骨科机器人辅助微创手术治疗骨盆骨折的临床应用研究

2022-04-23李灿辉吴征杰曾焰辉何影浩司徒晓鹏杜雪莲洪石何家雄

北京生物医学工程 2022年2期

李灿辉吴征杰曾焰辉何影浩司徒晓鹏杜雪莲洪石何家雄

0 引言

随着工业和交通的不断发展，骨盆骨折的发生率也逐年提高，统计学结果显示骨盆骨折的发生率约占全身骨折的3%[1-2]。而由于骨盆所在的解剖学位置较为复杂，在骨盆骨折发生后往往会合并严重的创伤合并症，如血管损伤、盆腔脏器损伤等，严重威胁患者生命[3-4]。针对不稳定型骨盆骨折，常规非手术治疗的效果往往并不理想，常需要进行手术治疗。而针对骨盆骨折的手术治疗方式也从传统开放性手术治疗进展到了微创手术治疗。微创手术治疗技术的应用打开了骨盆骨折治疗的新视野[5]。但是，既往研究也显示，微创手术治疗对于术中复位以及内固定的准确性评估仍存在一定的缺陷[6]。随着外科技术的更迭，骨科机器人技术逐渐应用于临床工作中[7]。在骨盆骨折中，骨科机器人辅助下手术治疗有望解决微创手术中较难解决的精准复位、精准固定等瓶颈问题。但是其具体应用效果如何，尚存在一定的分歧。如部分学者认为由于机器人硬件自身的原因导致术中图像收集不清晰，最终影响术者术中的操作。由于远程操作中缺少触觉反馈，影响手术效果等[8-9]。鉴于本研究团队前期已于佛山市中医院开展骨科机器人手术治疗骨盆骨折患者并熟练掌握骨科机器人手术技能，本研究团队拟回顾性收集于佛山市中医院行骨科机器人手术治疗患者的各项信息，同时通过与传统微创手术进行手术情况、术后恢复情况的对比，从而明确骨科机器人手术治疗对于骨盆骨折患者的具体临床应用效果。

1 研究对象

回顾性分析2018年2月—2019年7月于佛山市中医院行微创手术治疗的Tile B型和Tile C型骨盆骨折患者112例。根据患者采用的手术方式将患者分为传统透视辅助微创手术组(57例)和骨科机器人辅助微创手术组(55例)。所有患者均签署知情同意书并经佛山市中医院伦理委员会批准。

2 手术治疗方式

2.1 骨科机器人辅助手术治疗

本项研究中骨科机器人辅助手术的患者均采用天玑骨科机器人Tirobot系统(北京天智航医疗科技股份有限公司)辅助进行。骨科机器人系统由主机、机械手臂、手术规划软件、光学跟踪系统、主控制台以及导航定位系统组成。手术过程均由同一名具有多年手术经验的骨科专科副主任医师主刀进行。骨科机器人手术步骤见图1。

A—术前CT三维成像评估患者骨盆骨折分型以及严重程度；B—术中明确体位以及手术视野；C—针对患者的骨折类型进行术中手术设计；D—天玑骨科机器人系统手术实时显示；E—内固定置入。图1 骨科机器人辅助下手术治疗骨盆骨折Figure 1 Robot-assisted orthopedic surgery procedure to treat pelvic fracture

(1) 术前根据X线、CT结果进行手术方案判断。(2) 术前做好骨科机器人设备、器械准备工作，连接并启动主控制台、主机系统。(3) 调整骨科机器人手术位置，做好无菌防护准备，安装患者跟踪器，根据术前标识应用C臂获取患者术区透视影像。(4) 根据术中获取的术区透视影像规划手术路径。(5) 手术路径规划完成后，在虚拟置钉规划图片的引导下操控机械手臂进行手术操作。在机械手臂上安装引导装置，调控机械手臂至规划路径。

2.2 传统微创手术治疗

传统微创手术组患者手术治疗过程均由另一名具有同等资质的骨科专科副主任医师主刀进行。手术方式采用经皮骶髂螺钉内固定手术治疗。患者麻醉方式采取全身麻醉，体位摆放选择仰卧位体位。确定手术视野后对术区进行常规消毒铺巾。

