实验室与重庆西山科技股份有限公司共同合作研发，其基于力与光学追踪的“主动约束”交互控制策略，使医生轻松实现在“约束体积”下柔顺和高效的人机协同磨削操作。高速磨钻是脊柱外科最为常用的高效动力工具，但徒手操作需要一定经验，磨削深度和边界不易控制，机器人的高精度和磨钻的高效率相结合，使精准和高效连续磨削成为可能。磨削减压和置钉一体化手术机器人的成功临床应用，拓展了脊柱外科手术机器人的功能，达到了国际领先水平。