机器人辅助内镜下腰椎管减压融合内固定技术临床应用与研究

Clinical Application and Research of Robot-Assisted Endoscopic Lumbar Spinal Canal Decompression Fusion Internal Fixation Technique

摘要: 腰椎退行性疾病常见于中老年患者，是导致残疾的常见的原因之一。腰痛退行性疾病常会导致患者出现腰腿部的病理性疼痛，影响患者生活质量。传统腰椎椎体间融合术经过多年临床应用，目前认为已获得满意的临床疗效。然而，近年来微创已成为脊柱手术的发展趋势。脊柱微创手术可明显减少手术创伤、缩短手术时间、减少术中出血、缩短住院时间及患者康复时间。现就关于机器人辅助下内镜下融合内固定的临床应用及相关并发症的研究进行展行综述。

Abstract: Degenerative diseases of the lumbar spine are common in middle-aged and elderly patients and are one of the common causes of disability. Low back pain Degenerative diseases often lead to patients with pathological pain in the back and legs, affecting the quality of life of patients. After many years of clinical application, traditional lumbar interbody fusion is considered to have achieved satisfactory clinical effect. However, minimally invasive surgery has become a trend in spine surgery in recent years. Minimally invasive spinal surgery can significantly reduce surgical trauma, shorten operation time, reduce intraoperative bleeding, and shorten hospital stay and patient recovery time. This article reviews the clinical application and related complications of robot-assisted endoscopic fusion and internal fixation.

1. 引言

随着社会经济生活水平的不断提高及社会压力的不断增加，使得腰椎退行性疾病的发生率逐年攀升，未来人口结构的改变将进一步加剧脊柱方面疾病的发病趋势[1] [2]。腰椎退行性疾病常导致腰背部疼痛、神经源性跛行、下肢乏力麻木及神经根性疼痛。严重影响患者生活质量增加病人经济负担。腰椎椎间融合术是治疗腰椎退行性疾病的经典手术方式，经过多年临床验证，目前普遍认为其疗效是满意的[3]。通过腰椎椎间融合术可充分对神经根进行松解减压减少疼痛症状，同时保持脊柱的稳定性。既往腰椎椎间融合术，因其过多的肌肉组织被损伤，具有手术创伤大、出血量多及恢复时间长的特点。造成病人极大的经济及身体负担[4]。腰椎融合手术微创化已成为现时代临床脊柱手术的一种趋势。脊柱手术的共同目标是缓解疼痛、恢复受损的神经功能及改善病人生活质量。机器人辅助下内镜下融合技术在脊柱外科方面使用始于1995年，此项技术具有提高手术的安全性、准确性及减少患者及术者术中射线暴露时间[5] [6]。内镜下减压融合内固定具有创伤小、出血少及缩短患者住院时间等优点。

2. 机器人辅助内镜下融合内固定术的发展历史

腰椎椎体间融合术是治疗腰椎退行性疾病的常用手段，既往的手术方式通常包括后路腰椎椎间融合术及经椎间孔椎间融合术。这两种手术方式通常对腰椎后方解剖结构损伤过多，出血量较多，术后卧床久，常出现较多并发症，影响治疗效果。微创系统下经椎间孔椎间融合术，得益于通道的应用，使得在腰椎减压植骨融合内固定期间对组织损伤小；术后卧床时间短。这些特点使得其手术方式得到广泛应用。机器人辅助内镜下减压融合内固定术的发展历史是一个逐步演进的过程，涉及内镜手术、机器人技术和融合内固定技术的结合。20世纪80年代，内镜手术技术在医学领域(包括脊柱外科领域)开始得到应用。内镜手术通过微小的切口和灵活的内镜器械进入患者体内，实现了微创手术，从而减少了手术创伤和术后并发症[7]。20世纪80年代，机器人技术开始在医学领域崭露头角。起初机器人技术旨在解决手术医生在手术期间所需要的高精度及稳定性问题。经过技术不断更新迭代医疗机器人系统可以通过计算机控制和精准导航，提供高精度和高稳定性的手术操作，为外科手术带来了新的可能性[8]。随着机器人技术的进步，骨科医生开始将机器人系统引入内镜腰椎手术中。这一技术的应用使得融合内固定术在内镜下进行变得更为精确和安全，同时减少了手术创伤。1995年K Abdel-Malek等[9]多位学者报道了机器人技术在脊柱外科领域中的研究与应用为机器人辅助下脊柱手术提供了宝贵的早期经验。随着科技的不断发展，机器人辅助内镜下融合内固定术逐渐得到改进和完善。手术的精度和稳定性不断提高，手术器械的设计也越来越符合腰椎手术的需求。

