引用本文： 童祎, 羅曉中, 吳剛, 石維祥. 機器人導航下及傳統經皮空心拉力螺釘內固定術治療股骨頸骨折的療效比較. 中國修復重建外科雜志, 2016, 30(6): 685-689. doi: 10.7507/1002-1892.20160139 復制
隨著我國逐漸進入老齡化社會以及經濟的發展，低能量損傷造成的老年股骨頸骨折以及高能量損傷造成的中青年股骨頸骨折在臨床上越來越多見[1]。經皮空心拉力螺釘內固定術是治療股骨頸骨折的主要術式之一[2-3]。拉力螺釘固定的準確度直接影響股骨頸骨折內固定強度、術后骨折愈合率及股骨頭缺血性壞死發生率[4]，高質量復位和堅強內固定是手術成功的關鍵[5]。傳統C臂X線機透視下徒手植釘存在植釘不準確可能，影響了螺釘固定強度以及股骨頸骨折愈合率[4, 6]。目前光電導航、機器人導航已逐漸用于骨科手術中，旨在提高術中植釘準確度和安全性。2013年1月－2014年12月，我們對20例股骨頸骨折患者于機器人導航下行經皮空心拉力螺釘內固定術，取得較好療效。現回顧20例患者臨床資料（導航組），并與同期采用傳統經皮空心拉力螺釘內固定術治療的18例患者（對照組） 進行比較，分析機器人導航的優勢。報告如下。
1 臨床資料
1.1 一般資料
導航組：男12例，女8例；年齡36～62歲，平均47.5歲。致傷原因：交通事故傷8例，跌傷8例，高處墜落傷4例。受傷至手術時間42～92 h，平均74.5 h。左側7例，右側13例。均為閉合性骨折；按照Garden分型標準[7]：Ⅰ型1例，Ⅱ型3例，Ⅲ型12例，Ⅳ型4例。
對照組：男11例，女7例；年齡32～72歲，平均51.5歲。致傷原因：交通事故傷5例，跌傷6例，高處墜落傷7例。受傷至手術時間48～106 h，平均82.5 h。左側8例，右側10例。均為閉合性骨折；按照Garden分型標準[7]：Ⅱ型5例，Ⅲ型11例，Ⅳ型2例。
兩組患者性別、年齡、致傷原因、受傷至手術時間、側別及骨折類型等一般資料比較，差異均無統計學意義（P > 0.05），具有可比性。
1.2 手術方法
兩組手術均由同一組醫師完成，于全麻下手術。導航組采用北京天智航醫療科技股份有限公司的骨科機器人導航定位系統。
導航組：患者仰臥于牽引架上，患肢于外展內旋位軸向牽引，C臂X線機透視下復位。骨折復位以盡量達到Garden指數Ⅰ級標準[8]。復位滿意后，機器人擺位，C臂X線機采集標準的股骨頸正、側位圖像（要求標尺上的8個定位點全部在正、側位視野內且清晰、可辨），在機器人主控系統設置安全邊界，按照倒品字形布局完成3枚螺釘進針位置、方向及長度的手術規劃。運行機器人執行系統，鉆入導針。透視驗證導針位置良好，選取適合螺釘并植入，經正、側位透視驗證位置。見圖 1。
圖1
機器人導航下手術示意圖 ? 導航下沿虛擬導針方向打入導針 ? 沿導針植入螺釘 圖 2 導航組患者，女，61歲，右側股骨頸骨折（GardenⅡ型）X線片 ? 術前 ? 術后1周 ? 術后6個月 圖 3 對照組患者，男，53歲，左側股骨頸骨折（GardenⅢ型）X線片 ? 術前 ? 術后1周 ? 術后6個月
Figure1.
