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北京积水潭医院田伟教授主刀完成世界首例基于术中实时三维影像的机器人辅助齿状突骨折固定术

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患者女,61岁,主因“摔伤后上颈部疼痛3天”入院。既往史、个人史无特殊。查体:卧床状态,无脊柱畸形,C1-2处有脊柱叩痛,无棘突压痛,无骶棘肌痉挛,四肢肌力、肌张力、腱反射、感觉均正常。未见神经系统损伤表现。颈椎CT提示齿突基底部骨折,部分移位(图9)。诊断为“齿突骨折-II型”。

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9. 术前CT

20151014,麻醉满意后,安装Mayfield头架,轻柔地摆放患者体位于仰卧位,给予适当牵引和轻度后伸。将示踪器置入Mayfield头架上,进行三维影像扫描,然后在导航机器人上进行螺钉规划(图10)。

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10. 术者在进行术中钉道设计

在机器人的指引下,于左侧颈部做2cm皮肤切口。钝性剥离至枢椎椎体前下方。经机械臂套筒向齿突内钻入克氏针,定位无误后置入36mm长、4mm直径空心钉。三维影像扫描确认复位及内固定满意。手术共耗时5小时30分,出血量50毫升。

术中、术后未出现血管神经等并发症。患者四肢肌力级感觉同术前。术后CT见内固定位置良好,螺钉无突出骨皮质,无松动(图11)。

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11. 术后CT示复位满意、内固定位置良好

讨论

由于外科医生自身操作能力的局限性,脊柱外科手术长期以来一直存在着精确度及安全性上的瓶颈。这种局限一方面来自于手术视野的限制,由于无法看到手术目标内部的结构,加之视觉存在的误差,导致手术操作的风险居高不下。即使有了不断发展的影像学的辅助,目前手术中常用的透视能得到的仅是重叠的二维影像,并且带来了辐射损伤。另一方面,局限来自于手术操作的限制,外科医生人手动作的控制力、稳定性和重复性即使经过了长期的严格训练,面对复杂手术长时间精细操作的挑战仍显乏力,而对于没有那么多手术经验的年轻医师来说则更为困难,因此脊柱外科手术的学习曲线相对较长。

为了弥补人类在外科手术操作中的局限性,自从1985Kwoh[1]等人基于工业机器人Puma200设计的应用于神经外科的手术机器人开始,许多研究者们开始致力于外科手术机器人的研发工作中来。从概念上看,手术机器人属于医疗机器人的一种。随着近年来微创外科手术和智能外科的快速发展,以机器人为代表的智能手术装备在临床中得到了越来越多的应用,并且有许多手术机器人产品已经形成了商业化产品,展现了巨大的临床优势,比如1997年美国Intuitive Surgical公司推出的用于微创手术的Da Vinci系统[2],以及1998 ISS)公司研发的用于骨科手术的Robodoc系统[3]

本文所示病例1系世界首例机器人辅助CAMISS手术。病例2系世界首例基于术中实时三维虚拟影像的机器人辅助寰枢椎经关节突螺钉固定手术。TiRobot系统是我院自主研发的新一代骨科手术机器人。术者根据术中实时三维图像进行术中钉道设计,机械臂会帮助术中找到设计的入钉点和钉道。置钉操作仍由术者手动进行。该手术机器人由医生从临床视角出发主导设计,实用性强,自由度高,可重复性好,其仿生构造保证了该系统的灵活性和稳定性,安全性较好,可以进行手术路径的规划并精确引导内植物的置入,误差小于0.5mm

近年来,外科手术的微创化和智能化已成为重要的发展趋势。手术机器人技术是外科系统精准手术的划时代革命,已成为数字化医疗的未来重要发展方向之一。本文所用的机器人系统实现了复杂手术安全化的目的,对于推进骨科进入新的智能辅助精准时代,提升骨科综合治疗水平具有重要意义。

参考文献

1. Kwoh Y S, Hou J, Jonckheere E A, et al. A robot with improved absolute positioning accuracy for CT guided stereotactic brain surgery[J]. Biomedical Engineering, IEEE Transactions on, 1988, 35(2): 153-160.

2. Yang M S, Kim K N, Kim H, et al. Robot-assisted anterior lumbar interbody fusion in a Swine model in vivo test of the da vinci surgical-assisted spinal surgery system[J]. Spine, 2011, 36(2): E139-E143.

3. Bargar W L, Bauer A, Börner M. Primary and Revision Total Hip Replacement Using the Robodoc (R) System[J]. Clinical orthopaedics and related research, 1998, 354: 82

宣教中心综合报道

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