3. 机器人辅助内镜下腰椎管减压融合内固定技术原理

机器人辅助内镜下腰椎管减压融合内固定技术融合了机器人技术、内镜技术和融合内固定技术，2019年Fan等[10]多位学者对机器人辅助下腰椎手术技术原理进行了深入的研究，其技术原理可以概括为以下几个关键步骤。

3.1. 术前三维重建和规划

在手术前，骨科医生为患者进行影像学检查(如计算机断层扫描(CT)和磁共振成像(MRI))，产生三维图像数据，包括椎骨、椎间盘、神经、血管、黄韧带、脊髓和脊髓硬脑膜在内的融合图像。这些数据将用于术前的三维重建和规划。骨科医生使用计算机软件，利用患者的影像数据生成患者的三维解剖模型，并规划手术路径和融合内固定方案。Guillotte等[11]对临床机器人辅助下行腰椎椎间融合术后进行安全性及可行性分析，在23名患者中共放置96枚螺钉以及25枚椎间融合器，术中X线透视均取得满意效果，约87%患者能在术后24小时内出院，8.7%的患者手术当天出院。所有患者均不需要术后翻修，证明了机器人辅助下行腰椎内固定具有其准确性，使用机器人辅助腰椎内固定术具有其安全性及可行性。Zhang等[12]于2021年报道了机器人辅助椎弓根螺钉置入在腰椎术后翻修手术中的应用，结果显示经机器人辅助术前规划后行螺钉置入，在机器人辅助组中共置入了267颗螺钉，其中250颗为A级，13颗为级，4颗为C级，任何螺钉均无D级或E级，在徒手置入组中，放置了288颗螺钉，其中251颗被评为A级，28颗被评为B级，8颗被评为C级，1颗被评为D级，任何螺丝都没有E级。机器人辅助组置入螺钉组精度优于徒手置入组(p < 0.05)。两组之间手术时间及并发症无明显统计学差异。表明机器人椎弓根螺钉植入的准确性和安全性更高。

3.2. 机器人系统导航

手术中，医生使用机器人手术系统进行导航。机器人系统由计算机控制，配备机械臂和传感器等设备。机器人手臂可以根据术前规划的路径和方案，自动或半自动地定位并为手术器械的植入导航。

3.3. 内镜下腰椎管减压

传统的腰椎管减压手术是通过开放性手术切开椎弓根部，以增加腰椎管内的空间[13]。然而，内镜下腰椎管减压则采用微创的方法，医生将内镜器械插入患者体内，通过椎间孔进入腰椎管，使用内镜和特定工具来清除压迫神经根的物质，从而减轻神经根的受压情况[14]。根据Chen [15]团队的报道，对19名接受内镜下行椎管扩大减压术的患者进行统计比较研究，结果提示患者腰部及腿部疼痛视觉模拟评分(VAS)分别从术前的5.6 ± 3.4、7.5 ± 2.3术后分别提升至1.8 ± 1.3、1.8 ± 1.6，且仅有一名患者出现早期复发行二次手术，这项研究表明内镜下腰椎椎管减压术是一种安全有效技术。一项由来自韩国Kim [16]进行了为期一年的随访调查，对32名平均年龄为63岁接受全内镜下减压手术的患者进行了影像学评估及其视觉模拟评分和Oswestry评分，患者MRI测量结果椎管横截面面积由术前85.78 mm² (±28.45)改善至术后150.5 mm² (±38.66)，术后椎间隙基本保持原有高度。患者背部和腿部视觉模拟评分分别由术前5.4 (±1.3)和7.8 (±2.3)提高到1.6 (±0.5)和1.4 (±1.2)，ODI评分从58.9 (±11.2)提高到28 (±5.4)，内镜下减压临床效果良好。多项研究表明，内镜下腰椎椎管减压术是一个安全有效技术，由于其微创等优点可能被认为是传统腰椎椎管减压术的一个行之有效的替代方案。

