2025盘点|胸腰椎脊柱外科新技术与研究进展
作者：海涌 杨宏浩
来源：首都医科大学附属北京朝阳医院
在机器人与导航领域，**的突破在于“去辐射化”手术流程的临床验证。基于MRI的机器人注册技术（MRI-based registration）与合成CT（Synthetic CT）技术的成熟，使得我们在不依赖术前CT辐射的情况下，依然能实现亚毫米级的手术精度，这对早发型脊柱侧凸（EOS）等需多次干预的儿童患者具有里程碑式的意义。同时，5G远程机器人的应用不仅验证了技术的成熟度，更开启了跨区域创伤救治的新模式。
人工智能（AI）已从单纯的影像识别工具演变为复杂的临床决策支持系统。2025年的研究展示了AI在预测成人脊柱畸形机械并发症、自动测量脊柱参数、甚至预测手术指征方面的**能力。深度学习模型的应用，正在重塑我们对疾病分型和风险分层的理解。
在脊柱畸形矫正方面，非融合技术如椎体栓系（VBT）和后路弹性栓系的研究更加深入，特别是关于过度矫正的精确预测和长期并发症分析，为精准适应证的选择提供了依据。成人脊柱畸形手术则更加注重预防性策略，如横突钩和椎板下栓系的应用，以及基于AI改良的GAP评分系统。
新型植入物与材料领域，3D打印多孔钛合金在侧方融合和前路融合中展现出了超越PEEK材料的融合率和更低的下沉率，逐渐确立了其作为新一代融合标准的地位。同时，粘弹性人工椎间盘（Viscoelastic Disc）的磨损颗粒研究为非融合技术的生物安全性提供了新的证据。
01
人工智能与机器学习：从影像分割到预后预测
2025年，人工智能在脊柱外科的应用呈现出井喷式增长，其核心特征是从“辅助诊断”向“预测性决策”跨越。深度学习算法不仅在处理复杂的脊柱解剖结构方面达到了专家级水平，更在预测术后并发症和指导个性化治疗方案上展现了巨大潜力。
1.1 自动化影像诊断与参数测量
脊柱参数的精准测量是手术规划的基石。传统的手工测量不仅耗时，且存在显著的观察者间差异。2025年的多项研究表明，AI正在将这一过程自动化、标准化。
1.1.1 脊柱侧凸的自动化评估
Chen W等开发了一种基于双平面X光片的快速3D脊柱重建算法。该AI模型能在6秒内完成3D脊柱模型的重建，并自动提取Cobb角、顶椎旋转、后凸角等关键参数。验证结果显示，其测量结果与资深专家的手动测量具有极高的一致性（ICC > 0.94），且98%的测量误差在临床可接受范围内，这意味着术前规划效率将得到质的飞跃 [1]。
针对传统Cobb角测量中忽视椎体形态改变的局限，Shi C等提出了一种结合SVD（奇异值分解）与深度学习的青少年特发性脊柱侧凸（AIS）评估框架。该方法不依赖预设的曲线模式，能灵活识别复杂的脊柱侧凸模式。更为突破性的是该研究引入了椎体楔变指数（VWI），结果显示VWI能捕捉到Cobb角无法反映的椎体结构重塑信息，为早期识别进展型AIS提供了强有力的预后工具 [2]。
在AIS的矢状面评估中，Zhao M等提出了LatXGen框架，这是首个能从背部深度体表图像直接合成侧位脊柱X光片的生成式AI模型。该框架包含“脊柱形态估计”和“侧位影像合成”双阶段，利用注意力机制的快速傅里叶卷积（AFFC）和空间变形网络（SDN），攻克了从背部体表轮廓推断椎体矢状面形态的难题 [3]。
针对的Lenke分型，Xie K等构建了一个基于关键点检测和椎弓根分割的AI模型。在860张X光片的测试中，该模型在判断弯曲类型（Curve Type）、腰椎修饰符（Lumbar Modifier）和胸椎矢状面修饰符（Thoracic Sagittal Profile）方面，分别达到了87.07%、92.59%和92.59%的准确率，Kappa系数均超过0.8，显示出与金标准极高的一致性 [4]。
1.1.2 椎管狭窄与退变性疾病的智能诊断
