脊柱手术机器人自第1代发展至今已有20年历史，目前关键技术已日趋完善，出现了以器械内植物可视化导航、无导丝植钉为特征的第4代机型。机器人辅助脊柱手术（robot-assisted spine surgery，RSS）技术基础原理包括手术计划、追踪、图像注册以及机械臂控制技术。目前，该技术已成熟应用于胸腰椎手术中，在颈椎手术、脊柱肿瘤手术以及经皮脊柱手术等脊柱外科领域尚处于初期阶段，在精确定位、减少手术创伤，从而改善患者预后方面具有优势。RSS技术前沿研究同时关注临床成本效益分析以及机器人特异性并发症。随着人工智能技术实现与机器人手术计划的结合，RSS技术将进一步整合其他新兴技术，应用于更广泛的临床场景中。
引用本文： 黄逸, 王岩. 机器人辅助脊柱手术的历史、前沿与未来趋势. 中国修复重建外科杂志, 2024, 38(8): 904-910. doi: 10.7507/1002-1892.202404109 复制
机器人辅助脊柱手术（robot-assisted spine surgery，RSS）是脊柱外科手术向微创化、精准化发展的技术进展。目前，随着大量脊柱手术机器人（spinal robotics，SR）系统进入市场并投入使用，RSS技术逐渐在全球范围内得到应用（图1）。本文旨在探讨RSS技术从诞生之初到如今广泛应用的历史沿革，以及关键技术原理、临床应用现状与其未来前景。
图1
RSS技术发展时间轴
Figure1.
Development timeline of RSS technology
1 历史沿革
根据国际机器人联合会的定义，具有自动性、可编程性和交互性3个关键特征的设备可称为“机器人”。手术机器人技术源自工业机器人，20世纪50年代末“机器人之父”恩格伯格发明了全球首台工业机器人Unimate，并将其用于汽车工业生产，80年代机器人技术在医疗领域开始发展。1985年，由工业机器人改造的PUMA200问世，并完成了首台机器人辅助手术，实现了神经外科手术中精准定位的目标[1]。
随着机器人技术的进步与临床治疗需求的提高，手术机器人开始被独立研发，从而区别于以往基于工业机器人的专科化改造。手术机器人按控制原理可分为遥控型机器人、共同控制型机器人及监督控制型机器人。2000年，用于软组织手术的遥控型机器人达芬奇的出现标志着手术机器人技术的突破，达芬奇在术者直接控制下能完成复杂精细的手术任务，可在严格限制的手术空间内完成多自由度灵活操作。
目前，骨科领域广泛应用的手术机器人类型为共同控制型机器人，即机械臂与术者同时控制手术器械，机器人导向、运行过程中有部分自主性。共同控制型机器人结合了机器人操作稳定、精准度高及减少术者操作疲劳的特点，以及人类在决策、判断与应对突发情况的优势，更适合骨科择期手术这类对数值精度要求较高的应用场景。机器人在关节外科领域的应用早于脊柱外科领域，RoboDoc是美国THINK Surgical公司研发的关节置换机器人，1992年其完成了第1例机器人辅助全髋关节置换术。进入21世纪之后，关节外科机器人快速发展，出现了以美国Stryker公司MAKO、Smith & Nephew公司 CORI为代表的新一代关节置换手术机器人，其手术目标是通过追踪技术与触觉反馈技术对骨性结构实现高精度切削操作。
SR的研发亦开端于工业机器人的改造。1992年，Sautot等将PUMA 260连接激光发射器进行了仿真模型骨的椎弓根螺钉植入实验[2-3]。早期机型针对多种脊柱手术操作，包括经椎弓根螺钉植入、椎体成形术、椎体活检、椎板切除、神经阻滞、局部电刺激等。由于操作目标不同，受制于技术瓶颈或临床可用性，学者们放弃了对遥控型机型、由机器人自主操作监督控制机型的进一步开发与应用，以经椎弓根螺钉植入为目标的共同控制机型成为主要研发对象，其一般手术应用流程包括影像规划、注册识别、机械臂执行（图2），以完成椎弓根螺钉植入为手术目标构成了目前RSS技术的基石。从第1个成功广泛应用于临床的SR开始，发展至今已有20年，可根据其技术特征大致划分为四代（表1）。
图2
RSS技术原理示意图
Figure2.
Schematic illustration of the RSS technology principle
表1
各代SR系统特征对比
Table1.
