應(yīng)用TiRobot機(jī)器人輔助經(jīng)皮空心螺釘內(nèi)固定治療髖臼前柱骨折的療效

趙國輝 朱禮明 劉華水 張朕 王學(xué)光

骨盆髖臼骨折多為高能量損傷所致，常合并臟器損傷或大出血，病死率、感染率及致殘率均較高，嚴(yán)重威脅患者的生命安全[1]。單純髖臼前柱骨折在臨床上較少見，占髖臼骨折的4%～5%。對(duì)于無移位或移位較小且容易復(fù)位、手術(shù)部位條件差、基礎(chǔ)疾病多且累及髖臼前柱的骨折病例，多采用經(jīng)皮前柱螺釘內(nèi)固定手術(shù)治療，既可以防止骨折移位，獲得堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定，又利于患者早期活動(dòng)，預(yù)防相關(guān)并發(fā)癥，提高患者術(shù)后的生活質(zhì)量[2]。傳統(tǒng)切開復(fù)位內(nèi)固定術(shù)不僅易影響骨折端血運(yùn)，而且易損傷神經(jīng)和血管，甚至導(dǎo)致異位骨化，進(jìn)而增加患者的康復(fù)時(shí)間和治療費(fèi)用[3-5]。經(jīng)皮螺釘內(nèi)固定術(shù)操作困難，學(xué)習(xí)曲線較長(zhǎng)，存在螺釘穿出骨皮質(zhì)或誤入髖關(guān)節(jié)損傷神經(jīng)和血管的風(fēng)險(xiǎn)。因此，骨科醫(yī)生一直在探索一種既能對(duì)骨折進(jìn)行精確復(fù)位并固定，又能最大限度地減少患者醫(yī)源性損傷的新技術(shù)。近年來，骨科手術(shù)機(jī)器人的功能逐漸趨于完善，計(jì)算機(jī)導(dǎo)航或機(jī)器人輔助微創(chuàng)內(nèi)固定術(shù)在骨科中的應(yīng)用也日益廣泛，由于其具有手術(shù)時(shí)間短、放射線損害少等優(yōu)勢(shì)，被越來越多的骨科醫(yī)生所接受并在臨床中廣泛應(yīng)用[6-8]。應(yīng)用國產(chǎn)第三代天璣骨科手術(shù)機(jī)器人TiRobot系統(tǒng)，是在髖臼前柱骨折患者入院之后首先完善相關(guān)檢查，確定患者血流動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定的情況下，在盡可能短的時(shí)間內(nèi)予以手術(shù)治療，以減輕患者的痛苦，使患者盡早活動(dòng)，提高術(shù)后的生活質(zhì)量。本研究旨探討應(yīng)用TiRobot機(jī)器人輔助經(jīng)皮空心螺釘內(nèi)固定治療髖臼前柱骨折的療效。

資料與方法

一、資料

1.納入與排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)納入標(biāo)準(zhǔn)：①閉合性髖臼前柱骨折，皮膚條件完好；②無手術(shù)治療禁忌證和相對(duì)禁忌證，自愿接受經(jīng)皮拉力螺釘內(nèi)固定治療；③均知情同意并簽署知情同意書。(2)排除標(biāo)準(zhǔn)：存在經(jīng)皮拉力螺釘治療禁忌證，如開放性骨盆髖臼骨折、進(jìn)釘點(diǎn)皮膚條件差、進(jìn)釘點(diǎn)周圍骨折、嚴(yán)重骨質(zhì)疏松、移位明顯、固定前不能獲得良好復(fù)位。

2.病例來源：回顧分析2016年12月至2017年10月在濟(jì)南市第三人民醫(yī)院創(chuàng)傷骨科采用TiRobot機(jī)器人輔助經(jīng)皮空心螺釘內(nèi)固定治療的9例髖臼前柱骨折患者的病歷資料。其中，男6例，女3例；年齡39.3(27～75)歲。致傷原因：交通事故傷5例，高空墜落傷3例，重物砸傷1例。無其他并發(fā)癥。根據(jù)AO分型，均為62-A3型。

