脊柱手术自主规划系统的优化及手术机器人在脊柱转移癌手术中的临床应用

作     者：朱志朋 

作者单位：中国人民解放军海军军医大学 

学位级别：硕士

导师姓名：许炜

授予年度：2024年

学科分类：1002[医学-临床医学] 100210[医学-外科学(含：普外、骨外、泌尿外、胸心外、神外、整形、烧伤、野战外)] 10[医学] 

主      题：脊柱转移癌 脊柱机器人 自主置钉 微创手术 

摘      要：研究背景与目的: 在脊柱外科领域,尤其是脊柱转移癌的手术治疗方面,精准性和安全性是手术成功的关键因素。随着医学技术的持续进步,脊柱手术特别是在脊柱转移癌的治疗方面已经取得了显著的发展。然而传统的手术技术常常伴随较大的创伤和较高的并发症风险。机器人系统通过提供实时三维成像引导和精确的定位,有助于外科医生实现更精确地置入椎弓根螺钉。尽管如此,现有的导航系统在自主规划方面仍面临挑战,特别是在规划椎弓根螺钉路径时穿破内壁的风险方面存在改进空间。此外,目前的机器人系统在自主置钉过程中对经验丰富的脊柱外科医生的依赖度仍较高。鉴于此,本研究的主要目的在于提高脊柱机器人脊柱手术的精确度和安全性,为脊柱患者提供更为安全和有效的手术治疗方案。 研究方法: 本研究采用多阶段方法论,涵盖自主规划系统的优化、动物模型研究和脊柱转移癌患者的临床回顾性分析,以实现研究目的。 1.自主规划系统优化:优化的自主规划系统通过实现安全区域的识别和划定,结合计算机视觉内容自动识别出椎弓根内壁并界定出安全区域范围,并在手术规划中避开安全区域,以降低手术风险。 2.动物模型研究:选用22头健康的实验用猪作为动物模型,以模拟人类脊柱手术的解剖和生理条件。在无菌条件下,根据优化后的自主规划系统提供的导航信息,进行椎弓根螺钉的置入操作,记录相关参数以评估手术的精确度和手术安全性。 3.临床应用研究:对65名脊柱转移癌患者进行回顾性分析,实验组患者均接受了机器人辅助的经皮椎弓根螺钉放置和小切口环形减压手术技术。记录术中及术后数据来评价该手术方式对患者的治疗效果。 结果: 1.自主规划系统优化:通过深度学习技术的应用,优化后的自主规划系统能够有效识别脊柱的解剖结构,并精确划定安全区域。 2.动物模型研究:在实验用猪模型中,优化后的自主规划系统在手术中显示出高准确性和良好的安全性。实验中每根骨导引针置入的平均时间为3.82±1.72 min,显示出较好的手术效率。螺钉置入位置的平均偏差为1.34±0.70mm,角度偏差为3.25±1.78度,表明优化后的系统在动物模型中应用具有较高的置钉准确性。安全性:所有螺钉无皮质侵及现象,椎弓根螺钉植入准确度为100%(100%A级)。术后影像学评估证实了螺钉的正确放置,未发现严重并发症。 3.临床应用研究:脊柱机器人辅助下经皮椎弓根螺技术结合小切口环形减压手术技术在临床应用中的数据显示,实验组在失血量(722.2±350.7 m L vs.1080.6±878.4 m L,p=0.050)、伤口长度(10.9±3.2 cm vs.17.1±7.7 cm,p0.001)和住院时间(5.8±0.8天vs.9.8±1.5天,p.001)等方面均优于开放手术组。在实验组,机器人辅助放置的螺钉中准确度为A级或B级的比例为100%,而对照组为93.75%,p=0.004。 结论: 本研究通过对自主规划系统的优化、动物模型研究和脊柱转移癌患者的临床应用研究,展示了优化后的自主规划系统在脊柱手术中的应用潜力。在动物模型研究中,该系统指导下的椎弓根螺钉置入手术具有高准确性和良好的安全性。临床应用研究表明,结合该系统的机器人辅助手术技术联合脊柱转移癌微创手术技术能够显著提高手术的效率和精确度,减少手术创伤,促进患者的术后恢复。本研究证实了优化后的自主规划系统在脊柱手术中的应用价值,能够提供更为精准、安全和微创的手术方案,有助于改善患者的治疗效果和生活质量。