機器人輔助下空心螺釘內固定治療股骨頸骨折的療效分析

程晴灝 劉 杰 邸文飛 張文輝 錢耀文

股骨頸骨折是最常見的髖部骨折類型，占全身骨折的3.58%，占髖部骨折的54%，年輕人的發生率相對較低，病因傾向于高能量損傷，僅占所有股骨頸骨折的2%～3%，隨著世界人口老齡化的加劇，其發生率逐年上升[1，2]。目前，手術是股骨頸骨折的首選治療方法，其中閉合復位后3枚平行空心螺釘內固定是治療股骨頸骨折最常見的方法[3，4]。傳統的空心螺釘內固定需要外科醫生在透視下進行手術，并根據術中的情況不斷調整螺釘的位置和方向，由于人類視力偏差、徒手操作的不穩定等原因，很難保證每顆螺釘的位置和角度都符合標準[5]。

機器人定位系統計算機利用數據處理功能，對患者術中數據進行分析處理，指導醫生更準確、快速、安全地進行植入物的定位和植入[6]。但是目前關于使用機器人治療股骨頸骨折的報道仍然不多，既往文獻報道的結果也存在爭議[7, 8]。為了說明機器人輔助下空心螺釘內固定治療股骨頸骨折的優勢，現報道如下。

對象與方法

1.研究對象：回顧性收集筆者醫院2019～2021年因股骨頸骨折行手術治療的39例患者資料。根據手術方式分為機器人輔助組和傳統方法組。納入標準：①有影像學證據診斷為股骨頸骨折；②使用天璣機器人或者傳統方法行空心螺釘內固定進行治療；③年齡≥18周歲。排除標準：①年齡>70周歲；②合并其他嚴重的下肢骨折；③合并其他外傷延遲治療或未治療者；④合并嚴重的糖尿病和心血管疾病；⑤不能按時進行隨訪或隨訪資料不完整。本研究經甘肅省人民醫院醫學倫理學委員會批準(倫理審批號：2021-304)。

2.術前準備:(1)機器人輔助組:手術在天璣手術機器人(北京天智航醫療科技股份有限公司，注冊號：國械注準 20163542280)的輔助下進行。患者進行全身麻醉，麻醉成功后，患者仰臥于牽引床上并使骨盆保持水平位置。健側下肢也保持一定的牽引強度防止在術中發生位移。對于有移位的骨折，首先進行手法復位，復位后使用C型臂X線機檢查，以確保股骨頸骨折均復位滿意。(2)傳統方法組：傳統方法組患者的麻醉、體位和骨折復位的標準和機器人輔助組的相同。復位后使用C型臂X線機檢查，確保股骨頸骨折均復位滿意，給予患者常規的術前鋪巾、消毒準備。為了確保兩組之間的復位效果對最后的結果沒有影響，兩組復位滿意的標準為術后髖關節正位X線片中股骨頭中心壓力骨小梁和股骨內側皮質的夾角為160°～175°；側位X線片中，股骨頭骨小梁和股骨頸骨小梁的夾角<10°，股骨頸內側皮質對合誤差<5mm，骨折斷端間隙<5mm[9]。

