黃俊鋒 劉黎軍** 韓云 王滿宜，2 楊金星 張勝利 陳磊

（1.深圳市第二人民醫(yī)院創(chuàng)傷骨科，廣東深圳 518035；2.北京積水潭醫(yī)院創(chuàng)傷骨科，北京 100035）

骨盆骨折多為高能量損傷，Tile B 型、C 型骨盆損傷主要涉及骨盆后環(huán)不穩(wěn)，為較嚴重的骨盆損傷類型。骨盆后環(huán)對骨盆環(huán)的穩(wěn)定性具有重要作用，復位固定不理想者常遺留疼痛、畸形和下肢功能障礙。因此，移位嚴重的患者可選擇切開復位內(nèi)固定術(shù)[1,2]，但該手術(shù)創(chuàng)傷大、軟組織剝離廣、出血多，有較高的術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率[3,4]。經(jīng)皮骶髂螺釘是固定后方骨盆環(huán)不穩(wěn)定的可靠方法[5,6]，具有固定牢固、出血少以及軟組織損傷小等優(yōu)點。骨盆后方結(jié)構(gòu)較為復雜，不恰當?shù)穆葆斨萌肟赡軙p傷血管、腰骶神經(jīng)根，甚至是內(nèi)固定失效。因此，經(jīng)皮骶髂螺釘技術(shù)的難點在于如何準確、穩(wěn)定地在“安全區(qū)”內(nèi)置入螺釘。目前，多數(shù)醫(yī)師在X線透視下憑個人經(jīng)驗徒手完成骶髂螺釘?shù)闹萌?，很難保證每個螺釘置入的方向和位置達到最滿意的效果，同時由于整個置入過程需要反復進行X線透視監(jiān)測導針路徑，容易對患者及醫(yī)護人員造成放射性損害。

機器人導航定位系統(tǒng)GD-2000 是國內(nèi)自主研發(fā)的基于術(shù)中X線透視影像的雙平面骨科機器人系統(tǒng)，可輔助完成經(jīng)皮股骨頸空心螺釘和骶髂螺釘置入內(nèi)固定術(shù)。本研究探討機器人導航定位系統(tǒng)輔助經(jīng)皮骶髂螺釘治療骨盆后環(huán)損傷的安全性及療效。

1 資料與方法

1.1 一般資料

納入標準：采用經(jīng)皮骶髂螺釘治療的Tile B 型、C型骨盆后環(huán)不穩(wěn)定損傷。排除標準：①合并嚴重心肺、肝腎功能不全者，②凝血功能障礙者，③合并嚴重精神障礙者，④因開放性損傷、感染或合并傷等原因無法在3 周內(nèi)行骶髂關(guān)節(jié)手術(shù)者，⑤進針點及S1椎體粉碎無法置入骶髂螺釘者，⑥術(shù)前牽引未能糾正骶髂關(guān)節(jié)或骶骨骨折垂直移位的患者，⑦術(shù)前CT檢查為S1椎體變異、安全通道狹窄者。

根據(jù)上述標準，共納入2016 年6 月至2018 年8月采用機器人導航定位系統(tǒng)輔助下行經(jīng)皮骶髂螺釘內(nèi)固定術(shù)治療的21例患者，男16例，女5例；年齡27～52 歲，平均（38.2±6.9）歲。交通傷15 例，高處墜落傷4 例，重物砸傷2 例。按Tile 分型，B1 型7 例，B2 型6例，B3型5例，C1型3例。合并失血性休克3例，四肢骨折6 例，尿道損傷1 例，膀胱損傷1 例，胸部損傷5例，顱腦損傷3 例，腰椎骨折1 例。受傷至手術(shù)時間4～12 d，平均（7.2±2.8）d。

1.2 手術(shù)方法

1.2.1 術(shù)前準備：入院后對患者合并損傷進行相應處理，維持生命體征穩(wěn)定。Tile C 型損傷患者行股骨髁上牽引5～7 d，以糾正骶髂關(guān)節(jié)或骶骨骨折的垂直移位，牽引重量為體重的1/5～1/7。手術(shù)時機選擇在患者生命體征平穩(wěn)、垂直移位糾正后。術(shù)前需完善骨盆正位、入口位、出口位X線片、骨盆CT及三維重建，以發(fā)現(xiàn)骶骨形態(tài)異?；颊撸⒊醪焦烙嬁捎寐葆?shù)闹睆胶烷L度。通過骨盆CT矢狀位重建測量骶骨的傾斜情況，以確定出、入口位C型臂X線機傾斜角度。

