股骨頸骨折應(yīng)用輔助技術(shù)下置釘?shù)难芯窟M(jìn)展

【關(guān)鍵詞】 股骨頸骨折；輔助技術(shù)；有限元分析（FEA）；3D 打印；骨科機(jī)器人

中圖分類號(hào)：R687.3"" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A"" DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2024.07.014

股骨頸骨折是指股骨頭至股骨頸基底部區(qū)域的骨折，為創(chuàng)傷骨科臨床診療中最常見(jiàn)的類型之一，約占全身骨折的3.6%和髖部骨折的57%［1］。目前的治療方法主要包括保守治療和手術(shù)治療。對(duì)于年輕患者和骨質(zhì)好的老年患者，閉合復(fù)位內(nèi)固定術(shù)是首選［2］。手術(shù)關(guān)鍵在于解剖復(fù)位、堅(jiān)固內(nèi)固定，并保留股骨頭的血液供應(yīng)，以減少術(shù)后并發(fā)癥［3］。然而，傳統(tǒng)手術(shù)存在置釘不準(zhǔn)確的問(wèn)題，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的醫(yī)源性損傷。股骨頸骨折的治療仍然具有挑戰(zhàn)性，易出現(xiàn)嚴(yán)重并發(fā)癥如骨不愈合、股骨頭壞死和創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎。隨著精準(zhǔn)、智能醫(yī)療理念的提出，輔助技術(shù)如有限元分析（FEA）、3D打印和骨科機(jī)器人逐漸應(yīng)用于臨床，提高了置釘?shù)木_性并減少了并發(fā)癥的發(fā)生。本文總結(jié)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，旨在探討股骨頸骨折輔助技術(shù)下置釘?shù)难芯?，以了解現(xiàn)有治療方法并為未來(lái)的探索提出新思路。

1 有限元分析

1.1 有限元分析衍生

FEA利用數(shù)值求解工程和數(shù)學(xué)建模中出現(xiàn)的微分方程的技術(shù)［4］。應(yīng)用數(shù)字化軟件提取影像數(shù)據(jù)模型，常規(guī)以CT模式為主，設(shè)計(jì)出術(shù)前骨折模型、術(shù)中及術(shù)后置入內(nèi)固定物狀態(tài)。有限元素（即單元）模擬復(fù)雜的真實(shí)系統(tǒng)，在生物力學(xué)研究方面?zhèn)涫軞g迎。在創(chuàng)傷骨科臨床應(yīng)用中，力學(xué)研究深受關(guān)注。包括對(duì)內(nèi)固定物放置位置，選擇何種內(nèi)固定物，置入螺釘角度、深度、數(shù)量及骨折部位的受力、應(yīng)力遮擋、移位等力學(xué)情況。這是手術(shù)成功的關(guān)鍵點(diǎn)，然而通過(guò)肉眼、常規(guī)的影像設(shè)備無(wú)法得出量化指標(biāo)。術(shù)者很大程度上僅憑借手術(shù)經(jīng)驗(yàn)判斷，在理論上缺乏具體量化數(shù)據(jù)支撐。基于此困境，有限元分析法衍生為力學(xué)提供定性、定量參考。

