运用第3 代机器人导航技术与传统手术空心钉内固定股骨颈骨折的近期疗效对比

2020-04-16尹乾兵弋石泉刘进王恒谢成强震宇杜勇凯周华群

世界最新医学信息文摘 2020年26期

尹乾兵，弋石泉，刘进，王恒，谢成，强震宇，杜勇凯，周华群

（四川省绵阳市骨科医院髋关节外科，四川绵阳）

0 引言

髋部股骨头下到股骨颈基底部间的骨折被称为股骨颈骨折[1]，是一种常见的骨折，可发生于各可年龄段，其占全身骨折的3.58%，占髋部骨折的53%[2]。由于股骨头血供及股骨颈解剖结构的特殊性，在治疗过程中容易出现股骨头缺血坏死和骨不连，也被称为“未解决的骨折”[3]。有三翼钉、空心钉、DHS+防旋螺钉及加用内侧支撑钢板、F 型固定、偏轴螺钉固定等多种形式固定，但以空心钉固定为主流固定方式[4,5]。在股骨颈骨折尽量解剖复位或有效复位的基础上，通过三枚平行螺钉予以加压固定从而达到坚强固定并促进骨折愈合。

目前经皮徒手空心钉固定股骨颈骨折是大多数医院骨科医生采取的治疗途径，需要医生有良好的工作经验，特别是对前倾角的把握需要有三维空间想象能力，也很难达到三枚空心螺钉互相平行且平行于股骨颈轴线，螺钉互相间夹角均小于10°，螺钉尽量分散分布于股骨颈，贴近股骨颈皮质[6]，针尖端应尽量在股骨头软骨下5mm 以内但不要穿出股骨头，有利真正实现动态滑动加压机制从而达到滑动加压及最大螺钉拉力，增加固定的稳定性及促进骨折愈合[7]。若空心钉植入不能按动态滑动加压机制及螺钉在股骨颈内控制分布手术要求，就会导致螺钉切割，骨折移位不愈合，增加股骨头坏死的几率，延长病员下地负重时间。有人研究证明术中螺钉位置、长短、植入方向与术后骨折再移位、骨折愈合质量等有正相关性，从而对手术者有较高的要求才能达到治疗目的[8]。在手术过程中，为达到手术要求，需要多次透视调整导针、螺钉位置，增加了透视辐射量，对术者及病员带来一定的危害[9]。

为了增加手术的微创性，内固定植入的精确性，降低X 射线对人体的危害，医疗领域内手术辅助机器人不断更新换代。在1985年机器人就用于神经外科手术。随着机器人技术发展的日新月异，出现了达芬奇骨科机器人系统，我国的天玑机器人也应运而生。与常规手术相比，机器人可以提高手术精度，减少创伤，符合患者微创要求，促进创伤修复，减少术后并发症[10][11]。

为了克服术者手眼协调性和触觉的差异、手的不自主震颤对手术的影响精度，解决骨科手术的三大难题：看不见、打不准、拿不稳。我院于2018 年2 月引进国产第三代智能骨科手术机器人TiRobot 系统。它是基于3D 影像的骨科机器人。其主要设备为机械臂主机、光学跟踪系统、主控台车构成。光学跟踪系统不仅透视骨骼，还实时监控每一个手术环节；机械臂6 轴的设计兼顾了运动灵活性和操作的稳定性，能达到压毫米的精度；主控电脑系统智能传达医生的构思给以上两个设备，行“路径规划”。总之可以进行深层三维空间的精确定位，能够实时追踪，达到压毫米级手术精度，术中辐射减少70%以上，具有出血少，创伤小、精度高等临床显著优势。

表1 机器人手术组和非机器人手术组病员一般情况比较

注：术后患者均行登记并门诊或电话、微信随访。

2018 年3 月开始采用国产第三代智能骨科手术机器人TiRobot 系统辅助进行股骨颈骨折空心螺钉内固定术。选取同时间段愿意行机器人辅助固定患者及因经济原因选择常规手术方法的患者。术前同病员做了沟通，签署愿意国产第三代智能骨科手术机器人知情同意书。对手术中置钉透视时间、置钉透视次数，透视放射剂量、导针使用次数导致的无效容积，空心钉植入时间、术中出血量、术后正侧位X 片上每例任意每枚空心螺钉与股骨颈轴线的夹角度数、术后骨折愈合时间、功能评分方面进行对比，有利总结使用机器人导航经验，提高使用骨科机器人治疗效果。

