骨科机器人辅助腓骨移植治疗股骨头缺血性坏死的临床疗效观察

刘莹 沈杰 韩巍 刘路

0 引言

股骨头缺血性坏死(osteonecrosis of the femoral head，ONFH)目前在临床上较为常见，主要病因有使用激素、过量饮酒、创伤后缺血坏死等。根据一项在1999—2008年开展的针对日本福冈县500万人口的流行病学调查显示[1]，非创伤性股骨头缺血性坏死的每年发病率为2.58/100000，男女发病率比为1.6∶1，且发病率逐年增加。股骨头缺血性坏死好发于30～50岁的中青年男性，如无有效干预措施，80%以上会进行性加重[2]，发生股骨头塌陷，最终只能采取髋关节置换手术。虽然现在髋关节置换手术已经非常成熟，但髋关节置换后假体关节使用寿命通常只有20年左右，进行髋关节翻修时手术难度大、医疗成本高，对于年轻患者，应尽量保留股骨头、避免病情进一步进展，首选保头手术治疗。目前保头手术中游离腓骨移植手术应用最为广泛，临床疗效也较为满意[3-5]。 Unal等[5]对21例接受吻合血管的游离腓骨移植治疗ONFH的患者长期随访结果表示，患者Harris评分由术前的(61±9.7)分提高至(84±17.8)分，游离腓骨移植在治疗塌陷前阶段的股骨头坏死具有良好疗效。郭晓忠等[4]关于髓芯减压加异体腓骨移植的研究结果表明，该手术成功率为80.7%，优良率为75.4%，值得推广。

游离腓骨移植治疗ONFH手术过程复杂，传统手术主要依赖医生经验，且需要切开关节囊充分显露，才能准确清除死骨、植入腓骨，存在手术创伤大、术中出血较多、腓骨植入位置不精准、术后恢复时间长等缺点。北京积水潭医院手外科自2010年开展了术中三维计算机导航辅助吻合血管的腓骨移植手术，用于治疗股骨头缺血性坏死，相较于传统手术，定位更加准确，可在术中实时监测坏死骨刮除范围，同时不破坏关节囊，能更准确植入腓骨，但其精确度仍需进一步提高。近年来，骨科机器人在骨科手术中的应用，为安全、精准实施腓骨移植提供了保障，“天玑”骨科机器人辅助腓骨移植治疗ONFH患者得以实现。

目前临床上少有文献报道骨科机器人辅助腓骨移植治疗股骨头缺血性坏死患者方面的研究，对于机器人辅助手术在患者护理模式方面的改善尚无报道。传统腓骨移植手术由于创伤较大，术后早期简单功能锻炼一般建议在术后24 h后进行，对于创伤小、恢复快的机器人辅助手术，这一时间已不适用。本研究通过回顾性队列研究，对2019年6月至2020年9月北京积水潭医院手外科因股骨头缺血性坏死行腓骨移植治疗的患者进行研究，比较机器人辅助手术与传统手术早期临床效果与围手术期护理效果差异，为股骨头坏死患者提供一种更为精准微创的术式，同时为改善机器人辅助手术围术期护理和早期简单功能锻炼提供依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料

本研究回顾性分析2019年6月至2020年9月北京积水潭医院手外科因股骨头缺血性坏死行腓骨移植的患者，其中骨科机器人辅助腓骨移植治疗ONFH为研究组，传统腓骨移植治疗ONFH为对照组。本研究及所采用的机器人辅助腓骨移植治疗ONFH手术经北京积水潭医院伦理委员会审批通过(批准号：201701-13)。

纳入标准：① 年龄≥18岁；② CT诊断为股骨头缺血性坏死；③ 患者知情同意。排除标准：① 合并严重心脑血管疾病；② 造血系统严重原发疾病者；③ 股骨头出现明显塌陷；④ 临床资料不全者。

1.2 仪器设备

研究组所使用的“天玑”骨科机器人系统是由北京积水潭医院和北京天智航医疗科技股份有限公司共同研发的一种机器人辅助骨科手术系统，该系统由移动式6自由度机器人、光学跟踪系统、手术规划和导航系统组成(图1)。

图1 “天玑”骨科机器人系统主要组成部分

“天玑”骨科机器人系统通过扫描重建出术前三维图像，医生可以基于三维影像通过手术规划系统完成术前/术中手术路径规划，并由光学跟踪系统指导定位，控制机械臂定位至预定路径，引导术中准确植入导针，实现内植物的精准置入。光学跟踪系统能实时探测到术中因各种原因导致的患者位置变化，并引导机械臂进行实时微调，确保最终精准定位至预设路径。

