天玑骨科机器人系统在青壮年股骨颈骨折空心螺钉内固定术中的应用价值*

梁广权 许鹏雍 黄金实 陈 仕 班付伟 广西百色市人民医院创伤骨科 533000

髋部骨折已成为全球主要的公共卫生问题之一,每年约有450万人因髋部骨折致残,据预测,到2050年,髋部骨折增加至每年626万例,其中在亚洲的发生率占比达50%以上[1]。在髋部骨折中,我国以股骨颈骨折最为常见,占髋部骨折的48%～54%,其中青壮年骨折多为高能暴力所致[2]。目前,大多数股骨颈骨折患者更偏向于手术治疗,其中空心螺钉内固定利用3枚螺钉所形成的倒等边三角形,能够提供良好的生物力学稳定性,促进骨折愈合,现已成为股骨颈骨折内固定的有效治疗方法,尤其是对于60岁以下的青壮年患者[3]。有研究显示[4],螺钉的准确放置是空心螺钉内固定手术成功的关键。而经杨琨等[5]的Meta分析发现,传统放置空心螺钉方法存在手术中反复钻孔导致骨损伤、螺钉未能置于最佳位置、螺钉松动移位等诸多手术弊端,在此因素的影响下,极易导致患者出现骨折难以愈合、股骨头坏死等情况,最终导致手术失败,影响预后,且为了确定螺钉最佳固定位置,手术期间需频繁进行透视,故还会给医务人员带来辐射风险。在医学智能化不断发展的情况下,导航系统、手术机器人等AI医疗设备辅助骨科手术能够发挥智能化、精准化、微创化作用。骨科手术机器人能够提供更为完整的数据分析,实现手术导航、精确定位,确保螺钉的准确安全置入,多项研究表明其螺钉精度达到95%以上,较传统手术具有巨大优势[6]。我院于2019年引进天玑骨科机器人系统,并逐步开展应用于骨科手术当中,现就2020年8月—2022年8月收治的40例行空心螺钉内固定治疗的青壮年股骨颈骨折患者进行分析,比较天玑骨科机器人系统辅助下手术与传统手术的相关疗效,结果如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 本研究经医院伦理委员会批准,选取我院2020年8月—2022年8月期间收治的40例青壮年股骨颈骨折患者,按术中置钉方法的不同将其分为传统组(n=20)和试验组(n=20)。纳入标准:(1)符合股骨颈骨折的诊断标准[7];(2)均为19～59岁的青壮年;(3)单纯股骨颈骨折,无神经血管损伤;(4)患者全身状态较好,能够耐受手术。排除标准:(1)开放性骨折;(2)陈旧性骨折;(3)复位困难需行切开复位内固定患者;(4)骨质较差、合并严重关节炎,不适合空心螺钉固定患者。传统组男12例,女8例;年龄19～59(34.78±5.67)岁;侧别:左侧13例,右侧7例;致伤原因:摔伤4例,交通伤7例,坠落伤9例;Garden分型:Ⅰ型1例,Ⅱ型4例,Ⅲ型12例,Ⅳ型3例。试验组男11例,女9例;年龄19～59(35.13±5.42)岁;侧别:左侧12例,右侧8例;致伤原因:摔伤3例,交通伤8例,坠落伤9例;Garden分型:Ⅰ型1例,Ⅱ型3例,Ⅲ型13例,Ⅳ型3例。两组患者一般资料对比无统计学差异(P>0.05),具有可比性。