在腰椎管狭窄症（LSS）的诊断中，Beulah提出了一种混合深度Kronecker脊柱网络（DKN_Spinal）。该模型结合模糊局部信息C均值聚类（FLICM）进行狭窄区域分割，并利用DKN进行分类。实验结果表明，该模型在检测LSS严重程度（轻-中-重）方面达到了92.1%的准确率 [5]。这种高精度的自动化分级系统有助于在大规模筛查中快速识别需手术干预的高危患者。
针对椎间盘退变，Zou C等开发了一种结合腰椎CT、多序列MRI影像组学特征及临床数据的深度学习模型（Vision Transformer 3D），用于预测腰椎融合术后邻近节段退变的高风险患者。该综合模型在内部验证集上的AUC高达0.936，显著优于单纯依靠临床经验的预测 [6]。
1.2 大语言模型在临床诊疗决策中的作用
Su等针对退行性脊柱疾病诊疗中AI应用的准确性挑战，对比了通用大语言模型（ChatGPT-4o）与检索增强生成模型（NotebookLM，即加载了NASS指南的RAG-LLM）对五项NASS指南的依从性。结果显示，NotebookLM在回答准确性（98.3% vs 40.7%）、循证结论及信息完整度上均呈压倒性优势，而ChatGPT-4o虽然提供了更多补充信息，却常在手术与非手术干预建议中表现出缺乏证据支撑的“盲目自信”。这表明相比通用模型，加载了专业指南的RAG-LLM是更可靠的临床决策辅助工具，但在处理微妙的医疗情境时，医师仍需对AI建议保持审慎态度 [7]。
1.3 预测性分析：风险分层与并发症预警
AI的真正威力在于挖掘人类难以察觉的数据关联，从而实现精准的风险预测。
1.3.1 成人脊柱畸形（ASD）的机械并发症预测
机械并发症是ASD手术面临的**挑战之一。Lan Q等开发了一个深度学习驱动的系统，用于自动计算多版本的GAP评分。该研究引入了种族-年龄-性别校正的C-GAP评分（EAGA C-GAP），并在预测机械并发症方面表现出优于原始GAP评分的效能。研究特别指出，相对腰椎前凸（RLL）是预测内固定失败的最关键因素 [8]。
Feng Z等开发了一种利用术前MRI和CT影像数据的机器学习框架，旨在预测退变性腰侧凸患者行长节段融合术后远端内固定相关问题（DIP）的发生风险 。该研究对比了六种机器学习算法，发现纳入所有肌肉功能和骨密度相关变量的多层感知机（MLP）模型表现出**效能，其平均AUC达到0.98，召回率为0.90 。研究特别指出，多裂肌的相对功能横截面积（MF_rFCSA）和腰骶区域的CT值（HU）是预测DIP风险的最显著因子 [9]。
1.3.2 手术指征的智能化决策
针对ASD患者“是否需要手术”这一复杂决策，Baroncini等利用机器学习聚类算法分析了1319名患者的数据。模型识别出三类具有不同特征的患者群体，并发现生活质量评分（如ODI、SRS-22）和主弯Cobb角是预测手术指征的最强因素。这一模型有助于将主观的手术决策转化为基于大数据的客观建议 [10]。
1.4 合成成像技术BoneMRI
Cao等和Lafranca等的研究展示了AI生成图像技术的突破。Cao等利用深度学习从T2加权MRI生成合成CT（sCT），在检测腰椎小关节炎的骨质侵蚀和骨赘形成方面，sCT表现出优于常规MRI的敏感性（57.9% vs 5.3%）和特异性 [11]。
更进一步，Lafranca等验证了基于这种sCT进行脊柱导航的可行性，证明其在椎弓根螺钉置入精度上不劣于真实CT [12]。这标志着“无辐射、单模态成像”手术规划时代的到来。
02
机器人、导航与增强现实：突破精度的边界
2025年的脊柱外科技术不仅追求置钉的精准，更致力于降低辐射暴露和突破地理限制。
2.1 基于MRI的无辐射机器人导航