3.手術操作：(1)機器人輔助組：通過數據線將機器人、主控制站和C臂熒光鏡系統鏈接起來，在軟件中輸入患者的信息，并且在患者的脛骨上放1個跟蹤裝置讓機器人能夠實時捕捉髖關節的信息。然后采集患者圖像信息，機器人會對患者的股骨頸進行標記，同時在屏幕中會自動出現10個黑色的定位點，當與實際情況有誤差時進行手動調整。根據患者的骨折情況，在軟件界面標記3枚螺釘的位置，系統會自動在接口中生成3枚虛擬螺釘，使3枚螺釘呈“倒三角”形分布，待置入位置令人滿意后，軟件自動計算螺釘的長度作為參考(圖1)。調試完成后，術者在軟件中選擇第1枚螺釘，并開始操作，控制機械臂根據設計自動移動到入口點。安裝套筒并將其放入定位槽，將套筒移近皮膚。在套筒指向的皮膚做一個長度為1cm的手術切口，將皮下組織和筋膜分離開，插入鉆套，尖端緊緊地推到放置螺釘的骨骼表面。檢查并調整管套的位置和方向，直至其位置和方向滿意。然后將直徑為3mm的導針插入套管中，軟件匯總計算出螺桿的長度并作為插入過程中的參考，同時用專用的深度測量計測量針的深度。當插入時，再次透視確認導針的位置。拔出套筒，剪除皮膚外多余的導針。隨后用相同的方法插入第2根和第3根導針。將機器計算的螺釘參考長度與測深尺測量的長度做驗證比較，最后沿著導針置入螺釘，并且按照下螺釘、前螺釘和后螺釘的順序依次擰入3枚直徑為7.3mm，長度為80～100mm的空心螺釘，最后取出導針(圖1)。按照順序縫合皮下組織和皮膚。在整個操作過程中要求盡量保持患者的身體、牽引床和機器人輔助裝置的穩定性，減少操作過程中的誤差。(2)傳統方法組：患者術前準備完成后，術者在股骨大轉子外側下方約3cm處做一約6cm的縱向切口。切開皮膚、皮下組織和闊筋膜，分離股外側肌并暴露股骨外側壁。遵循平行分布的原則，呈倒“品”字形鉆入3根導針。使用C臂X線機對患者的患側髖關節進行透視，觀察導針的位置、角度和深度。位置滿意后，手動測量3根導針的插入長度，并按照下螺釘、前螺釘和后螺釘的順序放置合適的空心螺釘。最后再次使用C臂X線機進行透視確保放置正確并縫合傷口。

圖1 機器人輔助下螺釘放置患者，男性，52歲。A.在工作站上設計螺釘的放置規劃路徑和仿真圖；B.在機器人輔助下將導針放置到預先設計的位置；C.根據導針的位置植入空心螺釘

4.術后治療:兩組術后給予相同的恢復治療方案。術后24h使用抗生素進行預防性抗感染治療，同時給予骨盆CT掃描予以復查手術狀況，并且在術后半年內每月復查髖關節X線片，術后半年至術后兩年內，每3～4個月復查1次髖關節X線片。

5.觀察指標:記錄兩組的手術時間、導針放置次數和一次性置釘成功率、術中透視次數、術中出血量螺釘間的平行度。術后對患者進行至少12個月的隨訪，隨訪中記錄患者骨折線是否消失、骨折斷端是否發生位移等骨折愈合情況以及內固定情況，統計患者術后出現的并發癥。同時觀察髖關節功能恢復情況，統計骨折愈合時間和計算骨折愈合率。在最后一次隨訪中采用Harris評分標準評價髖關節的髖關節功能。

圖2 機器人輔助組術后X線片患者，女性，42歲。A.正位；B.側位。L.左側；R.右側

結 果

1.患者的一般情況:機器人輔助組和傳統方法組患者的年齡、性別、受傷側、Garden分型等一般資料經χ2檢驗進行比較，差異無統計學意義(P>0.05，表1)，具有可比性。兩組患者手術時間、術中透視次數、置針次數、術中出血量、螺釘平行度、螺釘離散程度和Harris髖關節評分的結果均符合正態分布。

表1 患者基本信息

2.操作時間：機器人輔助組的操作時間為56.80±20.68min，傳統方法組的操作時間為72.73±25.10min，與傳統方法比較，使用機器人輔助手術可以減少術中的操作時間(P=0.041，表2)。

表2 術中相關結局指標統計分析結果

3.導針放置次數：機器人輔助組的導針放置次數為3.06±0.24次，傳統方法組的導針放置次數為4.45±1.18次，與傳統方法組比較，機器人輔助組的導針放置次數明顯小于傳統方法組(P<0.001，表2)。機器人輔助組的患者只有1例進行了2次放置導針，其余的患者均首次就將導針放置成功，一次性置釘成功率為94%，而傳統方法組的一次性置釘成功率為27%。機器人輔助可以明顯提高手術中的一次性置釘成功率。

4.術中透視次數：機器人輔助組的術中透視次數為14.12±1.87次，傳統方法為21.32±4.08次，機器人輔助組的術中透視次數明顯低于傳統方法組(P<0.001，表2)。