Comparison of different generation of SR
第1代SR是以色列Mazor公司的SpineAssist，其为并联结构机器人，无完整的六自由度机械臂，通过线缆与主机并联、利用骨钉固定于患者骨性结构之上，保持患者与手术机器人的相对静止。SpineAssist在2004年获美国食品药品监督管理局（FDA）批准用于腰椎椎弓根螺钉植入、椎体活检与椎体成形术，随后被批准应用于胸椎、骶椎手术。其为一种便携式小型机器人，质量仅250 g，带有手术计划软件、骨性固定架，在影像注册方面实现了将CT数据与术中透视数据进行配准，对术中目标椎体进行逐个注册。SpineAssist每个椎体注册时间长达9 s，机械臂的工作空间局限，需要频繁手动调整固定架，以确保目标钉道在机械臂工作空间覆盖范围以内[4]。
得益于SpineAssist在商业上的成功，以Mazor公司Renaissance为代表的第2代SR应运而生，相比第1代在操作平台、交互界面、专用手术器械等配套部件上进行了完善，但仍为并联结构，应用时需将导向器件安装于患者骨性结构上。Renaissance机械臂组件进行了结构优化，软件的改进使得椎体注册、钉道计算等处理速度提高了10倍，术中能够通过手动、多次C臂X线机透视获得三维影像，于2011年获FDA批准用于骨科手术，适应证与SpineAssist相同。第2代SR尽管处理速度显著提升，但钉道准确度仍在1～2 mm范围，在临床实际应用中尚无法达到亚毫米精度。
第3代SR的出现是重要的技术突破，奠定了SR独立机器人平台的经典构成，包括主机台车、串联六自由度机械臂与追踪系统。第3代SR带有完整的六自由度及以上的并联式机械臂，相比于第2代可达到亚毫米级的定位精度。通过自动对每个椎体进行独立注册，以及术中利用光学追踪获得患者实时解剖信息，实现实时调整机械臂，消除活动节段椎体间相对运动的影响，基本克服了导向器钻头滑动、振动以及组织变形、骨皮质接触反作用力等因素的影响。第3代SR的代表为以色列Mazor公司Mazor X、法国MEDTECH公司的Rosa Spine等。截至目前，中国已有12个型号的SR获得国家药品监督管理局（NMPA）批准用于脊柱手术，基本属于第3代SR。
SR发展至第4代已进入共同控制机器人的成熟期，其特点是能基于追踪系统独立对手术器械、植入物实时追踪与实时可视化[5]。相比于前3代SR置入辅助导丝后再进行手动植钉操作步骤，第4代SR可直接进行无导丝植钉[6]。第4代SR的代表是以色列Mazor公司的Mazor X Stealth 版本（已被美国Medtronic公司收购）、美国Zimmer Biomet公司的Rosa One Spine、美国Globus Medical公司的Excelsius GPS，以及德国BrainLab公司配合主机使用的Cirq组件。第4代SR在经皮、微创手术方面具有明显优势，术者在度过学习曲线后内固定操作效率与安全性会大幅提高，尤其是针对复杂脊柱畸形病例。
但目前SR仍存在局限性。根据自动化水平，机器人可分为6个等级，0级-无自动化、1级-机器人辅助、2级-任务自动化、3级-条件自动化、4级-高度自动化与5级-完全自动化[7]，第4代SR系统仅达到3级-条件自动化水平。限于现有技术，SR功能单一，尚不能完成减压、截骨等操作；可视化方面，尚无法显示毗邻脊髓神经、大血管等重要解剖结构；对软组织的处理依赖术者完成手术入路显露。随着人工智能、医学影像以及机械臂技术的进步，未来将出现更智能的SR。
2 临床应用进展
2.1 胸腰椎手术
在椎弓根螺钉植入术中，根据腰椎椎弓根较宽、椎体横径及体积较大、近尾侧节段无脊髓走行的局部解剖特点，其容错性高于颈胸椎节段。在临床应用的20年中，随着SR系统更新迭代，机器人辅助胸、腰椎椎弓根螺钉植入在减少融合术中并发症、射线暴露及降低翻修率方面的优势逐步提高[8-9]。