1.2.2 手術(shù)設(shè)備及器械：GD-2000 骨科機器人導航定位系統(tǒng)（北京天智航公司），C 型臂X 線機（美國GE 公司），骨科透視床（德國Maquet 公司），空心釘導針（長300 mm，直徑3.0 mm，北京天智航公司），直徑7.3 mm空心釘（瑞士DePuy Synthes公司）。

1.2.3 機器人導航定位系統(tǒng)的構(gòu)成：包括工作站和定位導向系統(tǒng)兩部分。工作站主要負責圖像采集、手術(shù)路徑規(guī)劃、路徑三維坐標計算（圖1）。定位系統(tǒng)包括定位標尺和導航機器人。定位標尺通過其上的標記點（可被采集到X 線圖像中）建立三維的空間參考坐標系，實現(xiàn)圖像坐標系與參考坐標系之間的轉(zhuǎn)換。導航機器人是系統(tǒng)的導向執(zhí)行部件，負責規(guī)劃路徑的輸出，完成導針導向（圖1）。

圖1 機器人導航定位系統(tǒng)組成（工作站、機器人定位系統(tǒng)）

1.2.4 機器人導航定位系統(tǒng)的操作：①通過數(shù)據(jù)線將工作站與機器人、C 型臂X 線機連接，啟動工作站，選擇骶髂關(guān)節(jié)手術(shù)模塊，選擇手術(shù)部位左或右側(cè)。②根據(jù)手術(shù)部位的左、右側(cè)選擇與之對應的定位標尺，連接機器人插孔并旋緊固定，根據(jù)軟件提示完成機器人的自檢復位及標尺校驗。③患者硬膜外麻醉或全身麻醉后平臥于骨科透視床，通過外固定架閉合復位或先行前環(huán)骨折切開復位內(nèi)固定。C 型臂X 線機置于手術(shù)側(cè)的對側(cè)，垂直于手術(shù)床，出、入口位X線透視確認骶髂關(guān)節(jié)脫位或骶骨骨折復位滿意。術(shù)野常規(guī)消毒，鋪無菌手術(shù)單，機器人及C 型臂X 線機套無菌保護罩。將手術(shù)床調(diào)節(jié)到合適高度，C 型臂X 線機可向頭端及尾端傾斜45°以便術(shù)中完成骨盆出、入口位以及骨盆側(cè)位的X線透視。機器人置于手術(shù)側(cè)，要求標尺貼床板下放置，與骶髂關(guān)節(jié)基本平行，定位標尺正位中心孔位于患側(cè)S1骶骨翼水平。同時要求骨盆出、入口位至少各有一組標尺上的定位點在透視野內(nèi)清晰可辨。④C 型臂X 線機采集骨盆出、入口位圖像，導入工作站規(guī)劃軟件，根據(jù)軟件界面提示，標記定位點（圖2）。按照提示完成骶髂螺釘置入位置、方向及深度的手術(shù)規(guī)劃，軟件自動測算出螺釘長度參考值（圖3）。⑤在軟件系統(tǒng)中選擇第1 枚導針，點擊“運動”按鈕，機器人機械臂運動到導針置入位置，術(shù)者安裝導針套筒，沿套筒定位點，于術(shù)區(qū)皮膚做1.0 cm 左右切口，鈍性分離皮下及筋膜，插入套筒使尖端頂至髂骨外側(cè)骨面。C 型臂X 線機透視骨盆出、入口位驗證套筒位置和方向，確認位置無誤后鉆入導針。如發(fā)現(xiàn)套筒位置有偏差，可通過工作站軟件系統(tǒng)微調(diào)功能進行調(diào)整。以軟件計算長度為參考，在進針過程中以專用測深尺測量進針深度，導針置入完成后再次進行骨盆出、入口位及標準側(cè)位透視驗證。退出套筒，沿導針鉆孔后置入空心螺釘。螺釘全部置入后再次行骨盆出、入口位及標準側(cè)位透視驗證。沖洗縫合切口。

1.3 術(shù)后處理及隨訪計劃

圖2 C型臂X線機透視采集骨盆出、入口位圖像，標記定位點

圖3 完成骶髂螺釘置入位置、方向及深度的手術(shù)規(guī)劃

除1 例合并膀胱破裂患者應用抗生素治療1 周外，其余患者均預防性使用抗生素48 h。術(shù)后2～3 d復查骨盆正位、入口位、出口位X 線片，骨盆CT 及三維重建。術(shù)后第2 日指導患者翻身，床上主動屈伸髖、膝關(guān)節(jié)及收縮雙下肢肌肉，術(shù)后2～3周可坐起，術(shù)后4～6 周可持雙拐下地不負重行走，術(shù)后6～8 周開始部分負重行走，術(shù)后10～12周完全負重行走。術(shù)后1、2、3、6 個月隨診復查，觀察骨折愈合情況及螺釘有無松動失效。

