导航和机器人辅助下颈椎椎弓根螺钉固定手术操作指南（2024版）

2.1适应证和禁忌证

导航和机器人设备有一定使用成本，明确其应用范围、筛选符合条件的患者才能发挥其最大价值。集中优势医疗资源服务于更为需要的患者，避免不当使用造成资源浪费，甚至引起相应并发症。

推荐意见1：适用于所有需下颈椎椎弓根螺钉固定的患者；对于下颈椎创伤、畸形所致解剖结构改变或变异，需椎弓根螺钉固定重建其稳定性的患者，优先推荐导航或机器人辅助治疗，如强直性脊柱炎伴下颈椎骨折（证据等级：A1级；推荐强度：一级）。

共纳入文献证据60项，其中A1级证据7项［23-29］，A2级证据4项［30-33］，B1级证据5项［34-38］，B2级证据26项［39-64］，C级证据17项［1，65-80］，D级证据1项［81］。

颈椎创伤、退变、感染、肿瘤等下颈椎疾患凡需椎弓根螺钉置入重建稳定性的患者，均可行导航、机器人辅助手术［1，23-81］。目前，关于导航和机器人辅助下颈椎后路椎弓根螺钉精确引导的文献较多，疗效佳［25，36，40-43］，前路椎弓根螺钉的辅助手术同样取得了良好效果，提高了手术安全性［51，67-70，81］。因此，导航和机器人辅助对于下颈椎前路或后路的椎弓根螺钉固定均适用［82-86］。

在颈椎结构畸形、创伤等因素造成的解剖结构变异、改变的患者中，导航和机器人辅助不仅能较徒手更为精准地置入螺钉，且可缩短手术时间、减少术中出血量、降低并发症发生率［25-26］。导航和机器人尤其适用于强直性脊柱炎伴下颈椎骨折脱位术区解剖标志不清的患者［39，63］，其中导航辅助组手术时间为（126.7±16.5）min，术中出血量为（72.0±20.8）ml，显著低于徒手组的（168.2±16.8）min、（97.4±16.3）ml［66］。Barsa［39］等前瞻性研究术中CT导航辅助下强直性脊柱炎伴颈椎骨折的治疗效果，共置入66枚椎弓根螺钉，精确度为95.5%。对于强直性脊柱炎伴下颈椎骨折患者，全范围椎弓根螺钉固定融合提供牢固稳定性重建是目前基本共识［39，87］，但内固定置入所依赖的解剖标志不清使得手术难度过大，且这类患者常合并骨质疏松，术中徒手置钉会增加反复调整螺钉的概率，严重降低螺钉强度［63］。因此，在复杂下颈椎疾患治疗中可应用导航或机器人。

推荐意见2：不适用于不能耐受手术、不能满足颈椎手术体位要求、术中获取的影像资料不能满足引导要求、未行颅骨牵引或头架固定、下颈椎椎弓根严重狭小的患者（证据等级：B2级；推荐强度：一级）。

共纳入文献证据60项，其中A1级证据7项［23-29］，A2级证据4项［30-33］，B1级证据5项［34-38］，B2级证据26项［39-64］，C级证据17项［1，65-80］，D级证据1项［81］。

不能耐受手术和不能满足颈椎手术体位要求（如严重脊柱畸形）属于颈椎手术的禁忌证，纳入的全部文献对此均有报道［1，23-81］。有学者强调术中获取的影像资料质量对引导置钉精确度的影响，当患者合并严重骨质疏松症时，空间配准所依赖的解剖标志的二维透视图像模糊，系统无法识别导致配准注册失败［47］；或既往颈椎手术存在内置物，金属伪影会影响对椎弓根内外侧壁的判定，可能导致无法实施引导路径规划［59］。研究结果表明，未能行颅骨牵引或头架固定均属禁忌证，如颅脑外伤所致颅骨骨折、局部需切开手术、头皮裂伤污染严重、头皮感染、局部病变如肿瘤、严重骨质疏松等［55，71］。Haemmerli等［88］认为，颅骨牵引或头架固定是导航和机器人辅助下颈椎手术维持术中局部稳定性的必要措施。颈椎螺钉置入精确度要求高，良好的术区结构稳定性才能避免引导精度受影响造成螺钉置入偏移。文献报道，下颈椎椎弓根严重狭小，其直径<3.5mm时，属于导航和机器人辅助手术的相对禁忌证［25］。

