应用TiRobot机器人辅助经皮空心螺钉内固定治疗髋臼前柱骨折的疗效

赵国辉 朱礼明 刘华水 张朕 王学光

骨盆髋臼骨折多为高能量损伤所致，常合并脏器损伤或大出血，病死率、感染率及致残率均较高，严重威胁患者的生命安全[1]。单纯髋臼前柱骨折在临床上较少见，占髋臼骨折的4%～5%。对于无移位或移位较小且容易复位、手术部位条件差、基础疾病多且累及髋臼前柱的骨折病例，多采用经皮前柱螺钉内固定手术治疗，既可以防止骨折移位，获得坚强内固定，又利于患者早期活动，预防相关并发症，提高患者术后的生活质量[2]。传统切开复位内固定术不仅易影响骨折端血运，而且易损伤神经和血管，甚至导致异位骨化，进而增加患者的康复时间和治疗费用[3-5]。经皮螺钉内固定术操作困难，学习曲线较长，存在螺钉穿出骨皮质或误入髋关节损伤神经和血管的风险。因此，骨科医生一直在探索一种既能对骨折进行精确复位并固定，又能最大限度地减少患者医源性损伤的新技术。近年来，骨科手术机器人的功能逐渐趋于完善，计算机导航或机器人辅助微创内固定术在骨科中的应用也日益广泛，由于其具有手术时间短、放射线损害少等优势，被越来越多的骨科医生所接受并在临床中广泛应用[6-8]。应用国产第三代天玑骨科手术机器人TiRobot系统，是在髋臼前柱骨折患者入院之后首先完善相关检查，确定患者血流动力学稳定的情况下，在尽可能短的时间内予以手术治疗，以减轻患者的痛苦，使患者尽早活动，提高术后的生活质量。本研究旨探讨应用TiRobot机器人辅助经皮空心螺钉内固定治疗髋臼前柱骨折的疗效。

资料与方法

一、资料

1.纳入与排除标准：(1)纳入标准：①闭合性髋臼前柱骨折，皮肤条件完好；②无手术治疗禁忌证和相对禁忌证，自愿接受经皮拉力螺钉内固定治疗；③均知情同意并签署知情同意书。(2)排除标准：存在经皮拉力螺钉治疗禁忌证，如开放性骨盆髋臼骨折、进钉点皮肤条件差、进钉点周围骨折、严重骨质疏松、移位明显、固定前不能获得良好复位。

2.病例来源：回顾分析2016年12月至2017年10月在济南市第三人民医院创伤骨科采用TiRobot机器人辅助经皮空心螺钉内固定治疗的9例髋臼前柱骨折患者的病历资料。其中，男6例，女3例；年龄39.3(27～75)岁。致伤原因：交通事故伤5例，高空坠落伤3例，重物砸伤1例。无其他并发症。根据AO分型，均为62-A3型。

二、方法

1.术前评估：患者入院后监测生命体征，建立静脉通道、导尿，积极补液、扩容治疗，必要时予以输血。所有患者常规摄X线片及CT扫描，并进行三维重建。受伤至手术时间4～10 h，患者血流动力学稳定，术前评估满意，均尽早手术。

2.手术设备及器械：第三代天玑骨科手术机器人TiRobot系统(北京天智航医疗科技股份有限公司，中国)，包括多自由度机械臂、空间标定组件、手术计划控制软件、光学跟踪系统、主控台车和配套工具。“C”型臂X线机(西门子公司，德国)。直径为7.3 mm的空心钉(天津正天医疗器械有限公司，中国)。