1 资料与方法

1.1 一般资料

28 例患者均为该时间段内新鲜闭合股骨颈骨折。

机器人组：共28 例。男14 例，女14 例；年龄15-79 岁，平均年龄48 岁；按照股骨颈骨折Garden 分型[12]，I 型2 例，II 型8 例，III 型12 例，IV 型6 例；

损伤原因：跌伤15 例，骑车伤8 例，车祸事故3 例，高坠伤2 例；受伤时间至手术时间：（6h±5）天，平均3 天. 随访时间：1 年～1年半。

非机器人组：共29 例。男16 例，女13 例；年龄22-80 岁，平均年龄54 岁；按照股骨颈骨折Garden 分型[12]，I 型1 例，II 型10 例，III 型14 例，IV 型4 例；

损伤原因：跌伤18 例，骑车伤6 例，车祸事故4 例，高坠伤1 例；受伤时间至手术时间：（3h±6 天），平均4 天。随访时间：1 年～1年半。

病人选择通过伤情沟通，病员及家属选择复位空心钉内固定手术方案；术中因闭合复位不良而需要切开复位患者均不再本案内。

1.2 治疗方法

1.2.1 术前准备

所有患者入院后尽快完善检查，对沟通良好的患者实施绿色通道，一般不再对伤肢皮牵引过度制动，鼓励股四头肌收缩、踝趾关节伸屈锻炼。对于需超过24 小时手术者且血小板不低于60×109/L，根据病员体重使用相应剂量的低分子肝素钠或钙剂IH有利预防下肢深静脉血栓形成。若患者无糖尿病、肺部感染等易感因素，术前一般不使用抗生素。所有患者均采用国产7.3mm 空心钉作为内固定植入物。

1.2.2 手术方法

所有患者均采用全麻，病员仰卧于可透视骨科牵引床，根据骨折类型主要采用：(1)MC Elvenny 法；(2)Leadbetter 法；(3)whitman法复位，对于难复位型骨折，则结合克氏针撬搏股骨头干三维互动技术达到复位要求[13-14]。术中X 线检查骨折复位的判断标准：(1)Garden 对线指数（I 级、II 级）；(2)Lowell 双“S”曲线；(3)Gotfried阳性支撑[15-16]。

机器人手术组：(1) 机器人手术流程：图像配准→术中规划→机器人运动定位→术者植入导针→螺钉植入。(2)根据手术要求，在骨折复位的同时，安装好机器人系统结构，检查系统的运行情况是否正常，按要求输入患者相关信息。C 臂透视骨折复位满意后，予以消毒铺巾，机器人机械臂定位系统予以透明无菌塑料保护套罩住，在同侧髂前上棘作切口髂骨上安装稳示踪器，通过C 臂对股骨颈正侧位采集图像，要求在正侧位透视图像上10 个标记点全部在视野范围内，要求采集的图像清晰可识。在主控系统进行（顺行或倒三角）螺钉规划布局，重点在于螺钉的分散、平行、方向及深度，自动测量螺钉长度作为参考。根据需要选择第一枚螺钉导针，点击“运动”按钮，机械臂运动到指定位置，再次微调确认，顺导针套筒方向切开皮肤1cm 并切开阔筋膜，用止血钳分离软组织到股骨近端骨面，再将套筒推人接触骨面后钻入部分长度的导针，行C臂透视确认导针方向及位置正确后再将导针钻入合适的位置。同理依次钻入另两枚导针，机器人测量的所需螺钉长度仅参考，以专用测量尺测量的实际长度为准，根据骨折类型及拉力需要选择置钉先后顺序。根据病员年龄，部分病员术前骨密度检查，结合术中钻孔骨质强度等因素选择是否使用垫圈。