针对患者骨盆骨折首先于C臂透视下行手法闭合复位，若复位效果不理想，可同时采用小切口辅助闭合复位。复位满意后，于髂骨后侧做一长约2 cm横形切口作为手术部位，逐层钝性分离直至显露髂骨和骶髂关节，利用复位钳固定骨折端后透视明确复位情况。复位满意后将套管以固定角度固定至髂骨。利用电钻将导针依次穿过髂骨、骶髂关节以及第一骶骨锥体。C臂下评估置入的准确性以及安全性后，置入相应型号的拉力螺钉固定骶髂关节，见图2。

A—术前影像学检查评估骨盆骨折严重程度以及骨盆骨折分析；B—术后影像学评估手术稳定性。图2 传统微创手术治疗骨盆骨折Figure 2 Traditional minimally invasive orthopedic surgery to treat pelvic fracture

2.3 观察指标

术中观察指标：手术时间、术中置钉时间、螺钉非计划置入的比例以及位置偏移率。

术后观察指标：术后即刻Matta评分评估术后复位质量，评分为优则为满意，反之即为非满意；术后3个月时Majeed功能评分对患者康复情况进行评估，评分为良、优即为恢复优良；记录患者术后6个月内并发症的发生情况(感染、骨折延迟愈合、骨折不愈合)。

Matta评分[10]：于术后X线评估骨折对位情况，通过3个骨盆平面计算骨折最大移位距离：≤4 mm为优，5～10 mm为良，>10mm为一般。

Majeed评分[11]：患者下肢功能评价标准调查问卷。Majeed评分总分为100分。≥85分表示下肢功能恢复较优；55-85分表达恢复良好；≤55分表示患者恢复较差。

2.4 统计学分析

3 结果

3.1 患者的基线信息

传统微创手术组中，男性34名，女性23名，年龄(52.53±8.70)岁，患者BMI为(27.54±4.1)kg/m2，Tile B型骨盆骨折病例数为34例，Tile C型骨盆骨折病例数为23例，受伤至手术时间为(9.87±2.77)天。骨科机器人辅助微创手术组中，男性28名，女性27名，年龄(51.84±8.84)岁，患者BMI为(29.75±2.7)kg/m2，Tile B型骨盆骨折病例数为37例，Tile C型骨盆骨折病例数为18例，受伤至手术时间为(10.53±2.96)天。两组患者基线水平对比结果显示骨折类型、患者年龄、性别、BMI、受伤事件的差异均无统计学意义(P>0.05)。

3.2 机器人辅助手术治疗对患者术中情况的改善

两组患者术中对比结果(表1)显示：骨科机器人辅助微创手术组患者术中出血量、手术时间、术中置钉时间均明显小于传统透视辅助微创手术组，且差异具有统计学意义(P<0.05)；骨科机器人辅助微创手术组患者术中螺钉偏移距离、骶髂螺钉置入误差范围均明显小于传统透视辅助微创手术组，差异具有统计学意义(P<0.05)。

3.3 机器人辅助手术治疗对患者术后指标的改善

两组患者术后各项指标对比分析结果显示：骨科机器人辅助微创手术组术后Matta评分满意率、Majeed评分优良率均明显高于传统透视辅助微创手术组(P<0.05)；骨科机器人辅助微创手术组术后并发症的发生概率明显低于传统透视辅助微创手术组(P<0.05)；术后影像学评估螺钉位置偏移率以及非计划螺钉置入的发生情况结果显示，两组患者的差异无统计学意义(P>0.05)，见表2。两组患者的并发症中感染、骨折不愈合、骨折延迟愈合的发生率的差异无统计学意义(P>0.05)。Tile C型骨折术后发生感染的概率较Tile B型骨折升高，差异不具有统计学意义(P>0.05)，具体数据对比情况见表3。

表2 两组患者术后指标比较 [例(%)]Table 2 Postoperative comparisons between the two groups [n (%)]

表3 两组患者术后并发症发生情况对比 [例(%)]Table 3 Comparisons of the occurrence of complications between the two groups [n (%)]