二、方法

1.術(shù)前評(píng)估：患者入院后監(jiān)測(cè)生命體征，建立靜脈通道、導(dǎo)尿，積極補(bǔ)液、擴(kuò)容治療，必要時(shí)予以輸血。所有患者常規(guī)攝X線片及CT掃描，并進(jìn)行三維重建。受傷至手術(shù)時(shí)間4～10 h，患者血流動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定，術(shù)前評(píng)估滿意，均盡早手術(shù)。

2.手術(shù)設(shè)備及器械：第三代天璣骨科手術(shù)機(jī)器人TiRobot系統(tǒng)(北京天智航醫(yī)療科技股份有限公司，中國)，包括多自由度機(jī)械臂、空間標(biāo)定組件、手術(shù)計(jì)劃控制軟件、光學(xué)跟蹤系統(tǒng)、主控臺(tái)車和配套工具?！癈”型臂X線機(jī)(西門子公司，德國)。直徑為7.3 mm的空心釘(天津正天醫(yī)療器械有限公司，中國)。

3.手術(shù)方法：采用氣管插管全身麻醉，患者取仰臥位。手術(shù)床高度調(diào)整至合適“C”型臂活動(dòng)范圍的最佳位置。在牢靠擺位的前提下，保證機(jī)械臂導(dǎo)向器空間足夠。常規(guī)消毒鋪巾，將機(jī)器人機(jī)械臂罩上無菌套移動(dòng)并固定至手術(shù)床旁，確保機(jī)器人機(jī)械臂可達(dá)到手術(shù)部位，光學(xué)跟蹤系統(tǒng)置于床尾無菌區(qū)外?！癈”型臂X線機(jī)置于術(shù)者對(duì)側(cè)，將患者示蹤器固定于健側(cè)髂前上棘骨質(zhì)中。應(yīng)用“C”型臂X線機(jī)獲取有機(jī)器人定位標(biāo)記點(diǎn)的術(shù)中透視影像，并將其傳輸至主控工作站軟件進(jìn)行運(yùn)算。連接機(jī)器人系統(tǒng)各部電源線、機(jī)械臂-主控臺(tái)車數(shù)據(jù)線，以及主控臺(tái)車-“C”型臂X線機(jī)DICOM網(wǎng)線。接通電源，啟動(dòng)系統(tǒng)。進(jìn)入主控軟件系統(tǒng)，測(cè)試系統(tǒng)連接是否正常，輸入患者信息。將患者示蹤器安裝在左側(cè)(健側(cè))髂前上棘，罩機(jī)器人機(jī)械臂無菌套，安裝導(dǎo)向器基座，并完成“C”型臂X線機(jī)位置擺放，盡量滿足術(shù)中足夠活動(dòng)空間。安裝機(jī)械臂標(biāo)記點(diǎn)標(biāo)尺。“C”型臂X線機(jī)擺放至定位圖像采集位置。術(shù)者拖持機(jī)器人機(jī)械臂，使標(biāo)記點(diǎn)小矩陣一面盡可能與“C”型臂X線機(jī)影像增強(qiáng)器平行。采集骨盆患側(cè)閉孔出口位、骨盆入口位、骨盆正位3幅圖像，確保標(biāo)記點(diǎn)全部位于手術(shù)骨質(zhì)周圍并清晰可見。利用軟件自動(dòng)標(biāo)示標(biāo)記點(diǎn)，術(shù)者可手動(dòng)調(diào)節(jié)，驗(yàn)證位置是否合適。經(jīng)主機(jī)運(yùn)算后，系統(tǒng)自動(dòng)生成標(biāo)示線，術(shù)者根據(jù)患者的前柱解剖特點(diǎn)及骨折類型規(guī)劃置釘通道，對(duì)應(yīng)3個(gè)圖像中的空間位置，系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)算螺釘長(zhǎng)度為術(shù)者置釘提供參考。卸掉標(biāo)尺，安裝導(dǎo)向器。術(shù)者將機(jī)械臂擺放至預(yù)定位置或通過計(jì)算機(jī)運(yùn)行至預(yù)置釘狀態(tài)，系統(tǒng)通過運(yùn)動(dòng)模擬確認(rèn)機(jī)械臂目標(biāo)位置準(zhǔn)確無誤。點(diǎn)擊機(jī)械臂運(yùn)行到位，軟件中顯示路徑將與規(guī)劃位置重合。如誤差較大，可微調(diào)，將誤差控制在可接受范圍內(nèi)。安裝套筒，置入空心釘導(dǎo)針，透視驗(yàn)證導(dǎo)針位置。將套筒插入導(dǎo)向器中，在與皮膚接觸的位置用尖刀作1～2 cm切口，鈍性分離皮下組織、筋膜及肌肉，將導(dǎo)針套筒置入組織中直至尖端抵緊髂骨外板即入釘點(diǎn)骨面，防止滑動(dòng)。將2.8 mm導(dǎo)針插入套筒，術(shù)者計(jì)算電鉆打入深度。透視驗(yàn)證導(dǎo)針位置，將驗(yàn)證透視圖像導(dǎo)入軟件，通過虛擬識(shí)別線比較規(guī)劃位置與實(shí)際位置的偏差。移除機(jī)器人系統(tǒng)，置入空心螺釘。退出機(jī)械臂，卸除套筒，空心鉆擴(kuò)孔，根據(jù)導(dǎo)針進(jìn)入深度測(cè)量置釘長(zhǎng)度，沿導(dǎo)針擰入1枚直徑7.3 mm、長(zhǎng)度130 mm的空心螺釘。螺釘置入后再次透視閉孔出口位、骨盆入口位、骨盆正位驗(yàn)證。取出導(dǎo)針，閉合皮下組織及皮膚。對(duì)于復(fù)位不滿意且移位的骨折，手法復(fù)位重疊移位骨折；對(duì)于不能糾正滿意的旋轉(zhuǎn)移位骨折，利用通道螺釘技術(shù)，空心釘沿導(dǎo)針到達(dá)骨折端，拔出導(dǎo)針，預(yù)彎，導(dǎo)針糾正遠(yuǎn)端骨折移位，空心釘固定。透視驗(yàn)證置釘位置滿意，術(shù)畢。