技术改进方面，McCormick等[10]报道了一种胸腰椎RSS技术的“最优开放流程”，采用后正中切开、经肌间隙植钉以减少软组织牵拉对螺钉植入路径精度的影响，改进经皮螺钉多切口影响外观的问题。单一体位的RSS旨在优化前后路联合手术操作流程，从而减少二次体位摆放、铺单时间，进而缩短手术时间。Diaz-Aguilar等[11]报道了机器人辅助单一体位斜外侧腰椎椎间融合术（oblique lumbar interbody fusion，OLIF）队列研究，侧卧位进行OLIF同时由手术助手根据机器人导向进行经皮螺钉植入及内固定，手术时间（111.2±25.2）min，螺钉植入准确率为95.0%，无螺钉相关并发症发生。Pham等[12]进行了机器人辅助长节段内固定，术中手术助手在辅助下于侧卧位同时植入S2AI螺钉。得益于机器人辅助经皮内固定的微创性与安全性，De Biase等[13]报道了1例在蛛网膜下腔阻滞麻醉下的RSS技术，患者在清醒状态下接受了经椎间孔腰椎椎间融合术，从而提出一种适用于严重谵妄及存在全身麻醉禁忌证患者的手术方式。
机器人辅助螺钉植入路径规划灵活，因此在胸腰椎复杂植钉、截骨方面具有优势。Li等[14]的回顾性研究发现，机器人辅助能显著提高皮质骨轨迹螺钉植入精度、缩短手术时间，并减少医疗团队的辐射暴露，从而提升手术安全性和效率。Ho等[15]报道了针对复杂Ⅱ度腰椎滑脱患者的机器人辅助内固定技术，RSS技术实现经椎间皮质原位螺钉固定，增强了内固定结构的把持力和稳定性，同时避免了传统髂骨螺钉固定的广泛剥离。目前机器人路径规划手术研究尚处于起步阶段，结合适应于SR系统的截骨技术，机器人辅助截骨将在复杂畸形矫形中具有广泛的应用场景[16]，基于SR系统的路径规划手术有望成为未来重要发展方向。
胸腰椎手术成本效益方面，Menger等[17]的成本矩阵研究共纳入557例患者，其中430例行机器人辅助植钉手术，RSS技术费用减少主要体现在因避免翻修和住院时间缩短带来的收益，其次为减少感染、缩短手术时间，每年成本减少达
2.2 颈椎手术
尽管RSS技术在胸腰椎手术中的应用已有20余年历史，但在颈椎手术中的应用仍然面临挑战。RSS技术在颈椎的应用旨在实现颈椎椎弓根螺钉等内植物的精准植入以及确保手术安全性，大部分SR机型仅被批准用于定位和引导腰骶椎螺钉植入，部分适用于胸椎。Rampersaud等[19]研究指出在中段颈椎、中段腰椎及胸腰段应达到1 mm以内的平移、5° 以内的旋转安全精度。目前NMPA与FDA批准用于胸腰椎的SR定位精度在2 mm以内、钉道角度精度在2° 以内，而应用于颈椎精度则要求至少在亚毫米级别[20]。Zhou等[21]对机器人辅助技术在颈椎手术中螺钉放置的准确性和安全性进行了系统回顾，纳入了160例患者和719枚颈椎螺钉的数据，机器人辅助螺钉放置的优化率和临床可接受率分别为88.0%和98.4%。Beyer等[22]的系统回顾研究纳入了随机对照试验、非随机对照试验、回顾性案例系列和个案报道，结果显示6篇文章报道机器人辅助放置482枚颈椎螺钉，平均螺钉偏移为0.95 mm，97.7%螺钉达到了临床可接受等级。上颈椎固定仅有个案报道，Sacino等[23]应用第4代SR进行C2峡部螺钉固定以及C1、2经关节突螺钉固定，术后影像学检查示获得良好固定。
颈椎周围组织相对薄弱，在全身麻醉术中肌松药物作用下，其活动性相较于胸腰椎更大，因此对机器人定位的绝对精度、同步刷新率等参数有更高要求。此外，颈椎椎体骨质小，机器人在配准过程中能获得可靠骨质信息有限，可能出现注册失败、注册错误，从而导致严重并发症的发生。颈椎周围有脊髓、神经以及椎动脉等重要结构，术者需要凭借对解剖的深刻理解、操作中的力反馈进行综合处理，以确保植钉成功，而目前机器人尚无完善的力学反馈机制，需要更多对机器人辅助颈椎手术中多重保护机制的研究，以进一步提高手术安全性。此外，目前研究多关注颈椎固定的术后即刻影像，需要对融合率等远期疗效进行进一步研究。
2.3 脊柱肿瘤手术