The schematic diagram of robot navigation system ? A guide pin was inserted assisted by robot navigation ? Fixation with cannulated screws along guide pin Fig. 2 X-ray films of a 61-year-old female patient with right femoral neck fracture (Garden type Ⅱ) in navigation group ? Before operation ? At 1 week after operation ? At 6 months after operation Fig. 3 X-ray films of a 53-year-old male patient with left femoral neck fracture (Garden type Ⅲ) in control group ? Before operation ? At 1 week after operation ? At 6 months after operation
對照組：與導航組同法復位骨折后，在C臂X線機透視下反復進針調整進針點。選定滿意進針點后，沿股骨頸軸線平行于股骨頸斜行向上，貼近股骨距徒手植入第1枚導針，透視滿意后于第1枚導針前上方并與其平行貼近于股骨頸前方皮質植入第2 枚導針；然后于第2枚導針后方選擇進針點，平行于上述導針貼近于股骨頸后方皮質植入第3枚導針。盡量保持3枚導針間相互平行，呈倒品字形[9]。透視證實3枚導針均在股骨頸內，測量長度后，分別沿導針植入3枚空心拉力螺釘至股骨頭關節軟骨面下0.5?cm，拔除導針，再次透視確定骨折復位及螺釘位置滿意后關閉切口。
1.3 療效評價指標
記錄兩組手術時間、術中透視時間、導針植入次數、術中出血量。術后1周攝股骨頸正、側位X線片，應用Image-pro plus 5.0軟件（Media Cybernetic公司，美國）在正、側位X線片上測量螺釘軸線與模擬骨折線所成角度，3枚螺釘所測角度記為θ1、θ2和θ3，螺釘相互平行程度=[(θ1－θ2)+(θ1－θ3)+(θ2－θ3)]/3[10]。隨訪復查X線片，觀察兩組骨折愈合情況，記錄骨折愈合時間。術后12個月采用Harris評分標準評價髖關節功能。
1.4 統計學方法
采用SPSS17.0統計軟件進行分析。計量資料以均數±標準差表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗；計數資料以率表示，組間比較采用χ2檢驗；檢驗水準α=0.05。
2 結果
兩組術后切口均Ⅰ期愈合，均無神經、血管損傷并發癥發生。導航組手術時間與對照組比較，差異無統計學意義（t= -1.139，P=0.262），但術中透視時間、導針植入次數以及術中出血量均顯著低于對照組，比較差異有統計學意義（P < 0.05）。見表 1。術中對照組2枚螺釘穿透骨質進入關節腔，導航組無螺釘進入關節腔。
表1