3.手术方法：采用气管插管全身麻醉，患者取仰卧位。手术床高度调整至合适“C”型臂活动范围的最佳位置。在牢靠摆位的前提下，保证机械臂导向器空间足够。常规消毒铺巾，将机器人机械臂罩上无菌套移动并固定至手术床旁，确保机器人机械臂可达到手术部位，光学跟踪系统置于床尾无菌区外。“C”型臂X线机置于术者对侧，将患者示踪器固定于健侧髂前上棘骨质中。应用“C”型臂X线机获取有机器人定位标记点的术中透视影像，并将其传输至主控工作站软件进行运算。连接机器人系统各部电源线、机械臂-主控台车数据线，以及主控台车-“C”型臂X线机DICOM网线。接通电源，启动系统。进入主控软件系统，测试系统连接是否正常，输入患者信息。将患者示踪器安装在左侧(健侧)髂前上棘，罩机器人机械臂无菌套，安装导向器基座，并完成“C”型臂X线机位置摆放，尽量满足术中足够活动空间。安装机械臂标记点标尺。“C”型臂X线机摆放至定位图像采集位置。术者拖持机器人机械臂，使标记点小矩阵一面尽可能与“C”型臂X线机影像增强器平行。采集骨盆患侧闭孔出口位、骨盆入口位、骨盆正位3幅图像，确保标记点全部位于手术骨质周围并清晰可见。利用软件自动标示标记点，术者可手动调节，验证位置是否合适。经主机运算后，系统自动生成标示线，术者根据患者的前柱解剖特点及骨折类型规划置钉通道，对应3个图像中的空间位置，系统自动测算螺钉长度为术者置钉提供参考。卸掉标尺，安装导向器。术者将机械臂摆放至预定位置或通过计算机运行至预置钉状态，系统通过运动模拟确认机械臂目标位置准确无误。点击机械臂运行到位，软件中显示路径将与规划位置重合。如误差较大，可微调，将误差控制在可接受范围内。安装套筒，置入空心钉导针，透视验证导针位置。将套筒插入导向器中，在与皮肤接触的位置用尖刀作1～2 cm切口，钝性分离皮下组织、筋膜及肌肉，将导针套筒置入组织中直至尖端抵紧髂骨外板即入钉点骨面，防止滑动。将2.8 mm导针插入套筒，术者计算电钻打入深度。透视验证导针位置，将验证透视图像导入软件，通过虚拟识别线比较规划位置与实际位置的偏差。移除机器人系统，置入空心螺钉。退出机械臂，卸除套筒，空心钻扩孔，根据导针进入深度测量置钉长度，沿导针拧入1枚直径7.3 mm、长度130 mm的空心螺钉。螺钉置入后再次透视闭孔出口位、骨盆入口位、骨盆正位验证。取出导针，闭合皮下组织及皮肤。对于复位不满意且移位的骨折，手法复位重叠移位骨折；对于不能纠正满意的旋转移位骨折，利用通道螺钉技术，空心钉沿导针到达骨折端，拔出导针，预弯，导针纠正远端骨折移位，空心钉固定。透视验证置钉位置满意，术毕。

4.术后康复及随访：术后即刻指导患者对患肢进行功能锻炼，以防下肢深静脉血栓的形成，在床上练习双下肢、髋关节、膝关节主动或被动屈伸运动。摄闭孔出口位、骨盆入口位、骨盆正位X线片及CT平扫确认固定是否牢靠。术后4周可拄双拐下地不完全负重活动，6～8周保护性部分负重活动，10～12周完全负重活动。嘱患者每个月门诊复查闭孔出口位、骨盆入口位、骨盆正位X线片，直至骨折愈合。观察切口愈合情况、内固是否松动、骨折愈合情况以及有无神经血管损伤等。末次随访时，采用Majeed评分标准评估术后功能[9]。

结 果

9例患者共置入10枚髋臼前柱经皮空心螺钉，其中1例为双侧髋臼前柱骨折，其余8例为单侧髋臼前柱骨折。手术时间65(50～120)min，手术切口2～3个，手术切口长度平均1.5 cm，术中出血量25(5～60)ml，术中透视次数12(9～27)次。患者麻醉苏醒后无神经损伤症状。术后闭孔出口位、骨盆入口位、骨盆正位X线示骨折对位良好，内固定位置良好。术后CT扫描示复位良好，空心钉位置满意，均未穿出骨皮质或进入髋关节内。本组患者切口均获得Ⅰ期愈合，未出现医源性血管、神经及脏器损伤，泌尿及生殖系统损伤，骨折移位，空心螺钉松动及断裂，感染及坏死等现象。9例患者均获门诊随访，随访时间5(3～6)个月。所有患者术后3个月内骨折均愈合，无畸形愈合。末次随访时，优7例，良2例。