2.2术前准备

充分的术前准备亦是确保手术成功的基础条件之一，其中应用导航和机器人涉及手术团队、患者、设备准备三方面。组建专业的手术团队不仅可缩短手术时间，更能增加设备使用率。而患者、设备的准备则更加重要，关系着螺钉置入精确度、手术疗效、是否发生并发症等。

2.2.1手术团队

推荐意见3：成立导航或机器人辅助手术专业团队，且手术团队中至少有1人接受过导航、机器人操作规范化培训（证据等级：C级；推荐强度：二级）。

共纳入C级证据文献1项［65］。

由手术医师、手术配合护士及影像医师组成手术团队，根据情况确定团队人数和具体成员的角色［65］。其中手术医师需具备常规手术经验、相关解剖知识以确定系统是否准确，以及在导航、机器人系统无法运行时可随时切换到常规手术的能力［89］。由于导航和机器人辅助手术的顺利完成主要依靠这些精密设备的运行，除手术医师经验丰富外，其他配合的人员包括手术护士和影像医师的专业知识和操作经验要求也较高［90］，从术前准备的设备摆放到手术顺利配合、手术过程密切衔接、术后设备归位，整个过程任一环节出问题都会造成手术时间延长，甚至更改手术方案。陈晓丽等［91］的研究结果表明，良好的手术配合需团队内至少有1人经过导航和机器人操作的规范化培训，台下影像医师是指导整个设备流畅使用的关键人物。因此，团队中需派遣影像医师参加专业学习班或培训会，接受规范指导，了解设备性能和具体操作流程及突发问题的应对方法［89］。团队的熟练配合是缩短手术时间、确保手术顺利、提高设备使用率的重要保障［70］。手术团队在持续的手术配合实践中还需要不断总结经验教训，提出解决办法，调整具体配合流程［92］。

2.2.2患者及设备准备

推荐意见4：患者采用头架固定或颅骨牵引，并依据要求安放显示屏、工作站、机械臂、O形臂等设备（证据等级：A1级；推荐强度：一级）。

共纳入文献证据2项，其中A1级证据1项［23］，B2级证据1项［40］。

头架固定是导航、机器人辅助颈椎手术为避免颈椎术中活动影响精准性的标准措施［40，92-93］。Tian等［94］尝试采用术中颅骨牵引配合导航辅助颈椎手术并取得良好的治疗效果，表明颅骨牵引具有维持术中颈椎稳定的可靠性和配合导航或机器人手术的可行性。同时，对于下颈椎骨折脱位患者，颅骨牵引可减轻骨折椎体断端移位对脊髓造成的压迫损伤，更便于术中骨折的复位［95］。头颅外伤或颅骨骨折等是不能行牵引固定的常见因素。

导航和机器人在手术室的布局应遵循以下原则［23，92-93］：

（1）就近：机械臂置于靠近患侧或手术操作的位置；患者示踪器牢靠地固定于术区附近骨性结构或头架上，且不影响机械臂运行。

（2）可视：患者示踪器与机械臂或工具示踪器处于光学相机的可视范围内，避免可能影响光学信号传导的遮挡物，如托盘或头架。

（3）无菌：凡是距离手术台面近的存在潜在污染术区可能的设备，重点防护。

（4）标记引导：提前在地面标记好设备的位置，方便程序化设备快速摆放到位。

（5）便利：机械臂身和各关节避免处于导向器定位方向上，便于术者置钉操作；主控台不影响麻醉设备操作。

（6）合理布局：选择空间较大的手术室安排手术，避免与电生理监护、麻醉机等设备因拥挤导致的位置冲突。基于以上原则，根据具体情况设计相应的手术室设备布局。

2.3术中操作

2.3.1手术规划

导航技术是将虚拟影像与实际手术解剖部位的空间位置对应叠加，利用立体定位技术在计算机屏幕上实时观察手术解剖部位并能对操作器械进行动态追踪，属于术者的动态手术规划。而机器人的优势在于利用软件的模拟合成技术直接在工作站软件上规划设计好内置物置入路径，依靠机械臂的机械刚性引导完成目标手术，属于静态手术规划。无论哪种规划方式，都是基于对目标椎体的三维扫描重建。