针对脊柱转移瘤或原发肿瘤，传统开放手术可能会导致术中大量出血，造成过度组织创伤或神经、血管损伤，进而发生术后严重并发症。对于高龄、有基础疾病、营养状况差以及既往接受过化疗、放疗或糖皮质激素治疗的患者，传统开放手术风险更高。RSS技术在脊柱肿瘤应用中，有使用遥控型机器人进行椎旁肿瘤切除的报道。SR系统应用于脊柱肿瘤手术能减少软组织显露及射线暴露，并在精准定位与切除病灶方面存在优势。Bederman等[24]应用SR系统辅助骶骨骨肉瘤En bloc切除术，通过术前设计软件规划多个切缘并执行，从而实现阴性切缘的肿瘤切除，并减少了术中失血。Petrov等[25]详细描述了采用经口入路的RSS技术，结合机器人引导的超声骨刀，成功进行了颈椎脊索瘤的En bloc切除术，机器人辅助定位确保了在接近神经和血管结构时，能够实现高精度骨性结构切除，确保脊柱肿瘤术中切缘阴性与最小损伤。李佳鸿等[26]报道了机器人辅助下对晚期胸腰椎转移瘤患者内固定的RSS技术，与传统手术相比术后功能及疼痛评分无显著差异，但术后输血以及住院时间均减少。
2.4 经皮脊柱手术
传统经皮脊柱手术需要多次术中透视，依据术者经验徒手穿刺达到目标解剖结构，而SR系统可以实现准确解剖定位，在内固定物植入以外的经皮操作定位过程中具有明显优势。郭松等[27]应用机器人辅助经皮椎体成形术，机器人组透视（6.96±1.80）次，与徒手穿刺组相比，显著缩短了术中穿刺时间、减少了术中透视次数。袁伟等[28]报道应用机器人辅助行经皮椎体后凸成形术，发现机器人组能够更好地矫正压缩椎体后凸畸形、恢复椎体高度，同时减少骨水泥渗漏，但并未减少术中透视辐射剂量。在椎间孔镜穿刺应用方面，郑山等[29]报道了机器人辅助进行经椎间孔镜入路穿刺，机器人组医师辐射暴露次数为（7.00±1.45）次，相比透视辅助徒手穿刺组有所减少，机器人组实现了准确经皮穿刺，降低了反复穿刺对患者造成的软组织损伤与神经损伤风险。受制于技术应用设备与耗材高成本问题，目前机器人辅助的经皮脊柱手术应用受限，随着技术发展有望在未来得到进一步普及，在优化经皮穿刺技术学习曲线同时提高操作安全性。
3 展望
RSS技术与人工智能技术的融合将成为未来重要发展方向，目前人工智能技术已应用于RSS术前流程计划。Scherer等[30]报道了一种卷积神经网络的腰骶椎椎弓根螺钉规划工具，以提高机器植钉自主性。Esfandiari等[31]报道运用基于深度学习算法提高RSS流程中注册配准的效率，降低术中配准失败可能性。Abel等[32]报道利用深度学习实现了用MRI图像取代CT进行术前规划的目标，减少RSS流程的射线暴露。人工智能技术的进步将进一步推动SR系统自动化水平，逐步实现术前规划、术中注册到执行的全面智能化。
鉴于RSS技术在临床实践中的广泛应用，特异性并发症已初见端倪，如SR系统定位漂移、二次修改钉道、机器人术中弃用、定位钉相关并发症等[33]。不同于传统手术，避免机器人系统的定位漂移、术中弃用与构件设计、图像算法、设备性能以及安全模式等密切相关。机器人的术中弃用可由注册失败、注册误差过大或设备故障等导致。定位钉相关并发症包括定位钉脱落、定位钉浅表皮肤感染以及定位钉相关骨折（由机器人定位钉导致的棘突、髂骨翼骨折[34]）等，需要对这类特异性并发症进一步研究，探索系统且有效的干预措施，制定SR系统标准流程与纠错临床指南。
目前，RSS基础设备费用仍是影响临床应用的主要因素。据报道，SR设备价格在700万元以上，而增强现实导航设备的成本仅为SR的1/10 [35]。基于国内大型病例数据，有望在近年研发出更符合我国临床需求的技术模式，SR可能更趋于便携化、小型化并支持远程操作，以减轻基础设备费用负担、促进医疗资源下沉。在监管与共识层面，目前针对RSS技术尚缺乏系统的安全性评估方法，需要制定相应的专家共识与临床指南，确保机器人系统的批准适用范围根据实际应用精度进行严格限定，以保证其临床应用的安全性与规范化，避免灾难性的术中并发症发生。随着相关技术的不断进步和临床应用的深入，RSS技术将在脊柱外科领域发挥不可或缺的作用。
利益冲突 在课题研究和文章撰写过程中不存在利益冲突
作者贡献声明 黄逸：资料收集、文章撰写；王岩：综述构思、观点形成、文章审阅与修改
机器人辅助脊柱手术（robot-assisted spine surgery，RSS）是脊柱外科手术向微创化、精准化发展的技术进展。目前，随着大量脊柱手术机器人（spinal robotics，SR）系统进入市场并投入使用，RSS技术逐渐在全球范围内得到应用（图1）。本文旨在探讨RSS技术从诞生之初到如今广泛应用的历史沿革，以及关键技术原理、临床应用现状与其未来前景。
图1
RSS技术发展时间轴
Figure1.
