脊柱外科杂志  2024, Vol.22 Issue(3): 152-157   PDF    
机器人辅助置钉与椎弓根边界法置钉治疗胸腰椎骨折的疗效比较
李金健1, 李晓军1, 于建林1, 段修杨1, 王哲1, 林海朋1, 姜传杰1, 杨永军1, 张卫1, 谭远超1, 席焱海2, 王伟恒2     
1. 山东省文登整骨医院脊柱脊髓二科,威海 264400;
2. 海军军医大学长征医院骨科,上海 200003
摘要: 目的 比较机器人辅助置钉与椎弓根边界法置钉治疗单纯胸腰椎骨折的疗效。方法 2021年1月—2021年10月,山东省文登整骨医院采用椎弓根钉棒内固定治疗无神经损伤的单纯胸腰椎骨折患者60例,其中30例采用椎弓根边界法置钉(边界组),30例采用机器人辅助置钉(机器人组)。记录手术时间、术中出血量、住院时间,记录术前、术后1周及术后1年的Oswestry功能障碍指数(ODI)和疼痛视觉模拟量表(VAS)评分,计算术前及术后1年伤椎前缘高度压缩比。在术后CT上评估螺钉位置准确率及有无近端关节侵扰。结果 所有手术均顺利完成,所有患者随访12个月以上。机器人组手术时间长于边界组,差异有统计学意义(P < 0.05);2组术中出血量、住院时间差异无统计学意义(P > 0.05)。2组术后伤椎前缘高度压缩比、VAS评分及ODI差异均无统计学意义(P > 0.05)。在螺钉位置准确率和近端关节侵扰方面,机器人组优于边界组,但差异无统计学意义(P > 0.05)。结论 边界法置钉可以提供与机器人辅助置钉相近的置钉准确率及临床疗效。
关键词: 胸椎    腰椎    脊柱骨折    内固定器    机器人    
Comparison of therapeutic effects between robot-assisted and pedicle boundary method screw placement for thoracolumbar fractures
Li Jinjian1, Li Xiaojun1, Yu Jianlin1, Duan Xiuyang1, Wang Zhe1, Lin Haipeng1, Jiang Chuanjie1, Yang Yongjun1, Zhang Wei1, Tan Yuanchao1, Xi Yanhai2, Wang Weiheng2     
1. Second Department of Spinal and Spinal Cord, Shandong Wengdeng Osteopathic Hospital, Weihai 264400, Shandong, China;
2. Department of Orthopaedics, Changzheng Hospital, Naval Medical University, Shanghai 200003, China
Abstract: Objective To compare the efficacy of robot-assisted screw placement and pedicle boundary method screw placement in the treatment of simple thoracolumbar fracture. Methods From January 2021 to October 2021, 60 patients with simple thoracolumbar fracture without nerve injury were treated with pedicle screw fixation in Shandong Wengdeng Osteopathic Hospital. Among them, 30 cases of screw placement with pedicle boundary method(boundary group) and 30 with robot-assisted(robot group). The operation time, intraoperative blood loss and hospital stay were recorded. The Oswestry disability index(ODI) and pain visual analogue scale(VAS) score were recorded at pre-operation, postoperative 1 week and postoperative 1 year. The compression ratio of the anterior edge height of the injured vertebra at pre-operation and postoperative 1 year were calculated. The accuracy of screw position and the presence of proximal joint invasion were evaluated on postoperative CT. Results All the operations were successfully completed. The patients were followed up for more than 12 months. The operation time of the robot group was significantly longer than that of the boundary group, with a statistical significance(P < 0.05). There was no significant difference in intraoperative blood loss and hospital stay between the 2 groups(P > 0.05). There were no significant differences in compression ratio of the anterior edge height of the injured vertebra, VAS score and ODI between the 2 groups at post-operation(P > 0.05). In terms of screw placement accuracy and proximal joint intrusion, the robot group was better than the boundary group, but the difference was not statistically significant(P > 0.05). Conclusion The pedicle boundary method can provide the screw placement accuracy and clinical efficacy similar to the robot-assisted screw placement.
Key words: Thoracic vertebrae    Lumbar vertebrae    Spinal fracture    Internal fixators    Robotics    