推荐意见5：选择以术中摆放好体位后CT扫描数据为基准的术中螺钉规划方式，确定螺钉拟置入的位置（证据等级：A1级；推荐强度：一级）。

共纳入A1级文献证据7项［23-29］。

无论是导航还是机器人设备，辅助脊柱手术的规划设计均建立在对患者解剖结构三维扫描重建的基础上［73］。早期的导航和机器人设备因术中CT扫描技术的限制，依赖于患者术前检查仰卧位CT扫描，将获取的数据导入与引导设备配套的软件中，在术前完成螺钉置入规划［43，74］。然而，下颈椎术前重建的三维结构和术中目标椎体的实际空间结构会因体位的变化而产生差异。同时，术中给予的肌松药物及颈椎牵引等因素会显著增加两者的差异［72］。Arin等［26］

认为，颈椎的活动度较大，术中牵引、体位变化等因素所致术前与术中颈椎解剖结构变化则更明显，基于术前扫描规划为参考的引导精确度得不到保障，甚至因差异过大，术中透视图像与术前CT数据无法匹配而导致注册失败。2011年，美国食品药品监督管理局（FDA）批准的Renaissance机器人就是以此为机制。Renaissance机器人胸腰椎螺钉置入精确度为94.5%，而未见在颈椎上应用的研究报道［96］。后来发展的导航和机器人技术主流都是基于术中CT扫描获取数据进行规划［23-29］，如通用骨科机器人，其颈椎螺钉置入精确度高达96.2%［25］。Peng等［24］的Meta分析结果表明，术中扫描结合通用骨科机器人在颈椎上应用的临床疗效和安全性可靠。

2.3.2导航系统辅助下颈椎椎弓根螺钉置入

导航技术发展时间长，在准确性、安全性等方面优势突出，在骨科手术辅助领域发挥了重要作用。近年来，随着术中O形臂CT及光学追踪系统技术的进步，基于术中三维扫描的新一代实时导航系统解决了图像匹配不佳、精确度不稳定的问题，同时先进的红外光学追踪系统真正做到了实时灵敏反馈。导航技术不仅可精确辅助椎弓根螺钉置入，还可在脊柱侧弯的截骨矫形等方面发挥重要作用［97］。

推荐意见6：按照工具选择、工具验证、安装患者示踪器、导航注册、导航辅助的流程完成辅助置钉操作（证据等级：A2级；推荐强度：一级）。

共纳入文献证据10项，其中A2级证据1项［31］，B1级证据等级2项［37-38］，B2证据7项［44，47-48，52，55，59，64］。

导航系统辅助下颈椎椎弓根螺钉置入的关键步骤：

（1）工具选择。台下影像医师将当前手术需要用到的导航工具提前加载到软件中［31］。

（2）工具验证。在安装导航患者示踪器前，先完成所有导航工具的验证，以确保导航手术的流畅性，并确保系统中所添加的工具卡与实际使用的导航工具一致［55］。

（3）患者示踪器安装。患者示踪器的安装需遵守如下原则［37-38］：①安装牢固；②患者示踪器位置不影响手术操作；③患者示踪器需时刻能被导航所追踪，避免被手术器械与术者操作遮挡；④手术过程中需避免与患者示踪器发生接触。两种示踪器安装方式根据情况选择［59］：一是用螺丝刀将棘突夹固定在需固定节段上一个节段棘突上，将患者示踪器安装在棘突夹上，注意使用工具拧紧棘突夹，使之固定牢靠；二是采用万向臂联合患者示踪器，专用万向臂一端连接在头架上，顶端置于患者头侧靠近中线位置，另一端安装患者示踪器。颈前路示踪器通常需用万向臂连接固定于手术床边轨或头架上［43］。

（4）导航注册。采集影像资料后O形臂会自动与导航完成注册，并将数据发送给导航工作站。当手术区域为颈胸交界处时，可采用O形臂的高清模式进行“地图”的采集，避免患者两侧肩膀、锁骨等影响图像质量［98］。