非机器人组：在C 臂透视下，根据患髋股骨颈前一枚克氏针定位，在股骨外侧壁钻入导针与股骨颈前导针平行徒手打入三枚导针，C 臂透视调整符合手术要求后予以切口，测深、钻孔并拧入三枚空心钉。

1.2.3 术后处理

术后予以预防感染、下肢深静脉血栓形成，指导下肢功能锻炼，禁止术肢直腿抬高锻炼。术后1、2、3、6、12、24 月复片，必要时行三维CT 检查，或双髋MRI 对比检查。根据病员骨折类型，术中复位固定情况及门诊复查情况，指导病员术肢部分辅助到或术肢全部负重（应针对患者伤情个体化指导）。

1.3 疗效评价

采用Harris 评分系统评估术肢功能。从疼痛、功能、畸形、关节活动四个方面评价，满分为100，90-100 分为优，80-89 分为良，70-79 分为可，70 分以，下为差。

1.4 统计学处理

应用SPSS 19.0（SPSS，美国公司）统计学软件进行统计学分析。计量资料（透视时间、置钉透视次数、放射剂量、导针使用次数导致的无效容积、螺钉植入总耗时、出血量、术后股骨颈正侧位轴线与空心螺钉的夹角、骨折愈合时间、Harris 评分指标）用±s 表示，两组间比较采用配对t 实验。检验水准α 值取双侧0.05。

2 结果

2.1 一般结果

我们将骨折复位时间剔除，只计算复位好后使用C 臂透视时间及透视次数更有说服力。机器人手术组和非机器人组透视时间平均分别为：（12±3.5）s 和（30.5±5）s，透视次数平均分别为（9.5±2.5）次和（30±10）次，出血量平均(20±5)mL 和(40±10)mL，导针使用次数导致的无效容积分别平均(883±3.5)立方毫米和(7948.1±3.2) 立方毫米，螺钉植入总耗时平均分别为(25±6)min 和(35±5)min。( 均采用德国ARCADIS orbic C 臂，6.4KV 1.1mas)，放射剂量平均为4.8CGYcm2和33.9 CGYcm2，以上比较项目存在统计学意义(P＜0.05，见表1)。

2.2 股骨颈正侧位轴线与空心螺钉的夹角

正位机器人组与非机器人组股骨颈轴线与空心螺钉的夹角分别为4.5°±1.6°和 6.5°±1.8°。侧位机器人组与非机器人组股骨颈轴线与空心螺钉的夹角分别为4.7°±1.7°和8.5°±1.5°。

二者差异有统计学意义(P＜0.05，见表2)。

表2 术后正侧位X 片上每枚空心螺钉与股骨颈轴线的夹角度数

结果显示机器人组螺钉方向与股骨颈轴线更接近平行。

2.3 术后术肢功能及并发症

两组伤口均愈合良好，髋关节活动不受限，术后根据复片情况个体化指导病员术肢逐渐负重。机器人组与非机器人组股骨颈骨折愈合时间分别为（6.1±3）个月和（6.3±3.5）个月，两组间比较差异无统计学意义（P＞0.05，表1）。目前无螺钉松动退出、切割、骨折不愈合及股骨头坏死等情况。末次随访采用Harris 评分系统评定术肢功能：机器人组平均（85±2.5）分，非机器人组平均（82±3.2）分，两组间比较差异无统计学意义（P＞0.05，表1）。

3 讨论

3.1 三代机器人系统的优势

目前多家医院临床研究证实机器人在精准重现手术规划、准确植入内固定、降低手术误差等方面有明显的优势，为医生的治疗选择提高了一个操作平台[17][18]。随着人民生活的提高对医疗技术的期望越来越高及机器人技术的飞速发展，机器人在骨科亚专业方面发挥越来越重要的作用。目前机器人可操作性越来越强，不受手术室环境、X 线、等方面的影响，克服人操作的视觉偏差，不稳定及易疲劳、减少X 射线对术者及患者的损害。