1.3 手术方法

骨科机器人组：患者取仰卧位全身麻醉，于大腿近端前外侧做纵行切口，显露旋股外侧动脉、股骨干中前段内侧皮质，将示踪器固定在股骨上，注册机器人和扫描系统(图2A)；使用ARCADIS Orbic 3D系统扫描患侧髋关节后获取三维影像，并完成机械臂操作空间的自动配准；工作站通过OPSS软件根据三维影像规划导针植入路径(图2B)，确定入针点和靶点，测量通道长度，根据通道长度游离切取相应长度带血管蒂腓骨备用。工作者操控6自由度机械臂将导向套筒置于目标位置(图2C)；经套筒打入2.8 mm导针后，使用空心钻和扩髓钻建立骨隧道(图2D)，凿取周围松质骨备用。使用注册过的磨钻在透视监视下进一步刮除死骨及硬化骨，扩大骨隧道确保足够容纳腓骨。打磨通道、修剪腓骨，骨通道远端植入松质骨并夯实，植入腓骨，使腓骨远端位于距关节下软骨5 mm处，腓动静脉血管经通道引出备用，透视确认腓骨远端位置满意后(图2E)，螺钉固定腓骨尾端，在显微镜下吻合血管，吻合成功后可见游离腓骨骨膜处有渗血。

A.显露股骨干，安放示踪器； B.医生通过三维图像设计导针植入路径并微调；C.工作站操纵6自由度机械臂到目标位置； D.通过机器人定位钻孔；E. 正位X线片，植入腓骨位置满意

传统手术组：患者仰卧位全麻后，取小腿中上1/3处切口，显露腓骨动静脉后保留相应长度，切取6～8cm腓骨备用，髋部纵行切开关节囊，经股骨颈前外侧凿取与腓骨直径相应的骨槽通道，在直视下刮除坏死骨组织，取大转子区域松质骨填塞通道底部，插入带血管蒂腓骨远端，螺钉固定于大转子处，吻合腓骨动静脉与旋股外侧动静脉。

1.4 评价指标

(1) 手术评估：术后完全卧床2周，后可逐渐坐立，4周可拄拐下地，3个月后部分负重，6个月完全脱拐行走，术后每3个月复查X线片，每半年复查CT，门诊随访复查，复查时记录患者Harris评分，以末次随访时Harris评分代表术后Harris评分。

(2) 围手术期评价：根据医疗电子病历收集患者基本资料、手术时间、出血量、术后并发症发生情况等。机器人辅助组术后6 h鼓励患者床上进行下肢股四头肌等长收缩和踝泵运动，而传统组患者在术后24 h进行下肢简单功能锻炼。记录两组患者术前24 h、术后4 h、术后24 h及术后7 d的疼痛评分，出院时采用简易满意度调查表对患者进行护理满意度调查。其中疼痛评分采用视觉模拟评分法(visual analog scale，VAS)进行评估，0分为无痛，10分为不能忍受的疼痛。 护理满意度评分范围为1～5分，1分为非常不满意，5分为非常满意。

1.5 统计学分析

2 结果

2.1 患者资料

本研究共纳入患者31例，其中机器人辅助组共18例患者，传统组共13例患者，31例(31髋)均顺利完成手术。两组患者的基线数据见表1，其中，骨科机器人辅助组男13例，女5例，年龄(36.8±4.8)岁；传统组男9例，女4例，年龄(34.5±6.1)岁。两组患者在性别、年龄、病因、髋关节Steinberg分期等方面，差异均无统计学意义(P>0.05)。

表1 机器人组与传统组基线数据比较

2.2 手术指标比较

传统组治疗前Harris评分为(55.3±5.6)分，治疗后末次随访时Harris评分为(80.5±6.2)分，机器人辅助组Harris评分由术前的(57.8±4.1)分提高至(89.0±5.5)分，两组术前评分无显著差异，治疗后均有明显提高，且机器人辅助组较传统组高(P<0.05)。机器人辅助腓骨移植组在手术时间(125.6 min±12.5 minvs. 160.2 min±20.3 min，P<0.001)、术中出血量(158.9 mL±15.7 mLvs. 212.3 mL±25.8 mL，P<0.001)等方面均优于传统腓骨移植组(表2)。