传统的机器人脊柱手术依赖于术前或术中CT，带来了显著的辐射负担。Altorfer等发表了一系列开创性研究，验证了基于3D MRI的机器人导航技术。在一项尸体研究中，研究者利用零回波时间（ZTE）和破坏梯度回波（SPGR）MRI序列作为Mazor X机器人的配准数据。置入的100枚腰椎椎弓根螺钉中，99.0%达到了Gertzbein-Robbins分级A或B级（89%为A级），平均偏差仅为0.2mm [13]。该团队进一步验证了该技术在解剖结构更为细小的胸椎（T1-T12）的应用。48枚螺钉的置入准确率达到了100%（A级或B级），轴向平面中位偏差仅为0.4mm [14]。这项技术对于需要长节段固定且对辐射敏感的青少年脊柱侧凸患者具有革命性意义，它提供了一种完全无辐射的手术导航解决方案。
2.2 增强现实（AR）导航的临床落地
AR技术正从实验室走向手术室，提供“所见即所得”的解剖透视。Castillo等对AR头戴式显示器导航进行了概念验证。他们采用了一种新颖的2D-3D配准方法，将术前CT与术中2D X光片融合，无需术中3D扫描。在151枚螺钉的置入测试中，97.4%的螺钉位置精确（GRS A/B级），角度误差控制在3度以内 [15]。这种技术不仅降低了设备门槛，还显著改善了外科医生的人体工程学体验。
2.3 5G远程机器人手术
Zhou L等报道了5G赋能的远程机器人辅助经皮椎体后凸成形术治疗胸腰椎骨折的临床研究。对比分析显示，5G远程操作组（26例）在置钉精度（77.6% vs 76.9%）、手术时间、出血量及术后影像学恢复方面，与现场机器人操作组（35例）无统计学差异 [16]。这一结果证实了5G低延迟特性已足以支持高精度的远程脊柱微创操作，为医疗资源下沉提供了切实可行的技术路径。
2.4 超低辐射成像技术
Bullert等进行了一项随机对照试验，评估在XLIF手术中使用超低辐射成像（ULRI）结合图像增强软件的效果。结果显示，该技术使外科医生的辐射暴露减少了72.1%，患者辐射剂量减少了66.1%，且未延长手术时间 [17]。这与机器人和导航技术的进步共同构成了2025年脊柱外科“微创化、低辐射化”的核心趋势。
03
脊柱畸形：从生长调控到精准截骨
2025年的脊柱畸形研究涵盖了从婴幼儿到老年的全生命周期管理，重点在于非融合技术的长期疗效验证和成人畸形矫正策略的精细化。
3.1 早发型脊柱侧凸（EOS）与非融合技术
3.1.1 主动顶椎矫正（APC）技术的抗融合特性
针对EOS的治疗，如何在控制畸形的同时保留生长潜力是核心难题。Ahmad等对采用主动顶椎矫正（APC）技术治疗的患者进行了研究。该技术利用后路栓系控制顶椎。通过3D-CT评估发现，在平均26.4个月的随访中，仅有16%的关节突关节发生融合，且凹凸侧无显著差异。这一发现有力反驳了后路栓系会导致早期融合的担忧，证实了APC是一种真正的非融合生长调控技术，能有效避免“曲轴现象” [18]。
3.1.2 椎体栓系（VBT）的并发症演变
Oh T等回顾了单一中心10年的VBT经验，发现并发症谱系发生了显著变化。早期的过度矫正率从13%降至2%，这得益于适应证的优化；然而，缆绳断裂率随随访时间延长而显著上升，在2018-2020年队列中高达59% [19]。Pahys等进一步分析了VBT过度矫正的预测因子，发现三角软骨未闭和低BMI是过度矫正的强预测因子（OR=6.8）。这些数据提示，VBT的长期机械稳定性仍是短板，未来可能更倾向于作为一种“暂时性内部支具”或需结合分期手术策略 [20]。
3.2 成人脊柱畸形（ASD）
3.2.1 前柱重建（ACR）策略对比
针对严重的动态矢状面失衡，Ahn等对比了开放前后路联合（PAP）与混合微创（Hybrid AP，即MIS-LLIF联合后路）两种ACR策略。结果显示，PAP提供了更强大的矫正能力，但代价是更高的出血量、更长的手术时间和更高的断棒率。相比之下，Hybrid AP虽然矫正力度略逊，但围术期并发症显著减少。这提示对于极端畸形，PAP仍是不可替代的手段，而对于中重度畸形，Hybrid AP是更安全的选择 [21]。
3.2.2 PJK预防新策略
