机器人导航下股骨颈动力交叉钉系统治疗股骨颈骨折的疗效分析

2022-12-12唐帅王冰一范磊李晓彬高强彭强曹志明刘涛

骨科 2022年6期

唐帅王冰一范磊李晓彬高强彭强曹志明刘涛

股骨颈骨折是人体常见的骨折类型之一，约占全身骨折的3.6%、髋部骨折的48%～54%［1］，多发生于骨质疏松的老年人［2］。解剖复位是股骨颈骨折治疗的关键，临床上常因复位不良、固定不稳、骨质疏松等引起并发症［3］。股骨颈骨折多采取手术治疗，手术方案主要为内固定和关节置换，具体方式取决于病人骨质情况、骨折严重程度及其年龄［4］。对于内固定的选择，目前主要有空心加压螺钉、动力髋螺钉、新型加压锁定钉板系统等［5］。空心加压螺钉具有手术创伤小、费用低，对股骨头血运破坏小等优点，但术后不良事件发生率和再手术率高［6］。股骨颈动力交叉钉系统（femoral neck system，FNS）由锁定钢板、动力棒、防旋螺钉及锁定螺钉构成。有生物力学研究报道这种新型固定方式具有更好的稳定性与抗旋性［7］。但是传统的徒手螺钉固定技术有许多局限性，如定位难度大、手术时间长、创伤大、出血量多等，可直接或间接引起术后并发症，严重影响功能预后，且手术过程中多次透视会增加医生及病人的辐射暴露［8-9］。

随着计算机与影像学等技术的发展，骨科机器人成为一项新技术并在临床上投入使用。有研究表明机器人可以提高手术的精确性和临床疗效，同时减少医护人员和病人的辐射暴露［10］，真正实现骨折的精准治疗。“天玑”骨科手术机器人（TiRobot，北京天智航医疗科技股份有限公司）是我国第一台具有自主知识产权的通用骨科导航机器人［11］，但目前关于机器人导航下FNS应用于股骨颈骨折的研究鲜有文献报道。

本研究回顾性分析2019 年11 月至2021 年8 月我院采用机器人导航下FNS治疗股骨颈骨折的27例病人，并与同期行人工FNS治疗股骨颈骨折的30例病人进行疗效及安全性比较，探讨机器人导航下FNS治疗股骨颈骨折的临床疗效。

资料与方法

一、纳入标准与排除标准

纳入标准：①年龄小于65岁，经X线片或CT诊断为单侧闭合性股骨颈骨折；②手术方法基于闭合复位，且手术方式为机器人导航下FNS或人工FNS；③伤前髋关节正常；④随访资料完整。

排除标准：①病人有患侧髋部骨折史；②骨折非外伤导致，属于病理性骨折；③患髋有中重度髋关节关节炎或股骨头坏死；④多发骨折；⑤术后随访时间小于6个月。

二、一般资料

本研究共纳入57例病人，其中27例采用机器人导航下FNS手术（机器人组），30例行人工FNS（人工组）。两组病人一般临床资料比较，差异均无统计学意义（P＞0.05，表1）。

表1 两组病人术前临床资料比较

三、手术方法

病人术前完善相关检查，行髋关节正侧位X线、CT平扫及三维重建，判断骨折类型及损伤情况。排除手术禁忌证后安排手术。术前30 min使用二代头孢预防感染。

病人均采取全身麻醉或蛛网膜下腔阻滞联合神经阻滞麻醉，半截石位平卧于牵引床上，在“C”型臂X线机透视下牵引解剖复位，使股骨颈在正位、侧位均复位满意。

机器人组导航下行FNS。闭合复位满意后，常规消毒、铺巾，开始手术计时。连接天玑骨科机器人系统，机器臂套上无菌保护套，将“C”型臂X线机与机器人各组件放于合适位置，在患侧髂前上棘植入病人示踪器，连接好标尺，透视确定股骨颈正侧位图像，确保正侧位图像10 个标记点全部清晰、分散显示，将图像数据传至主控台，在主控台上按顺序为每个标记点编号，微调标记点以保证标记点位置适中。在股骨颈正侧位图像数据上规划导针进针点、进针路线与长度。在机器臂上安装导向套，确保术区无遮挡物，保证机器臂运行通畅，机器人准备时间完成。主控台对机器臂进行运动控制与微调，机器臂自动移动到合适位置，此时导向套位置为导针进针点。于导向套所在位置作一个2 cm切口，钝性分离皮下组织，放置套筒，确认套筒位置正确后，沿套筒打入合适长度导针，透视确认导针位置满意。使用同一方法置入防旋导针。环钻扩孔后分别放置FNS 动力棒、锁定钢板、1～2 枚锁定螺钉、抗旋螺钉。“C”型臂X线机透视下正侧位FNS 位置满意，冲洗切口并逐层缝合，手术结束。