2.3 围手术期护理评价

两组患者术前24 h和术后7 d的VAS疼痛评分无统计学差异(P=0.865，P=0.237)，但机器人辅助腓骨移植组的术后4 h及术后24 h的VAS评分显著低于传统组(P=0.001，P=0.040)，其中机器人组术后4 h疼痛评分为4(3，3.5)分，传统组术后4 h疼痛评分为6(5，6.5)分，说明机器人辅助手术能减小对患者损伤，减轻患者术后早期疼痛。机器人辅助组患者对护士护理满意度明显高于传统组(P<0.001)，机器人组患者非常满意率为100%。两组患者中，仅传统组有1例患者术后出现下肢深静脉血栓，经静脉溶栓治疗后好转，其余患者无压疮、术后血肿、感染、神经损伤等并发症，两组患者在术后并发症方面无统计学差异(表2)。

表2 机器人组和传统组手术相关指标和围手术期护理相关指标比较

3 讨论

腓骨移植是治疗股骨头缺血性坏死的重要手术方式，分为髋关节囊内和囊外两种术式。目前常使用的腓骨移植手术多为关节囊内手术，需切开关节囊后在股骨颈处开窗，在直视下清除死骨[4，6-7]。由于股骨头主要由经股骨颈走行的旋股内动脉供血[8]，上述操作可能会进一步破坏股骨头血供、加重缺血。囊外手术则是在股骨大结节下方开窗经骨隧道间接刮除坏死骨，不破坏关节囊及关节周围组织，相对损伤较小，但临床效果不佳，相关学者[9-10]认为，治疗失败的原因主要是无法保证植入的腓骨能放置在最准确的位置，不能形成有效的力学支撑结构，以及间接刮除难以做到精确彻底。

随着计算机辅助技术与骨科机器人的到来[11-13]，如何精准剔除死骨、准确植入腓骨这一问题得到完美解决。骨科机器人系统可以帮助术者术前规划路径，精准定位目标，能有效提高植入手术的精准性和安全性，降低对周围肌肉组织损伤，减少手术时间和术中辐射量。陈山林等[14]于2019年报道了采用骨科机器人辅助游离腓骨移植治疗ONFH共17例21髋，经机器人辅助定位后，最终通道入点误差1.23 mm,靶点误差1.90 mm，将腓骨顶端准确放置在股骨头负重区中央位置，且早期临床治疗效果满意。本研究中所使用的“天玑”骨科机器人系统，是我国自主研发的一款适用于脊柱、骨盆髋臼、和四肢骨骼手术的多功能机器人系统。本研究中机器人辅助组18例患者均获得1年以上随访，末次随访时影像学检查提示植入腓骨位置良好，股骨头未出现塌陷迹象，平均Harris评分(89.0±5.5)分，早期治疗效果满意，远期治疗效果有待更多患者、更长时间随访证明。同时机器人辅助治疗组手术时间和术中出血量均小于传统组，证实机器人辅助手术能减少手术时间，降低手术损伤，有效提高了手术的精准性和安全性。

在围手术期护理方面，骨科机器人辅助腓骨移植组使用了创伤较小的囊外手术，减小了手术过程中为充分显露造成的对周围软组织损伤，同时清除死骨，对股骨头进行减压，能有效缓解患者髋关节疼痛。本研究中机器人辅助腓骨移植治疗组在术后4 h和术后24 h的VAS疼痛评分均低于传统腓骨移植组，平均降低1分以上。传统腓骨移植治疗ONFH患者术后早期疼痛明显，主要与手术需切开关节囊、直视下凿取骨槽通道有关，机器人辅助实施的囊外手术则有效减少了对髋关节和周围组织的损伤，能有效减轻患者术后早期疼痛水平，为术后患者早期床上功能锻炼提供了可能。本研究中机器人辅助腓骨移植组患者在术后6 h即开始床上股四头肌等长收缩和踝泵运动，早于传统手术的术后24 h，研究结果显示，该组患者并无明显不适，且能减少下肢静脉血栓等术后并发症出现的可能，为骨科机器人辅助微创手术术后护理新模式提供了依据。

4 结论

现代骨科手术逐渐趋向于智能化、数字化，骨科机器人辅助腓骨移植治疗股骨头缺血性坏死能更准确植入腓骨，可减少对股骨头周围血供破坏，在不增加并发症发生率的情况下，帮助患者更早实现早期床上活动，提高术后髋关节功能。腓骨移植治疗ONFH患者的围手术期护理也应当有所优化，与机器人辅助微创手术相适应，减轻患者髋关节疼痛，提高患者满意度，帮助患者早日康复。

本研究尚存在一些不足之处，比如本研究的样本量相对较少，存在一些局限性，仍需更大样本量的临床试验来支持本研究结论。且本研究采取的是回顾性队列研究，在临床上开展多中心的前瞻性随机对照试验才能得出更可靠的结论。