科技进展：骨科机器人展身手

骨科手术中的机器人属于新兴领域并逐渐开始流行，在改进手术计划、提高置入物准确性和增加患者安全性方面具有巨大作用。机器人辅助系统的支持者们认为，采用计算机辅助手术可以进行更好的术前计划和术中操作从而改善患者疗效。

针对上述情况，英格兰的 Karthik 教授对目前骨科方面使用机器人手术的有效性、安全性进行了一项文献综述，其研究发表在近期的 The bone & joint journal  杂志。

骨科手术是最早开展临床实验机器人手术的科室之一，手术机器人的运用不断增多，可以带来良好的近期疗效。由于人体肢体可固定不动，骨科机器人无需面对牵拉内脏和软组织的问题，从而在进行导航和定位方面时更为方便。

机器人手术的支持者们认为采用该系统可以帮助医生改善从术前计划到术中操作步骤之间的转化过程，从而提高手术的精确性。但是，也有一些研究报道发现机器人手术会增加并发症发生率。在本次文献综述中，我们研究了目前骨科手术中机器人手术的使用情况并对其作用效果进行评价。

由两位作者独立全面检索 1966 年至 2014 年 6 月之间所有文献。设立纳入标准和排除标准（见表 1）。最初的检索发现了 15053 篇文献，其中 143 篇与骨科手术相关，44 篇文献符合此次研究的纳入标准，将其研究结果纳入本次研究，并按照类别进行亚组分析。

表 1 研究的纳入标准和排除标准

文献回顾

膝关节

在 2012 年，整个英格兰、威尔士和北爱尔兰共进行了超过 94000 例膝关节置换手术。8 年期间全膝关节的累积翻修率为 3%、单髁膝关节置换的翻修率为 11%。导致关节置换失败的最常见原因是无菌性松动，其中假体配件的位置不良是产生无菌性松动的主要原因。机器人辅助下进行膝关节置换手术可能会降低假体松动和翻修的发生率。

单髁膝关节置换

Cobb 等人进行了一项关于传统手术操作和机器人辅助手术操作的前瞻性双盲随机对照研究，结果发现，机器人辅助手术组的手术时间延长，但是下肢力线明显优于传统手术操作组。机器人组的冠状对位与术前计划中的误差在 2° 之内，平均仅为 0.65°，而传统操作组的 15 个膝关节置换中只有 6 例达到了上述精确度，平均误差为 -0.84°。

是否取得接近正常的冠状对位对于单髁膝关节置换而言非常重要，是影响膝关节假体置换长期疗效和生存的主要因素之一。在术后 18 周，机器人辅助操作组的美国膝关节协会评分（AKS）明显优于传统操作组，但是西安大略省和麦克马斯特大学骨关节炎指数（WOMAC）方面并无差别。

Lonner、John 和 Conditt 回顾性比较传统单髁膝关节置换与采用 Tactile 触觉引导系统的机器人手臂辅助手术，在胫骨假体后倾与内外翻角方面，机器人辅助组较少出现对位不良。但是该研究存在较严重的局限性，例如并未按照设定的程序拍摄 X 线片也未进行 CT 扫描。

因此对其研究结果的判断必须放在这一背景条件下进行评估，特别是该研究还报道了一例胫骨假体位置良好的患者，在术后 3 个月出现了疼痛和假体松动。

另外一位作者也发现机器人辅助进行膝关节置换可以取得更好的对线，他们比较了 35 例机器人辅助手术的患者和 45 例传统手术操作的患者，机器人手术操作组的胫骨假体后倾和外翻 - 内翻对位明显优于传统手术组。Pearle 等人对 10 例采用机器人辅助技术进行单髁膝关节置换的患者进行评估，结果发现术中胫股角与术前计划之间的偏差在 1°之内，术后下肢轴线的偏差在 2° 之内。.