人工FNS 组前期准备同机器人组。消毒铺巾后，开始手术计时。“C”型臂X 线机透视下使用克氏针体表定位置钉方向与置钉点，于定位点行长约2 cm 手术切口，钝性分离皮下组织，术中视情况适当延长切口，透视下置入主导针与防旋导针，扩髓后置入FNS动力棒，按顺序安装FNS，透视下见FNS装置位置满意。冲洗切口并逐层缝合，手术结束。

四、术后处理及出院随访

所有病人术后1 d均使用二代头孢预防感染、复查血常规及C-反应蛋白，进行下肢股四头肌及踝关节功能锻炼。术后两天换药观察伤口情况，视病人生命体征与伤口愈合情况办理出院。若病人炎性指标高、一般情况差，则延迟出院。出院时嘱咐病人术后1、3、6、12个月门诊复查髋关节正侧位X线片，根据骨折愈合情况指导功能锻炼，以后每年复查1 次髋关节正侧位X线片。两组病人均随访12个月，观察骨折愈合情况及术后并发症发生率。每次随访采用髋关节Harris评分评价患肢功能。

五、统计学分析

应用SPSS Statistics 25软件（IBM公司，美国）进行统计分析。计量资料首先使用Shapiro-Wilk检验数据是否符合正态分布，符合正态分布的数据用均数±标准差（±s）表示，两组间比较采用独立样本t检验；不符合正态分布的数据用M（P25，P75）表示，两组间比较使用秩和检验。计数资料（性别、Garden 分型、吸烟史与饮酒史、一次性置钉成功率及并发症发生率）采用χ2检验、校正χ2检验或Fisher确切概率法。P＜0.05认为差异有统计学意义。

结果

人工组手术时间为（86.7±12.0）min，机器人组手术时长稍短，为（81.0±9.2）min，其中，机器人准备时间为（26.6±0.7）min，组间比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。人工组与机器人组术中一次性置钉成功率分别为56.7%、100%，机器人组明显优于人工组，差异有统计学意义（χ2=15.157，P＜0.001）。机器人组的术中透视次数和术中出血量均显著低于人工组，差异有统计学意义（P＜0.05）。两组住院时间及骨折愈合时间比较，差异均无统计学意义（P＞0.05，表2）。

两组病人术后3、6、12个月进行随访，其中术后12 个月随访时评估髋关节Harris 评分，人工组为（91.6±2.8）分，机器人组为（92.1±2.4）分，两组病人术后髋关节Harris 评分均较术前改善，但两组在各随访时间点的评分比较，差异无统计学意义（P＞0.05，表2）。

表2 两组病人术中及术后临床资料比较

两组病人并发症发生率分别为16.7%（5/30）、11.1%（3/27），差异无统计学意义（χ2=0.049，P=0.825）。其中人工组术后发生股骨头坏死2例，股骨颈短缩2例，骨折不愈合1例；机器人组术后发生股骨头坏死1例，股骨颈短缩2例。

典型病例见图1。

图1 病人，男，64岁，行机器人导航下FNS治疗股骨颈骨折 a：病人术前骨盆正位X线片示左侧股骨颈骨折；b：病人术后1个月复查髋关节X线片，显示FNS位置满意，骨折复位满意；c：病人术后6个月复查髋关节X线片，显示股骨颈无短缩、无旋转，骨折愈合，无股骨头坏死表现

讨论

一、机器人导航的优势

由于股骨颈的特殊解剖学特点，股骨颈骨折病人发生术后并发症的风险很高，如股骨头坏死、股骨颈短缩及骨折不愈合等［12］。如何减少术后并发症是股骨颈骨折治疗一直以来的难题。近年来，计算机导航以及机器人辅助微创内固定开始进入人们的视野，逐渐被医生应用于多种骨科疾病的治疗［13］。与传统人工操作相比，骨科机器人基于X线或CT三维图像的立体定位技术，在手术过程中，通过术前的手术路径规划、术中的精准导航，从而帮助医生进行更精确的手术操作，提高手术的安全性与精准性；并且在机器人辅助下可以降低人工操作的失误率，减少术中操作时间，从而降低医生及病人的辐射暴露风险［14-15］。