1.2 方法 所有患者均由具有10年及以上骨科手术经验和1年及以上机器人系统置钉经验的医师进行空心螺钉内固定术,术前对患者患侧髋关节进行X线片拍摄,并行CT平扫+三维重建,确定骨折、移位类型;进入手术室后对患者施行硬膜外麻醉,保持仰卧位,手法复位后将患者下肢置于骨科专用牵引架上行牵引复位,在C型臂X线机下观察复位满意后,常规消毒,置钉方法如下:传统组采用传统置钉方式,即徒手置钉。首先,徒手放置3枚倒“品”字形导针(直径2.0mm),即在股骨矩附近,将第1根导针沿股骨颈长轴中心向下经皮钻孔,使针尖达到股骨头软骨下方0.5cm,接着在该导针上方1.5～2cm处平行钻入第2枚导针,并使用相同方法在第2导针前/后方平行钻入第3枚导针,使其呈倒“品”字形,其间若放置不佳,则需将其取出并重新置入,直至导针放置满意。之后对导针进入股骨颈的长度进行测量,并用空心钻对其3枚导针的置入路径进行扩大,然后拧入相应长度的3枚空心螺钉,取下导针,使用C型臂X线机对患者进行二次检查,确认螺钉位置、骨折端复位情况,满意后用生理盐水冲洗术区,各进针点均缝合1针。试验组则由北京积水潭医院与北京天智航研发的第3代天玑骨科机器人辅助完成置钉。将示踪器安装固定、导航导线连接后,C型臂X线机拍摄患侧髋关节正、侧位X线片,传输所拍摄的影像学资料到机器人操作平台,并规划3枚空心螺钉置入位置、方向及螺钉长度,螺钉呈倒“品”字形分布,尽量平行分散,完成螺钉规划后运行机器人手臂,使定位导向器靠近进钉位置皮肤,然后在其指向的皮肤处做一长1cm的切口,分离皮下组织筋膜至骨面,插入钻套,钻入导针,再次透视确认导针位置,同法操作机器人手臂到位后钻入另外2枚导针,进而沿其1枚导针空心钻钻孔,根据之前规划螺钉长度拧入相应长度空心螺钉,同法分别置入余下的2枚螺钉,C型臂X线机再次检查确认螺钉位置、骨折端复位情况满意后取出导针,冲洗、缝合切口。术后对两组患者均持续随访观察8个月,术后常规抗生素抗感染,24h停药;术后12h抗凝防下肢深静脉血栓;术后第1天行踝关节足踝关节主被动活动,术后第2天床上坐起,第3～5天根据情况适度行髋关节伸屈锻炼;术后定期复查,3个月内每月复查1次,3个月后每2个月复查1次,根据复查时骨折愈合情况由扶拐协助下患肢部分负重逐步过渡到完全负重。

1.3 观察指标 (1)手术相关指标:统计两组置钉时间、术中出血量、透视次数及总钻孔次数。(2)螺钉位置:于术后3d复查患者髋关节正侧位X线片,测量螺钉间平行度(各螺钉与股骨颈轴线间的夹角,取平均值);并测量正侧位X线片2枚最远距离螺钉外缘宽度和股骨颈最大宽度,计算其在股骨颈的离散程度=最大距离螺钉外缘宽度/股骨颈最大宽度。(3)术后骨折愈合情况:统计两组骨折愈合时间(X线片示骨折线模糊,有连续性骨痂通过骨折线)。(4)髋关节Harris评分:术后8个月采用Harris评分进行评估,包括疼痛(0～44分)、功能(0～47分)、关节活动度(0～5分)、畸形(0～4分)4个方面内容,分数越高功能越好[8]。

2 结果

2.1 两组手术相关指标对比 试验组置钉时间短于传统组,术中出血量、透视次数及总钻孔次数均少于传统组(P<0.05),见表1。

表1 两组手术相关指标对比

2.2 两组螺钉位置对比 术后试验组患者正、侧位螺钉夹角小于传统组,离散度大于传统组(P<0.05),见表2。

表2 两组螺钉位置对比

2.3 两组术后骨折愈合情况对比 术后,试验组骨折愈合时间(5.48±1.65)个月,短于传统组的(6.89±1.76)个月(t=2.614,P=0.013)。

2.4 两组髋关节Harris评分对比 术后8个月,两组Harris量表各维度得分对比无统计学差异(P>0.05),见表3。

表3 两组髋关节Harris评分对比分)