Development timeline of RSS technology
1 历史沿革
根据国际机器人联合会的定义，具有自动性、可编程性和交互性3个关键特征的设备可称为“机器人”。手术机器人技术源自工业机器人，20世纪50年代末“机器人之父”恩格伯格发明了全球首台工业机器人Unimate，并将其用于汽车工业生产，80年代机器人技术在医疗领域开始发展。1985年，由工业机器人改造的PUMA200问世，并完成了首台机器人辅助手术，实现了神经外科手术中精准定位的目标[1]。
随着机器人技术的进步与临床治疗需求的提高，手术机器人开始被独立研发，从而区别于以往基于工业机器人的专科化改造。手术机器人按控制原理可分为遥控型机器人、共同控制型机器人及监督控制型机器人。2000年，用于软组织手术的遥控型机器人达芬奇的出现标志着手术机器人技术的突破，达芬奇在术者直接控制下能完成复杂精细的手术任务，可在严格限制的手术空间内完成多自由度灵活操作。
目前，骨科领域广泛应用的手术机器人类型为共同控制型机器人，即机械臂与术者同时控制手术器械，机器人导向、运行过程中有部分自主性。共同控制型机器人结合了机器人操作稳定、精准度高及减少术者操作疲劳的特点，以及人类在决策、判断与应对突发情况的优势，更适合骨科择期手术这类对数值精度要求较高的应用场景。机器人在关节外科领域的应用早于脊柱外科领域，RoboDoc是美国THINK Surgical公司研发的关节置换机器人，1992年其完成了第1例机器人辅助全髋关节置换术。进入21世纪之后，关节外科机器人快速发展，出现了以美国Stryker公司MAKO、Smith & Nephew公司 CORI为代表的新一代关节置换手术机器人，其手术目标是通过追踪技术与触觉反馈技术对骨性结构实现高精度切削操作。
SR的研发亦开端于工业机器人的改造。1992年，Sautot等将PUMA 260连接激光发射器进行了仿真模型骨的椎弓根螺钉植入实验[2-3]。早期机型针对多种脊柱手术操作，包括经椎弓根螺钉植入、椎体成形术、椎体活检、椎板切除、神经阻滞、局部电刺激等。由于操作目标不同，受制于技术瓶颈或临床可用性，学者们放弃了对遥控型机型、由机器人自主操作监督控制机型的进一步开发与应用，以经椎弓根螺钉植入为目标的共同控制机型成为主要研发对象，其一般手术应用流程包括影像规划、注册识别、机械臂执行（图2），以完成椎弓根螺钉植入为手术目标构成了目前RSS技术的基石。从第1个成功广泛应用于临床的SR开始，发展至今已有20年，可根据其技术特征大致划分为四代（表1）。
图2
RSS技术原理示意图
Figure2.
Schematic illustration of the RSS technology principle
表1
各代SR系统特征对比
Table1.