3.4 骨科机器人手术对于不同骨盆骨折类型患者的治疗效果

对骨科机器人辅助微创手术组，根据骨盆骨折类型进行相应的亚组分析，结果如表4所示。Tile C型骨折患者术中出血量、手术时间、术中置钉时间、螺钉偏移情况、骶髂螺钉置入误差范围都明显高于Tile B型骨盆骨折患者(P<0.05)。

表4 骨科机器人手术对Tile B型骨折和Tile C型骨盆骨折治疗效果的对比分析Table 4 Comparative analysis of the therapeutic effect of orthopedic robotic surgery on Tile B fractures and Tile C

4 讨论

本项研究通过对于佛山市中医院行传统微创手术治疗和骨科机器人辅助微创手术治疗的112名Tile B、C型骨盆骨折患者进行对比分析结果显示，骨科机器人辅助微创手术治疗骨盆骨折可以明显缩短手术时间，减少手术失血。同时，骨科机器人辅助微创手术明显提升了手术的准确性和安全性。主要表现为缩短置钉时间、降低了螺钉位置偏移程度以及骶髂螺钉置入误差范围。同时，通过对患者进行术后随访观察，显示骨科机器人辅助微创手术治疗方式可以有效提升复位的满意度以及患者术后的功能恢复，降低术后并发症的发生。

骨盆解剖结构复杂，主要是由骶骨、髂骨、耻骨及其周围的韧带所共同组成的环状结构[1,8-9]。其在人体中的主要作用是作为人体的承重结构。而骨盆后环中的骶髂关节在维持骨盆稳定性功能等方面具有重要的作用[12]。既往研究报道显示，当骶髂关节因受外伤影响发生移位后，骨盆整体的稳定性会丧失60%以上[13]。此时，如果选择保守治疗则会严重影响到患者的生活质量。因此，针对不稳定性骨盆骨折，积极的手术治疗已成为其主要的治疗方式。随着骨科技术的更迭，目前较为广泛应用的手术治疗方式为针对骨盆前环骨折采用骨盆前路钢板内固定术，针对骨盆后环骨折采用经皮骶髂螺钉内固定术[14-16]。而骶髂螺钉内固定术对于术者的操作技术与经验要求极高，因为术者需要在不剥离暴露骨折断端的基础上通过C臂辅助对骨盆后环进行内固定治疗[17]。这一手术方式目前仍存在术中置钉时间较长、螺钉位置发生偏移以及骶髂螺钉置入误差较大等多种缺陷[18]。因此，如何安全有效置入骶髂螺钉是目前临床遇到的难点和痛点。

随着计算机技术的突飞猛进，机器人辅助下的骶髂螺钉置入术逐渐被应用于临床[19]。既往研究显示，机器人辅助下骶髂螺钉置入术可以为术者术中操作提供准确的定位以及导航。这一技术的引进为手术的安全性提供了一定的保障[20]。但是，该技术是否优于传统经皮置入骶髂螺钉术，骨科机器人辅助手术是否真的安全有效，目前鲜有研究报道。本研究尝试通过术中、术后各项指标对比传统微创手术与骨科机器人辅助微创手术治疗骨盆骨折的手术效果，从而明确骨科机器人手术的具体应用效果。

既往研究显示，手术时间、失血量是引起患者术后发生感染的独立危险因素[21-22]。因此，本研究统计了两组手术的手术时间以及术中的失血量。结果显示，骨科机器人辅助下手术治疗可以明显缩短患者的手术时间以及术中失血量，且差异具有统计学意义。引起上述差异的主要原因可能为以下几点：(1)术中机器人手术可以通过计算机技术对手术路径进行精准预测，从而避免了血管损伤，同时避免了反复的透视所带来的时间损耗。(2)患者术中出血量减少后术野的清晰程度明显提升。既往研究中显示传统的微创手术中螺钉错位率为2.6%，而机器人辅助下的螺钉错位率明显降低，仅约0.8%[23]。这与本研究团队的研究结果相似。本项研究中机器人辅助微创手术后螺钉位置偏移距离为(2.25±1.07) mm，而传统透视辅助微创手术螺钉位置偏移距离为(5.47±1.33) mm。机器人辅助手术明显降低了螺钉位置的偏移程度。