干旻峰 周峰 楊惠林

機(jī)器人輔助技術(shù)在骨科教學(xué)中的應(yīng)用

干旻峰 周峰 楊惠林

探討機(jī)器人輔助技術(shù)對(duì)于骨科教學(xué)的作用，將機(jī)器人技術(shù)作為醫(yī)學(xué)教學(xué)改革的一種新的嘗試和創(chuàng)新，采用機(jī)器人輔助技術(shù)來(lái)模擬、完成椎弓根螺釘置釘，使學(xué)習(xí)者縮短學(xué)習(xí)周期，迅速掌握椎弓根螺釘置釘。

機(jī)器人；骨科學(xué)；教學(xué)

傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)教學(xué)包括板書(shū)、掛圖等，隨著科技的發(fā)展特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，教學(xué)方式方法有了很大的進(jìn)步，比如Flash的應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用等。但骨科教學(xué)比較復(fù)雜，特別是骨科手術(shù)方法的教學(xué)尤為復(fù)雜，學(xué)生掌握如何手術(shù)的學(xué)習(xí)曲線(xiàn)長(zhǎng)，影響了學(xué)生的培養(yǎng)，阻礙了學(xué)生的成長(zhǎng)。機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于普外科、泌尿外科、骨科等領(lǐng)域[1-3］，在骨科理論課教學(xué)環(huán)節(jié)中機(jī)器人輔助技術(shù)可以為學(xué)生提供形象的學(xué)習(xí)工具，有利于學(xué)生直觀的掌握椎弓根螺釘置釘?shù)龋s短學(xué)習(xí)周期，有利于培養(yǎng)學(xué)生的手術(shù)技能。在本文中作者探討了機(jī)器人輔助椎弓根螺釘置釘在骨科教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用。

1 機(jī)器人技術(shù)在骨科教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

骨科學(xué)習(xí)中，解剖、治療等都需要學(xué)生有立體概念，而立體概念的建立對(duì)于一個(gè)骨科研究生、規(guī)培生來(lái)說(shuō)是比較困難的。因此，如何采用簡(jiǎn)單的方法為學(xué)生講解復(fù)雜的解剖是十分必要的，且隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展特別是導(dǎo)航技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，學(xué)生對(duì)于骨科疾病診治的認(rèn)識(shí)有了更好的提高，縮短了學(xué)習(xí)周期，有利于學(xué)生的培養(yǎng)。我科從2014年12月起，采用Renaissance機(jī)器人輔助行脊柱外科手術(shù)并將其應(yīng)用于學(xué)生的教學(xué)。Renaissance機(jī)器人目前廣泛應(yīng)用于脊柱外科領(lǐng)域的手術(shù)[4-5］，主要用于輔助椎弓根螺釘置釘，而徒手椎弓根螺釘置釘有一定的并發(fā)癥[6］且學(xué)習(xí)周期長(zhǎng)、學(xué)生不容易掌握。在教學(xué)過(guò)程中機(jī)器人輔助技術(shù)可以清楚地顯示人體椎弓根的空間結(jié)構(gòu)、毗鄰關(guān)系，方位感及層次感強(qiáng)，降低了學(xué)習(xí)的難度，提高了學(xué)習(xí)效率。讓學(xué)生有機(jī)會(huì)在計(jì)算機(jī)上行模擬手術(shù)，學(xué)生可以從不同的角度、不同的層次去觀察椎弓根及椎弓根螺釘置釘，縮短了學(xué)習(xí)周期，可減少因椎弓根螺釘置釘所致的并發(fā)癥。將難以想象的空間結(jié)構(gòu)、難以理解的毗鄰關(guān)系及復(fù)雜的手術(shù)過(guò)程簡(jiǎn)單化。這種教學(xué)方法充分使讓“以教師為中心”的教學(xué)方法轉(zhuǎn)變成“以學(xué)生為中心”。