3.4. 融合内固定

在减压完成后，骨科医生将融合内固定装置(如螺钉、钢板等)植入患者的腰椎，以稳定椎骨，促进椎骨的骨融合[17]。有助于减少腰柱的活动、变形及恢复椎间隙高度。Jahng等[18]学者在绵羊模型中进行传统开放手术方法内固定与内镜下融合内固定的对比；将24只绵羊模型分为2组(n = 12)，分别接受内镜下L4~L5融合及传统开放手术行L4~L5融合术。术后6个月对绵羊行安乐死，取手术节段腰椎并行CT检查，测量椎弓根尺寸、螺钉插入角度及评估腰椎融合情况。结果发现内镜组置入螺钉的角度更趋同，与人椎弓根角度更接近，与开放组相比变化更小。内镜组48颗螺钉中有3颗在内侧错位，而在开放技术中，5颗螺钉在外侧错位。自体骨移植物和移植物替代物术后6个月均可触及后外侧骨融合肿块。螺钉与椎弓根直径之比约为0.6，大于人类研究。此项结果证明在内镜下行融合内固定的可行性。Zhao等[4]报道，Endo-lif融合器融合率可达97.5%，与MIS-tlif手术94.7%的融合率相比未见明显统计学差异，表明可以作为一种有效又安全的替代手术。

4. 机器人辅助内镜下腰椎管减压融合内固定技术应用

机器人辅助内镜下减压内固定技术的临床应用是一种较为新颖的脊柱外科医疗技术。它结合了机器人技术和内镜技术，用于在患者体内进行减压和内固定治疗。机器人技术是一种高级的手术辅助系统，能够为外科医生提供更精确、稳定的手术操作[19]。内镜技术则是一种通过身体自然孔道或微小切口引入内镜器械来观察和治疗患者内部疾病的方法。其所具有的更精确的操作、更小的创伤、快速康复及住院时间减少等优势使得其在国外脊柱外科医生备受追捧[20]。

椎弓根螺钉放置的准确性是脊柱外科医生的主要关注的重点，机器人辅助技术旨在帮助脊柱外科医生更精确、更方便地放置椎弓根螺钉[21] [22]，一项来自国内周庆等[23]的团队在2022年报道了机器人辅助下内镜下减压融合技术在单节段腰椎融合中的应用，他们回顾性分析了行机器人辅助下内镜下减压融合内固定术的12位住院患者，其出血量195.00 ± 45.23；术后住院时间5.92 ± 1.56；术前VAS评分及ODI评分分别为6.75 ± 0.96、0.66 ± 0.07；术后一个月VAS评分及ODI评分分别为1.67 ± 0.56、0.36 ± 0.06；术后三个月VAS评分及ODI评分分别为1.42 ± 0.52、0.23 ± 0.06较术前相比术后VAS及ODI评分均出现大幅下降。一项由Yu等[24]所组成的团队所做的一项关于机器人辅助下腰椎内固定与徒手行腰椎内固定的mate分析显示机器人辅助下内固定的准确率可达到97%~99%，此外经机器人辅助下内固定还可以显著减少手术医师及患者在射线中的暴露时间[25]。Liu等[26]，回顾性研究26位分别接受单侧双门内镜合内固定术(R-ULIF)及经皮内窥镜腰椎减压融合手术(Endo-lif)治疗患者的临床资料，VAS评分分别由术前6.85 ± 0.90及6.62 ± 1.26升至术后三个月的0.77 ± 0.60及0.69 ± 0.63 (P > 0.05)，DOI评分术后三个月19.77 ± 2.09及21.62 ± 2.40，均较术前的56.77 ± 3.27及59.69 ± 5.01有所改善(P > 0.05)，表明两种手术方式在术后症状改善等方面具有相近的效果。Zhang等[27]对L4-5单节段腰椎滑脱的患者进行前瞻性研究，56名患者分别随机接受了机器人辅助下内镜下腰椎融合内固定手术(RA-TLIF)及微创经椎间孔腰椎椎间融合术(MIS-TLIF)。在RA-TLIF组，术后伤口长度、术中出血量以及术后1天和3天的伤口疼痛明显少于MIS-TLIF组(P < 0.05)。然而，RA-TLIF组的手术时间明显较长(P < 0.05)，尤其是前10例手术的平均时间较后期手术长。RA-TLIF组的经皮椎弓根螺钉错位率较低(P < 0.05)，术后腰背部疼痛的视觉模拟评分(VAS)也优于RA-TLIF组(P < 0.05)。在两年的随访中，RA-TLIF组和RA-TLIF组在日本骨科协会评分(JOA)、Oswestry功能障碍指数(ODI)、腿痛VAS评分和腰椎融合率上没有显著差异。说明RA-TLIF是一种安全且有效的手术方法，能显著提高椎弓根螺钉的植入精度，减少手术创伤，并加速术后恢复。然而，该技术存在学习曲线陡峭的问题，需要手术医生进一步练习。

