周躍：中國微創脊柱外科的發展與展望

發布日期：2022-02-23 閱讀次數：13022 來源：骨科在線orthonline

摘要：中國微創脊柱外科在過去20年的歷程中取得了長足的進步，微創脊柱外科手術的觀念和方式的轉變給越來越多的患者帶來了巨大的受益。然而，微創脊柱外科的探索和發展從未止步，中國微創技術外科正在積極尋求從傳統脊柱微創技術（T-MISS）到數字脊柱微創技術（D-MISS）的跨越式發展。 本研究簡要回顧了中國微創脊柱外科技術20年來的發展歷程以及代表性技術，同時對中國及世界微創脊柱外科技術的未來發展進行了展望。

一、國內外微創脊柱外科技術的發展歷程

世界微創脊柱外科技術最早是由多種針對椎間盤疾病的經皮穿刺技術開啟，如二十世紀五十年代的經皮穿刺融盤技術、經皮髓核切吸技術，以及后來的經皮激光、等離子等技術^[1]。與傳統的脊柱外科手術不同，這一類技術不需要手術切口以及軟組織暴露，僅通過經皮穿刺技術將穿刺針放于椎間盤內，以實現疾病的診斷和治療。這一類技術我們統稱為微創脊柱介入技術^[2]。

現代微創脊柱外科手術實質上開始于上世紀80年代中后期。隨著顯微鏡技術在外科領域的應用，一部分脊柱外科醫師也開始嘗試采用顯微鏡來輔助脊柱外科手術。顯微鏡輔助可為術者提供清晰、放大的視野，尤其在位置深或在使用通道器械的神經減壓手術中更具有優勢^[3]。早期顯微鏡技術仍主要集中在神經外科領域，骨科領域多用于皮瓣移植、斷指再植等。真正將顯微鏡技術用到脊柱外科領域的時間是二十世紀八九十年代，而我國的脊柱外科醫師近5年才逐漸將顯微鏡用于微創脊柱外科手術^[4]。

目前顯微鏡已從傳統的2D發展為3D影像，同時從單純影像工具進化為現代數字導航影像，因此，脊柱外科中顯微鏡技術在近年來發展極為迅速。微創脊柱外科真正的最具有標志性的技術是脊柱內鏡技術。

在上個世紀90年代，隨著內鏡技術的不斷發展，國外一部分專家開始將胸/腹腔鏡應用到脊柱的前路減壓和修復重建。我國部分專家如中南大學湘雅二醫院的呂國華教授在90年代末期到2000年初，就開啟了胸/腹腔鏡下的脊柱外科微創技術^[5]。該技術也經歷了從早期的單純減壓、病灶切除到脊柱的修復與重建等過程，例如，采用腹腔鏡輔助下的腰椎前路的病灶切除及人工椎體支撐和螺釘固定就是這一技術的典型代表。隨著技術的發展，外科醫師還可在胸/腹腔鏡輔助下完成前路畸形的矯正和前路的固定融合手術^[6]。

胸/腹腔鏡技術除了入路微創外，還具有以下優點：一方面可以直觀地通過內鏡系統將手術過程的影像傳播給我們的手術者和參觀學習的學生；另一方面，由于內鏡系統的良好視野和放大影像，還可以實現開放手術無法完成的直接減壓。

目前有部分專家也開始嘗試通過內鏡輔助來完成經前方椎間盤的椎管內直接減壓^[7]?？梢?，胸/腹腔鏡技術在不斷的變化發展和改進后，已可逐漸應用于前路小切口脊柱手術中。當然，雖然胸/腹腔鏡技術操作形式微創，但應用于脊柱時手術難度高、風險大，并發癥的發生率也很高，因此，胸/腹腔鏡下的脊柱前路手術的適應證仍有較大限制。

內鏡技術在脊柱外科的應用對行業發展產生了深遠影響，也可稱為現代中國微創脊柱外科領域的里程碑。作為微創脊柱外科所特有的微創技術——顯微內鏡技術，在90年代末出現并開啟了微創脊柱外科的新紀元。真正將中國微創脊柱外科技術推向世界的是2006至2007年在國內逐漸開展的經皮脊柱內鏡技術。經皮脊柱內鏡技術開啟了中國微創脊柱外科技術的第二次革命浪潮。這一技術基于特殊的成像結構和通道式設計，可在非常小的切口下完成多種脊柱外科手術。

隨著技術的發展和工具的進步，這一技術已發展成為從早期的間接減壓到目前的直接解壓；從僅能用于單純椎間盤髓核切除、神經減壓到各種椎管狹窄減壓，包括中央椎管狹窄和神經根管狹窄；從單純的腰椎手術發展到胸椎、頸椎；從僅能單純減壓發展到經皮內鏡下的脊柱融合手術^[8-10]。

