引用本文： 陳華, 蔣斌, 張群, 常祖豪, 楊子峰, 張儉, 劉昊揚, 唐佩福. 智能監視系統輔助閉合復位治療復雜骨盆骨折一例. 中國修復重建外科雜志, 2020, 34(7): 874-877. doi: 10.7507/1002-1892.202001035 復制
骨盆、髖臼骨折有很高的死亡率和致殘率。目前臨床治療多采用手術切開復位完成骨盆環固定，但切口暴露大、出血多、復位固定難度較大。閉合復位、通道螺釘固定對嚴重移位的骨盆骨折有明確優勢[1-3]，但過程中需要多次透視（平均需透視 150 余次），對患者和醫務人員有較大輻射傷害。國內外學者目前多聚焦螺釘的精準植入[4-5]，尚未見有關骨盆骨折精準復位的報道。基于此，中國人民解放軍總醫院第一醫學中心骨科研發了一種骨盆骨折閉合復位智能監視系統（專利號：201910116464.1；北京諾亦騰科技發展有限公司）（圖 1），配合課題組前期研發的閉合復位系統[6-7]使用。2019 年 12 月我們收治 1 例嚴重移位骨盆骨折患者，采用該智能監視系統輔助骨折復位，獲得理想效果。報告如下。
圖1
骨盆骨折閉合復位智能監視系統
1：CT 掃描 2：計算機系統 3：骨盆骨折塊標記剛體 4：導向剛體 5：手術床標記剛體 6：視覺伺服和慣性監視系統 7：手術監示器
Figure1. Intelligent monitoring system for closed reduction of pelvic fracture1: CT scan 2: Computing system 3: Tracker marking pelvic fracture fragment 4: Guide tracker 5: Operating table marking rigid body 6: Visual servo and inertial monitoring system 7: Surgical monitor
1 病例資料
患者 男，30 歲。因從 6 樓墜落致骨盆骨折 6 h 入院。檢查：骶骨區腫脹、壓痛、畸形，恥骨聯合區壓痛、畸形突出、有骨擦感，骨盆擠壓分離試驗陽性。X 線片及 CT 三維重建診斷為骨盆骨折，國際內固定研究協會/美國骨創傷協會（AO/OTA）分型為 61-C3.3 型（骶骨 H 型骨折合并恥骨聯合分離），雙側第 5 橫突斷裂移位（圖 2a、b）。入院后急診予以輸血、補液對癥處理，留置尿管、骨盆兜約束骨盆，雙側股骨髁上牽引。傷后 48 h 患者生命體征平穩后手術。
圖2
患者手術前后影像學資料
a. 術前骨盆正位 X 線片；b. 術前骨盆 CT 三維重建；c. 術中虛擬骨盆和真實骨盆注冊成功后顯示雙側骶骨 H 型骨折、垂直向移位；d. 術中虛擬骨盆正位圖像顯示骨折復位；e. 術中透視顯示骨盆環固定穩定；f～i. 術后次日骨盆正位、出口位、入口位、側位 X 線片；j. 術后次日骨盆 CT 三維重建
Figure2. Imaging films of patient before and after operationa. Anteroposterior X-ray film of pelvic before operation; b. CT three-dimensional reconstruction of pelvic before operation; c. Bilateral sacrum H-type fracture and vertical displacement was shown after successful registration of virtual pelvis and real pelvis; d. Intraoperative virtual pelvic anteroposterior view showing fracture reduction; e. Intraoperative fluoroscopy showed that the fixation of pelvic ring was stable; f-i. X-ray films of pelvis in the anteroposterior view, outlet view, inlet view, and lateral view on the next day after operation; j. CT three-dimensional reconstruction of pelvic on the next day after operation