5. 不同机器人系统与内镜设备的优缺点比较

目前应用于脊柱外科的机器人系统主要包括Mazor X Stealth Edition [28] (美敦力)、ExcelsiusGPS [29] (Globus Medical)、ROSA Spine [30] (Zimmer Biomet)以及达芬奇手术机器人(Intuitive Surgical，部分适配脊柱应用)。以下为各系统的特点比较(表1)：

Table 1. Comparison of different robot systems

表1. 不同机器人系统比较

系统	优点	缺点
Mazor X Stealth Edition	- 高精度(误差 < 1.5 mm)- 集成术中导航与实时成像- 支持多节段手术规划	- 设备成本高昂- 术前规划时间较长- 机械臂灵活性有限
ExcelsiusGPS	- 实时动态导航技术- 机械臂可多自由度调节- 兼容开放与微创手术	- 学习曲线陡峭- 术中需多次影像验证- 体积较大，占用手术室空间
ROSA Spine	- 自动化路径规划与调整- 支持复杂畸形矫正- 低辐射暴露设计	- 系统稳定性依赖术中注册精度- 对术者操作经验要求高
达芬奇手术机器人	- 3D高清视野与精细器械操作- 适用于软组织与骨组织结合手术	- 脊柱专用适配器较少- 成本极高- 主要优势在腹腔/胸腔领域

常用内镜系统包括Stryker SpineEndoscope、Joimax TESSYS [31] [32]、Karl Storz SPINENDOS [32]以及Olympus EndoEye [33] (表2)：

Table 2. Comparison of different endoscopic systems

表2. 不同内镜系统比较

系统	优点	缺点
Stryker SpineEndoscope	广角视野与高分辨率成像 兼容多种微创工具 模块化设计便于操作	通道直径较大(可能增加组织损伤) 成本较高
Joimax TESSYS	专为经椎间孔入路设计 操作通道灵活 学习曲线较短	成像清晰度中等 复杂病例视野受限
Karl Storz SPINENDOS	超细内镜(直径 < 4 mm) 双通道设计(吸引与操作分离) 低热损伤风险	器械兼容性有限 需频繁维护
Olympus EndoEye	4K超高清成像 数字化图像处理技术 轻量化设计	价格昂贵 对手术室配套设施要求高

