一种用于椎弓根螺钉置入的脊柱机器人辅助导航系统

该机器人辅助导航系统非常高效、准确且安全。它提供友好的用户界面，并配备可自动补偿的手持装置，用于椎弓根螺钉置入。该系统的点式手持装置采用并联平台结构，具有负载能力强、定位速度快、便携性好、占用空间小以及高可弯曲性等优点。

该系统可用于实施微创手术、复杂的脊柱后凸畸形矫正及其他高难度病例。我们计划在其他外科手术中应用该机器人系统，例如神经减压术。与传统外科手术方法相比，该系统采用了一种独特技术，可在应用程序界面内实现对手术目标及操作步骤的可视化。

与我共同演示该操作的是来自Point Robotics的工程师Chin-Wei Chen和Xiu-Yun Xiao。麻醉并铺巾后，在后髂嵴处置入一根直径1.5毫米的经皮导针，用于将标记框架固定在锯骨的髂骨上，并在透视下确认进针点。用墨水标记进针点。

使用设置为每分钟 1,000 转的电钻，将第一根经皮针插入患者后髂嵴。利用该针固定标志物框架，并调整框架位置，直至被光学追踪相机识别。当框架就位后，使用螺丝刀将框架固定到针上，并使用电钻插入第二根经皮针，通过第二根针进一步固定框架。

用记号笔标记手术区域，并使用手术刀沿标记处进行皮肤切口。然后使用螺丝刀将固定架固定至目标脊突位置，并由外科医生确认固定架已牢固锚定。为进行空间标记与配准，进入Point Spine导航系统软件的动态参考架监测界面，该界面包含多个平面视图。

所有动态参考框架应位于光学跟踪系统的视野范围内。当显示动态参考框架的矢量箭头时，表明跟踪器已被跟踪系统稳定识别。为确保准确配准，需在患者的术前三维重建CT图像上选择至少四个不共面的特征点。

使用探针的尖端与实际手术区域内的第一个特征点保持接触，然后按“探针选择”以确认入路点。当所有特征点均已确认后，按“计算”按钮，系统将计算解剖标志点配准的结果，并在软件界面中显示。

当注册精度的验收标准满足临床适应证需求时，使用探针尖端。持续接触实际手术区域内骨表面的任意点，并按下“Probe Selection”按钮以确认采集点。当至少确认50个点后，按下“Calculation”按钮，系统将计算表面匹配结果，并在软件界面上显示。

注册结果确认无误后，使用探针选取实际手术区域的明显解剖标志点以进行验证。组装机器人时，调整手柄在空间中的角度，使软件界面中代表手柄角度的两个圆圈重合。然后，水平和垂直调节手柄的位置，使软件界面中代表手柄位置的点与规划路径的进入点对齐。

我们建议在尝试手术之前，先熟悉用户界面的第一人称视角以及手持机器人的运动方式。为准备椎弓根，启动手柄的钻孔功能，并沿规划路径对前端安装的器械进行钻孔。使用C型臂确认克氏针和套管针的位置，并通过正位/侧位影像判断器械是否位于透视图像中椎弓根所形成的椭圆区域内。

然后，在侧位视图下，确定器械是否位于椎弓根和椎体的范围内。当克氏针和套管针的位置适合手术操作时，将其更换为导丝，并通过导丝置入椎弓根螺钉。在之前的一项研究中，通过Point Spine导航系统在34个可见椎体上共置入59枚螺钉，总体螺钉错位率仅为1.7%。

未观察到脊髓管穿孔或任何其他主要血管的损伤，所有椎弓根螺钉均位于安全区内。该机器人不仅能进行钻孔操作，还可因具备高精度而完成软组织操作，从而可安全地实施多种外科手术。目前，我们的团队正致力于降低用户的学习难度，并提供一个支撑臂以减轻手柄的重量。