3.2 机器人置钉手术操作特点

第3 带机器人根据视觉原理，通过安装的示踪器与术中X 线透视图像形成的空间对应关系，计算出影像中任意一点的空间坐标，通过计算机的准确定位，规划手术内植物的三维空间路径，通过机械臂的运动引导导针到达手术规划的部位，从而达到内植物准确、安全的植入。

3.3 机器人辅助植入空心钉治疗股骨颈骨折的疗效

为保证手术的顺利进行及效果，医护人员及放射科均有专人到积水潭医院接受培训，医生为能徒手行股骨颈骨折复位空心钉内固定熟练操作者，手术早期有厂家的工程师的现场指导，后期根据需要行视频指导。有人通过生物学力学模型证实空心钉在股骨颈内的理想固定位置：（1）空心钉与股骨颈轴线之间尽量平行，任意一枚空心钉与股骨颈轴线夹角小于10°；（2）空心钉螺钉之间应尽量平行，任意螺钉之间夹角小于10°；（3）空心钉尖端位于股骨头软骨下5mm，螺纹应过骨折断端，避免螺钉过长穿出股骨头或过短影响加压固定效果。本组中机器人组导针穿刺次数明显小于非机器人组，其中出现有2 例导针出现在异常位置，与C 臂透视角度有关，与C 臂转动过程中撞到病员身体导致被穿刺部位移位有关，操作者即时发现后重新透视规划流程后避免进针错误。机器人测得螺钉长度仅作为参考，螺钉长度的选择最终由专用测量尺实测为准，并透视验证。术中术后螺钉之间的夹角、螺钉方向与股骨颈轴线方向夹角测量机器人组明显占优。由于术中伤口暴露时间短，穿刺次数少，出血少，透视次数少，故术前术后基本不用抗生素预防感染，局部软组织反应轻，股骨近端外侧皮质、股骨头颈骨质损伤小，麻醉时间缩短，减少了患者及操作者受X 射线的危害，让手术操作者感觉舒心。

4 注意事项

（1）相关人员接受专业培训才能配能默契；（2）手术操作者对骨折复位固定要求熟练，对术中可能出现的问题有预感性，不盲目信任机器人，“天玑”是半自动机器人，只是医疗辅助工具，必须由经验丰富的医生操作，医生需不断加强培训学习才能提高手术机器人效果，降低失误风险；（3）采用全麻麻醉方式，避免因病员较长时间卧床扭动身体导致定位等方面的错误，在专用骨科牵引床上对病员的固定需稳定；（4）C 臂透视推动过程需监视不能撞击患者，特别是采集图像到导针植入时间段，否则及时重新透视采集图像；（5）切开皮肤后止血钳一定分离到进针骨面，防止导针套筒存在软组织阻挡而发生方向移位，导针接触骨面后需稳定导针套筒，同时慢转耐心进入骨质内，避免操之过激，因导针较小刚触到骨皮质受转力时存在弯曲滑动或较硬的骨质时产生一定程度的偏移而导针结果不理想；（6）手术导针位置、螺钉长度需C 臂确认无误，不能有侥幸心理。另外两枚螺钉应在股骨颈中心偏上水平前后植入，与骨组织构成立体的框架结构，符合生物力学原则，有较高的抗剪切，抗弯曲、抗扭转能力。

总之使用国产第三代智能骨科手术机器人TiRobot 系统辅助进行股骨颈骨折空心螺钉内固定，有利手术的最大微创化、植入螺钉的精确化，减少对病员局部组织损伤的干扰，降低医源性并发症，提高骨折愈合率，降低股骨头坏死率及程度，满足人民医疗需求，同时最大限度减少X 射线对医患人员的危害，也符合快速康复理念。但是第3 代机器人价格高，维护成本高，国内患者经济支付能力和医保控费政策限制了机器人的广泛使用，暂时无法降低费效比[10]。在使用过程中机器人无法辨别重要软组织（重要的血管、神经），导针太细在钻动过程中容易走形，螺钉是否需与股骨颈轴线一定平行、股骨颈短缩、股骨头坏死几率是否明显降低等问题还需进一步临床总结观察。