在以上海懋煜公司引進的德國Joimax經皮內鏡系統為代表的一系列器械進步推動下，這十余年間該技術在中國得到了迅猛的發展，并涌現出了大量的技術改進和自主創新，對現代中國微創脊柱外科技術的發展做出了重大貢獻。該技術使眾多患者感受到微創優異的臨床療效，同時也使得眾多醫師感受到了微創的魅力，看到了微創脊柱技術發展的未來。

二、脊柱經皮內固定技術的臨床應用

在微創脊柱外科技術發展的過程中，從早期的顯微鏡技術到后來的眾多包括胸腔鏡、腹腔鏡、顯微內鏡和經皮內鏡等一系列內鏡技術以外，脊柱的經皮內固定技術可以說是微創脊柱外科技術另一項里程碑式的技術^[11]。之所以稱之為里程碑式的技術，是因為在經皮椎弓根螺釘固定技術出現之前，微創脊柱外科技術僅局限于單純的減壓手術。

由于在微創小切口條件下完成脊柱的修復和重建具有極大的困難，因此，當時的所謂微創技術僅能完成單純減壓部分。而由于其操作太單一，適應證局限，在微創脊柱外科技術發展的早期并不被眾多傳統脊柱外科醫師看好。

隨著經皮椎弓根螺釘技術的出現，微創脊柱外科技術可完成包括病灶切除、脊柱內固定甚至畸形的矯正，真正開啟了微創條件下脊柱外科修復與重建的新紀元^[12]。微創經皮固定技術早期主要由國外引入，當時大家都認為是非常具有挑戰的技術，可喜的是，我們國內自己開發的各種技術也逐漸發展起來。因此，現在的經皮椎弓根螺釘固定技術已經成為一個非常普遍的、能被大多數臨床醫師掌握的常規技術。

三、脊柱微創融合技術的發展歷程和現狀

在微創脊柱外科技術的發展中，微創的融合技術使我們的微創脊柱外科在過去單純微創減壓的基礎上走向了微創減壓和脊柱融合的道路，包括各種從早期的小切口到后來的包括可擴張通道、微創管道等。

當然，這些所謂的微創通道或者微創入路，都需要顯微鏡或者內鏡的輔助才能完成。在當前微創融合技術里面，做出最大貢獻、同時影響最大并且應用最廣泛的就是微創下的微創經椎間孔入路腰椎椎間融合（minimally invasive surgery-transforaminal lumbar interbody fusion, MIS-TLIF）技術^[13]。

最經典的MIS-TLIF技術是在微創的通道下實現神經減壓、椎間植骨、椎間融合器植入以及經皮的節段性固定。這一技術從入路上避免了傳統方法（即由脊柱后方做長切口，以及肌肉、韌帶廣泛剝離）帶來的入路創傷。

同時，除了最早發展、目前應用最廣、得到大家認同的MIS-TLIF技術，近年來，腰椎側前路微創融合技術包括經側方入路腰椎椎間融合（direct lateral lumbar interbody fusion, DLIF）、極外側入路腰椎椎間融合（extreme lateral interbody fusion, XLIF）、前側入路腰椎椎間融合（anterior lumbar interbody fusion, ALIF）以及側前方的斜外側入路腰椎椎間融合（oblique lumber interbody fusion, OLIF）技術也在不斷得到臨床推廣和應用^[14-16]。

腰椎側方微創融合技術最大的優點就在于其避免了傳統腰椎融合過程中后方穩定結構的破壞。該技術通過患者側方小切口入路，實現了在不干擾后方腰背部軟組織和椎管內神經結構的基礎上，直接進行椎間盤的切除、椎管減壓、椎間撐開復位以及椎間融合。同時，對于需要多節段腰椎融合病例，傳統后路微創技術需做多個切口，既費時費力，又增加了手術創傷，同時也不美觀，而側方技術完美地避免了這一弊端^[17]。

隨著技術的發展，通過微創方法完成退變性脊柱畸形矯正也將成為現實?，F今，經皮內鏡輔助下的腰椎融合包括Endo-LIF（endoscopic lumbar interbody fusion，脊柱內鏡下腰椎椎間融合）技術、PT-LIF技術，以及PLIF技術等，都在不斷的臨床探索和應用中得到了實現^[18-20]。