1.2 有限元分析應(yīng)用

股骨頸骨折內(nèi)固定物選擇很重要，特別在骨折線附近，應(yīng)力分布影響著骨折愈合生物學(xué)環(huán)境，堅(jiān)強(qiáng)固定是愈合的關(guān)鍵。股骨頸骨折分型中，PauwelsⅢ型、Ⅳ型股骨頸骨折的內(nèi)固定物選擇仍存在爭(zhēng)議。在選擇何種內(nèi)固定物方面，齊遠(yuǎn)博等［5］建立了PauwelsⅢ型模型，對(duì)比了3種類型內(nèi)固定物，研究發(fā)現(xiàn)股骨頸動(dòng)力交叉釘系統(tǒng)（FNS）的應(yīng)力分布更為均勻、力學(xué)傳導(dǎo)特性更好，其承受了較低的屈服應(yīng)變、較高的應(yīng)力和較高的位移。馬季等人［6］發(fā)現(xiàn)動(dòng)力髖螺釘+防旋螺釘（DHS+DS）的生物力學(xué)穩(wěn)定性能優(yōu)于4枚空心拉力螺釘及FNS模型。動(dòng)力髖螺釘（DHS）和近端防旋股骨釘（PFNA）被推薦用于治療基底部股骨頸骨折，但術(shù)后股骨頸短縮率較高。為了解決這一難題，衍生出股骨近端仿生釘（PFBN），通過(guò)有限元分析構(gòu)建三者模型，結(jié)果顯示PFBN在應(yīng)力分布和生物穩(wěn)定性方面具有優(yōu)勢(shì)，能相應(yīng)減少前兩者的并發(fā)癥［7］。針對(duì)以上內(nèi)固定物應(yīng)力、移位、力學(xué)優(yōu)勢(shì)發(fā)現(xiàn)，股骨近端仿生釘似乎更具優(yōu)勢(shì)，但部分學(xué)者在治療股骨頸垂直骨折方面對(duì)空心螺釘細(xì)化研究發(fā)現(xiàn)無(wú)頭空心加壓螺釘具有更好的生物力學(xué)穩(wěn)定性，尤其是Pauwels角為70°的骨折。由此可見(jiàn)，不同骨折類型中內(nèi)固定物并非不變，需個(gè)性化評(píng)估選擇最優(yōu)。內(nèi)固定術(shù)后股骨頭解剖角度影響力學(xué)變化。股骨頭向下旋轉(zhuǎn)10°以內(nèi)時(shí)，應(yīng)力變化較小，股骨頭位移最小。股骨頭空間旋轉(zhuǎn)角度與股骨近端生物力學(xué)改變呈正相關(guān)［9］。在進(jìn)針點(diǎn)研究中［10］，F(xiàn)NS主釘?shù)闹萌朦c(diǎn)位于股骨頸軸位中心及偏前，具有較好的抗旋轉(zhuǎn)能力，并能避免內(nèi)固定裝置應(yīng)力集中，從而使股骨頸骨折固定更牢靠。股骨頸部由于骨小梁走向不同，其力學(xué)作用也不同。因此，內(nèi)固定角度、軸線的置入需在適當(dāng)范圍內(nèi)，同時(shí)需特別關(guān)注股骨頭的旋轉(zhuǎn)和移位程度。在復(fù)位不佳時(shí)，如何取舍復(fù)位丟失及選擇固定方式是較棘手的問(wèn)題。研究者對(duì)頭下型骨折造模，將骨折模型分為解剖復(fù)位組、髖內(nèi)翻組、髖外翻組，并采用標(biāo)準(zhǔn)組、螺釘壓低組、螺釘抬高組進(jìn)行固定，通過(guò)對(duì)應(yīng)力分布、移位情況等方面的分析，得出當(dāng)完全解剖復(fù)位時(shí)，推薦采用標(biāo)準(zhǔn)的倒三角置釘方式固定；當(dāng)出現(xiàn)復(fù)位標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi)的髖內(nèi)翻及髖外翻時(shí)，置入螺釘時(shí)推薦采用隨髖內(nèi)或外翻同方向轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的角度置入倒三角螺釘固定［11］，目的在于滿足置入螺釘順應(yīng)解剖力學(xué)方向，降低剪切、對(duì)抗力學(xué)不利影響程度。在遇到難復(fù)性股骨頸骨折中，賈繼齋等［12］的研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)移位2 mm以內(nèi)的陽(yáng)性支撐（向近端移位），應(yīng)用股骨頸系統(tǒng)內(nèi)固定可以得到穩(wěn)定的力學(xué)固定，但是需要避免陰性支撐復(fù)位（向遠(yuǎn)端移位）。在骨缺損、術(shù)后骨質(zhì)疏松模型中，內(nèi)固定物的選擇各有利弊，但需注意到內(nèi)固定物伴隨的力學(xué)環(huán)境改變對(duì)骨折預(yù)后的影響［13-14］，總之需要滿足基本原則，堅(jiān)強(qiáng)固定、保護(hù)血運(yùn)等。