近端交界性后凸（PJK）仍是ASD术后主要并发症。Sargut等的研究表明，在UIV+1和UIV+2实施标准化的椎板下栓系，能将远期PJK发生率从41.1%显著降低至16% [22]。Park等的多因素回归分析显示，在UIV+1使用横突钩同样能显著降低PJK和PJF的风险 [23]。这两种技术的核心机制均是在刚性固定与自由脊柱之间建立“软着陆”过渡区。
3.3 严重复杂脊柱畸形的评估与安全截骨技术
Zhang H等利用CT重建和脉冲振荡技术评估了重度脊柱侧凸矫正对气道的影响，发现后路融合术能显著扩张受压的气管和支气管，降低气道阻力（R20），从形态学和功能学双重维度证实了矫形手术的呼吸获益 [24]。
针对严重的角状脊柱侧后凸畸形 ，Zhou等对比了保留后方韧带复合体（PLC）的改良PVCR与传统PVCR两种手术策略 。结果显示，改良PVCR在畸形矫正方面表现更佳（局灶性后凸矫正率显著更高：62.26% vs 51.46%） ，且神经并发症发生率显著降低。这提示保留PLC有助于在截骨闭合过程中维持脊柱稳定性、控制截骨端位移并防止过度短缩，从而使改良PVCR成为比传统技术更安全、矫形效果更优的选择 [25]。
04
新型植入物与生物材料：微观结构的胜利
材料学的进步正在重新定义融合手术的标准，3D打印技术使得植入物的设计从宏观形状走向微观孔隙结构的优化。
4.1 3D打印多孔钛合金融合器
2025年的多项研究集中对比了3D打印钛合金（3D-Ti）与传统PEEK材料的性能，展现了3D-Ti的抗下沉（subsidence）属性、低翻修率及高融合率。
Burkhard等对233例行独立侧方椎间融合的患者进行了回顾。结果显示，3D-Ti组的翻修率显著低于PEEK组（13.0% vs 26.3%），且3D-Ti是降低早期翻修风险的独立保护因素（RR 0.52）[26]。Calek等人报道了100例使用3D-Ti融合器行ALIF或LLIF的患者，在不使用rhBMP-2的情况下，术后1年CT确认的融合率高达97.1% [27]。
3D打印钛合金的微孔结构模拟了松质骨，提供了优异的初始摩擦稳定性（初级稳定）和骨长入空间（次级稳定）。这种“生物型固定”有效解决了实心钛合金弹性模量过高导致的下沉问题，以及PEEK材料表面生物惰性导致的假关节问题。
4.2 3D打印微孔椎板在强直性脊柱炎中的应用
Daungsupawong等介绍了一种创新的3D打印微孔椎板，用于强直性脊柱炎（AS）后凸截骨矫形术中。该植入物旨在重建截骨处的后柱连续性。随访结果显示，使用该植入物的组别骨融合率高达96%，且未增加手术并发症，为AS截骨术后的后柱重建提供了新的解决方案 [28]。
4.3 骨移植材料的长期随访
Andresen等发布了一项关于ABM/P-15（一种结合了P-15短肽的无机骨基质）对比同种异体骨在腰椎非内固定融合中的10年随机对照试验结果。这是少有的超长期Level I证据，验证了合成生物材料替代同种异体骨的可行性与持久性 [29]。
4.4 粘弹性人工椎间盘（Viscoelastic Disc）
针对腰椎人工椎间盘磨损颗粒引起的骨溶解问题，Chin KR等对比了新型粘弹性椎间盘（VTDR）与传统关节式椎间盘（如Prodisc L）。体外磨损实验显示，VTDR产生的磨损颗粒量显著更少（1.7 vs 5.7 mg/MC），且颗粒直径较大（>1.9 μm），生物反应性更低，理论上能降低远期骨溶解和假体松动的风险 [30]。
05
创伤与肿瘤管理
5.1 脊柱骨折与肿瘤的综合治疗
Adida等的研究确立了针对病理性骨折的“分离手术”新范式。通过微创球囊扩张恢复椎体高度，随即进行立体定向放疗（SBRT）控制肿瘤。该方案实现了88%的疼痛缓解和88%的局部肿瘤控制率，且无骨水泥渗漏或放射性神经损伤，为不能耐受开放手术的肿瘤患者提供了**选择 [31]。
Chen C等人报道了利用一期后路单侧经椎弓根椎体次全切（PUTC）技术治疗严重胸腰椎爆裂骨折。该技术通过单侧入路完成环形减压和重建，避免了前后联合入路的创伤，术后后凸角从14.6°矫正至-6.8°，神经功能显著改善 [32]。