對于這些技術，從事微創脊柱外科的中國脊柱外科醫師同樣做出了巨大的貢獻。通過先進的設備、器械，以及各種先進的臨床技術手段，微創脊柱外科技術已經實現了真正意義上的微創。在微創小切口下，通過顯微鏡或者內鏡的輔助，可以將局部的視野放大。在經皮內鏡下，神經組織甚至走形毛細血管均可得到清晰的顯像；但是，這種微創小切口下的微創技術，必須要在多種先進的設備器械的輔助下來完成。

四、導航技術在微創脊柱手術中的應用

回顧了近20年來中國微創脊柱外科的技術與發展，從早期的顯微鏡到內鏡再到經皮固定融合技術，還有經皮的內鏡融合技術，可稱之為“傳統微創脊柱外科技術，即T-MISS（traditional-MISS）技術”。以上眾多技術均體現在微創化基礎之上。

然而，隨著現代微創脊柱外科技術的發展，未來微創脊柱外科技術將向數字化方向迅猛發展。所謂微創技術，與傳統開放脊柱外科技術相比，可通過更小的切口和有限的軟組織損傷來到達手術區域，這一方法多依托于各種微創通道以及小切口技術來實現。雖然微創技術所帶來的手術創傷更小，但也由于這種有限的手術顯露，為外科醫師帶來另外的一個困難。

與傳統開放手術那樣能獲得清晰的解剖結構不同，在微創條件下，外科醫師只能觀察到有限的局部視野。在開放手術中，清晰的解剖學結構能為我們提供良好的解剖學參考。但微創技術中僅做手術區域的有限顯露，這將會給外科醫師帶來很大的一種術中迷失感，就像我們行走在四通八達、縱橫交錯的高速公路上。在這種微創的小切口下面，外科醫師往往無法判斷所顯露的區域是否準確以及局部的毗鄰結構。

如何解決這一問題？早期，為了保證手術的精準和安全，我們往往需要借助X線的透視來完成手術區域的定位。外科醫師需要在X線光透視輔助下進行操作，不可避免地需要接受射線輻照。大量的射線暴露，不僅給患者帶來傷害，同時也給醫師帶來了很大的職業風險，這成為阻礙微創脊柱外科發展的一個很重要的原因^[21]。

如何來解決手術定位及射線輻射的問題呢？隨著科技的發展，民用導航系統已在我們生活中得到廣泛的應用，使我們的生活變得非常便捷。同樣，導航技術在我們醫學中的應用，也大大地推動了醫學技術的進步和發展。另外，隨著3D打印技術的發展和快速成形技術的應用，包括解剖學3D模板、3D建模、術前規劃等，這些技術都給我們現代微創脊柱外科技術注入了新的活力，開啟了新的方向。特別是數字導航技術的應用，使現代微創脊柱外科技術走向了一個新的發展道路。

數字導航技術在臨床的應用以光學導航技術為主，通過紅外光導航的引導可實現手術器械的示蹤。手術室目前常規采用O-ARM聯合導航技術來完成各種微創脊柱外科手術。在脊柱外科，導航技術早期主要用于復雜的椎弓根螺釘的植入，包括脊柱畸形的矯正、上頸椎內固定等?，F在，其不僅用于椎弓根螺釘的植入，它已經可以實現手術的全流程導航，包括皮膚切口的設計、術區的顯露、病灶的切除及局部的修復與重建^[22]。

導航技術在外科特別是脊柱外科的應用，已經成為很重要的方法和手段。本研究團隊在5年前就已經從傳統的微創脊柱外科技術（即T-MISS技術），逐漸向數字微創脊柱外科技術發展，特別是將導航技術應用于多種微創脊柱外科技術。例如，目前開展的導航引導的頸椎后路內鏡技術，由皮膚的定位到手術通道的植入，都可實現導航的全流程引導。在脊柱外科應用中，導航技術不僅提高了手術的精準性，同時還避免了射線對臨床醫師的傷害，更重要的是，實現了全程的實時手術示蹤，具有更加精準便捷的特性。因此，在頸椎內鏡、腰椎內鏡以及MIS-TLIF手術中，我們均進行了導航應用的報道^[23-24]。

電磁導航是近幾年來發展成熟的導航技術，具有其獨特的優點。在電磁導航輔助的經皮內鏡手術中，可以直接觀察到電磁導航下的器械穿刺成形過程。本研究團隊也在這一方面進行了深入的工作和研發^[25]。