兩組手術相關評價指標比較（兩組患者術后均獲隨訪，隨訪時間12～24個月，平均18個月。術后1周正、側位X線片測量示，導航組螺釘相互平行程度分別為（1.8±0.5）、（1.3± 0.4）°，對照組分別為（5.4±0.4）、（3.4±0.3）°；導航組螺釘相互平行程度顯著優于對照組，比較差異有統計學意義（t=25.021，P=0.000；t=18.659，P=0.000）。X線片復查示，導航組骨折均愈合（100%），愈合時間為（21.8±2.8）周；對照組16例（88.9%）骨折愈合，愈合時間為（24.0±3.7）周，其余2例骨折不愈合者為老年患者（68歲、72歲），均二次手術行人工全髖關節置換術。兩組骨折愈合率以及愈合時間比較，差異均無統計學意義（χ2=2.346，P=0.126；t=1.990，P=0.055）。見圖 2、3。術中兩組各有2例骨折僅達Garden指數Ⅱ級復位，但術后6個月骨折均愈合。隨訪期間兩組均無股骨頭缺血性壞死發生。術后12個月，導航組髖關節功能Harris評分為（87.1± 3.7） 分，顯著高于對照組的（79.3±4.7）分，比較差異有統計學意義（t= -5.689，P=0.000）。
3 討論
3.1 療效分析
目前中老年股骨頸骨折呈增多趨勢，股骨頭缺血性壞死及骨折不愈合仍是術后主要并發癥[11]。本研究中，導航組術后骨折愈合率及髖關節功能評分顯著高于對照組，隨訪期間無股骨頭缺血性壞死發生。我們考慮可能與以下方面有關：① 與透視下徒手植釘相比，機器人導航下螺釘植入精確度高。周力等[12]研究表明，機器人輔助操作的植釘誤差范圍在1?mm左右；與徒手操作相比，機器人導航下植釘更容易達到股骨頸內標準倒品字形分布。基于“滑動加壓理論”，3枚倒品字形分布的空心螺釘可形成可滑動的軌道，骨折愈合過程中髖部肌肉收縮及患肢部分負重產生的應力使骨折片段滑動進行動力加壓，拉攏骨折斷端，促進骨折愈合[12-13]。② 與透視下徒手植釘相比，機器人導航下植釘的平行程度更高。螺釘的平行程度會影響股骨頸骨折內固定效果，如螺釘不平行，則不能達到骨折端間良好加壓和骨折愈合[13]。導航組中螺釘相互平行程度顯著優于對照組，差異有統計學意義。傳統C臂X線機透視下徒手植釘單純依靠術者對解剖關系掌握和自身經驗，植釘位置偏差較大；光電導航下植釘，關鍵導針植入步驟仍為徒手操作，也存在偏差，最終植釘不能達到理想位置。與上述植釘方式比較，機器人導航通過機械臂來實現導航規劃的手術路徑，可以最大程度克服徒手操作的不穩定性，大大提高了螺釘平行程度。③ 與透視下徒手植釘相比，機器人導航下植釘的釘道修正率更低。Zwingmann等[14-15]研究發現，傳統透視經皮螺釘植入錯位率為 2.6%，修正率為2.7%；而導航輔助技術錯位率為0.1%～1.3%，修正率為0.8%～1.3%，導航技術能夠有效提高手術操作精確度，降低釘道修正的發生率。本研究導航組患者導針植入次數明顯少于對照組，差異有統計學意義。提示導航組導針一次性到位成功率高，避免了傳統徒手操作中對釘道的反復修正，減少了骨量的丟失，對防止螺釘后期松動具有積極意義。
對照組術中2枚螺釘穿透骨質進入關節腔，而導航組無1例螺釘進入關節腔。兩組均無血管、神經損傷并發癥發生。分析原因為相對于徒手植釘，機器人導航植釘穩定性高，并且定位精度和可重復性高，加之該系統在操作中設置了安全邊界，故術中發生植釘偏差及損傷血管、神經的風險大大降低。
此外，機器人導航下植釘能減少術中透視次數。傳統透視下植釘過程中，患者、術者及手術室人員會較長時間暴露在較高的電離輻射中[16]，術中透視時間平均為28.30 s [17]。而本研究中采用的機器人導航系統，其定位僅需2張術中透視圖像，且導針一次性植入成功率高，無需反復透視調整導針位置，故有效減少了術中透視次數。導航組術中透視時間較對照組顯著縮短，減少了患者及醫護人員在X線下的暴露。
3.2 機器人導航手術操作體會