1.4 觀察指標及評價標準

1.4.1 觀察指標：術(shù)中每枚螺釘?shù)闹冕敃r間、X 線透視時間、鉆孔次數(shù)，術(shù)后切口感染、血管神經(jīng)損傷及內(nèi)固定松動情況。

1.4.2 螺釘置入位置：術(shù)后根據(jù)CT 檢查評價螺釘置入位置，測量螺釘切出距離，計算切出率。正確螺釘置入位置為螺釘位于骶骨骨質(zhì)界限內(nèi)，未切出骶骨皮質(zhì)，未進入骶管或骶孔。螺釘切出程度根據(jù)Lonstein評價標準[7]分為4個等級，0級為螺釘無切出，Ⅰ級為螺釘切出距離≤2 mm，Ⅱ級為螺釘切出距離在2～4 mm，Ⅲ級為螺釘切出距離≥4 mm。

1.4.3 功能評價：末次隨訪時采用Majeed 評分標準[8]進行功能評分，100～85 分為優(yōu)，84～70 分為良，69～55 分為可，＜55分為差。

2 結(jié)果

21 例患者中8 例采用硬膜外麻醉，13 例選擇全身麻醉。共置入27枚骶髂螺釘，均置入S1椎體，均一次鉆孔完成螺釘置入，每枚螺釘從機器人擺位到置入的時間為18～56 min，平均（38.6±9.5）min；X 線透視時間為12～21 s，平均（16.5±3.5）s。所有螺釘位置滿意，無螺釘切出骨皮質(zhì)、誤入骶孔或骶管，未出現(xiàn)醫(yī)源性血管神經(jīng)損傷，無切口感染。術(shù)后6 個月隨訪，無一例出現(xiàn)螺釘松動失效，Majeed評分為優(yōu)14例，良6例，可1例，優(yōu)良率為95.2%。典型病例見圖4。

3 討論

3.1 機器人導航定位系統(tǒng)在骶髂關(guān)節(jié)螺釘固定術(shù)中的應用

經(jīng)皮骶髂關(guān)節(jié)螺釘技術(shù)因其微創(chuàng)、固定可靠的優(yōu)點已經(jīng)成為固定不穩(wěn)定骨盆后環(huán)損傷的常規(guī)治療方法，但由于骨盆后環(huán)解剖結(jié)構(gòu)復雜、骶骨上段變異[9,10]等因素，手術(shù)風險大，對螺釘置入位置的精確性要求高，如何安全有效地置入骶髂螺釘仍是國內(nèi)外學者廣泛研究的課題。隨著計算機輔助骨科手術(shù)（computer assisted orthopaedic surgery,CAOS）在骨科領(lǐng)域的應用日趨廣泛[11]，越來越多的計算機導航技術(shù)被引入骶髂螺釘置入手術(shù)中[12-14]，為操作提供精準的空間定位和穩(wěn)定的路徑導航，提高了手術(shù)的安全性，同時減少醫(yī)患雙方的放射性損害。為提高手術(shù)的穩(wěn)定性，醫(yī)用機器人也是CAOS 發(fā)展的重要方向，導航定位系統(tǒng)結(jié)合機器人技術(shù)的研制日趨成熟[15,16]，并逐步應用于輔助經(jīng)皮骶髂螺釘固定術(shù)[17,18]。

圖4 患者，男，50歲，車禍傷致骨盆骨折Tile B3型，合并股骨轉(zhuǎn)子間、脛骨平臺、跟骨骨折

本研究使用我國北京天智航醫(yī)療科技股份有限公司自主研發(fā)的，基于術(shù)中X線透視影像的雙平面骨科機器人導航定位系統(tǒng)GD-2000，不需要術(shù)前標定和器械注冊。術(shù)中按要求擺放機器人位置，通過C型臂X線機拍攝入口、出口位包含完整標記點和手術(shù)部位的X線圖像，工作站系統(tǒng)根據(jù)采集的透視圖像完成手術(shù)空間的定位計算，從而可以通過導航軟件進行手術(shù)路徑的規(guī)劃，并由機器人的機械臂執(zhí)行定位命令，手術(shù)醫(yī)師只需要沿著機器人的引導套筒切口，打入導針，完成螺釘置入。