Plate 等人认为，采用机器人辅助进行单髁膝关节置换，可以更准确地完成软组织的平衡，重建自然的膝关节运动，这对于假体生存和膝关节功能恢复具有积极作用。

全膝关节置换

机器人辅助全膝关节置换的支持者们强调与传统手术操作相比该方法可以带来更好的假体位置。Song 等人在进行同侧双膝关节置换手术时，一侧采用传统手术方法，另外一侧采用机器人辅助技术。机器人辅助组有 27 例取得了膝关节屈伸间隙平衡，而传统手术组只有 23 例，平均机械轴的角度分别为 9.1° 和 10.9°。但是两组患者在上述结果以及术后功能评分方面并无显著统计学差异。

Decking 等人通过比较术前计划的 CT 与关节置换术后的 CT 来评估机器人辅助手术假体置入的准确性。他们的结果显示机械轴的平均偏差只有 0.2°，假体在所有平面均取得了优异的准确精度。但是，该研究缺乏对照组来对研究结果进行比较判断。

其他类似的研究也同样证实机器人辅助手术，可以使膝关节假体的位置更为精确，但也存在很明显的增加手术时间和费用的问题。Park 和 Lee 进行的一项前瞻性随机研究发现由于手术医生存在学习曲线，早期开展机器人辅助手术时容易出现严重的并发症，包括：髌腱断裂、髌骨骨折或脱位、股骨髁上骨折和腓总神经损伤。

髋关节

全髋关节置换

机器人辅助下全髋关节置换系统是 1992 年引进的，用于降低技术失误，提高非骨水泥型全髋关节置换的手术疗效。对该系统的一项多中心研究显示，机器人在改善股骨假体位置与匹配方面存在显著性优势，但是平均手术时间超过 240 分钟。机器人辅助髋关节置换组的失血量也存在明显增高的现象。

Honl 等人发现，由于该系统的故障会有 18% 的机器人辅助手术转为传统常规手术，而且机器人辅助手术组患者的手术时间明显延长。通过机器人辅助进行全髋关节置换，可以改善下肢不等长以及假体内外翻方向。在术后第一年，机器人辅助手术组的 Mayo 临床评分和 Harris 髋关节评分要明显优于传统手术组。

但是到了术后第二年，这一差异就不存在统计学意义。机器人辅助组存在较高的并发症发生率，例如脱位、异位骨化、臀中肌肌腱断裂和假体翻修。

同样，Schulz 等人发现机器人辅助手术组的并发症发生率为 9.3%，他们认为在继续使用该技术和设备之前应对其进行改进。

在一项最少随访 5 年的长期研究中，作者发现机器人辅助手术组的假体位置更精确、下肢不等长情况更少、股骨近端应力遮挡更少。在其他的一些研究中，同样发现机器人辅助手术可以更好的改善股骨假体位置。Lim 等人进行了一项尸体研究，结果显示采用 ROBODOC 系统的机器人辅助手术，可以改善干骺端匹配型短柄假体的位置和初始稳定性。Hagio  等人进行的随机对照试验发现，超声心动图上中采用 ROBODOC 系统可以降低股骨侧手术时的系统性栓塞的风险。

而另外一种机器人辅助系统在失血量、假体脱位、翻修率、异位骨化等临床效果方面就存在明显问题。

髋关节镜是在 1931 年首次出现的，目前获得越来越多的运用，主要是用于股骨髋臼撞击综合征。Masjedi 等人近期进行了一项股骨头骨干模型，结果显示采用机器人辅助手术，可以更准确的对 Cam 型股骨髋臼撞击进行截骨。

除了使用 3 个机械臂的机器人辅助髋关节镜手术之外，达芬奇标准手术系统也被引进用于解决手术技术难题。

Kather 等人进行了一项尸体实验，得出明确的结论：采用现有的达芬奇腹腔镜器械同样可以完成髋关节镜手术，在两具尸体的操作中可以查看髋关节的所有部位，同时进行盂唇处理，但是无法进行关节盘状软骨和皱襞的切除。