① 操作過程中最大程度保持機器人和患者肢體位置不變，克氏針進針、鉆孔、進釘動作需輕柔，以免造成坐標空間定位改變進而導致進針偏差。② 術中采集圖像時，需以股骨頭為中心，C臂X線機接收器盡量靠近肢體，以獲得更大的投射視野，使8個定位點顯示完全。③ 解剖復位可促進骨折的早期愈合，因此股骨頸骨折復位盡量達Garden指數Ⅰ級標準。但研究表明骨折功能復位（Garden指數Ⅱ級）后大多亦能愈合[18]，因此術中如復位困難，我們認為不超過1個骨皮質的移位也可以獲得較好療效。本研究兩組各2例患者骨折復位僅達到Garden指數Ⅱ級標準，但術后6個月骨折均愈合。④ 對于難以復位的GardenⅢ、Ⅳ型骨折，可采用克氏針撬撥閉合復位技術，用2枚2.5 mm克氏針從腹股溝韌帶下方股動脈外側插入股骨頭骨質內1/2～2/3范圍，根據骨折移位方向，采用克氏針撬撥復位股骨頸骨折；復位成功后，用2枚克氏針臨時固定，再行機器人導航下手術。⑤ 植入第1枚克氏針后可進行偏差度修正，及時進行規劃路徑微調，保證后續克氏針進針準確性。
綜上述，機器人導航下經皮空心拉力螺釘內固定術治療股骨頸骨折具有較高安全性，螺釘植入精確度高，手術創傷小，骨折愈合率高，術中及術后并發癥少，是一種安全有效的術式。
隨著我國逐漸進入老齡化社會以及經濟的發展，低能量損傷造成的老年股骨頸骨折以及高能量損傷造成的中青年股骨頸骨折在臨床上越來越多見[1]。經皮空心拉力螺釘內固定術是治療股骨頸骨折的主要術式之一[2-3]。拉力螺釘固定的準確度直接影響股骨頸骨折內固定強度、術后骨折愈合率及股骨頭缺血性壞死發生率[4]，高質量復位和堅強內固定是手術成功的關鍵[5]。傳統C臂X線機透視下徒手植釘存在植釘不準確可能，影響了螺釘固定強度以及股骨頸骨折愈合率[4, 6]。目前光電導航、機器人導航已逐漸用于骨科手術中，旨在提高術中植釘準確度和安全性。2013年1月－2014年12月，我們對20例股骨頸骨折患者于機器人導航下行經皮空心拉力螺釘內固定術，取得較好療效。現回顧20例患者臨床資料（導航組），并與同期采用傳統經皮空心拉力螺釘內固定術治療的18例患者（對照組） 進行比較，分析機器人導航的優勢。報告如下。
1 臨床資料
1.1 一般資料
導航組：男12例，女8例；年齡36～62歲，平均47.5歲。致傷原因：交通事故傷8例，跌傷8例，高處墜落傷4例。受傷至手術時間42～92 h，平均74.5 h。左側7例，右側13例。均為閉合性骨折；按照Garden分型標準[7]：Ⅰ型1例，Ⅱ型3例，Ⅲ型12例，Ⅳ型4例。
對照組：男11例，女7例；年齡32～72歲，平均51.5歲。致傷原因：交通事故傷5例，跌傷6例，高處墜落傷7例。受傷至手術時間48～106 h，平均82.5 h。左側8例，右側10例。均為閉合性骨折；按照Garden分型標準[7]：Ⅱ型5例，Ⅲ型11例，Ⅳ型2例。
兩組患者性別、年齡、致傷原因、受傷至手術時間、側別及骨折類型等一般資料比較，差異均無統計學意義（P > 0.05），具有可比性。
1.2 手術方法
兩組手術均由同一組醫師完成，于全麻下手術。導航組采用北京天智航醫療科技股份有限公司的骨科機器人導航定位系統。
導航組：患者仰臥于牽引架上，患肢于外展內旋位軸向牽引，C臂X線機透視下復位。骨折復位以盡量達到Garden指數Ⅰ級標準[8]。復位滿意后，機器人擺位，C臂X線機采集標準的股骨頸正、側位圖像（要求標尺上的8個定位點全部在正、側位視野內且清晰、可辨），在機器人主控系統設置安全邊界，按照倒品字形布局完成3枚螺釘進針位置、方向及長度的手術規劃。運行機器人執行系統，鉆入導針。透視驗證導針位置良好，選取適合螺釘并植入，經正、側位透視驗證位置。見圖 1。
圖1
機器人導航下手術示意圖 ? 導航下沿虛擬導針方向打入導針 ? 沿導針植入螺釘 圖 2 導航組患者，女，61歲，右側股骨頸骨折（GardenⅡ型）X線片 ? 術前 ? 術后1周 ? 術后6個月 圖 3 對照組患者，男，53歲，左側股骨頸骨折（GardenⅢ型）X線片 ? 術前 ? 術后1周 ? 術后6個月
Figure1.