1.3 優(yōu)勢(shì)及局限

通過(guò)三維有限元分析，從生物力學(xué)理論上得到不同內(nèi)固定物置入后的應(yīng)力遮擋、移位、受力情況，同時(shí)可以構(gòu)建不同類型模型進(jìn)行手術(shù)模擬，進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃及預(yù)判，對(duì)置入物的選擇及置釘方式有極大參考意義，甚至能模擬內(nèi)固定物失效所能承受的力學(xué)量化指標(biāo)。在解剖樣本獲取難、無(wú)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室的困境下，有限元分析法可以提供關(guān)鍵性生物力學(xué)指導(dǎo)，但這對(duì)前期學(xué)習(xí)、模型構(gòu)建質(zhì)量要求高。同時(shí)無(wú)法完全模擬出真實(shí)人體生理狀態(tài)，特別是在缺乏肌肉、韌帶等重要軟組織中，實(shí)際臨床應(yīng)用需個(gè)性化評(píng)估。

2 3D打印

2.1 3D打印衍生

3D打印技術(shù)是以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，針對(duì)模型材料賦值而逐層打印形成的模型實(shí)體。就股骨頸骨折而言，目前臨床常用的手術(shù)方案是術(shù)中在C型臂X線透視下切開(kāi)或經(jīng)皮置入空心加壓螺釘，治療效果可觀，但仍面臨導(dǎo)針位置不佳需反復(fù)多次透視，克氏針重復(fù)調(diào)整鉆孔，不同術(shù)者依靠自身經(jīng)驗(yàn)操作，易導(dǎo)致股骨頸醫(yī)源性損傷，甚至可能因螺釘位置不佳導(dǎo)致術(shù)后并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)增多。隨著3D打印數(shù)字化導(dǎo)航的出現(xiàn)，經(jīng)皮導(dǎo)板用于治療股骨頸骨折，術(shù)前獲取患者患肢CT數(shù)據(jù)，擬合出骨折模型，通過(guò)定位點(diǎn)匹配螺釘置入，并且可在3D模型中驗(yàn)證導(dǎo)板精確度，觀察置釘角度、深度、位置［15］。

2.2 3D打印應(yīng)用

為了提高置釘?shù)木_性、減少手術(shù)時(shí)間及術(shù)中透視次數(shù)、減少輻射暴露，研究者回顧性比較了經(jīng)皮導(dǎo)板治療股骨頸骨折與對(duì)照組的效果，發(fā)現(xiàn)前者具有微創(chuàng)、減少射線暴露、快速、精準(zhǔn)等優(yōu)勢(shì)［16］。孫博等人［17］通過(guò)研究導(dǎo)板組對(duì)37例中青年患者的置釘情況，發(fā)現(xiàn)其在手術(shù)時(shí)間、術(shù)中透視次數(shù)及末期隨訪復(fù)位情況方面略優(yōu)于常規(guī)組。盛曉磊等［18］對(duì)24例中青年股骨頸骨折患者的治療研究顯示，導(dǎo)航組減少了手術(shù)時(shí)間、透視次數(shù)及出血量，但兩組在術(shù)后髖關(guān)節(jié)功能改善方面差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。丁悅等人［19］研究認(rèn)為，導(dǎo)航組與傳統(tǒng)組在疼痛、功能評(píng)分及關(guān)節(jié)活動(dòng)度方面差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但術(shù)后影像上螺釘位置有所優(yōu)勢(shì)。王清澤等［16］的研究結(jié)果與上述研究類似?？傊?，3D打印導(dǎo)航模板可以提高螺釘置釘?shù)臏?zhǔn)確性，減少出血量，縮短手術(shù)時(shí)間。這主要?dú)w功于首次置釘?shù)母邼M意度，無(wú)需反復(fù)調(diào)整，避免了多次調(diào)釘對(duì)神經(jīng)血管的損傷。盡管各項(xiàng)研究結(jié)果令人滿意，但在骨折愈合和關(guān)節(jié)功能方面尚無(wú)明確優(yōu)勢(shì)。這可能與研究樣本較少、單中心研究局限及缺乏中長(zhǎng)期研究有關(guān)。