足踝

目前，已有采用 INNOMOTON 机器人辅助装置进行机器人导航下的胫距、距舟、跗跖、距下关节和跟骰关节内注射报道。通过评估疼痛缓解情况和视觉疼痛评分，证实所有的患者关节内注射均获得成功。该技术需要进行薄层 CT 扫描，还很难说机器人引导足踝关节内注射就一定存在优势。

肩关节

Bozkurt 等人使用 4 个机器臂的达芬奇外科手术系统进行了一项尸体肩关节镜手术，评估该系统能否进入肩关节以及处理各个组织结构的能力，例如：肱二头肌、盂唇、冈上肌、冈下肌、肩袖间隙、肩胛下肌、所有的盂肱韧带和喙突。随后对尸体进行解剖来评估机器臂的位置，结果显示所有的装置均位于合适的位置，没有造成神经血管损伤。

脊柱

在脊柱畸形的患者中使用微创技术准确置入椎弓根螺钉是一件非常困难的事情。有一项研究采用了脊柱辅助机器人置入胸椎、腰椎和骶椎的椎弓根螺钉，96% 的螺钉可以被置入在术前计划位置的 1 mm 之内。

在一些病例中，也有采用机器人进行皮肤切开的报道。但是出于减少透视放射和软组织暴露的原因，将机器人辅助手术用于脊柱畸形和骨性标志缺失的患者更为适宜。

Devito 等人报道使用机器人辅助置入 3271 枚椎弓根螺钉，其中 3204 枚的位置较好。有 4 例患者出现神经功能障碍，通过翻修手术而获得治愈。其他的一些研究也取得了同样的结果，而且减少了放射暴露（见表 IV）。

有一项 MRI 引导下采用 INNOMOTION 装置进行的骶髂关节注射研究，30 例患者均获得成功注射。

创伤和普通骨折

对于严重创伤患者，机器人技术越来越多的受到重视，尤其是在军事领域、远程辅助机器人手术或自动机器人操作方面。Garcial 等人的研究证实创伤 pod 系统这种半自动化遥控机器人手术系统确实有效。在一个模拟病人身上，他们证明手术医生可以通过远程手术系统进行肠子的吻合手术和分流手术，同时这一系统也支持术中 CT 扫描。

这种机器人的优点在于具有自动操作的机器臂来替代巡回护士和洗手护士。这一早期实验模式显然离临床实践还有一些距离，但是其潜力在于可以采用机器人进行手术而不仅仅只是辅助手术。

创伤骨科方面的其他机器人运用方式还包括髓内钉的入钉点和远端锁定螺钉的导航。在辅助进行股骨和胫骨骨折复位手术方面也有一些相关研究。

讨论

本次文献综述强调了机器人系统在骨科手术方面的运用以及潜在方向。虽然机器人手术可以帮助改善手术操作的精确度，但是想要全面广泛开展用于临床还受到资金成本昂贵、可靠性不稳定、缺乏长期随访研究证据的限制。机器人手术设备的初始设备成本超过 800000 美元，后期使用的运营成本也非常高。

支持者们认为，采用机器人辅助手术可以减小切口长度，提供更准确的假体与放置位置，促进患者康复降低翻修率，从而减少初始关节置换和术后长期管理成本。

现有证据表明，在微创脊柱损伤方面，和传统手术相比，机器人辅助手术不仅安全而且更为有效。但是机器人手术在膝关节置换中的效果还不明确，在髋关节置换中也存在一些严重的安全问题。在关节注射时也可以使用机器人进行手术，但是目前还不清楚这样操作能够提供多大的帮助。

创伤骨科和关节镜方面的机器人辅助技术还不成熟，很难确定其在临床实践中的作用。在广泛应用与临床实践之前，建立全国性的机器人辅助手术登记制度是分析其长期疗效的一个方法，同时这也是必需的。