4.術(shù)后康復(fù)及隨訪：術(shù)后即刻指導(dǎo)患者對(duì)患肢進(jìn)行功能鍛煉，以防下肢深靜脈血栓的形成，在床上練習(xí)雙下肢、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)主動(dòng)或被動(dòng)屈伸運(yùn)動(dòng)。攝閉孔出口位、骨盆入口位、骨盆正位X線片及CT平掃確認(rèn)固定是否牢靠。術(shù)后4周可拄雙拐下地不完全負(fù)重活動(dòng)，6～8周保護(hù)性部分負(fù)重活動(dòng)，10～12周完全負(fù)重活動(dòng)。囑患者每個(gè)月門診復(fù)查閉孔出口位、骨盆入口位、骨盆正位X線片，直至骨折愈合。觀察切口愈合情況、內(nèi)固是否松動(dòng)、骨折愈合情況以及有無神經(jīng)血管損傷等。末次隨訪時(shí)，采用Majeed評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估術(shù)后功能[9]。

結(jié) 果

9例患者共置入10枚髖臼前柱經(jīng)皮空心螺釘，其中1例為雙側(cè)髖臼前柱骨折，其余8例為單側(cè)髖臼前柱骨折。手術(shù)時(shí)間65(50～120)min，手術(shù)切口2～3個(gè)，手術(shù)切口長(zhǎng)度平均1.5 cm，術(shù)中出血量25(5～60)ml，術(shù)中透視次數(shù)12(9～27)次。患者麻醉蘇醒后無神經(jīng)損傷癥狀。術(shù)后閉孔出口位、骨盆入口位、骨盆正位X線示骨折對(duì)位良好，內(nèi)固定位置良好。術(shù)后CT掃描示復(fù)位良好，空心釘位置滿意，均未穿出骨皮質(zhì)或進(jìn)入髖關(guān)節(jié)內(nèi)。本組患者切口均獲得Ⅰ期愈合，未出現(xiàn)醫(yī)源性血管、神經(jīng)及臟器損傷，泌尿及生殖系統(tǒng)損傷，骨折移位，空心螺釘松動(dòng)及斷裂，感染及壞死等現(xiàn)象。9例患者均獲門診隨訪，隨訪時(shí)間5(3～6)個(gè)月。所有患者術(shù)后3個(gè)月內(nèi)骨折均愈合，無畸形愈合。末次隨訪時(shí)，優(yōu)7例，良2例。