5.螺釘間平行度：后復查患者患側的髖關節正側位X線片(圖2)，測量螺釘與股骨頸軸線之間的夾角，機器人輔助組前后螺釘軸角度為1.68°±0.44°，傳統方法組為2.38°±0.43°(P<0.001)；機器人輔助組側螺釘軸角度為1.88°±0.51°，傳統方法組為2.34°±0.37°(P=0.004)。機器人輔助組螺釘在側位和前后位圖像中的平行度均提高且差異有統計學意義。

6.術中出血量：機器人輔助組的術中出血量為15.00±5.30ml，傳統方法組的術中出血量為23.64±8.75ml，結果顯示機器人輔助組的術中出血量明顯小于傳統方法組的術中出血量(P=0.021，表2)。

7.隨訪結果：所有的患者至少隨訪12個月。結果顯示，機器人輔助組的骨折愈合時間為6.3±0.8個月，傳統方法組的骨折愈合時間為6.5±0.9個月(P=0.286，表3)。機器人輔助組僅有1例患者出現股骨頭壞死。傳統方法組有3例患者出現股骨頭壞死，1例患者出現骨折不愈合和1例患者出現骨折斷端移位等并發癥。對所有的患者進行Harris評分，機器人輔助組的Harris評分為87.12±2.71分，傳統方法組的Harris評分為85.91±4.12分，兩組間的Harris評分比較，差異無統計學意義(P=0.30，表3)。機器人輔助組和傳統方法組的髖關節功能優良率比較，差異無統計學意義(P=0.41，表3)。

表3 術后相關結局指標統計分析結果

討 論

股骨頸骨折作為最常見的髖部骨折多發生在年齡較大且患有骨質疏松的患者中，大多是低能量損傷，近年來由于車禍傷和高能量損傷的發生率增加，青少年股骨頸骨折的發生率也逐步上升[4, 10]。空心螺釘內固定是適用于所有年齡段的手術治療方法，具有微創性、出血少和固定牢靠等優勢，是目前股骨頸骨折常用的內固定方法[10]。但是傳統方法的空心螺釘內固定術有很多缺點，比如術中無法保證每顆釘子都處于最佳的位置、重復鉆孔導致骨損傷和螺釘錯位穿透皮質等，這些因素都會直接或間接的造成骨折不愈合、股骨頭壞死和內固定失敗等術后并發癥，影響患者的預后效果。確定導針和螺釘的位置時，術中頻繁的透視也增加了手術醫生和患者的輻射暴露，影響醫生和患者的健康[11]。手術機器人可以利用計算機數據處理功能，對X線片、CT等影像設備獲取的患者數據進行分析處理。隨著醫療技術的提高和微創外科的快速發展，國內外手術機器人的各項功能也在不斷的完善和發展，機器人也越來越被外科醫生接受[12]。

本研究的術中相關指標中，機器人輔助組的手術操作時間和導針放置次數更少，置釘成功率更高，同時術中的透視次數和術中出血量也少于傳統方法組。綜合上述指標，說明在手術操作相關的結局指標中，機器人輔助組優于傳統方法組。機器人輔助組的手術操作時間更短，可以使手術醫生節省更多的體力，避免由于長時間的手術操作導致疲勞而增加手術風險。但是本研究結果和曹延祥等[13]的研究結果有所不同，在曹延祥等的研究中，手術時間包括調試機器人的時間，而本研究的手術時間不包括調試機器人的時間，所以本研究機器人輔助組的手術時間明顯減少。同時所使用的機器人也不同，曹延祥等使用的基于誤差糾正算法的計算機輔助系統，不能同時規劃3枚螺釘的路徑，這也是造成手術時間較長的原因之一。本研究發現，手術醫生初次操作機器人進行手術時因為對機器不熟悉，手術時間明顯延長，最長時間達120min。但是隨著對機器人設備的熟悉，操作的時間明顯降低。有研究報道，過多的鉆探會削弱骨皮質和骨松質，甚至導致粗隆下骨折，而機器人輔助手術較少的導針放置次數和較高的置釘成功率則可以降低放置導針中肌肉、軟組織、骨骼的損傷、增加手術創傷程度和醫源性骨折的風險，更少的術中透視次數也可以減少患者和手術醫生在因受到輻射而產生的不良影響[4, 5，14]。