典型病例：患者男，56岁，因“交通事故伤致右髋部疼痛、活动受限 2 h”收入院。术前X线示右髋臼前柱骨折。应用TiRobot机器人微创经皮拉力螺钉内固定术治疗。术后X线示右侧髋臼前柱骨折端对位对线好，螺钉位置正常。术后CT示骨折断端对位良好，内固定螺钉未穿出皮质或进入髋关节内，术后进行CT重建。术后3 d，骨盆挤压分离试验转为阴性。术后3个月，患者恢复正常生活(图1)。

讨 论

微创经皮螺钉内固定治疗髋臼前柱骨折对于髋臼前柱螺钉内固定的生物力学稳定性等同于传统切开复位内固定[10-12]。与传统切开复位内固定相比，微创经皮螺钉内固定具有以下优势：(1)切口小、出血量少、手术时间短；(2)不剥离骨折端周围的软组织，保护骨折端血运，利于骨折愈合，康复时间短；(3)较稳定，可早期进行功能锻炼；(4)并发症少，康复快。髋臼前柱解剖结构复杂，使得髋臼前柱螺钉的“安全通道”十分狭窄，钉道通过髂前下棘与髂耻隆起移行区及闭孔沟处的2个“前柱薄弱区”，向内上易进入骨盆损伤血管、神经，向外易进入关节损伤关节软骨及股骨头[13-15]。目前，关于髋臼前柱螺钉入点、角度、直径及长度的研究多基于标本或影像学检查[16-19]。临床上为了提供足够的刚性和稳定性，选择的螺钉直径应尽量长。若螺钉直径较短，在置入后易发生弯曲导致复位丢失。但由于狭窄且不规则髋臼前柱的限制，螺钉直径越大就意味着其穿出骨皮质损伤神经血管的风险越高，故目前对于髋臼前柱螺钉直径的选择尚存有争议。Puchwein等[20]借助三维成像技术及MIMICS软件测得前柱拉力螺钉长度为107～148 mm，前柱最狭窄处宽(9.2±2.4)mm。因此，本研究选用直径为7.3 mm的半螺纹空心拉力螺钉。

近年来，计算机辅助导航及医用机器人辅助在骨科手术中的应用日益广泛，具有定位精准、微创、减少放射线的暴露时间、降低神经血管医源性损伤的风险以及骨折复位固定效果满意等优势[21]。目前，透视导航技术在创伤骨科手术治疗中仍处于起始阶段，仍存在术中参考架松动、患者身体位移、克氏针发生形变等问题[22]。在“C”型臂透视下，因术者手术经验的差异及周围软组织对导针套管的挤压导致很难把握入钉点的精确位置，加之在置钉过程中反复钻孔定位入钉点，会造成入钉点周围骨质的破坏，术后负重可导致螺钉尾帽周围骨质支撑力不足引发螺钉移位或变形。在置钉过程中，术者需反复调整“C”型臂透视，通过多个角度来确定螺钉走形与耻骨边缘的位置关系，导致术者及患者辐射暴露时间增加，手术时间延长。这些不利因素最终导致螺钉置钉错位率、术后螺钉继发移位率、神经血管损伤等并发症发生率以及医源性损伤发生率均较高[23-25]。而使用机器人系统辅助手术减少了导针调整的次数和放射性损害，使得传统的手术方式变得简单、快捷和安全。

图1患者男，56岁，交通事故伤致右髋部疼痛，活动受限 2 h，应用TiRobot机器人微创经皮拉力螺钉内固定术治疗A术前X线示右髋臼前柱骨折B术后X线示右侧髋臼前柱骨折端对位对线好，螺钉位置正常C，D术后CT示骨折断端对位良好，内固定螺钉未穿出皮质或进入髋关节内