2 機(jī)器人技術(shù)在骨科教學(xué)中的應(yīng)用

在教學(xué)中，我們教授學(xué)生采用機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行術(shù)前準(zhǔn)備、手術(shù)規(guī)劃、置釘準(zhǔn)確性檢驗(yàn)等，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，使學(xué)生迅速、直觀掌握椎弓根螺釘置釘方法。學(xué)生具體參與過(guò)程如下[7］：（1）術(shù)前準(zhǔn)備：術(shù)前常規(guī)行病變節(jié)段為中心的薄層CT數(shù)據(jù)（層厚小于1 mm，DICOM格式），將CT數(shù)據(jù)導(dǎo)入工作站或筆記本電腦。采用Renaissance機(jī)器人手術(shù)規(guī)劃軟件進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃：CT數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件，系統(tǒng)自動(dòng)生成病變節(jié)段正側(cè)位，首先確定手術(shù)區(qū)域；其次確認(rèn)每個(gè)椎弓根螺釘進(jìn)針點(diǎn)，確定水平位、矢狀位、冠狀位進(jìn)針角度，明確所選用椎弓根螺釘?shù)拈L(zhǎng)度、直徑等；再次演示在橫斷位、矢狀位、冠狀位三個(gè)平面椎弓根螺釘在椎弓根內(nèi)的位置；最后瀏覽、演示椎弓根置釘計(jì)劃。（2）手術(shù)過(guò)程：患者全麻成功后，俯臥于手術(shù)臺(tái)上。將機(jī)器人工作站、C形X線(xiàn)機(jī)之間用數(shù)據(jù)線(xiàn)連接，并將金屬標(biāo)記盤(pán)安裝于C形X線(xiàn)機(jī)的影像接收器上。透視后機(jī)器人軟件分析確認(rèn)患者體位、方向。開(kāi)放手術(shù)病例確認(rèn)手術(shù)椎體節(jié)段后行切開(kāi)暴露，將“clamp”夾持于棘突上后將金屬標(biāo)記固定于“clamp”。透視正位及60°斜位，將所得正、斜位影像數(shù)據(jù)與術(shù)前CT數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)、注冊(cè)并根據(jù)情況適當(dāng)微調(diào)螺釘?shù)倪M(jìn)針點(diǎn)、進(jìn)針角度。注冊(cè)成功后，將“橋”固定于“clamp”，并將“橋”近端用克氏針固定于棘突，以確?！皹颉狈€(wěn)定以利于機(jī)器人安放。經(jīng)皮置釘患者采用固定針將“橋”固定在髂后上棘及棘突，安裝金屬標(biāo)記透視正位、60°斜位片，將采集的數(shù)據(jù)與術(shù)前CT數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)、注冊(cè)并微調(diào)螺釘?shù)倪M(jìn)針點(diǎn)、進(jìn)針角度。注冊(cè)成功后將機(jī)器人安裝于“橋”上。由工作站發(fā)出指令后機(jī)器人會(huì)自行運(yùn)行至指定軌跡，安裝指定的機(jī)械臂，順機(jī)械臂孔安放通道，術(shù)者順通道鉆孔、置入導(dǎo)針、絲攻后置入椎弓根螺釘。（3）術(shù)后評(píng)估：術(shù)后患者均行CT檢查，采用Gertzbein和Robbins標(biāo)準(zhǔn)[8］CT定量分析椎弓根螺釘?shù)奈恢?，具體如下：A級(jí)：椎弓根螺釘在椎弓根內(nèi)；B級(jí)：椎弓根螺釘穿破椎弓根皮質(zhì)小于2 mm；C級(jí)：椎弓根螺釘穿破椎弓根皮質(zhì)大于2 mm，小于4 mm；D級(jí)：椎弓根螺釘穿破椎弓根皮質(zhì)大于4 mm小于6mm；E級(jí)：椎弓根螺釘穿破椎弓根皮質(zhì)大于6 mm 甚至更多。A級(jí)、B級(jí)對(duì)神經(jīng)功能無(wú)影響，對(duì)穩(wěn)定性也無(wú)影響，被認(rèn)為是正確置釘。采用機(jī)器人輔助教學(xué)，學(xué)生不僅能對(duì)復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)有清晰的認(rèn)識(shí)，也對(duì)手術(shù)方法的掌握提供了相對(duì)的捷徑，縮短了學(xué)習(xí)周期，提高了效率。青年學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)、機(jī)器人等新鮮事物抱有新鮮感，有利于學(xué)生興趣的培養(yǎng)，有益于優(yōu)秀青年醫(yī)師的培養(yǎng)。