The schematic diagram of robot navigation system ? A guide pin was inserted assisted by robot navigation ? Fixation with cannulated screws along guide pin Fig. 2 X-ray films of a 61-year-old female patient with right femoral neck fracture (Garden type Ⅱ) in navigation group ? Before operation ? At 1 week after operation ? At 6 months after operation Fig. 3 X-ray films of a 53-year-old male patient with left femoral neck fracture (Garden type Ⅲ) in control group ? Before operation ? At 1 week after operation ? At 6 months after operation
對照組：與導航組同法復位骨折后，在C臂X線機透視下反復進針調整進針點。選定滿意進針點后，沿股骨頸軸線平行于股骨頸斜行向上，貼近股骨距徒手植入第1枚導針，透視滿意后于第1枚導針前上方并與其平行貼近于股骨頸前方皮質植入第2 枚導針；然后于第2枚導針后方選擇進針點，平行于上述導針貼近于股骨頸后方皮質植入第3枚導針。盡量保持3枚導針間相互平行，呈倒品字形[9]。透視證實3枚導針均在股骨頸內，測量長度后，分別沿導針植入3枚空心拉力螺釘至股骨頭關節軟骨面下0.5?cm，拔除導針，再次透視確定骨折復位及螺釘位置滿意后關閉切口。
1.3 療效評價指標
記錄兩組手術時間、術中透視時間、導針植入次數、術中出血量。術后1周攝股骨頸正、側位X線片，應用Image-pro plus 5.0軟件（Media Cybernetic公司，美國）在正、側位X線片上測量螺釘軸線與模擬骨折線所成角度，3枚螺釘所測角度記為θ1、θ2和θ3，螺釘相互平行程度=[(θ1－θ2)+(θ1－θ3)+(θ2－θ3)]/3[10]。隨訪復查X線片，觀察兩組骨折愈合情況，記錄骨折愈合時間。術后12個月采用Harris評分標準評價髖關節功能。
1.4 統計學方法
采用SPSS17.0統計軟件進行分析。計量資料以均數±標準差表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗；計數資料以率表示，組間比較采用χ2檢驗；檢驗水準α=0.05。
2 結果
兩組術后切口均Ⅰ期愈合，均無神經、血管損傷并發癥發生。導航組手術時間與對照組比較，差異無統計學意義（t= -1.139，P=0.262），但術中透視時間、導針植入次數以及術中出血量均顯著低于對照組，比較差異有統計學意義（P < 0.05）。見表 1。術中對照組2枚螺釘穿透骨質進入關節腔，導航組無螺釘進入關節腔。
表1
兩組手術相關評價指標比較（兩組患者術后均獲隨訪，隨訪時間12～24個月，平均18個月。術后1周正、側位X線片測量示，導航組螺釘相互平行程度分別為（1.8±0.5）、（1.3± 0.4）°，對照組分別為（5.4±0.4）、（3.4±0.3）°；導航組螺釘相互平行程度顯著優于對照組，比較差異有統計學意義（t=25.021，P=0.000；t=18.659，P=0.000）。X線片復查示，導航組骨折均愈合（100%），愈合時間為（21.8±2.8）周；對照組16例（88.9%）骨折愈合，愈合時間為（24.0±3.7）周，其余2例骨折不愈合者為老年患者（68歲、72歲），均二次手術行人工全髖關節置換術。兩組骨折愈合率以及愈合時間比較，差異均無統計學意義（χ2=2.346，P=0.126；t=1.990，P=0.055）。見圖 2、3。術中兩組各有2例骨折僅達Garden指數Ⅱ級復位，但術后6個月骨折均愈合。隨訪期間兩組均無股骨頭缺血性壞死發生。術后12個月，導航組髖關節功能Harris評分為（87.1± 3.7） 分，顯著高于對照組的（79.3±4.7）分，比較差異有統計學意義（t= -5.689，P=0.000）。