在術后相關指標中，與傳統方法組比較，機器人輔助組的螺釘間平行度和螺釘間離散度更高。這是因為在機器人的輔助下，機械臂提供了導針的插入通道，醫生可以將螺釘安全的放置在與股骨頸皮質相切的位置，從而可以獲得螺釘的皮質支撐。由于機械臂的穩定性，可以讓醫生在操作過程中不會因為輕微的手抖而導致導針偏移，使得螺釘以更加平行的位置放置。機器人裝備的光學追蹤系統，也可以對手術中的微小變化進行及時調整，大大地提高了手術的精確性。在一些關于最佳螺釘固定形式的生物力學研究強調，越大的螺釘間距離也意味著固定后的穩定性越好，螺釘在側位X線片上的效果，可能和骨折固定后的并發癥有直接的影響，同時術中螺釘的方向和位置與骨折的穩定性和骨折愈合密切相關，所以，螺釘放置的準確選擇和最佳位置是手術成功的關鍵[14，16]。在本研究中，傳統方法組中有2枚螺釘在置釘的過程中穿透骨皮質進入關節腔，但是機器人輔助組中無螺釘進入關節腔，說明機器人輔助的精確度更高，故術中發生損傷神經和血管的風險更低。

在術后隨訪的結果中，Harris評分是評估髖關節功能的量表，它從疼痛、功能、畸形程度、關節活動度4個方面對患者進行評估，能有效地評價患者術后病情變化和康復情況，更高的得分說明患者有著更好的術后恢復和生活質量[17]。在本研究中，兩組之間Harris評分沒有明顯的差異，這與既往報道結果一致[5,13,18]。在其他的隨訪結局指標中，機器人輔助組僅有1例患者出現了股骨頭壞死，傳統方法組的患者有3例出現股骨頭壞死，1例出現骨折不愈合，1例出現骨折斷端移位等并發癥。

在使用機器人進行手術操作的過程中，多維圖像的引導，提高了術中監護能力，機械臂可以一直保持穩定，極大地減少了醫生在操作過程中產生的疲勞，避免了在操作過程中的生理震顫和因在電鉆震動造成的螺釘放置偏差[4,19]。手術機器人具有精度達到毫米級的精確導航和定位功能，在微創手術和高危區進行手術時，具有明顯的優勢，同時可以實時監控手術患者的移動，并調整自己的操作路徑，確保手術路徑能根據計劃的路徑進行操作，可以有效地降低手術風險，減少術中的并發癥。有研究發現，使用機器人輔助進行手術操作，手術醫生有更短的學習曲線，同時，當骨科醫生在使用了機器人輔助進行手術操作后，其徒手進行手術操作的精確性也得到了提高[20]。

但是，目前在機器人輔助下進行股骨頸骨折內固定仍存在一些不足：(1)在術前需要花費較多的時間安裝和連接相關設備。(2)在患者的髂骨上放置光學跟蹤器，會對患者造成額外的損傷。(3)機械臂提供的是外部通道，導針穿過股骨頸皮質和股骨等較硬的骨屏障時會發生較小的彈性變形，可能會導致導針在骨內發生偏轉，偏離原本計劃的軌跡。(4)目前機器人輔助設備只能當作一種輔助手段，在手術時仍需要經驗豐富的外科醫生根據術中的實際情況進行適當的調整。(5)目前有條件使用機器人輔助設備的醫院并不多，并且我國使用機器人輔助進行手術所產生的費用不在醫保的范圍內，會加大患者的經濟負擔。

綜上所述，與傳統的空心螺釘內固定治療股骨頸骨折比較，機器人輔助手術具有操作簡單、手術精度高和對患者切開傷口小的優點，使手術微創化，患者在術后可以更快地恢復。同時減少了手術醫生和患者的X線暴露時間。目前筆者醫院開展該手術的時間較短，病例數較少，缺乏更多的臨床資料，需要今后開展深入的研究，同時通過前瞻性隨機對照實驗來進行評估。