骨科机器人辅助股骨颈系统治疗股骨颈骨折

摘要

本文介绍了一种使用股骨颈系统治疗股骨颈骨折期间机器人辅助骨科手术的螺钉放置方法，该方法可以更准确地放置螺钉，提高手术效率并减少并发症。

摘要

套管螺钉固定术是股骨颈骨折的主要治疗方法，尤其是年轻患者。传统的外科手术使用C型臂透视徒手放置螺钉，需要多次调整导丝，这增加了手术时间和辐射暴露。反复钻孔也会对股骨颈的血液供应和骨骼质量造成损害，随后可能出现螺钉松动、不愈合和股骨头坏死等并发症。为了使固定更加精确并减少并发症的发生率，我们的团队应用机器人辅助骨科手术使用股骨颈系统进行螺钉放置，以修改传统手术。该协议介绍了如何将患者的X射线信息导入系统，如何在软件中执行螺钉路径规划，以及机械臂如何协助螺钉放置。使用这种方法，外科医生可以在第一时间成功放置螺钉，提高手术的准确性，并避免辐射暴露。整个方案包括股骨颈骨折的诊断;术中X射线图像的收集;软件中的螺杆路径规划;在外科医生的机械臂协助下精确放置螺钉;以及植入物放置的验证。

引言

股骨颈骨折是临床上最常见的骨折之一，约占人体骨折的3.6%和髋部骨折的54.0^%1。对于股骨颈骨折的年轻患者，进行手术治疗，通过解剖复位和刚性内固定降低股骨头不愈合和股骨头坏死（FHN）的风险，并尽可能将其功能恢复到术前水平²。最常用的手术治疗是通过三个空心压缩螺钉（CCS）固定。随着患者需求的增加，尤其是年轻患者，股骨颈系统（FNS）逐渐被使用，它结合了角度稳定性、微创性以及比CCS更好的生物力学稳定性等优点，用于不稳定的股骨颈骨折^3。

传统上，螺钉由外科医生在透视术中引导下徒手放置。徒手法有许多缺点，例如术中无法规划路径，钻孔时难以控制导丝的方向，反复钻孔导致骨骼和血液供应受损，以及由于定位不当导致螺钉穿透皮层。这些因素可直接或间接引起术后并发症，如骨折不愈合、FHN和内固定失败，从而影响功能预后⁴。徒手法也与频繁透视对患者和外科医生的辐射损伤增加有关⁵。因此，在术前计划期间确定最佳螺钉入口点和精确的螺钉放置是手术成功的关键。近年来，机器人辅助微创内固定在骨科手术中的应用越来越频繁6，并因其高精度和^{减少手术时间和}辐射损伤的能力而被整形外科医生广泛接受。我们应用机器人辅助骨科手术系统辅助FNS固定治疗股骨颈骨折，从而实现了更准确高效的螺钉放置过程，更高的螺钉放置成功率和更好的功能恢复。

研究方案

本研究已获得西安交通大学宏汇医院伦理委员会的批准。获得患者的知情同意。

1.X线透视诊断股骨颈骨折

1. 识别股骨颈骨折伴髋关节周围压痛或叩诊疼痛、下肢缩短、髋关节受限等的患者。
2. 使用 X 线透视或 CT 扫描的前后 （AP） 视图和侧位视图来诊断股骨颈骨折。
3. 对于年龄小于 60 岁且被诊断为股骨颈骨折的患者，应进行 FNS 治疗。使用以下附加标准纳入:有明确创伤史的骨折;没有代谢性疾病或病理性骨折的病史或证据;髋关节发育良好，无FHN表现，无畸形;通过 X 射线或 CT 扫描诊断股骨颈骨折。

2. 骨折闭合复位、X线检查、机器人辅助骨科手术系统的准备

1. 全身麻醉后，通过手动牵引和调整进行骨折闭合复位。
   1. 通过纵向牵引恢复患肢的长度，外科医生握住肢体进行牵引，并通过肢体旋转恢复骨折间隙的对齐。
   2. 将肢体固定在牵引床（一种提供连续肢体牵引的手术台）上，以便在手术过程中连续牵引。
2. 通过X射线透视检查闭合还原的质量。在 AP 和侧视图中恢复颈轴角度和皮层对齐，并确保不会发生角畸形。
3. 手术前，将机器人辅助骨科手术系统的组件——工作站、光学跟踪系统和机械臂——与C臂X光机连接起来。登录系统，记录患者的病历。