（5）导航辅助。引导过程中注意以下事项：①手持导航工具至导航区域，观测导航图像相应变化是否流畅；②可使用配套高速导航磨钻完成开口与部分开路操作，从而减少对颈椎椎体的推压和术中导航的漂移；③置钉结束后可采用O形臂的高清模式进行影像验证［44，47-48，52，64］。

2.3.3通用骨科机器人辅助下颈椎椎弓根螺钉置入

通用骨科机器人是国内最早被用于辅助颈椎椎弓根螺钉置入手术的机器人，无论是上颈椎还是下颈椎均表现出较高的精确度［99］。Du等［100］的研究结果表明，通用骨科机器人较导航系统可为胸腰椎退变疾患的治疗提供更好的引导精确度且不增加并发症发生率。而Li等［98］认为，对于青少年脊柱侧弯畸形患者，通用骨科机器人辅助的精确度低于导航系统。因此，通用骨科机器人和导航系统在下颈椎应用的差异值得进一步研究。

推荐意见7：按照三维图像采集、空间配准、钉道设计、辅助手术的流程辅助完成椎弓根螺钉置入操作（证据等级：A2级；推荐强度：一级）。

共纳入文献证据9项，其中A1级证据2项［24-25］，A2级证据2项［32-33］，B1级证据3项［34-36］，B2级证据2项［42-43］。

通用骨科机器人辅助下颈椎椎弓根螺钉置入的关键步骤：

（1）图像采集。患者示踪器固定方法同上述导航系统原理［81］。调整光学相机位置，使其可同时识别和捕捉患者示踪器及机械臂示踪器的空间位置信息［34，36］；使用标尺法以验证扫描区域完整包含术区骨骼影像，注意确保标尺上的所有标记点均在透视图像范围内［34-35］。

（2）空间配准。进行三维图像扫描，系统自动完成图像传输与空间配准。注意图像采集、传输及配准过程中，患者示踪器及机械臂均不能有任何移动；应在此期间降低呼吸机潮气量至正常值的50%［42-43］。

（3）钉道设计。在机器人工作站中规划设计双边螺钉参数、进针点和方向［24-25］；此时需考虑软组织对螺钉规划设计的影响，当预计良好的设计受限于丰富软组织遮挡而实施困难时，则需降低设计预期，提高实施的可行性［101］。

（4）辅助手术：机械臂自动运行至规划路径后需进行微调，使精确度<1mm。机械臂运动过程中，定位精确度会实时显示在软件界面中。机械臂运动过程中需注意以下事项：①如果发现机械臂可能碰到患者或周围障碍物，应立即按下紧急停止按钮［42］；②导向器应尽可能靠近操作区域［43］；③套筒安装时，注意避免肌肉软组织对套筒及导向器的挤压［33］；④可使用电钻引导克氏针置入，避免克氏针钻入过深［32］。

2.3.4可视化导航机器人系统辅助下颈椎椎弓根螺钉置入

最新的机器人系统结合导航系统和通用骨科机器人的所有优势，即机械臂引导螺钉置入的过程中可同导航系统原理，实时观察螺钉置入在椎体内的空间位置。研究结果表明，该系统展现出更高的螺钉置入精确度并拓展了其在脊柱外科的应用空间，如设计内固定曲度和截骨矫形范围等［102］，但相较于导航系统和通用骨科机器人的术中操作流程更为复杂，更需要把握规范的操作原则。

推荐意见8：按照建立患者随动平台、术区三维扫描、快照、空间配准、钉道设计、辅助手术的流程辅助螺钉置入（证据等级：B2级；推荐强度：一级）。

共纳入文献证据3项，其中A1级证据1项［23］，B2级证据2项［40-41］。

可视化导航机器人系统辅助下颈椎椎弓根螺钉置入的关键步骤：

（1）建立患者随动平台。将连接组件、手术系统与患者解剖结构进行稳固连接［23］。

（2）术区三维扫描。建立机械臂禁飞区，利用2个摄像头+1个传感器，机械臂在患者上方拍摄影像，通过图像的拼接进行三维建模，定义机械臂在运行过程中与患者的安全距离。机械臂的任何关节绝不能进入建立好的术区（机械臂禁飞区），以保证患者安全［40-41］。

（3）快照。机械臂运行至快照位置后获取快照，目的是将导航参考系与机械臂参考系相关联以启用导航功能；若术中发生参考架移动，无须重新扫描图像或拍摄二维影像进行注册，只需再次快照即可完成重新关联［41］。