3 討論

機(jī)器人輔助技術(shù)解決了骨科學(xué)教學(xué)中椎弓根結(jié)構(gòu)復(fù)雜、椎弓根螺釘置釘難度大、學(xué)習(xí)曲線(xiàn)長(zhǎng)的困難。骨科教學(xué)中，機(jī)器人技術(shù)比較高大上，對(duì)學(xué)生有較強(qiáng)的吸引力和感染力，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生求學(xué)和求知的欲望。激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、創(chuàng)造性、主動(dòng)性，加深學(xué)生對(duì)抽象知識(shí)的理解，促進(jìn)學(xué)生手術(shù)技能的提高。機(jī)器人輔助技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)就是智能化，學(xué)生需在模型及標(biāo)本上反復(fù)訓(xùn)練的椎弓根螺釘置釘可以通過(guò)機(jī)器人輔助技術(shù)的相關(guān)軟件在電腦上模擬實(shí)施，簡(jiǎn)化了手術(shù)過(guò)程，手術(shù)過(guò)程直觀化，學(xué)生在虛擬現(xiàn)實(shí)中探求、理解教學(xué)內(nèi)容，從而潛移默化中達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)、能力的目的。另外，學(xué)生特別是青年醫(yī)師普遍對(duì)機(jī)器人技術(shù)抱有很大的興趣，提高了課堂、臨床工作參與互動(dòng)性。椎弓根螺釘徒手置釘，因?yàn)樽倒車(chē)馄式Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，稍有不慎可能引起災(zāi)難性的并發(fā)癥如癱瘓等。機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于骨科學(xué)教學(xué)系統(tǒng)后，可以確保學(xué)生對(duì)椎弓根的立體概念的建立，提高椎弓根安全置釘，縮短學(xué)習(xí)曲線(xiàn)[9］，促進(jìn)骨科教學(xué)模式、理念的進(jìn)一步變化，此必將成為整個(gè)教學(xué)改革的一個(gè)重要趨勢(shì)。

但是，機(jī)器人輔助脊柱手術(shù)教學(xué)普遍實(shí)施也存在困難。主要是Renaissance機(jī)器人系統(tǒng)價(jià)格昂貴，并不是所有醫(yī)院能承受而廣泛用于臨床、教學(xué)。另外，機(jī)器人系統(tǒng)存在不穩(wěn)定也可能對(duì)臨床及教學(xué)工作帶來(lái)不便。

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Application of Robot Assisted Technology in the O rthopaedic Teaching

GAN Minfeng ZHOU Feng YANG Huilin Orthopaedic Department of The First Affiliated Hospital of Soochow University， Suzhou Jiangsu 215031，China

To discuss the effect of robot assisted techniques for orthopaedic teaching. It’s a new attempt and innovation that introduce robot technology into medical education reform. The robot assisted techniques can help to simulate，complete the placement of pedicle screws. And it enables learners to shorten the learning cycle， and quickly grasp the placement of pedicle screws.

Robot， Orthopaedics， Teaching

G434

A

1674-9308（2016）26-0020-02

10.3969/j.issn.1674-9308.2016.26.011

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）（2015AA043201）

基金項(xiàng)目：江蘇省臨床醫(yī)學(xué)研究中心基金（BL2012004）

蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院骨科，江蘇 蘇州 215031