3 討論
3.1 療效分析
目前中老年股骨頸骨折呈增多趨勢，股骨頭缺血性壞死及骨折不愈合仍是術后主要并發癥[11]。本研究中，導航組術后骨折愈合率及髖關節功能評分顯著高于對照組，隨訪期間無股骨頭缺血性壞死發生。我們考慮可能與以下方面有關：① 與透視下徒手植釘相比，機器人導航下螺釘植入精確度高。周力等[12]研究表明，機器人輔助操作的植釘誤差范圍在1?mm左右；與徒手操作相比，機器人導航下植釘更容易達到股骨頸內標準倒品字形分布。基于“滑動加壓理論”，3枚倒品字形分布的空心螺釘可形成可滑動的軌道，骨折愈合過程中髖部肌肉收縮及患肢部分負重產生的應力使骨折片段滑動進行動力加壓，拉攏骨折斷端，促進骨折愈合[12-13]。② 與透視下徒手植釘相比，機器人導航下植釘的平行程度更高。螺釘的平行程度會影響股骨頸骨折內固定效果，如螺釘不平行，則不能達到骨折端間良好加壓和骨折愈合[13]。導航組中螺釘相互平行程度顯著優于對照組，差異有統計學意義。傳統C臂X線機透視下徒手植釘單純依靠術者對解剖關系掌握和自身經驗，植釘位置偏差較大；光電導航下植釘，關鍵導針植入步驟仍為徒手操作，也存在偏差，最終植釘不能達到理想位置。與上述植釘方式比較，機器人導航通過機械臂來實現導航規劃的手術路徑，可以最大程度克服徒手操作的不穩定性，大大提高了螺釘平行程度。③ 與透視下徒手植釘相比，機器人導航下植釘的釘道修正率更低。Zwingmann等[14-15]研究發現，傳統透視經皮螺釘植入錯位率為 2.6%，修正率為2.7%；而導航輔助技術錯位率為0.1%～1.3%，修正率為0.8%～1.3%，導航技術能夠有效提高手術操作精確度，降低釘道修正的發生率。本研究導航組患者導針植入次數明顯少于對照組，差異有統計學意義。提示導航組導針一次性到位成功率高，避免了傳統徒手操作中對釘道的反復修正，減少了骨量的丟失，對防止螺釘后期松動具有積極意義。
對照組術中2枚螺釘穿透骨質進入關節腔，而導航組無1例螺釘進入關節腔。兩組均無血管、神經損傷并發癥發生。分析原因為相對于徒手植釘，機器人導航植釘穩定性高，并且定位精度和可重復性高，加之該系統在操作中設置了安全邊界，故術中發生植釘偏差及損傷血管、神經的風險大大降低。
此外，機器人導航下植釘能減少術中透視次數。傳統透視下植釘過程中，患者、術者及手術室人員會較長時間暴露在較高的電離輻射中[16]，術中透視時間平均為28.30 s [17]。而本研究中采用的機器人導航系統，其定位僅需2張術中透視圖像，且導針一次性植入成功率高，無需反復透視調整導針位置，故有效減少了術中透視次數。導航組術中透視時間較對照組顯著縮短，減少了患者及醫護人員在X線下的暴露。
3.2 機器人導航手術操作體會
① 操作過程中最大程度保持機器人和患者肢體位置不變，克氏針進針、鉆孔、進釘動作需輕柔，以免造成坐標空間定位改變進而導致進針偏差。② 術中采集圖像時，需以股骨頭為中心，C臂X線機接收器盡量靠近肢體，以獲得更大的投射視野，使8個定位點顯示完全。③ 解剖復位可促進骨折的早期愈合，因此股骨頸骨折復位盡量達Garden指數Ⅰ級標準。但研究表明骨折功能復位（Garden指數Ⅱ級）后大多亦能愈合[18]，因此術中如復位困難，我們認為不超過1個骨皮質的移位也可以獲得較好療效。本研究兩組各2例患者骨折復位僅達到Garden指數Ⅱ級標準，但術后6個月骨折均愈合。④ 對于難以復位的GardenⅢ、Ⅳ型骨折，可采用克氏針撬撥閉合復位技術，用2枚2.5 mm克氏針從腹股溝韌帶下方股動脈外側插入股骨頭骨質內1/2～2/3范圍，根據骨折移位方向，采用克氏針撬撥復位股骨頸骨折；復位成功后，用2枚克氏針臨時固定，再行機器人導航下手術。⑤ 植入第1枚克氏針后可進行偏差度修正，及時進行規劃路徑微調，保證后續克氏針進針準確性。
綜上述，機器人導航下經皮空心拉力螺釘內固定術治療股骨頸骨折具有較高安全性，螺釘植入精確度高，手術創傷小，骨折愈合率高，術中及術后并發癥少，是一種安全有效的術式。