術前將患者帶至 CT 檢查室，局麻下于雙側髂前上棘部位置入定位螺釘、連接標記剛體，掃描骨盆（層厚 1.2 mm，間距 0.6 mm）。將 CT 掃描圖像以 Dicom 格式導入 Mimics19.0 軟件，生成骨盆骨折模型和標記剛體模型，導入計算機系統。然后轉運患者至手術室，全麻下平臥于全透視手術床，腰骶部墊 3 cm 厚中單，雙側股骨髁上牽引，胸部用胸帶固定。將兩半環隨意架連接固定于手術床上，連桿夾頭連接、保持復位系統結構穩定。安裝標記剛體，完成真骨盆和虛擬骨盆的注冊匹配，設定相機角度，從多個維度觀察骨折斷端的移位情況。于恥骨聯合部位縱行切開顯露分離恥骨聯合，鉗夾夾持復位，虛擬骨盆出口位和入口位影像下、帶導向剛體套筒引導置入螺釘導針，臨時穩定恥骨聯合。
虛擬骨盆正位圖像引導下，在雙側髖臼臼頂部位、由外向內植入 1 枚 Schanz 螺釘（長 40 cm、直徑 6 mm），并與連接在外架復位系統上的骨盆推拉復位器相連；旋轉推拉復位器向外側牽拉雙側髂骨，完成 H 型骶骨骨折部位骨折斷端的嵌頓。旋轉粗隆間牽引床的牽引系統，完成雙側股骨髁上牽引；通過胸帶完成軀干的穩定，對抗股骨髁上牽引，糾正垂直剪切應力造成的 H 型骶骨骨折垂直向移位（圖 2c～e）。正位、入口位和出口位透視確定骨盆骨折復位。在虛擬骨盆入口、出口位和側位像引導下植入穿 S1 的全長骶髂關節螺釘。虛擬骶髂關節入口位、髂骨斜位引導下，于髂前下棘向髂后上棘方向植入 LC-2 通道螺釘，完成 In-Fix 連接的前環固定（圖 2e）。
本例患者術中出血量 50 mL，手術時間 180 min，透視時間 45 s。術后切口愈合良好。術后次日攝骨盆 X 線片，根據 Matta 標準[8]評價骨折復位為解剖復位；CT 三維重建示固定螺釘均位于骨皮質內，未穿出骨皮質。見圖 2f～j。
2 討論
骨盆骨折閉合復位智能監視系統可以同時從多個維度（出口位、入口位、正位、側位，骶髂關節入口位、出口位，髂骨斜位、閉孔斜位）直接觀察骨折塊移位和復位情況，而不是反復調整 X 線機透視角度，術者可根據骨折塊位移方向調整復位用力，實現嚴重移位骨盆骨折閉合復位，減少了術中透視對患者和醫務人員的損傷。
嚴重移位骨盆骨折微創治療首先是復位，再行各種通道螺釘固定，其中股骨髁上牽引是目前公認治療骨盆后環骨折移位的有效方法[3-4, 8]，但復位過程及螺釘植入需要反復透視驗證。2019 年最新數據[9]（2015 年—2018 年）顯示骨盆骨折微創和固定治療，每臺手術平均透視時間需要 3 min 48 s（48 s～9 min 4 s）。2010 年 Gras 等[10]報道每枚骶髂關節拉力螺釘或恥骨支螺釘植入需要（123±12）s。而本例患者通過使用骨折閉合復位智能監視系統輔助復位和螺釘植入，大大減少了術中透視時間，術中植入 2 枚髖臼上橫形螺釘、1 枚恥骨聯合螺釘、2 枚髂骨螺釘、1 枚穿 S1 椎體全長骶髂關節螺釘，僅需透視 45 s（根據既往經驗同類手術需要透視 150 s）。此外，該智能監視系統分辨精度為 0.2 mm/500 mm，角度精度為 0.2°，體外測試骨盆骨折移位監視精度為 0.43 mm。另外，其臨床使用并未增加手術操作難度。患者術前需到 CT 檢查室于局麻下置入定位螺釘并安裝標記剛體，完成 CT 掃描；在監視系統內的真實骨盆、虛擬骨盆以及帶導向剛體套筒的注冊匹配為一鍵匹配，匹配過程只需要 1 min；CT 影像基礎上的虛擬骨盆和骨盆標記剛體模型的圖像分割約需 20 min，可以在患者轉運和麻醉、消毒鋪單等術前準備期間完成，不增加額外的術前準備時間。
該骨盆閉合復位智能監視系統輔助復位主要創新點在于：① 骨盆結構通過定位螺釘與體外定位剛體硬性連接，實現虛擬骨盆與真實骨盆在計算機系統內的耦合匹配，通過光學伺服系統和慣性監視系統對剛體位置進行監視，實現了其與骨盆結構的耦合。② 計算機系統模擬透視照相原理，從多個角度完成骨盆多個維度、骨盆結構位置的實時監測，術中不需要調整 X 線機位置和透視角度。③ 空心螺釘導針可以在帶導向剛體套筒的輔助下，在垂直 90° 兩個平面上的虛擬影像監視下完成植入。骨盆復位與螺釘植入過程不需要術中透視實時監測，只在螺釘植入最后驗證時進行透視。
綜上述，骨盆閉合復位智能監視系統與閉合復位系統、手術床牽引系統和螺釘固定引導系統成功配合應用，為下一步開展前瞻性隨機照應用研究奠定了基礎。
作者貢獻：陳華、唐佩福負責試驗設計、文章撰寫，并對文章的知識性內容作批評性審閱；陳華、張群、常祖豪、楊子峰、張儉、蔣斌、劉昊揚直接參與試驗設計及實施、數據收集。
利益沖突：所有作者聲明，在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突。課題經費支持沒有影響文章觀點和對研究數據客觀結果的統計分析及其報道。
機構倫理問題：研究方案經中國人民解放軍總醫院醫學倫理委員會批準（2019123169876）。患者同意參與本研究，并簽署知情同意書。