典型病例：患者男，56歲，因“交通事故傷致右髖部疼痛、活動(dòng)受限 2 h”收入院。術(shù)前X線示右髖臼前柱骨折。應(yīng)用TiRobot機(jī)器人微創(chuàng)經(jīng)皮拉力螺釘內(nèi)固定術(shù)治療。術(shù)后X線示右側(cè)髖臼前柱骨折端對(duì)位對(duì)線好，螺釘位置正常。術(shù)后CT示骨折斷端對(duì)位良好，內(nèi)固定螺釘未穿出皮質(zhì)或進(jìn)入髖關(guān)節(jié)內(nèi)，術(shù)后進(jìn)行CT重建。術(shù)后3 d，骨盆擠壓分離試驗(yàn)轉(zhuǎn)為陰性。術(shù)后3個(gè)月，患者恢復(fù)正常生活(圖1)。

討 論

微創(chuàng)經(jīng)皮螺釘內(nèi)固定治療髖臼前柱骨折對(duì)于髖臼前柱螺釘內(nèi)固定的生物力學(xué)穩(wěn)定性等同于傳統(tǒng)切開復(fù)位內(nèi)固定[10-12]。與傳統(tǒng)切開復(fù)位內(nèi)固定相比，微創(chuàng)經(jīng)皮螺釘內(nèi)固定具有以下優(yōu)勢(shì)：(1)切口小、出血量少、手術(shù)時(shí)間短；(2)不剝離骨折端周圍的軟組織，保護(hù)骨折端血運(yùn)，利于骨折愈合，康復(fù)時(shí)間短；(3)較穩(wěn)定，可早期進(jìn)行功能鍛煉；(4)并發(fā)癥少，康復(fù)快。髖臼前柱解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使得髖臼前柱螺釘?shù)摹鞍踩ǖ馈笔知M窄，釘?shù)劳ㄟ^髂前下棘與髂恥隆起移行區(qū)及閉孔溝處的2個(gè)“前柱薄弱區(qū)”，向內(nèi)上易進(jìn)入骨盆損傷血管、神經(jīng)，向外易進(jìn)入關(guān)節(jié)損傷關(guān)節(jié)軟骨及股骨頭[13-15]。目前，關(guān)于髖臼前柱螺釘入點(diǎn)、角度、直徑及長(zhǎng)度的研究多基于標(biāo)本或影像學(xué)檢查[16-19]。臨床上為了提供足夠的剛性和穩(wěn)定性，選擇的螺釘直徑應(yīng)盡量長(zhǎng)。若螺釘直徑較短，在置入后易發(fā)生彎曲導(dǎo)致復(fù)位丟失。但由于狹窄且不規(guī)則髖臼前柱的限制，螺釘直徑越大就意味著其穿出骨皮質(zhì)損傷神經(jīng)血管的風(fēng)險(xiǎn)越高，故目前對(duì)于髖臼前柱螺釘直徑的選擇尚存有爭(zhēng)議。Puchwein等[20]借助三維成像技術(shù)及MIMICS軟件測(cè)得前柱拉力螺釘長(zhǎng)度為107～148 mm，前柱最狹窄處寬(9.2±2.4)mm。因此，本研究選用直徑為7.3 mm的半螺紋空心拉力螺釘。