（4）空间配准。一是术中O形臂三维扫描，扫描后自动完成图像传输，注意配准时患者示踪器及机械臂均不能有任何移动；应在此期间降低呼吸机潮气量至正常值的50%。其注意事项同骨科机器人。二是配准方法，单椎体跨模态配准，使用二维C形臂采集2张二维影像，标记手术节段，完成单椎体分割，配准后主刀医师需验证配准效果［103］。

（5）钉道设计。方法同骨科机器人原理。

（6）辅助手术。机械臂自动运行至规划路径，术中可随时将导航探针触及机械臂导向器侧面小孔，进行定位精度可视化检测。注意事项［23］：①锚定导向后完成进针点确认和去皮质处理，勿用力下压锚定工具以防止滑移影响精确度；②设定开路器械限深，可使用高速磨钻旋转下接触骨面，观察导航画面进行深度控制，勿用力下压钻头，防止钻头变形或滑移；③导航画面监测下沿套筒引导方向攻丝，随后常规置入螺钉。

2.4常见问题及防止措施

导航、机器人在使用过程中会出现注册失败、数据传输障碍、画面卡顿、系统错误、机械故障、图像漂移等问题，而最常见且对手术精确度影响最大的就是图像漂移［95］。

2.4.1图像漂移的识别

术中图像采集后，要求手术部位解剖结构的空间位置相对固定。手术医师应具有判断图像漂移的能力。当出现以下情况即须怀疑可能存在图像漂移：

（1）导航或机器人引导的进针点、置钉角度、置钉方向与徒手置钉经验对照相差甚远；

（2）引导开路过程中出现落空感；

（3）开路结束后进针点出血较多，判断为静脉丛或动脉出血；

（4）使用探针探查发现椎弓根壁破裂；

（5）置钉时拧入阻力明显低于其他螺钉；

（6）置入螺钉后透视或扫描发现螺钉位置偏移严重。

2.4.2图像漂移的原因及应对措施

推荐意见9：图像漂移的原因主要包括解剖结构与患者示踪器的相对位移、示踪器松动等（证据等级：A1级；推荐强度：一级）。

推荐意见10：确定出现图像漂移的原因后针对性解决，如果无法解决则中转为常规手术（证据等级：B2级；推荐强度：一级）。

共纳入文献证据8项，其中A1级证据2项［28-29］，B1级证据1项［34］，B2级证据3项［41，62，64］，C级证据2项［67，80］。

当怀疑图像漂移时，选择明显的解剖标志，如棘突顶点、小关节进行验证［41］。如果定位准确，继续手术；但若无法纠正漂移，则需重新扫描。若重新扫描都无法纠正漂移，则需考虑切换固定方式为侧块固定或中转为常规徒手手术［93］。

解剖结构与患者示踪器的相对位移：

（1）软组织被过度牵拉，会导致局部解剖结构改变并产生与示踪器的相对位移［41］。

应对措施：术中操作需轻柔，操作时应注意定位准确［67］。若存在患者颈部肌群丰富、限制置钉方向、内倾角不足等情况，应在导航注册前充分暴露椎旁肌，避免注册后的过度牵拉［28-80］。但即使软组织被充分牵开而规划的最佳置钉方向也受严重干扰，甚至无法完成引导，可选择规划偏内的进针点和较小的螺钉外展角，进一步避免椎旁软组织对导航路径和机器人套筒的影响［8］。只有在以上方式均不能满足置钉要求时，才考虑经皮置钉后再行开放手术操作，但会增加软组织损伤［29］。