椎弓根螺钉技术临床应用广泛,徒手置钉已经成为脊柱外科医师的常规技能,但螺钉穿破椎弓根皮质损伤周围组织等情况时有发生。脊柱高危并发症包括神经、血管、内脏损伤及椎体稳定性下降等[1-2],与椎弓根螺钉位置不良密切相关。已有文献[3-4]报道,椎弓根螺钉内固定术的失败率为4.9% ~ 37.5%。为减少并发症,提高置钉准确率,计算机辅助系统应运而生[5]。近年来,随着脊柱机器人研究的逐步深入,各种新型脊柱外科手术机器人也在世界范围内不断涌现,并体现出极高的临床价值和潜力[6-8]。另一方面,从跨伤椎置钉到伤椎置钉,以及万向钉、固定钉、单平面螺钉等的应用都是为了提高内固定的稳定性。山东省文登整骨医院近期开展的椎弓根边界法置钉针对置钉技术进行改进,在应力传导分析的基础上确定了置钉路径,提高了置钉精度,对置钉路径上的皮质骨保护更好,从而减少了内固定松动、拔出等情况,可提供更好的支撑强度[9]。现将该成果与机器人辅助置钉进行比较,现报告如下。

1 临床资料 1.1 一般资料

纳入标准:①单节段胸腰椎新鲜骨折。②AO分型[10]为A型或B2型;胸腰椎损伤分型及评分系统(TLICS)[11]评分≥4。③无神经功能损伤,无须椎管减压,椎管占位率 < 40%。排除标准:①严重基础疾病无法耐受手术;②严重骨质疏松;③肿瘤、结核等。

根据上述标准,纳入2021年1月—2021年10月采用椎弓根钉棒内固定治疗的胸腰椎骨折患者60例,其中30例采用椎弓根边界法置钉(边界组),30例采用机器人辅助置钉(机器人组)。2组患者术前一般资料差异无统计学意义(P > 0.05,表 1),具有可比性。所有患者均充分告知病情及治疗方案并签署知情同意书。

表 1 2组患者基线资料 Tab. 1 Baseline data of 2 groups
1.2 手术方法

机器人组在Renaissance机器人(MazorCorporation)辅助下完成置钉。采用全身麻醉,麻醉后患者俯卧于脊柱支架上,以骨折椎体为中心脊柱后伸位,腹部悬空。分别在脊柱棘突及髂后上棘置入固定针后安装机器人支架,C形臂X线机透视正、斜位,与术前CT影像进行匹配(图 1)。安装机器人机械臂,机器人辅助下经皮依次置入椎弓根螺钉。安置预弯固定棒并适度撑开撬拨复位椎体后拧紧螺栓固定。缝合切口前再次透视确认骨折复位情况及螺钉位置。

图 1 术前机器人计划 Fig. 1 Preoperative robot planning

边界组患者全身麻醉后取脊柱后伸体位,通过肌间隙入路显露脊柱上关节突外侧及横突内缘。依据Wolff定律[12],骨小梁在应力反复发生的位置骨性组织增强。通过应力分析找到椎弓根四壁与其周围骨组织结构的应力集中区域,这些区域的骨性组织在强化后表现为骨嵴或凸起,称之为移行转换点。椎弓根置钉的内外上下边界:椎板峡部骨嵴(图 2)的末端与椎弓根内侧骨质形成内侧移行转换点,横突内上缘与椎弓根外侧骨质交界点(图 3)为外侧移行转换点,关节面中心区的应力中心与椎弓根上侧骨质形成上界转换点,胸腰椎的横突内下缘及副突下部与椎弓根下界形成下界转换点。本研究组在4个转换点限定区域内置钉,多在外上象限2 ~ 3点位置,采用“人字嵴顶点”外侧、头侧各1 mm为进钉点。术前须结合CT或X线片等影像进行个体化置钉,部分患者小关节突增生内聚严重,可以切除外缘增生骨组织,从而明确移行转换点位置。椎弓根上部骨质受到上关节突中心的应力传导,因此,上关节突平面与椎弓根应力核心骨质成角接近90°,从而帮助确定置钉的角度,以上2个方面可以个体化确定进钉点及矢状面进钉角度。在伤椎塌陷侧正常椎体采用固定螺钉,伤椎及其他椎体采用万向螺钉,安置预弯固定棒,适度撑开撬拨复位椎体后拧紧固定。透视确认骨折复位情况及螺钉位置后,缝合切口。

图 2 L3置钉点 Fig. 2 Screw placement point of L3 注:黑色箭头,应力线骨嵴;蓝色箭头,置钉点。 Note: Black arrow, stress line bone ridge; blue arrow, screw placement point.