近年來，計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航及醫(yī)用機(jī)器人輔助在骨科手術(shù)中的應(yīng)用日益廣泛，具有定位精準(zhǔn)、微創(chuàng)、減少放射線的暴露時(shí)間、降低神經(jīng)血管醫(yī)源性損傷的風(fēng)險(xiǎn)以及骨折復(fù)位固定效果滿意等優(yōu)勢(shì)[21]。目前，透視導(dǎo)航技術(shù)在創(chuàng)傷骨科手術(shù)治療中仍處于起始階段，仍存在術(shù)中參考架松動(dòng)、患者身體位移、克氏針發(fā)生形變等問題[22]。在“C”型臂透視下，因術(shù)者手術(shù)經(jīng)驗(yàn)的差異及周圍軟組織對(duì)導(dǎo)針套管的擠壓導(dǎo)致很難把握入釘點(diǎn)的精確位置，加之在置釘過程中反復(fù)鉆孔定位入釘點(diǎn)，會(huì)造成入釘點(diǎn)周圍骨質(zhì)的破壞，術(shù)后負(fù)重可導(dǎo)致螺釘尾帽周圍骨質(zhì)支撐力不足引發(fā)螺釘移位或變形。在置釘過程中，術(shù)者需反復(fù)調(diào)整“C”型臂透視，通過多個(gè)角度來確定螺釘走形與恥骨邊緣的位置關(guān)系，導(dǎo)致術(shù)者及患者輻射暴露時(shí)間增加，手術(shù)時(shí)間延長(zhǎng)。這些不利因素最終導(dǎo)致螺釘置釘錯(cuò)位率、術(shù)后螺釘繼發(fā)移位率、神經(jīng)血管損傷等并發(fā)癥發(fā)生率以及醫(yī)源性損傷發(fā)生率均較高[23-25]。而使用機(jī)器人系統(tǒng)輔助手術(shù)減少了導(dǎo)針調(diào)整的次數(shù)和放射性損害，使得傳統(tǒng)的手術(shù)方式變得簡(jiǎn)單、快捷和安全。

圖1患者男，56歲，交通事故傷致右髖部疼痛，活動(dòng)受限 2 h，應(yīng)用TiRobot機(jī)器人微創(chuàng)經(jīng)皮拉力螺釘內(nèi)固定術(shù)治療A術(shù)前X線示右髖臼前柱骨折B術(shù)后X線示右側(cè)髖臼前柱骨折端對(duì)位對(duì)線好，螺釘位置正常C，D術(shù)后CT示骨折斷端對(duì)位良好，內(nèi)固定螺釘未穿出皮質(zhì)或進(jìn)入髖關(guān)節(jié)內(nèi)

導(dǎo)航技術(shù)由二維到三維的發(fā)展顯著提高了螺釘置釘?shù)木_度[26]。三維“C”型臂導(dǎo)航技術(shù)掃描范圍窄(掃描范圍12.5 cm3)且對(duì)單一部位需進(jìn)行反復(fù)多次掃描，增加了患者輻射暴露時(shí)間，延長(zhǎng)了手術(shù)時(shí)間。應(yīng)用三維導(dǎo)航技術(shù)治療的患者輻射劑量明顯高于其他透視技術(shù)，平均輻射劑量達(dá)2 710 mRem[27]?，F(xiàn)有的導(dǎo)航系統(tǒng)無論是光電還是電磁導(dǎo)航系統(tǒng)均需人為操作，而人手彈性操作的不穩(wěn)定性可能會(huì)造成手術(shù)操作的偏差，導(dǎo)致置釘出現(xiàn)誤差，甚至出現(xiàn)相關(guān)并發(fā)癥。機(jī)器人系統(tǒng)由于使用機(jī)械臂輔助為螺釘置入提供穩(wěn)定的剛性通道，提高了手術(shù)精度和安全性。據(jù)報(bào)道，在透視輔助下經(jīng)皮置入1枚前柱螺釘需平均透視62次[28-29]。而本研究術(shù)中的平均透視次數(shù)為12次，表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)，既縮短了手術(shù)時(shí)間又減少了放射性損害。隨著骨科領(lǐng)域微侵襲技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)設(shè)備的不斷創(chuàng)新和完善，骨科手術(shù)將向著安全、精確定位、創(chuàng)傷最小化的方向發(fā)展。