06
结论与展望
2025年的胸腰椎脊柱外科技术进展体现了鲜明的精准化、微创化和智能化趋势。
🔶 1.安全性飞跃：基于MRI的机器人导航技术的成熟，有望终结脊柱畸形矫正手术对CT辐射的依赖，这是确立脊柱外科新安全标准的重要一步。
🔶 2.AI赋能决策：人工智能已深度介入从筛查（如电子脊柱侧凸测量仪、步态压力分析）、诊断（自动化Lenke分型、LSS分级）、规划（合成CT、GAP评分预测）到预后评估的全流程，成为外科医生不可或缺的“数字副手”。
🔶 3.非融合与生物重建：无论是EOS的APC技术，还是成人使用的3D打印多孔钛合金植入物，都在强调保留功能和促进生物学愈合，而非单纯的机械固定。
🔶 4.术式融合与优化：5G远程机器人的应用，展示了通过流程优化和技术整合来提升医疗效率和可及性的巨大潜力。
综上所述，2025年的技术革新为脊柱外科医生提供了更丰富的工具箱，使我们能够在追求解剖重建的同时，**程度地保护患者的生理功能和长期生活质量。未来，随着这些技术的进一步普及和数据的积累，脊柱外科将向着更加可预测、更低创伤的精准医疗方向稳步。
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作者简介
海涌
医学博士，二级教授，主任医师，享受国务院特殊津贴专家，现任首都医科大学骨科学院副院长、脊柱畸形诊疗中心主任、脊柱畸形脊髓损伤联合实验室主任，兼任北京航空航天大学博士生导师。
作为国内脊柱畸形领域的领军者，长期专注于复杂疑难脊柱疾患的临床诊疗与基础研究，主刀完成脊柱手术逾7000例，患者遍及海内外。其临床专长涵盖重度脊柱侧弯畸形矫正、脊柱脊髓损伤修复及脊柱退行性疾病微创治疗，尤其在先天性脊柱侧凸、早发性脊柱侧凸的序贯治疗与人工智能辅助精准矫形领域具有深厚造诣。
主持国家重点研发计划3项、国家自然科学基金5项及省部级课题20余项，总经费超千万元。以**或通讯作者发表学术论文600余篇，其中SCI收录212篇（总IF>650，单篇最高IF 18.9），总被引超4200次，h-index达36。获授权发明专利8项、实用新型专利25项，涵盖脊柱牵张装置、3D打印导航模板及骨科机器人等关键技术转化。
担任中华医学会骨科学分会委员兼副秘书长；中华预防医学会骨与关节病预防与控制专业委员会常委；中国医师协会骨科医师分会常务委员、脊柱功能重建学组副组长；中国康复医学会理事兼副秘书长、脊柱专委会主任委员暨腰椎研究学组组长、骨质疏松专委会副主任委员、互联网骨科工作委员会副主任委员；中国医疗保健国际交流促进会骨科学分会常委；中国医药教育协会医疗器械管理专委会副主任委员；北京医学会骨科学分会副主任委员、脊柱学组副组长；北京医师协会骨科医师分会副会长；国际腰椎研究学会（ISSLS）现任主席；国际微创脊柱学会SMISS常务理事；国际脊柱侧凸研究学会SRS理事；《Global Spine Journal》《The Spine Journal》等5本国际期刊副主编/编委，以及《中国骨与关节杂志》《中国脊柱脊髓杂志》等10余本核心期刊副主编、编委等。
培养硕士、博士及博士后数十名，主编/主译《机器人和导航脊柱手术》《脊柱畸形外科学》等专著17部，以**完成人获华夏医学科技奖一等奖、中国康复医学会科学技术一等奖、北京市科技进步二等奖等省部级奖励13项，并荣膺“京城名医”“金柳叶刀奖”“最美康复科技工作者”等荣誉称号。
杨宏浩
首都医科大学附属北京朝阳医院2024级外科学博士研究生，师从海涌教授。
以一作/共一发表论文29篇，其中SCI 28篇（Q1及Q2），中文核心1篇，授权发明专利1项；参加国内外学术会议7次；获2023年北京医学科技奖二等奖、2024年中国国际大学生创新大赛北京赛区二等奖；获评硕士国家奖学金、北京市优秀毕业生等荣誉。
转载自：骨科在线
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