图 3 移行转换点 Fig. 3 Transition point a:上关节面纵行线中心与椎弓根上方骨质的移行转换点(蓝色箭头),椎板应力线骨嵴末端与椎弓根内侧缘骨质的移行转换点(黑色箭头),副突下部或横突根部下缘与椎弓根下方骨质的移行转换点(白色箭头)  b:横突上缘根部与椎弓根上缘外侧骨质的移行转换点(白色箭头) a: Bone transition point between center of longitudinal line of upper articular surface and above pedicle(blue arrow), bone transition point between end of vertebral plate stress line bone ridge migrates and inner edge of pedicle(black arrow), bone transition point between lower edge of accessory process or transverse process root and below pedicle(white arrow) b: Bone transition point between root of transverse process upper edge and lateral edge of upper pedicle(white arrow)

术后2 d常规抗感染治疗,3 d后可佩戴脊柱支具下床活动。术后患者卧床、活动量降低容易出现下肢血栓,尤其对于高龄、吸烟史等高危患者应加强围手术期功能锻炼,争取早期下床活动。凝血指标异常应及时行下肢血管彩超等检查。

1.3 评价指标

记录手术时间、术中出血量、住院时间,记录术前、术后1周及术后1年的Oswestry功能障碍指数(ODI)[13]和疼痛视觉模拟量表(VAS)评分[14],计算术前及术后1年伤椎前缘高度压缩比。伤椎前缘高度压缩比(%)=(伤椎邻近上、下椎体前缘高度平均值-伤椎前缘高度)/伤椎邻近上、下椎体前缘高度平均值×100%。置钉准确率评价包括螺钉位置准确性及近端关节侵扰。螺钉位置准确性采用Gertzbein-Robbins分级[15]评价:A级,螺钉完全置于椎弓根内;B级,皮质穿透 < 2 mm;C级,皮质穿透≥2 mm且 < 4 mm;D级,皮质穿透≥4 mm且 < 6 mm;E级,皮质穿透≥6 mm。置钉准确率(%)=(A级螺钉数+B级螺钉数)/组内全部置入螺钉数×100%。CT图像上观察近端关节侵扰:无近端关节侵扰为0级;近端关节面侵扰范围 < 1 mm为1级;近端关节面明显受到侵扰为2级。

1.4 统计学处理

采用SPSS 21.0软件对数据进行统计分析。符合正态分布的计量资料以x±s表示,组间比较采用独立样本t检验,组内比较采用配对样本t检验;计数资料以例数和百分数表示,采用χ2检验;以P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

所有手术顺利完成,术中无血管、脊髓等神经损伤并发症发生。边界组发生切口脂肪液化1例、切口血肿1例,机器人组发生泌尿系统感染1例;2组患者切口均一期愈合。所有患者随访12 ~ 20(14.39±2.78)个月,随访过程中未出现神经症状,断钉、断棒,内固定松动等情况,无再次翻修。边界组手术时间低于机器人组,差异有统计学意义(P < 0.05,表 2);2组术中出血量、住院时间差异无统计学意义(P > 0.05,表 2)。2组术后VAS评分、ODI及伤椎前缘高度压缩比较术前显著改善,差异均有统计学意义(P < 0.05,表 2);组间差异均无统计学意义(P > 0.05,表 2

表 2 临床与影像资料 Tab. 2 Clinical and imaging data 

置钉准确性方面,按Gertzbein-Robbins标准,机器人组共置入螺钉178枚,其中A级螺钉165枚(92.7%),B级11枚(6.2%),置钉准确率为98.9%;边界组共置入螺钉177枚,其中A级螺钉154枚(87.0%),B级18枚(10.2%),置钉准确率为97.2%;机器人组优于边界组,但组间差异无统计学意义(P > 0.05)。在近端关节侵扰方面,机器人组14枚(7.8%)、边界组19枚(10.7%)螺钉侵扰近端关节,组间差异无统计学意义(P > 0.05)。边界组典型病例影像学资料见图 4

图 4 边界组典型病例影像学资料 Fig. 4 Imaging data of a typical case of boundary group a:术前X线片示L3骨折  b:术后3 d侧位X线片示椎体高度恢复  c、d:术后3 d CT示螺钉位置良好 a: Preoperative roentgenograph shows L3 fracture b: Roentgenograph at postoperative 3 d shows vertebral height recovery c, d: CTs at postoperative 3 d show good screw position
3 讨论