3 讨论

股骨颈骨折在老年人群中较为常见,但在交通运输和建筑业的快速发展下,青壮年股骨颈骨折发生率也在逐渐增加[9]。临床对于该类患者主要采用复位内固定手术治疗,旨在最大限度地保护患者原始髋关节功能,但因青壮年股骨颈骨折大多是由暴力性创伤引起,往往存在骨折移位和股骨头血供破坏,术后骨折不愈合发生率相对较高,故需选择一种相对安全有效的内固定方式。空心螺钉是目前常用的内固定手段,有研究表明在对患者进行空心螺钉内固定术时,精确的置钉技术是保证手术成功的关键,只有保证空心螺钉的准确置入、牢靠固定,患者才能获得良好的骨折预后。因此,如何提高术中空心螺钉置钉的精准度便显得尤为重要。

既往对于选择空心螺钉内固定的患者,通常是在透视下进行股骨颈解剖复位后,以徒手方式置入空心螺钉,并将其放置在预期的最佳位置,这不仅要求医生具有较高的动手操作能力,还需要足够的空间想象力,其间往往会受股骨颈直径小、手动操作不稳定、视觉偏差等因素的影响,很难确保每个螺钉的位置和角度符合标准,常需多次钻孔,这将会导致骨量减少,继而影响到患者的骨折愈合情况。在医学技术的发展下,机器人辅助骨科手术应运而生,有学者表明利用机器人定位系统可借助数据处理功能指导医生更准确地定位植入物,提高手术操作的精准度,且随着功能的不断提高,其在临床应用范围也越来越广。对此,本研究将天玑骨科机器人系统辅助用于空心螺钉内固定术中,结果显示相较于传统徒手螺钉置入,其置钉时间明显缩短,术中出血量、透视次数及总钻孔次数明显减少,表明天玑骨科机器人系统能够极大程度地提高空心螺钉内固定术的手术效率。主要在于骨科机器人系统配备光学跟踪系统,可在手术过程中借助该系统进行实时位置监控,其间一旦出现定位误差,则能够引导机械臂进行置钉相关参数的跟踪调整,有效消除术中重复透视的需要,从而增加手术流畅性和灵活性,以提高手术效率,缩短手术时间;同时经机械臂、动作缩减系统置入导针和空心螺钉,可确保其强大的稳定性,并将置钉精度提高到亚毫米级,避免反复置钉造成组织损伤而引发的出血量增加。但在手术时间方面,以往有部分学者认为机器人操作复杂,手术时间相对较长。笔者考虑其原因为对操作系统的不熟练导致,但机器人系统学习曲线较短,而本研究所行机器人空心螺钉内固定术的操作者经验均有1年以上,在一定程度上保证了手术的安全性,也是本研究的优势所在。

研究显示,术中螺钉的位置方向与骨折稳定性和愈合程度关系密切。因此准确选择螺钉放置的最佳位置能够保证手术的成功。本研究中术后试验组患者正、侧位X线片螺钉夹角小于传统组,离散度大于传统组,骨折愈合时间短于传统组,表明天玑骨科机器人系统辅助下置入3枚空心螺钉具有更好的平行线和离散程度,可更好地支撑和稳定股骨颈,促进骨折愈合。主要在于在机器人的协助下,机械臂为导针提供了置入通道,这便使得医生可根据其清晰数据安全地将螺钉放置在与股骨颈皮质相切处,从而获得螺钉的皮质支撑;同时由于机械臂的稳定性,还可防止医生在操作过程中因轻微手抖而造成的螺钉移位及失效,继而使螺钉处于更平行的位置,以减少螺钉松动,促进骨性愈合。此外,Harris评分是临床用于评估术后髋关节功能恢复的重要指标。本研究显示,术后8个月,试验组Harris量表各维度得分均略高于传统组,但无明显差异,考虑在于术后髋关节功能的恢复主要依靠临床所施行的髋关节康复训练,其手术影响相对较小。同时,这与程晴灏等人[10]随访12个月的研究结果相符,但因本研究因我院骨科手术机器人引进时间较短,研究样本数量相对较少,随访时间短,故对于将随访时间延长至12个月是否会与上述研究结果存在差异还尚需进一步研究。

综上所述,天玑骨科机器人系统在青壮年股骨颈骨折空心螺钉内固定术中具有缩短置钉时间、减少透视次数、提高置钉精准度的优势,手术效果较好。