6. 机器人辅助内镜下腰椎管减压融合内固定技术适应症、禁忌症及并发症

6.1. 机器人辅助下内镜下减压融合内固定术的适应症及禁忌症

机器人辅助下内镜下减压融合手术可用于治疗I度或II度退行性腰椎滑脱症[27] [34]、腰椎间盘突出症[35]、腰椎管狭窄症[36]、神经孔狭窄、末期退行性椎间盘疾病、脊柱中央管狭窄合并不稳定性、椎间裂滑脱及黄韧带肥大等[37] [38]。机器人辅助下内镜下减压融合手术的禁忌症包括[37]-[39]肿瘤或新生物、骨折、感染、代谢性疾病、脊髓内病变、全身性疾病、高度脊柱滑脱(滑脱 > 50%)、重度骨质疏松、马尾综合征、先天性脊柱畸形、凝血功能异常、严重钙化碎片、既往有腰椎手术(修复手术)、多发性不稳定性等。

6.2. 机器人辅助下内镜下减压融合内固定术的并发症

与传统腰椎手术类似，机器人辅助内镜下减压融合内固定技术同样存在并发症。据研究，内镜下减压融合内固定术并发症的发生率约为10% [40] [41]，多以硬脑膜撕裂[26]、螺钉错位[4]、临近节段退变、融合器下沉[26]等并发症。

Cage 沉降是术后最常见的并发症。发病率范围为15.9%~70%，具体取决于Cage类型、手术技术、随访持续时间和图像评估工具[42]。轻度Cage沉降被认为是脊柱融合的正常现象，与临床结局无关[43] [44]。然而，最新研究表明，Cage下沉(超过2 mm)与术后椎间盘高度塌陷和腰椎前凸丧失有关，这可能导致症状复发和不良结局[42] [45]。终板损伤被认为是Cage沉降的重要危险因素[46]。Kolcun等[47]报道，Cage下沉主要出现在手术医生早期手术病例之中。然而，很少有研究描述术中处理终板过程中预防这种并发症的实用技术。考虑到使用传统的椎间盘终板刮匙可能过于激进并导致终板损伤，Pao [48]设计了一组不同角度的端板剥离器，将椎间盘与软骨终板一起从骨端板上剥离。在使用这一工具时内窥镜可密切监测这一过程，以避免骨性终板损伤。结束时，定期将内窥镜插入椎间盘空间评估终板准备的程度，确保彻底取出椎间盘，并且骨质终板保存完好。但此工具使用目前缺乏足够的相关研究，其使用效果未知，需要更多学者及医生进行研究其效果。

7. 展望与总结

机器人辅助内镜下腰椎管减压融合内固定技术是脊椎外科领域的前沿技术，前景广阔。随着医疗科技的不断进步，该技术在腰椎疾病治疗中将发挥越来越重要的作用。随着科技的不断进步，机器人辅助内镜技术将继续发展和改进。未来可能会有更先进的机器人系统和内镜设备，进一步提高手术的精确性和安全性。随着对该技术的深入研究，可能会发现更多手术适应症，使机器人辅助内镜下腰椎管减压融合内固定技术可以应用于更广泛的病例。未来可能会有更多大规模临床研究和长期随访数据的出现，为该技术提供更强有力的证据支持，验证其在治疗特定病症方面的长期效果和优势。随着机器人辅助内镜技术的普及，医生和医疗团队需要接受相关的教育和培训，熟练掌握手术技术，确保技术的安全和有效应用。机器人辅助内镜下腰椎管减压融合内固定技术是一项创新的脊椎手术技术，其结合了机器人系统的精准性和内镜技术的微创性优势，为患者带来了许多潜在的好处。通过该技术，可以实现更小的切口、减少组织损伤、缩短患者的恢复时间，并提高手术的精确性和稳定性。然而，这项技术目前仍处于发展初期，需要更多的研究和临床实践来进一步验证其长期疗效和应用范围。同时，机器人辅助内镜下腰椎管减压融合内固定技术对医疗设备和医疗团队的要求较高，要求医生具备丰富的经验和技术熟练度。因此，在未来的发展中，需要持续加强研究和培训，不断完善技术和设备，以确保该技术的安全性和可行性，并为更多患者提供更好的治疗选择。总体而言，机器人辅助内镜下腰椎管减压融合内固定技术在脊椎手术领域具有巨大的潜力，有望为患者带来更好的手术结果和生活质量。

基金项目

广西医疗卫生适宜技术开发与推广应用项目，编号：S2023004。

NOTES

^*通讯作者。