3.2 療效分析

本研究共置入27枚骶髂螺釘，均一次置釘成功，避免了反復修正釘?shù)涝斐慎墓瞧べ|(zhì)破壞而降低螺釘固定效果。所有螺釘置入位置滿意，均在安全骨性通道內(nèi)，無螺釘切出骨皮質(zhì)、誤入骶孔或骶管，未出現(xiàn)醫(yī)源性血管神經(jīng)及及臟器損傷。Zwingmann等[19]系統(tǒng)對比了多種導航輔助技術(shù)與傳統(tǒng)透視經(jīng)皮骶髂螺釘固定技術(shù)，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)透視經(jīng)皮螺釘置入的錯位率為2.6%，而導航輔助技術(shù)的錯位率為0.1%～1.3%；傳統(tǒng)透視經(jīng)皮螺釘置入過程中釘?shù)佬拚蕿?.7%，導航輔助技術(shù)的修正率為0.8%～1.3%，顯示導航技術(shù)能夠有效提高手術(shù)操作精確度并降低釘?shù)佬拚?，降低術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率[20]。本研究使用的機器人導航定位系統(tǒng)在導航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了機械臂引導導針，增加了操作的穩(wěn)定性，減少了置釘?shù)腻e位率及修正率。

本研究中每枚螺釘從機器人擺位到置入時間為18～56 min，平均（38.6±9.5）min。由于導航及機器人的擺位、連接、圖像采集及路徑規(guī)劃均需耗時，使手術(shù)整體時間無明顯縮短，但時間主要耗費在切皮前，切皮后直接沿套筒置入導針，不需要反復透視及調(diào)整，切口暴露時間短。雙側(cè)骶髂螺釘置入患者在第2枚螺釘置入時不需要前期準備工作，時間明顯縮短，因此造成每枚螺釘置入時間差別較大。Zwingmann等[21]比較導航組手術(shù)時間（72±16）min（52～106 min）和傳統(tǒng)組手術(shù)時間（69±38）min（30～133 min)，發(fā)現(xiàn)兩組間差異無統(tǒng)計學意義，認為可能是由于導航設(shè)備過于復雜，干擾了額外的外固定架安裝，并且需要多次重新建立導航耗時較多導致。本研究使用的導航機器人系統(tǒng)設(shè)備相對簡單，由于采集出入口位圖像所需的機器人標志點需與患者手術(shù)骶髂關(guān)節(jié)的位置匹配，仍需耗費較多擺位時間，隨著對于系統(tǒng)的熟悉程度提高，時間可逐步減少。

本研究中每枚螺釘置入的X 線累計透視時間為12～21 s，平均（16.5±3.5）s。根據(jù)研究顯示，傳統(tǒng)透視下單枚螺釘?shù)钠骄鵛線透視時間為126 s[22]，甚至有報道長達18 min[23]。Zwingmann 等[21]對比了3D 導航技術(shù)和傳統(tǒng)經(jīng)皮技術(shù)下單枚螺釘置入的X線透視時間，顯示兩種方法存在明顯差異。賈帥軍等[14]的研究發(fā)現(xiàn)3D導航技術(shù)相較于傳統(tǒng)透視技術(shù)的X線透視時間并未顯著減少，原因是C 型臂X 線機圍繞手術(shù)中心進行3D掃描時耗時較多。本研究應用的導航定位系統(tǒng)基于入口、出口位的雙平面影像完成手術(shù)空間的定位計算，相比3D 導航系統(tǒng)減少了圖像采集的透視時間，較傳統(tǒng)透視技術(shù)減少了術(shù)中反復調(diào)整的時間，因此X線透視時間明顯縮短。

本研究中術(shù)后6 個月隨訪采用Majeed 評分進行功能評價，總體優(yōu)良率為95.2%。Zwingmann 等[19]的meta 分析中，根據(jù)7 項傳統(tǒng)透視方法研究術(shù)后功能隨訪15～33 個月的結(jié)果，Majeed 評分的優(yōu)良率為88%～90%。由于各研究納入患者的骨盆損傷嚴重程度不同，以及樣本大小、隨訪時間上的差異，術(shù)后功能評價缺乏可比性，因此不能說明本研究的功能恢復優(yōu)于傳統(tǒng)透視方法，由于骨盆骨折發(fā)生率低，很難獲得足夠的條件相近的病例，這也是本研究的局限性。