3. 消毒、影像采集、手术路径规划

1. 常规手术消毒后，将 Schanz 针放在同侧髂翼上，并将患者的示踪剂固定在针上。
2. 将无菌保护套套放在机械臂和C臂上。将定位尺（机器人定位系统的定位尺上的10个识别点）与机械臂组装在一起。
3. 将C臂X光机放在股骨颈中央，并将带有定位尺的机械臂放在C臂和患者之间。确保光学跟踪系统（包括患者示踪剂和机械臂）没有障碍物。
4. 收集包含定位尺的10个识别点的AP视图（X射线图像增强器垂直于患者的平面）和侧视图（X射线图像增强器垂直于股骨颈通道平面）。
5. 将AP和侧视图图像导入工作站;图像必须清楚地包含 10 个识别点和整个股骨近端。
6. 在工作站的软件上执行手术螺钉路径规划。
   1. 将螺钉通道定位在股骨颈中心，颈轴角为 130°，平行于 AP 和侧视图上的股骨颈长轴。
   2. 将螺钉的尖端定位在股骨头软骨下方5毫米处。

4. FNS放置和验证

1. 将定位尺更换到机械臂上的套筒上。根据计划的路径将机械臂运行到入口点的位置。用刀沿股骨长轴在皮肤上切开3厘米，钝化分离皮下组织，插入套筒接触骨皮质。
2. 根据计划的路径确认套筒的入口点和方向。如有必要，请微调路径。
3. 将导丝通过套筒钻入骨中，直到距软骨下骨 5 毫米。拆下机械臂，用X射线检查导丝的位置。
4. 使用空心钻头沿导丝扩孔，然后将螺栓和板插入股骨头。放置防旋转螺钉和锁定螺钉。
5. 使用 FNS 的压缩设计应用动态压缩。透视检查可验证 FNS 的位置，螺栓位于股骨颈中央的 AP 和侧位，距离软骨下骨 5 mm，并且钢板与骨相匹配。
6. 建议术后辅助被动髋关节屈曲活动以及主动锻炼膝关节和踝关节。术后 4 周、8 周、12 周、24 周、36 周和 48 周进行随访，负重时间取决于随访情况。

结果

机器人辅助骨科手术系统虚拟模拟螺钉路径并协助螺钉的精确放置，这意味着该系统具有高度稳定、提高手术精度和成功率以及降低手术创伤和辐射损伤风险的优点。最后，螺钉固定的准确性可改善临床预后并降低并发症发生率。

被诊断为股骨颈骨折的患者接受了手术。手术后使用预防性抗感染和抗凝治疗。患者进行辅助被动髋关节屈曲活动，指导下肢力量训练。手术后2周?...

讨论

FNS是一种固定股骨颈骨折的方法，具有滑动髋螺钉的角度稳定性和多个空心螺钉放置侵入性最小的优点。这种方法不易发生螺丝切割和刺激周围软组织。在Tang等人的研究⁹中，与CCS组相比，FNS组患者的无股骨颈短或轻度短率较低，愈合时间较短，Harris评分较高。生物力学研究表明，FNS比CCS³具有更好的生物力学性能。FNS在术中与CCS相似，两者都需要通过股骨颈准?...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
C-arm X-ray	Siemens	CFDA Certified No:20163542280	Type: ARCADIS Orbic 3D
Femoral neck system	DePuy, Synthes, Zuchwil, Switzerland	CFDA Certified No: 20193130357	Blot:length (75mm-130mm,5mm interval), diameter (10mm); Anti-rotation screw:length (75mm-130mm,5mm interval,match the lenth of the blot), diameter (6.5mm); Locking screw:length(25mm-60mm,5mm interval),diameter(5mm)
Robot-assisted orthopedic surgery system	Tianzhihang, Beijing,China	CFDA Certified No:20163542280	3rd generation
Traction Bed	Nanjing Mindray biomedical electronics Co.ltd.	Jiangsu Food and Drug Administration Certified No:20162150342	Type:HyBase 6100s