2.3 優(yōu)勢(shì)及局限

3D打印技術(shù)制訂個(gè)性化置釘導(dǎo)航模板在置釘精確度、手術(shù)時(shí)間和術(shù)后透視方面優(yōu)于常規(guī)方法。然而，該技術(shù)需要在術(shù)前進(jìn)行建模和設(shè)計(jì)置釘計(jì)劃，并打印導(dǎo)航模板，費(fèi)用無(wú)形中增加。甚至需要運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬手術(shù)，這使得術(shù)前耗時(shí)較多。一些學(xué)者認(rèn)為這可能會(huì)延誤手術(shù)時(shí)機(jī)，增加復(fù)位難度。同時(shí)，導(dǎo)航模板的使用前提是必須將骨折部位復(fù)位到滿意位置才能定位安裝，否則定位可能不會(huì)按照預(yù)先設(shè)計(jì)的軌道置釘。而且，導(dǎo)板的安裝穩(wěn)定程度也會(huì)影響定位，需要術(shù)者在手術(shù)中仔細(xì)觀察和判斷。

3 天璣骨科機(jī)器人

3.1 天璣骨科機(jī)器人衍生

隨著智能化時(shí)代和精準(zhǔn)智能醫(yī)療概念的出現(xiàn)，天璣骨科機(jī)器人逐漸在臨床中引起關(guān)注。該機(jī)器人系統(tǒng)通過(guò)CT掃描獲取手術(shù)部位的影像數(shù)據(jù)，并導(dǎo)入控制系統(tǒng)，設(shè)置手術(shù)節(jié)段置釘?shù)慕嵌群痛笮『髨?zhí)行。在視蹤系統(tǒng)的監(jiān)視下，機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)到指定位置，并利用定位通道進(jìn)行置釘［20］。這一技術(shù)在骨折手術(shù)和科研教學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，為術(shù)者和學(xué)者帶來(lái)便利和深度學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。其主要目的是提高置釘?shù)木_度，減少副損傷。

3.2 天璣骨科機(jī)器人應(yīng)用

股骨頸骨折置釘面臨的螺釘置入精度、股骨頸骨折愈合率和術(shù)后功能恢復(fù)方面的困境，多數(shù)學(xué)者展開(kāi)研究天璣骨科機(jī)器人輔助下置釘是否可改善置釘精確度，減少嚴(yán)重的醫(yī)源性損傷及降低相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。在此之前需復(fù)位骨折部位，通過(guò)骨科牽引床閉合下或開(kāi)放下進(jìn)行。劉亞軍等［21］通過(guò)骨科機(jī)器人對(duì)GardenⅡ、Ⅲ型股骨頸骨折運(yùn)用股骨頸動(dòng)力交叉釘系統(tǒng)治療，在主導(dǎo)針進(jìn)針、透視次數(shù)方面少于傳統(tǒng)對(duì)照組。張子陽(yáng)［22］研究顯示螺釘夾角、螺釘與股骨頸軸線夾角小于對(duì)照組，且能在步驟方面進(jìn)一步優(yōu)化。張頔等［23］研究發(fā)現(xiàn)在手術(shù)時(shí)間、手術(shù)物品準(zhǔn)備、配合度評(píng)分方面機(jī)器人更高，在標(biāo)準(zhǔn)模式下提高手術(shù)效率。聶德新等［24］研究發(fā)現(xiàn)對(duì)照組螺釘松動(dòng)2例，機(jī)器人組術(shù)后指標(biāo)評(píng)估優(yōu)于對(duì)照組，且一次性置釘成功率更高、手術(shù)時(shí)間更短、輻射更少。龍玉斌等［25］認(rèn)為機(jī)器人操作簡(jiǎn)單，既可以發(fā)揮單一微創(chuàng)切口的優(yōu)勢(shì)，固定可靠，又可精準(zhǔn)定位，使內(nèi)固定達(dá)到最合理最佳位置，近期療效良好，但在遠(yuǎn)期療效中需進(jìn)一步驗(yàn)證。WANG等［26］研究認(rèn)為機(jī)器人置釘成功率高，并且可以減少術(shù)中輻射量和股骨頭壞死的發(fā)生率。荊玉龍等［27］認(rèn)為機(jī)器人治療術(shù)中出血量、放置重點(diǎn)導(dǎo)針數(shù)方面更具優(yōu)勢(shì)，但在短期療效中未占明顯上風(fēng)。一項(xiàng)薈萃分析認(rèn)為機(jī)器人輔助固定在安全性和有效性方面更勝一籌［28］。兒童股骨頸骨折治療難度大，對(duì)血運(yùn)保護(hù)要求更高，F(xiàn)ENG等［29］使用機(jī)器人對(duì)10例兒童股骨頸骨折導(dǎo)航置釘，所有患兒均獲得骨折愈合，但隨訪1年后股骨頭發(fā)生壞死2例。WAN等［30］在機(jī)器人導(dǎo)航下使用經(jīng)皮空心螺釘治療得到滿意療效。以上研究均認(rèn)為機(jī)器人輔助下置釘明顯提高了置釘精確性，前提需使骨折段復(fù)位條件滿意后置釘，但由于股骨頸解剖特殊性，股骨頭壞死有時(shí)仍難以避免，因此，在臨床診療中需合理利用輔助技術(shù)，個(gè)性化選擇治療方案。

