基于深度学习神经网络技术的脊柱椎弓根螺钉自动规划研究

目的:针对骨科手术机器人螺钉手工规划效率低下的问题,实现基于CT的脊柱椎弓根螺钉自动、高效、高质量规划。方法:采用深度学习神经网络对标注分割和螺钉的CT图像进行有监督的机器学习,实现脊柱椎弓根螺钉的自动规划;本实验使用44例腰椎CT共440枚螺钉作为训练集,使用11例CT生成110枚螺钉作为测试集,以手工规划作为对照组,通过盲法专家评价评估螺钉规划效果,并通过记录规划时间评估规划效率。结果:该自动规划方法生成的螺钉规划临床可用率为95.4%,自动规划时间与平均手工规划时间分别为68.8 s和177.6 s。结论:该自动规划方法可初步实现高效、高质量的脊柱椎弓根螺钉自动规划,但仍需临床医生监督复核。

基于5G的远程机器人辅助胸腰椎骨折内固定术的临床应用研究

目的:分析远程机器人辅助骨折复位内固定术治疗胸腰椎骨折的临床效果,为基于5G的远程机器人辅助骨科手术的应用与推广提供依据。方法:回顾性分析2021年4月—12月由北京积水潭医院脊柱外科医师远程操作外院手术机器人完成的骨折复位内固定术48例患者临床信息。统计患者骨折固定效果、并发症和远程通信成功率,评估远程机器人手术的临床应用效果。结果:48例远程机器人辅助胸腰椎骨折内固定术均顺利完成,平均手术时间为(93.23±33.37)min。共置入了288枚椎弓根螺钉,254枚(88.19%)螺钉为A级,26枚(9.03%)螺钉为B级,8枚(2.78%)螺钉为C级。螺钉位置的临床可接受率(A级+B级)为97.22%。术后的骨折椎体前缘高度比显著大于术前(P<0.001)。远程通信成功率为100%,未出现围手术期并发症。结论:远程机器人辅助胸腰椎骨折内固定术可获得良好的骨折固定效果,基于5G的远程机器人辅助胸腰椎骨折内固定术是安全、有效的。

基于术中CT自动配准的主动红外线光学导航系统精度影响因素分析

目的评估常见临床因素对术中基于CT自动配准的主动红外线光学导航系统临床精度的影响。方法在临床手术室环境下,以腰椎等比例Sawbone模型作为体模,采用标准手术体位和设备位置,以3D NAV导航系统的术中CT自动配准导航模式模拟临床导航操作验证多种临床因素对导航精度的影响。模型表面嵌入多枚钛合金标记珠,使用导航软件分别测量钛珠在CT图像中和导航系统中的坐标,计算坐标距离作为导航临床精度。然后在无影灯照射、手术床位姿、导航相机位姿三种临床因素下测量导航临床精度,并与初始状态的精度比较。结果初始状态导航临床精度为0.64 mm±0.30 mm;无影灯照射手术区后,导航临床精度为0.63 mm±0.25 mm;手术床降低10 cm和左倾15°时,导航临床精度分别为0.61 mm±0.21 mm和0.63 mm±0.21 mm;相机分别向左侧和向上旋转到示踪器恰好可见的位置时,导航临床精度分别为0.65 mm±0.30 mm和0.62 mm±0.21 mm;相机分别移动到距示踪器1 m和2 m的位置时,导航临床精度分别为0.64 mm±0.24 mm和0.67 mm±0.28 mm。在各因素影响下该导航系统的临床精度均与初始状态无显著性差异(n=108,P>0.05)。合并全部864次测量的导航临床精度为0.64 mm±0.25 mm。结论本研究中的导航系统临床精度不受无影灯照射、手术床位姿和导航相机位姿的影响。

机器人辅助脊柱手术的应用现状与发展前景

传统脊柱外科手术常面临手术视野差、风险高等问题,机器人辅助脊柱手术发展迅速,特别是在螺钉置入方面,可通过提供三维成像和精确定位来优化手术流程、提高手术精准性、缩短手术时间、减少辐射暴露并改善患者预后。机器人辅助系统还具有较强的影像识别和分析能力,减少操作的不稳定性,减轻术者疲劳感,并允许远程操作。尽管机器人辅助脊柱手术在螺钉置入准确性和降低辐射暴露方面显示出优势,但其对手术时间的影响仍有争议,且高成本也是推广中的一大障碍。长远来看,机器人辅助脊柱手术需要更广泛的临床验证,以及对长期效果的观察。技术方面,未来发展重点包括手术导航与成像技术改善、人工智能集成、远程手术能力提升、机器人功能拓展,以及伴随着技术发展的政策引导和临床指南的建立。随着技术的进步和逐渐普及,机器人辅助系统有望在脊柱手术领域扮演更为重要的角色。