目前,胸腰椎骨折的手术治疗方法越来越完善,为增加内固定效能,临床医师进行了大量研究发现,单纯增加螺钉的长度或直径,受益有限,而风险大大增加;通过伤椎置钉,利用力学杠杆效应,对伤椎施加向腹侧的压力,可抵制悬浮效应,提高横向稳定性及螺钉的抗切出力,增加脊柱稳定性[16-18]。传统置钉技术重视置钉的起点,但放松了置钉方向的引导,容易出现路径偏差而发生椎弓根骨质突破的现象[19]。本研究提出的椎弓根边界法置钉确定了上下内外的转换点,同时根据上关节突关节面的平面角度,明确了置钉矢状位方向,相当于为术者提供了椎弓根四壁立体化图像,可以大大提高置钉的准确率。对于部分椎弓根发育畸形、内径过细、硬化、严重增生等患者,术前须仔细阅片,根据个体差异,在边界法置钉的引导下,对进钉点进行微调,尤其在探针置备钉道的过程中,随时要参照边界法置钉立体导向,并结合柔和的手感提高置钉安全性。本研究组多采用“人字嵴顶点”外侧、头侧各1 mm为进钉点,进钉点略偏外上,不但减少了对椎弓根内下壁的侵扰,而且可适度加大螺钉外展角度,增加钉道长度和把持力,尤其在侧隐窝明显的下腰椎提高了置钉安全性和准确率。

传统进钉点的概念仅仅是确定了置钉的起始点,缺乏三维立体化的置钉路径的指引,边界法置钉,给出了一个立体的路径指引,它给出的是一个圆柱体空间区域,起点与传统置钉类似,仅仅为外上象限的一个点,该方法的优势在于进入椎弓根的过程中,有了进钉方向的引导及安全区域的明了,从而进一步提高了置钉准确率。边界法置钉参照Wolff定律的应力分析,其根基就是源于个体化分析,个体的应力集中区域不同,因此产生了局部解剖标志的个体化,只有对每一例患者都仔细辨别解剖标志,结合术前阅片及手感,才能更好地实践边界法置钉。该方法对畸形严重的患者优势明显[20]

作为信息科学等先进技术的产物,机器人辅助置钉有较多优点,如高灵敏度、定位准确等。采用机器人辅助脊柱手术,可以提高手术的安全性和精确度,同时避免了医师疲劳或生理颤动带来的负面影响,能够减少临床医师辐射暴露。脊柱外科手术机器人系统种类较多,目前比较著名的是以色列研发的SpineAssist/Renaissance系统,该系统可更直观地引导临床医师进行脊柱内固定手术。目前该系统约完成手术3.5万例,椎弓根置钉准确率达98.5%,明显优于传统手术,并可显著减少X线暴露时间,但存在操作较复杂及缺少实时影像监控等缺点[21-22]。机器人手术可能由于套筒打滑或机器人故障而导致一些并发症,如脑脊液漏或血胸等[23-24],且存在医疗费用较高,难以在基层医院普及等不足。因此,本研究旨在探讨可接近机器人准确性且可供基层医院普及的置钉方法。从置钉准确性来看,机器人组有更高的准确性,但组间差异无统计学意义,且机器人组手术时间长;从临床疗效上看,2组术后1周和1年的VAS评分、ODI差异无统计学意义;随访患者下床活动后,虽有内固定支撑,但伤椎高度仍会少量降低,边界组术后1年伤椎高度略优于机器人组,但差异无统计学意义,说明边界组内固定可提供良好的支撑力,维持伤椎高度,疗效与机器人组相当。

综上所述,椎弓根边界法置钉治疗胸腰椎骨折,椎弓根髓腔四壁得到有效保护,安全性高,与机器人辅助置钉疗效相当,增加了脊柱稳定性,有效维持了伤椎高度,且医疗费用低,可以在基层医院广泛开展。本研究着重比较了2种置钉方式的准确性,对于术后疗效的评价,因为影响因素较多,除了置钉因素外,还包括骨密度、后方韧带复合体等软组织损伤程度、合并症及患者自身因素,如体质量指数、吸烟、心理因素等。因此,后续还要纳入更多有效的评价指标,进行长期随访、多因素分析等进一步验证。

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