导航技术由二维到三维的发展显著提高了螺钉置钉的精确度[26]。三维“C”型臂导航技术扫描范围窄(扫描范围12.5 cm3)且对单一部位需进行反复多次扫描，增加了患者辐射暴露时间，延长了手术时间。应用三维导航技术治疗的患者辐射剂量明显高于其他透视技术，平均辐射剂量达2 710 mRem[27]。现有的导航系统无论是光电还是电磁导航系统均需人为操作，而人手弹性操作的不稳定性可能会造成手术操作的偏差，导致置钉出现误差，甚至出现相关并发症。机器人系统由于使用机械臂辅助为螺钉置入提供稳定的刚性通道，提高了手术精度和安全性。据报道，在透视辅助下经皮置入1枚前柱螺钉需平均透视62次[28-29]。而本研究术中的平均透视次数为12次，表现出明显的优势，既缩短了手术时间又减少了放射性损害。随着骨科领域微侵袭技术的发展和现代医疗技术设备的不断创新和完善，骨科手术将向着安全、精确定位、创伤最小化的方向发展。

本研究使用的TiRobot骨科手术机器人运用了自主研发的双平面定位原理，采用一种独特的双平面的定位算法来计算完成空间定位及一种模块化的框架式机器人来完成路径导航，具有实时校正螺钉在骨质内位置偏移的能力[30-32]。该系统不仅克服了传统二维导航系统无法在进针过程中实时观察螺钉在耻骨骨质内的位置变化的缺陷，而且可通过自动的反馈补偿操作更正路径偏差，并通过光学跟踪系统实时跟踪术中手术路径和术中螺钉位置的变化，以提示术者作出调整，提高了置钉的精确性。同时，该系统的6个灵活度高的稳定性机械臂使得术中规划螺钉位置与术后实际植入螺钉位置的偏移减少，从而减少了人为因素在置钉过程中干扰所致的螺钉置入错位，提高了置钉过程中的稳定性。本组患者术中及术后影像学检查均未出现螺钉位置继发移位，所有螺钉均位于耻骨安全通道内，固定效果确切可靠。

本组患者为闭合性非移位性骨折或者已复位的移位骨折，适用于采用经皮微创固定手术。机器人辅助经皮骶髂螺钉内固定手术均严格按照规范的使用流程操作。术中操作步骤按照操作说明进行，包括机器人摆位、手术工具安装、图像采集、路径规划及螺钉置入等。在操作过程需注以下事项：(1)在机器人摆位时，合理布置机器人机械臂执行机构、主控系统及光学跟踪系统的位置，既能满足机器人进行手术操作的需要又能满足术者进行术中操作的需要。(2)确保末端配套手术工具安装到位，以保证后续手术操作的顺利进行。(3)患者示踪器的安装要牢固，避免触碰光学跟踪小球，以免降低系统的精度。(4)在置钉前需安装导向套筒，避免因用力过猛破坏预先规划好的手术路径。若操作出现失误，随即进行调整或重新安装。(5)术中置入导针时，避免因用力过猛损坏导针，使得导针弯曲偏离正确的轨道，降低置入的精确性。(6)操作者需熟悉机器人系统的操作技术，并具备丰富的手术经验，确保透视定位准确，以增加手术的流畅性、安全性。

由于机器人技术学习曲线长，手术设备价格昂贵，因此在临床上难以普及。但好在前柱骨折的发病率不高，可采用闭合复位，经皮微创固定的病例有限。本研究纳入的病例数较少，且是短期效果评价，今后将追踪随访随机、前瞻、对照的长期结果，以发现潜在的风险和损害。

综上所述，应用TiRobot机器人辅助经皮空心螺钉内固定治疗髋臼前柱骨折的手术精确性高、安全性好，且具有手术时间短、微创、对患者及医务人员放射性损害小、术后功能康复早等优点。