五、虛擬現實技術及手術機器人在微創脊柱手術中的應用

除了導航技術以外，多現實技術（X-REALITY）也是近年來在數字技術里得到迅猛發展和關注的技術。數字虛擬現實（virtual reality, VR）技術已用于日常娛樂中，在多種電子游戲、電影中都有虛擬現實技術的應用。虛擬現實技術實際上是將現實和計算機虛擬的圖像、情景交織在一起，從而構成了交互影像。近年來，這類技術在醫學中也得到了廣泛的關注。多現實技術包含了VR技術，增強現實（augmented reality, AR）技術、混合現實（mixed reality, MR）技術。

VR技術稱為虛擬現實技術，醫師只需要戴上特殊的眼鏡，就會看到我們在現實中見不到的情景和人物，它實際上是計算機模擬出來的場景。VR技術在醫學教育中非常重要^[26]。基于上述技術，目前所開發出來的教育系統，包括關節鏡虛擬教育系統、椎間孔鏡教育系統等，均使醫師不需要在大體標本上面進行學習和訓練。通過這種虛擬的場景就可以進行術前培訓和規劃。如本研究團隊使用的關節鏡虛擬教育系統，可模擬真實的場景，可選擇多種操作模式自我訓練，同時還具有打分系統，可進行訓練評估。在我們的數字實驗室內，團隊成員可以在虛擬的脊柱數據上直接進行相關的探討和研究。

AR技術是在虛擬現實的基礎上將虛擬和現實結合在一起，我們稱為增強現實技術。AR技術實際上是將虛擬和現實重疊起來，在醫學應用中，可以作為病灶的定位，醫師可以通過皮膚直接觀察到身體內部的骨骼結構和臟器，其中包括投影式、疊加式等多個應用^[27]。

MR技術即混合現實技術，它是虛擬和現實不斷的交互、混合的技術。它虛擬產生于現實，現實又用于虛擬。其在醫學中同樣具有巨大的應用價值^[28]。如由Scopis公司開發出來MR技術，可幫助醫師通過一種特殊的眼鏡觀察到我們術前的規劃，同時也可以幫助我們實現包括病灶的定位、切除，甚至椎弓根螺釘的植入等操作。目前，這類技術尚處于研究階段。由于醫師需要戴上特殊眼鏡，不便于手術操作，目前這類技術已從頭戴式發展為屏幕式，甚至未來可以在空氣中就可以實現圖像的術前、術中，甚至未來手術中的各種各樣圖像的轉化。

影像現實（cinematic reality, CR）技術它是一個真實與虛擬難分難辨的技術，它在醫學中如何運用目前尚不可知。由于其非常像真實的產品，CR技術將成為特別受關注的技術。未來如何將其應用于醫學的教育甚至治療方案的制訂和手術的操作上，目前也是大家特別關注的方面。

本研究團隊在數年前便建立了數字智能骨科實驗室，從早期開發骨科手術機器人，到后來建立數字實驗室，開展了多種數字技術的研究，包括導航技術、智能技術、虛擬現實技術等。我們最近也報道了基于O-arm引導下的虛擬現實技術，將導航技術和虛擬技術有機結合，相信這一技術也會成為一種重要的發展方向。

機器人技術是近年來發展最快，也得到特別關注的技術。脊柱外科機器人的發展可追溯到20世紀90年代初。由最早的Puma260型手術機器人，到現代脊柱外科機器人，同樣經歷了20余年的發展過程。

在臨床應用中，包括大家早期所應用的以色列的Mazor Renaissance機器人，即并聯式框架機器人以及Rosa機器人等，均逐漸地進入了臨床應用。其發展已由輔助手術操作到可實現手術之前的規劃，手術的實施等方面?？上驳氖牵覈灿凶灾鞯募怪饪茩C器人應用于臨床^[29-30]。

六、我國微創脊柱外科技術的未來展望

縱觀數字技術的發展，從3D技術、導航技術、虛擬現實技術以及手術機器人技術，都逐漸應用于微創脊柱外科領域。這類技術能夠幫助外科醫師提高手術的精準性和安全性。因此，對于此類技術，我將之稱為“數字微創脊柱外科技術”，即“D-MISS（digi-tal-MISS）技術”。

實際上，微創脊柱外科技術發展的這20年，已經從傳統的微創脊柱外科的T-MISS技術逐漸的走向了D-MISS技術。而D-MISS技術還會繼續推動微創脊柱外科領域不斷進步和發展。

另外，隨著大數據技術、生物信息學技術以及人工智能技術等的發展，我相信，具有智慧的能夠幫助醫師進行術前診斷、規劃，甚至進行術中的主動操作的機器人，即所謂智能機器人，必將進入臨床工作。因此，在不遠的將來，我們的微創脊柱外科技術也將會走向智能微創脊柱外科時代，我將它稱為A-MISS（artificial intelligence-MISS）時代。