Comparison of different generation of SR
第1代SR是以色列Mazor公司的SpineAssist，其为并联结构机器人，无完整的六自由度机械臂，通过线缆与主机并联、利用骨钉固定于患者骨性结构之上，保持患者与手术机器人的相对静止。SpineAssist在2004年获美国食品药品监督管理局（FDA）批准用于腰椎椎弓根螺钉植入、椎体活检与椎体成形术，随后被批准应用于胸椎、骶椎手术。其为一种便携式小型机器人，质量仅250 g，带有手术计划软件、骨性固定架，在影像注册方面实现了将CT数据与术中透视数据进行配准，对术中目标椎体进行逐个注册。SpineAssist每个椎体注册时间长达9 s，机械臂的工作空间局限，需要频繁手动调整固定架，以确保目标钉道在机械臂工作空间覆盖范围以内[4]。
得益于SpineAssist在商业上的成功，以Mazor公司Renaissance为代表的第2代SR应运而生，相比第1代在操作平台、交互界面、专用手术器械等配套部件上进行了完善，但仍为并联结构，应用时需将导向器件安装于患者骨性结构上。Renaissance机械臂组件进行了结构优化，软件的改进使得椎体注册、钉道计算等处理速度提高了10倍，术中能够通过手动、多次C臂X线机透视获得三维影像，于2011年获FDA批准用于骨科手术，适应证与SpineAssist相同。第2代SR尽管处理速度显著提升，但钉道准确度仍在1～2 mm范围，在临床实际应用中尚无法达到亚毫米精度。
第3代SR的出现是重要的技术突破，奠定了SR独立机器人平台的经典构成，包括主机台车、串联六自由度机械臂与追踪系统。第3代SR带有完整的六自由度及以上的并联式机械臂，相比于第2代可达到亚毫米级的定位精度。通过自动对每个椎体进行独立注册，以及术中利用光学追踪获得患者实时解剖信息，实现实时调整机械臂，消除活动节段椎体间相对运动的影响，基本克服了导向器钻头滑动、振动以及组织变形、骨皮质接触反作用力等因素的影响。第3代SR的代表为以色列Mazor公司Mazor X、法国MEDTECH公司的Rosa Spine等。截至目前，中国已有12个型号的SR获得国家药品监督管理局（NMPA）批准用于脊柱手术，基本属于第3代SR。
SR发展至第4代已进入共同控制机器人的成熟期，其特点是能基于追踪系统独立对手术器械、植入物实时追踪与实时可视化[5]。相比于前3代SR置入辅助导丝后再进行手动植钉操作步骤，第4代SR可直接进行无导丝植钉[6]。第4代SR的代表是以色列Mazor公司的Mazor X Stealth 版本（已被美国Medtronic公司收购）、美国Zimmer Biomet公司的Rosa One Spine、美国Globus Medical公司的Excelsius GPS，以及德国BrainLab公司配合主机使用的Cirq组件。第4代SR在经皮、微创手术方面具有明显优势，术者在度过学习曲线后内固定操作效率与安全性会大幅提高，尤其是针对复杂脊柱畸形病例。
但目前SR仍存在局限性。根据自动化水平，机器人可分为6个等级，0级-无自动化、1级-机器人辅助、2级-任务自动化、3级-条件自动化、4级-高度自动化与5级-完全自动化[7]，第4代SR系统仅达到3级-条件自动化水平。限于现有技术，SR功能单一，尚不能完成减压、截骨等操作；可视化方面，尚无法显示毗邻脊髓神经、大血管等重要解剖结构；对软组织的处理依赖术者完成手术入路显露。随着人工智能、医学影像以及机械臂技术的进步，未来将出现更智能的SR。
2 临床应用进展
2.1 胸腰椎手术
在椎弓根螺钉植入术中，根据腰椎椎弓根较宽、椎体横径及体积较大、近尾侧节段无脊髓走行的局部解剖特点，其容错性高于颈胸椎节段。在临床应用的20年中，随着SR系统更新迭代，机器人辅助胸、腰椎椎弓根螺钉植入在减少融合术中并发症、射线暴露及降低翻修率方面的优势逐步提高[8-9]。