（2）患者体位摆放后，未行颅骨牵引或头架固定；体重较轻患者，颈椎在牵引下术中躯干出现相对位移［104］。

应对措施：患者体位摆放后，必须行颅骨牵引或头架固定，从而降低颈椎节段的活动度。并常规行患者双肩胶布牵拉固定以减少术中躯干位移［105］。

（3）减压或截骨会破坏脊柱的稳定性，导致解剖结构的相对位移［100］。

应对措施：术中条件允许的情况下，可先行内固定置入，再行减压或截骨等操作［93］。

（4）患者体位发生变化，如因麻醉需要对头架的移动，或患者术中苏醒可能会引起其解剖结构空间位置的变化［62，64］。

应对措施：移动头架或患者术中苏醒后需要对引导精度进行验证，否则就需重新进行图像采集和手术规划［67］。

（5）由于颈椎柔韧性大、灵活度高，钉道制备与置钉过程中向下推压椎体导致解剖结构与患者示踪器发生相对位移［76］。

应对措施：钉道制备与置钉过程中，应缓慢推进，中途间歇停顿调整，释放对椎体的持续推压，导航系统可确定画面实时更新与导航地图准确。可使用配套的高速导航磨钻与电动手柄辅助完成操作，尽量减少对椎体的向下推压［64］。

示踪器松动：

（1）患者示踪器松动。在手术过程中不慎触动患者示踪器，示踪器的位置可能发生变化。应对措施：应重复图像采集和手术计划［24］。

（2）导航通用工具示踪器松动。磨钻等常规工具可连接通用示踪器注册成可识别工具，因非原装配套工具，连接不紧密、松动则可造成图像漂移［64］。应对措施：使用前检查确认是否牢固，使用中避免磕碰示踪器。

（3）机械臂示踪器松动移位。机械臂示踪器与工具刚性连接，工具的形变或连接松动必将影响置钉的精确度，尤其是连接不牢靠导致松动移位，会造成引导图像的漂移［35］。应对措施：连接后的排除检查步骤必不可少，且尽可能地减少连接后对机械臂示踪器的触碰，否则需再次检查并选择解剖标志点对导航精确性进行验证［34］。

2.4.3其他问题

包括：（1）机械臂套筒滑动。机械臂套筒抵在颈椎陡峭的椎板上，当高速电钻旋转带动导针接触骨面时，有套筒滑动的可能［36］。

应对措施：应避免将进针点规划至骨性结构陡坡，高速磨钻或超声骨刀预处理规划的进针钉点骨面，然后使用带齿套筒先锚定在小关节的斜坡上［62，64］；也可直接使用高速钻头驱动的锋利导针，从而降低骨面滑移的风险［41］。

（2）骨折块浮动。如颈椎关节突骨折，引导的进针点所在骨面浮动造成偏差。

应对措施：在骨折块去除不影响整体稳定性的情况下，可去除浮动骨块后选择稳定的骨面作为进针区域。若骨折块大、相对稳定，则可使用高速磨钻，降低骨折块移位导致置钉精确度降低的风险［35］。

（3）光学跟踪信号的影响。导航、机器人系统必须保持对红外光的良好反射和接收，因角度或距离超出接收范围可能会导致图像漂移［59］。

应对措施：应调整光学摄像机，使手术区域位于其检测范围的中心，避免强烈的直射光和示踪器反射球上的血迹对红外光反射和接收过程的干扰［106］。

（4）系统硬件或软件故障。

应对措施：发现并正确识别故障后，需进行初步排查处理；若无法解决，则中转为常规手术［82］。

三、总结与展望

本指南基于现有导航和机器人辅助下颈椎椎弓根螺钉固定手术的证据文献，针对手术适应证和禁忌证、术前准备、术中操作和常见问题及防止措施方面给出推荐意见，以期为参与导航和机器人辅助下颈椎椎弓根螺钉置入手术的手术医师、手术配合护士和影像医师等提供参考，旨在提高该类人员的操作水平、提高螺钉置入精确度、缩短手术时间、减少相关并发症、提升患者满意度。根据手术适应证和禁忌证筛选适用人群，可最大化智能设备的使用价值；做好充足的术前准备，包括手术团队的建立、患者及设备的准备，可缩短手术时间、保障手术顺利、提高设备使用率；基于术中CT扫描的手术规划方式，进一步提高螺钉置入精确度；把握具体导航和机器人辅助手术流程中的原则，可提高手术效率、降低手术并发症；针对操作过程中最常见、最影响手术精确度的图像漂移问题，做到精准识别、及时采取应对措施，仍无法解决则中转手术方法。本指南仅作为学术指导和建议，不作为法律依据。然而，随着技术的进步，导航和机器人将逐步更新换代，未来需要更先进的导航和机器人设备在颈椎的广泛成熟应用，并有更高水平证据以进一步更新本指南。