3.3 優(yōu)勢(shì)及局限

骨科機(jī)器人輔助導(dǎo)航下無(wú)疑為股骨頸骨折置釘提供幫助，提高置釘精確性、安全性，避免多次調(diào)整導(dǎo)針而造成的股骨頸醫(yī)源性損傷，也減少置釘不良導(dǎo)致的內(nèi)固定失效而相應(yīng)帶來(lái)的不良后果，但在手術(shù)時(shí)間方面是否占優(yōu)勢(shì)，需大量臨床研究考證，因?yàn)樵趻呙杌颊逤T數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)體位要求高，不佳的體位影響影像成像；其次規(guī)劃、設(shè)計(jì)耗時(shí)；同時(shí)在機(jī)器人定位出現(xiàn)故障時(shí)，將導(dǎo)致整體置釘出現(xiàn)偏差，此時(shí)需要多次調(diào)整螺釘或重新設(shè)計(jì)，甚至重啟設(shè)備。盛偉超等［31］分析了在脊柱置入椎弓根螺釘時(shí)可能的原因，值得借鑒，對(duì)術(shù)者手術(shù)操作步驟要求很重要，需注意術(shù)中每個(gè)細(xì)節(jié)。骨科機(jī)器人目前很大一部分醫(yī)院仍然無(wú)法開(kāi)展，使用此設(shè)備費(fèi)用較高，但有學(xué)者認(rèn)為機(jī)器人組術(shù)后住院時(shí)間及總住院時(shí)間短，住院及用藥費(fèi)用低于未使用機(jī)器人組，可減輕經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)［32］，筆者認(rèn)為需從多個(gè)層面優(yōu)化新技術(shù)開(kāi)展，深入服務(wù)于患者。

4 總結(jié)

股骨頸骨折應(yīng)用輔助技術(shù)下提高了置釘精確度、安全性，減少相應(yīng)潛在并發(fā)癥，為患者提供優(yōu)質(zhì)診療，提高生活質(zhì)量，但各輔助技術(shù)應(yīng)用也存在相關(guān)局限性，目前臨床研究中多數(shù)為小樣本、單中心、近期療效為主，缺乏對(duì)遠(yuǎn)期療效的追蹤，今后需大量臨床數(shù)據(jù)進(jìn)行研究考證。

參 考 文 獻(xiàn)

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（收稿日期：2024-03-28 修回日期：2024-04-29）

（編輯：梁明佩）