技术改进方面，McCormick等[10]报道了一种胸腰椎RSS技术的“最优开放流程”，采用后正中切开、经肌间隙植钉以减少软组织牵拉对螺钉植入路径精度的影响，改进经皮螺钉多切口影响外观的问题。单一体位的RSS旨在优化前后路联合手术操作流程，从而减少二次体位摆放、铺单时间，进而缩短手术时间。Diaz-Aguilar等[11]报道了机器人辅助单一体位斜外侧腰椎椎间融合术（oblique lumbar interbody fusion，OLIF）队列研究，侧卧位进行OLIF同时由手术助手根据机器人导向进行经皮螺钉植入及内固定，手术时间（111.2±25.2）min，螺钉植入准确率为95.0%，无螺钉相关并发症发生。Pham等[12]进行了机器人辅助长节段内固定，术中手术助手在辅助下于侧卧位同时植入S2AI螺钉。得益于机器人辅助经皮内固定的微创性与安全性，De Biase等[13]报道了1例在蛛网膜下腔阻滞麻醉下的RSS技术，患者在清醒状态下接受了经椎间孔腰椎椎间融合术，从而提出一种适用于严重谵妄及存在全身麻醉禁忌证患者的手术方式。
机器人辅助螺钉植入路径规划灵活，因此在胸腰椎复杂植钉、截骨方面具有优势。Li等[14]的回顾性研究发现，机器人辅助能显著提高皮质骨轨迹螺钉植入精度、缩短手术时间，并减少医疗团队的辐射暴露，从而提升手术安全性和效率。Ho等[15]报道了针对复杂Ⅱ度腰椎滑脱患者的机器人辅助内固定技术，RSS技术实现经椎间皮质原位螺钉固定，增强了内固定结构的把持力和稳定性，同时避免了传统髂骨螺钉固定的广泛剥离。目前机器人路径规划手术研究尚处于起步阶段，结合适应于SR系统的截骨技术，机器人辅助截骨将在复杂畸形矫形中具有广泛的应用场景[16]，基于SR系统的路径规划手术有望成为未来重要发展方向。
胸腰椎手术成本效益方面，Menger等[17]的成本矩阵研究共纳入557例患者，其中430例行机器人辅助植钉手术，RSS技术费用减少主要体现在因避免翻修和住院时间缩短带来的收益，其次为减少感染、缩短手术时间，每年成本减少达
2.2 颈椎手术
尽管RSS技术在胸腰椎手术中的应用已有20余年历史，但在颈椎手术中的应用仍然面临挑战。RSS技术在颈椎的应用旨在实现颈椎椎弓根螺钉等内植物的精准植入以及确保手术安全性，大部分SR机型仅被批准用于定位和引导腰骶椎螺钉植入，部分适用于胸椎。Rampersaud等[19]研究指出在中段颈椎、中段腰椎及胸腰段应达到1 mm以内的平移、5° 以内的旋转安全精度。目前NMPA与FDA批准用于胸腰椎的SR定位精度在2 mm以内、钉道角度精度在2° 以内，而应用于颈椎精度则要求至少在亚毫米级别[20]。Zhou等[21]对机器人辅助技术在颈椎手术中螺钉放置的准确性和安全性进行了系统回顾，纳入了160例患者和719枚颈椎螺钉的数据，机器人辅助螺钉放置的优化率和临床可接受率分别为88.0%和98.4%。Beyer等[22]的系统回顾研究纳入了随机对照试验、非随机对照试验、回顾性案例系列和个案报道，结果显示6篇文章报道机器人辅助放置482枚颈椎螺钉，平均螺钉偏移为0.95 mm，97.7%螺钉达到了临床可接受等级。上颈椎固定仅有个案报道，Sacino等[23]应用第4代SR进行C2峡部螺钉固定以及C1、2经关节突螺钉固定，术后影像学检查示获得良好固定。
颈椎周围组织相对薄弱，在全身麻醉术中肌松药物作用下，其活动性相较于胸腰椎更大，因此对机器人定位的绝对精度、同步刷新率等参数有更高要求。此外，颈椎椎体骨质小，机器人在配准过程中能获得可靠骨质信息有限，可能出现注册失败、注册错误，从而导致严重并发症的发生。颈椎周围有脊髓、神经以及椎动脉等重要结构，术者需要凭借对解剖的深刻理解、操作中的力反馈进行综合处理，以确保植钉成功，而目前机器人尚无完善的力学反馈机制，需要更多对机器人辅助颈椎手术中多重保护机制的研究，以进一步提高手术安全性。此外，目前研究多关注颈椎固定的术后即刻影像，需要对融合率等远期疗效进行进一步研究。
2.3 脊柱肿瘤手术