基于5G技术的机器人辅助远程胸腰椎内固定手术的应用效果

目的评估基于5G技术的机器人辅助远程胸腰椎内固定手术的应用效果,探讨该技术在临床应用中的可行性和优缺点。方法采用回顾性病例系列研究,研究对象为2021年4至12月接受机器人辅助远程胸腰椎内固定手术的61例患者。采用以北京积水潭医院为中心构建的骨科机器人远程手术系统,并应用5G移动通信技术进行网络传输,操控异地的骨科手术机器人辅助完成螺钉置入。共有10家医院参与了远程手术,远程操作中心与手术现场的平均距离为1617 km/例,最远距离超过3000 km。采用Gertzbein-Robbins分级标准评估椎弓根螺钉置入的准确性,通过分析螺钉位置的优秀率与临床可接受率、术中通信、并发症等指标评价手术效果,并与参与医院完成的本地机器人辅助胸腰椎内固定手术进行对照分析。结果所有患者的远程手术均顺利完成,手术时间为(92±32)min,共置入354枚胸腰椎椎弓根螺钉,螺钉位置的优秀率为89.8%,临床可接受率为97.5%。61例患者均获得随访,随访时间(18.9±1.9)个月(范围16~24个月)。术前疼痛视觉模拟评分(visual analogue scale,VAS)评分为(5.74±1.30)分,出院时改善至(2.30±0.90)分,差异有统计学意义(t=11.002,P<0.001)。6例胸腰椎退行性疾病患者术后跛行及疼痛症状均明显缓解。55例胸腰椎骨折患者术前伤椎前缘高度比为62.78%±12.60%,术后恢复至85.36%±8.35%,差异有统计学意义(t=16.977,P<0.001)。末次随访时骨折均愈合。围手术期未出现血管、神经损伤或感染等并发症,无机器人使用相关的并发症。5G网络确保了手术过程中机器人控制信号、图像和音频信号的稳定传输,未观察到信号延迟或通信故障。参与医院1(汕头新圣骨科医院)远程与本地机器人辅助手术螺钉位置的优秀率(90.2%和93.8%,χ^(2)=0.169,P=0.681)和临床可接受率(99.0%和100.0%,P=1.000)相似,参与医院2(贵州省人民医院)远程与本地机器人辅助手术螺钉位置的优秀率(87.0%和85.4%,χ^(2)=0.075,P=0.784)和临床可接受率(100.0%和96.6%,χ^(2)=0.580,P=0.446)相似。结论基于5G移动通信技术的远程机器人辅助胸腰椎内固定手术的临床应用效果良好,未出现相关术后并发症。

机器人辅助枢椎椎弓根螺钉置入的准确性研究

目的探讨机器人辅助枢椎椎弓根螺钉置入的准确性及其影响因素。方法回顾性分析2017年1月至2020年12月在北京积水潭医院因寰枢椎不稳接受上颈椎后路内固定手术,术中使用机器人辅助枢椎椎弓根螺钉置入的连续27例患者的病历资料。男10例、女17例,年龄(41.3±16.6)岁(范围12~75岁),体质指数为(23.0±2.9)kg/m^(2)(范围18.9~30.0kg/m^(2))。创伤性寰枢椎不稳16例、畸形导致寰枢椎不稳11例。机器人辅助枢椎椎弓根螺钉置入准确性通过术后CT采用Gertzbein-Robbins分级进行评价。对影响置钉准确性的患者因素和手术因素行单因素分析,确定可能影响置钉准确性因素(P<0.200)后通过广义估计方程多因素分析确定影响置钉准确性的独立影响因素。结果27例患者共置入49枚枢椎椎弓根螺钉,Gertzbein-Robbins分级A级35枚(71.4%)、B级12枚(24.5%)、C级2枚(4.1%),临床可接受率(Gertz-bein-Robbins分级A级和B级)为95.9%(47/49)。无一例患者发生因螺钉移位导致的血管、神经损伤。未侵犯骨皮质螺钉组与侵犯骨皮质螺钉组患者因素(年龄、性别、体质指数、术前颈椎曲度和寰枢椎不稳原因)的差异无统计学意义(P>0.05);手术因素中示踪器位置、螺钉侧别、螺钉类型及置钉方式的差异无统计学意义(P>0.05),而枢椎椎弓根有效宽度与螺钉直径差值的差异有统计学意义(t=3.484,P<0.001)。广义估计方程结果显示机器人辅助枢椎椎弓根螺钉置入术中示踪器固定于Mayfield头架较枢椎棘突可实现更准确的螺钉置入[0R=83.231,95%CI(3.898,1776.952),P=0.005];枢椎椎弓根有效宽度与螺钉直径差值越大,螺钉置入的准确率越高[0R=5.330,95%CI(1.648,17.243),P=0.005]。结论机器人辅助枢椎椎弓根螺钉置入准确且安全,示踪器固定于Mayfield头架较枢椎棘突可提高螺钉置入准确性,枢椎椎弓根有效宽度与螺钉直径差值大可降低螺钉侵犯骨皮质的概率,通过螺钉型号选择、三维轨迹调整增加差值等术前规划降低骨皮质侵犯和血管、神经损伤风险。