本研究使用的TiRobot骨科手術(shù)機(jī)器人運(yùn)用了自主研發(fā)的雙平面定位原理，采用一種獨(dú)特的雙平面的定位算法來計(jì)算完成空間定位及一種模塊化的框架式機(jī)器人來完成路徑導(dǎo)航，具有實(shí)時(shí)校正螺釘在骨質(zhì)內(nèi)位置偏移的能力[30-32]。該系統(tǒng)不僅克服了傳統(tǒng)二維導(dǎo)航系統(tǒng)無法在進(jìn)針過程中實(shí)時(shí)觀察螺釘在恥骨骨質(zhì)內(nèi)的位置變化的缺陷，而且可通過自動(dòng)的反饋補(bǔ)償操作更正路徑偏差，并通過光學(xué)跟蹤系統(tǒng)實(shí)時(shí)跟蹤術(shù)中手術(shù)路徑和術(shù)中螺釘位置的變化，以提示術(shù)者作出調(diào)整，提高了置釘?shù)木_性。同時(shí)，該系統(tǒng)的6個(gè)靈活度高的穩(wěn)定性機(jī)械臂使得術(shù)中規(guī)劃螺釘位置與術(shù)后實(shí)際植入螺釘位置的偏移減少，從而減少了人為因素在置釘過程中干擾所致的螺釘置入錯(cuò)位，提高了置釘過程中的穩(wěn)定性。本組患者術(shù)中及術(shù)后影像學(xué)檢查均未出現(xiàn)螺釘位置繼發(fā)移位，所有螺釘均位于恥骨安全通道內(nèi)，固定效果確切可靠。

本組患者為閉合性非移位性骨折或者已復(fù)位的移位骨折，適用于采用經(jīng)皮微創(chuàng)固定手術(shù)。機(jī)器人輔助經(jīng)皮骶髂螺釘內(nèi)固定手術(shù)均嚴(yán)格按照規(guī)范的使用流程操作。術(shù)中操作步驟按照操作說明進(jìn)行，包括機(jī)器人擺位、手術(shù)工具安裝、圖像采集、路徑規(guī)劃及螺釘置入等。在操作過程需注以下事項(xiàng)：(1)在機(jī)器人擺位時(shí)，合理布置機(jī)器人機(jī)械臂執(zhí)行機(jī)構(gòu)、主控系統(tǒng)及光學(xué)跟蹤系統(tǒng)的位置，既能滿足機(jī)器人進(jìn)行手術(shù)操作的需要又能滿足術(shù)者進(jìn)行術(shù)中操作的需要。(2)確保末端配套手術(shù)工具安裝到位，以保證后續(xù)手術(shù)操作的順利進(jìn)行。(3)患者示蹤器的安裝要牢固，避免觸碰光學(xué)跟蹤小球，以免降低系統(tǒng)的精度。(4)在置釘前需安裝導(dǎo)向套筒，避免因用力過猛破壞預(yù)先規(guī)劃好的手術(shù)路徑。若操作出現(xiàn)失誤，隨即進(jìn)行調(diào)整或重新安裝。(5)術(shù)中置入導(dǎo)針時(shí)，避免因用力過猛損壞導(dǎo)針，使得導(dǎo)針彎曲偏離正確的軌道，降低置入的精確性。(6)操作者需熟悉機(jī)器人系統(tǒng)的操作技術(shù)，并具備豐富的手術(shù)經(jīng)驗(yàn)，確保透視定位準(zhǔn)確，以增加手術(shù)的流暢性、安全性。

由于機(jī)器人技術(shù)學(xué)習(xí)曲線長(zhǎng)，手術(shù)設(shè)備價(jià)格昂貴，因此在臨床上難以普及。但好在前柱骨折的發(fā)病率不高，可采用閉合復(fù)位，經(jīng)皮微創(chuàng)固定的病例有限。本研究納入的病例數(shù)較少，且是短期效果評(píng)價(jià)，今后將追蹤隨訪隨機(jī)、前瞻、對(duì)照的長(zhǎng)期結(jié)果，以發(fā)現(xiàn)潛在的風(fēng)險(xiǎn)和損害。

綜上所述，應(yīng)用TiRobot機(jī)器人輔助經(jīng)皮空心螺釘內(nèi)固定治療髖臼前柱骨折的手術(shù)精確性高、安全性好，且具有手術(shù)時(shí)間短、微創(chuàng)、對(duì)患者及醫(yī)務(wù)人員放射性損害小、術(shù)后功能康復(fù)早等優(yōu)點(diǎn)。