针对脊柱转移瘤或原发肿瘤，传统开放手术可能会导致术中大量出血，造成过度组织创伤或神经、血管损伤，进而发生术后严重并发症。对于高龄、有基础疾病、营养状况差以及既往接受过化疗、放疗或糖皮质激素治疗的患者，传统开放手术风险更高。RSS技术在脊柱肿瘤应用中，有使用遥控型机器人进行椎旁肿瘤切除的报道。SR系统应用于脊柱肿瘤手术能减少软组织显露及射线暴露，并在精准定位与切除病灶方面存在优势。Bederman等[24]应用SR系统辅助骶骨骨肉瘤En bloc切除术，通过术前设计软件规划多个切缘并执行，从而实现阴性切缘的肿瘤切除，并减少了术中失血。Petrov等[25]详细描述了采用经口入路的RSS技术，结合机器人引导的超声骨刀，成功进行了颈椎脊索瘤的En bloc切除术，机器人辅助定位确保了在接近神经和血管结构时，能够实现高精度骨性结构切除，确保脊柱肿瘤术中切缘阴性与最小损伤。李佳鸿等[26]报道了机器人辅助下对晚期胸腰椎转移瘤患者内固定的RSS技术，与传统手术相比术后功能及疼痛评分无显著差异，但术后输血以及住院时间均减少。
2.4 经皮脊柱手术
传统经皮脊柱手术需要多次术中透视，依据术者经验徒手穿刺达到目标解剖结构，而SR系统可以实现准确解剖定位，在内固定物植入以外的经皮操作定位过程中具有明显优势。郭松等[27]应用机器人辅助经皮椎体成形术，机器人组透视（6.96±1.80）次，与徒手穿刺组相比，显著缩短了术中穿刺时间、减少了术中透视次数。袁伟等[28]报道应用机器人辅助行经皮椎体后凸成形术，发现机器人组能够更好地矫正压缩椎体后凸畸形、恢复椎体高度，同时减少骨水泥渗漏，但并未减少术中透视辐射剂量。在椎间孔镜穿刺应用方面，郑山等[29]报道了机器人辅助进行经椎间孔镜入路穿刺，机器人组医师辐射暴露次数为（7.00±1.45）次，相比透视辅助徒手穿刺组有所减少，机器人组实现了准确经皮穿刺，降低了反复穿刺对患者造成的软组织损伤与神经损伤风险。受制于技术应用设备与耗材高成本问题，目前机器人辅助的经皮脊柱手术应用受限，随着技术发展有望在未来得到进一步普及，在优化经皮穿刺技术学习曲线同时提高操作安全性。
3 展望
RSS技术与人工智能技术的融合将成为未来重要发展方向，目前人工智能技术已应用于RSS术前流程计划。Scherer等[30]报道了一种卷积神经网络的腰骶椎椎弓根螺钉规划工具，以提高机器植钉自主性。Esfandiari等[31]报道运用基于深度学习算法提高RSS流程中注册配准的效率，降低术中配准失败可能性。Abel等[32]报道利用深度学习实现了用MRI图像取代CT进行术前规划的目标，减少RSS流程的射线暴露。人工智能技术的进步将进一步推动SR系统自动化水平，逐步实现术前规划、术中注册到执行的全面智能化。
鉴于RSS技术在临床实践中的广泛应用，特异性并发症已初见端倪，如SR系统定位漂移、二次修改钉道、机器人术中弃用、定位钉相关并发症等[33]。不同于传统手术，避免机器人系统的定位漂移、术中弃用与构件设计、图像算法、设备性能以及安全模式等密切相关。机器人的术中弃用可由注册失败、注册误差过大或设备故障等导致。定位钉相关并发症包括定位钉脱落、定位钉浅表皮肤感染以及定位钉相关骨折（由机器人定位钉导致的棘突、髂骨翼骨折[34]）等，需要对这类特异性并发症进一步研究，探索系统且有效的干预措施，制定SR系统标准流程与纠错临床指南。
目前，RSS基础设备费用仍是影响临床应用的主要因素。据报道，SR设备价格在700万元以上，而增强现实导航设备的成本仅为SR的1/10 [35]。基于国内大型病例数据，有望在近年研发出更符合我国临床需求的技术模式，SR可能更趋于便携化、小型化并支持远程操作，以减轻基础设备费用负担、促进医疗资源下沉。在监管与共识层面，目前针对RSS技术尚缺乏系统的安全性评估方法，需要制定相应的专家共识与临床指南，确保机器人系统的批准适用范围根据实际应用精度进行严格限定，以保证其临床应用的安全性与规范化，避免灾难性的术中并发症发生。随着相关技术的不断进步和临床应用的深入，RSS技术将在脊柱外科领域发挥不可或缺的作用。
利益冲突 在课题研究和文章撰写过程中不存在利益冲突
作者贡献声明 黄逸：资料收集、文章撰写；王岩：综述构思、观点形成、文章审阅与修改