随着骨科机器人系统的不断发展和完善，机器人辅助微创骨科手术已在关节置换、脊柱脊髓手术以及创伤骨科中得到应用，并且取得了良好的疗效［16］。本研究所使用的骨科机器人TiRobot，是基于2D 图像导航，由智能六轴机械臂、中央主控工作站、光学跟踪系统以及配套手术工具所构成，可兼容多种手术规划模式；并且机械臂灵活，可进行多种手术操作，具有精确的导航和定位功能，精度可达毫米级，能够真正实现手术微创性。对于复杂且高位的手术部位，导航的优势将会更大。

二、机器人导航下FNS治疗股骨颈骨折的疗效

目前关于机器人导航下FNS治疗股骨颈骨折是否具有良好的效果还缺乏可靠的临床证据。有类似研究报道［17］，与正常导航相比，TiRobot 辅助放置螺钉更准确，减少了钻孔次数，且不增加手术时间。本研究中机器人组手术时长［（81.0±9.2）min］与人工组［（86.7±12.0）min］比较，差异无统计学意义（P＞0.05），其中机器人组手术时间包含有机器人系统的术前准备、路径规划以及机器臂的运行，在开展机器人手术时，设备的放置和调试、图像采集和路径规划等程序占用了大部分时间，实际有创操作时间较少。此外术中透视是骨科手术的常规操作，有研究表明，在积累辐射量达到1 Sv后，实体肿瘤的患病率将增加60%［18］，如何降低病人及医务人员的辐射暴露是目前亟待解决的问题。本研究机器人组术中透视为（16.4±2.8）次，明显少于人工组的（20.1±3.0）次，这表明在机器人导航下行FNS手术安全性更大，效率更高，对病人及医生的辐射损伤相对较小。并且本研究中机器人组术中出血量低于人工组，这可能是由于本研究中机器人组27 例病人术中一次性置钉成功率为100%，极大减少了多次置钉对骨髓及股骨颈血运造成的损害。有学者认为解剖复位是股骨颈骨折的重中之重，骨折的解剖复位可以增加骨折断端接触面积，维持生物力学的稳定，有利于血管的生长与滋养［19］。因此在解剖复位的基础上使用机器人导航可以在一定程度上减少手术过程中因多次置钉造成的骨折移位和血运破坏，可以真正做到手术的微创精准。然而，在本研究中TiRobot辅助FNS手术与人工FNS相比并没有提高病人的骨折愈合率和髋关节Harris 评分，有学者将机器人辅助空心钉治疗股骨颈骨折作荟萃分析［20］，其结果与本研究相似，原因可能与复位质量以及随访时间较短有关，若要分析具体原因则需进一步研究。但整体来看，Ti-Robot 机器人辅助FNS 治疗股骨颈骨折的治疗效果显著。

三、机器人导航手术的缺陷

自1991 年全球第一个骨科机器人RoboDoc 诞生以来［21］，机器人结构的研究取得了长足的进步，在一定程度上满足了手术的需要。但是机器人导航系统也存在一些不足之处：第一，机器人的路径规划虽然能够方便医生操作，降低手术难度，但对医生的要求将更加严格，手术医生不仅需要熟练掌握常规手术的操作技巧，在机器人出现意外时能够顺利徒手完成手术，也需要手术医生学习新技术，熟练操作机器人系统，如果盲目使用机器人作为手术助手，反而会造成手术时间过长，术中透视次数增多等不良影响，对病人造成更大的伤害［22-23］；第二，根据机器人在骨科领域的应用特点，对于机器人手术的一些关键技术与难题还有待解决，例如机器人的术前规划、操作控制以及骨骼与导针的碰撞，与其他手术机器人相比，骨科机器人对于稳定性的要求更高［24］，在面对骨骼与器械碰撞时，如何保证操作的稳定性和持续性是手术的前提；第三，目前机器人的安全性还有待检验，在保证手术安全进行的同时，遇到突发情况，机器人应能具有紧急处置突发事故的功能，自动中断，避免造成严重后果；第四，机器人成本昂贵，日常维修与保养将花费大量金钱，对于医院经济实力有着重大考验；最后，在机器人导航技术中，通过CT扫描来获取图像资料和具备光学跟踪设备已成为发展主流，如何减少由机器人连接导致的创伤将是今后的研究重点［25］。相信随着骨科机器人的不断发展，在不久的将来，机器人辅助的应用将会更加广泛。