3.3 機器人導航定位系統(tǒng)輔助經(jīng)皮骶髂螺釘內(nèi)固定的優(yōu)點及不足

該系統(tǒng)的優(yōu)點：①設(shè)備布局簡單，不需要考慮光電設(shè)備遮擋問題；②手術(shù)操作簡單，系統(tǒng)提供直觀的手術(shù)路徑規(guī)劃，可直接顯示螺釘長度，機器臂可自動運行到位，引導導針置入；③先規(guī)劃，再切口、鉆孔，創(chuàng)口暴露時間短，降低感染風險，防止多次鉆孔局部髂骨皮質(zhì)損害而影響固定效果；④定位準確且穩(wěn)定，減少人工操作誤差，可有效保證手術(shù)的安全性；⑤減少醫(yī)患雙方的放射性損害；⑥學習曲線較短，醫(yī)師可在較短時間內(nèi)熟悉和掌握。該系統(tǒng)存在的不足：①設(shè)備定位基于骨盆出入口位二維圖像，如腸道準備不佳，影響圖像清晰度，可能對規(guī)劃定位結(jié)果產(chǎn)生影響；②缺乏實時跟蹤系統(tǒng)，完成規(guī)劃后，如機器人或患者位置發(fā)生改變，需重新采集圖像及規(guī)劃螺釘；③螺釘?shù)穆窂揭?guī)劃仍然依靠醫(yī)師憑經(jīng)驗在軟件中完成，存在主觀誤差可能；④設(shè)備購置成本相對較高，需經(jīng)專人培訓及維護。

3.4 機器人導航定位系統(tǒng)輔助經(jīng)皮骶髂螺釘內(nèi)固定的注意事項

①術(shù)前要認真閱片，識別骶骨變異的病例，如果S1 變異，安全通道狹窄，可規(guī)劃S2 的螺釘，這種情況下S2 螺釘有更多機會置入1 枚長螺釘[24]。由于骶骨的傾斜角度個體差異大，所以要得到準確的出入口位片，術(shù)前應根據(jù)骨盆CT 矢狀位重建測量骶骨的傾斜情況，以決定術(shù)中出入口位C型臂向頭尾側(cè)傾斜的角度。術(shù)前提前計算角度并在C型臂上標記定位，節(jié)約手術(shù)時間。②術(shù)前良好的腸道準備，以免腸內(nèi)氣體影響透視圖像清晰度及定位點的采集，如術(shù)中透視出、入口位無法清楚顯示時不能盲目手術(shù)。③S1椎體并非正方體，其上半部分前方是斜坡，在矢狀位切面上略呈斜邊朝前的梯形，斜坡有L5神經(jīng)根跨過。規(guī)劃S1 骶髂螺釘時需考慮到斜坡存在，導針鉆入前需補充骨盆標準側(cè)位驗證，使入釘點在髂骨皮質(zhì)密度線后方，避免螺釘穿出斜坡皮質(zhì)。④機器人導航是根據(jù)患者規(guī)劃時的C 型臂X 線透視導入的出、入口位影像及坐標點為基準，要求從規(guī)劃影像導入到導針置入期間患者骨盆和機器人不能出現(xiàn)相對位移。因此，患者最好采用全身麻醉方式，以免患者移動造成導航誤差。如術(shù)中出現(xiàn)患者或機器人移動，必須重新透視和導入影像，重新規(guī)劃。⑤術(shù)中置入套筒時要輕柔、平順，皮下組織用血管鉗充分分離至髂骨面，保證套筒能正確置入頂住髂骨，導針置入必須順套筒，不能用力頂壓，以免導針滑移或變形，造成置釘誤差。同時，術(shù)中鉆入導針過程中需要監(jiān)測骨盆出、入口位及標準側(cè)位圖像確認。

綜上，機器人導航定位系統(tǒng)輔助經(jīng)皮骶髂螺釘治療骨盆后環(huán)不穩(wěn)定型損傷具有定位準確、穩(wěn)定的優(yōu)點，并且可減少放射性損害，操作簡單，學習曲線短，容易被年輕醫(yī)師所掌握，是提高骨盆微創(chuàng)手術(shù)效果安全有效的方法，具有良好的應用前景。由于該系統(tǒng)無骨折復位功能，目前僅應用于無移位或移位小的骶髂關(guān)節(jié)損傷及骶骨骨折患者，對于移位大者必須通過前環(huán)固定或外固定架等復位方式復位后方可應用。