骨盆、髖臼骨折有很高的死亡率和致殘率。目前臨床治療多采用手術切開復位完成骨盆環固定，但切口暴露大、出血多、復位固定難度較大。閉合復位、通道螺釘固定對嚴重移位的骨盆骨折有明確優勢[1-3]，但過程中需要多次透視（平均需透視 150 余次），對患者和醫務人員有較大輻射傷害。國內外學者目前多聚焦螺釘的精準植入[4-5]，尚未見有關骨盆骨折精準復位的報道。基于此，中國人民解放軍總醫院第一醫學中心骨科研發了一種骨盆骨折閉合復位智能監視系統（專利號：201910116464.1；北京諾亦騰科技發展有限公司）（圖 1），配合課題組前期研發的閉合復位系統[6-7]使用。2019 年 12 月我們收治 1 例嚴重移位骨盆骨折患者，采用該智能監視系統輔助骨折復位，獲得理想效果。報告如下。
圖1
骨盆骨折閉合復位智能監視系統
1：CT 掃描 2：計算機系統 3：骨盆骨折塊標記剛體 4：導向剛體 5：手術床標記剛體 6：視覺伺服和慣性監視系統 7：手術監示器
Figure1. Intelligent monitoring system for closed reduction of pelvic fracture1: CT scan 2: Computing system 3: Tracker marking pelvic fracture fragment 4: Guide tracker 5: Operating table marking rigid body 6: Visual servo and inertial monitoring system 7: Surgical monitor
1 病例資料
患者 男，30 歲。因從 6 樓墜落致骨盆骨折 6 h 入院。檢查：骶骨區腫脹、壓痛、畸形，恥骨聯合區壓痛、畸形突出、有骨擦感，骨盆擠壓分離試驗陽性。X 線片及 CT 三維重建診斷為骨盆骨折，國際內固定研究協會/美國骨創傷協會（AO/OTA）分型為 61-C3.3 型（骶骨 H 型骨折合并恥骨聯合分離），雙側第 5 橫突斷裂移位（圖 2a、b）。入院后急診予以輸血、補液對癥處理，留置尿管、骨盆兜約束骨盆，雙側股骨髁上牽引。傷后 48 h 患者生命體征平穩后手術。
圖2
患者手術前后影像學資料
a. 術前骨盆正位 X 線片；b. 術前骨盆 CT 三維重建；c. 術中虛擬骨盆和真實骨盆注冊成功后顯示雙側骶骨 H 型骨折、垂直向移位；d. 術中虛擬骨盆正位圖像顯示骨折復位；e. 術中透視顯示骨盆環固定穩定；f～i. 術后次日骨盆正位、出口位、入口位、側位 X 線片；j. 術后次日骨盆 CT 三維重建
Figure2. Imaging films of patient before and after operationa. Anteroposterior X-ray film of pelvic before operation; b. CT three-dimensional reconstruction of pelvic before operation; c. Bilateral sacrum H-type fracture and vertical displacement was shown after successful registration of virtual pelvis and real pelvis; d. Intraoperative virtual pelvic anteroposterior view showing fracture reduction; e. Intraoperative fluoroscopy showed that the fixation of pelvic ring was stable; f-i. X-ray films of pelvis in the anteroposterior view, outlet view, inlet view, and lateral view on the next day after operation; j. CT three-dimensional reconstruction of pelvic on the next day after operation
術前將患者帶至 CT 檢查室，局麻下于雙側髂前上棘部位置入定位螺釘、連接標記剛體，掃描骨盆（層厚 1.2 mm，間距 0.6 mm）。將 CT 掃描圖像以 Dicom 格式導入 Mimics19.0 軟件，生成骨盆骨折模型和標記剛體模型，導入計算機系統。然后轉運患者至手術室，全麻下平臥于全透視手術床，腰骶部墊 3 cm 厚中單，雙側股骨髁上牽引，胸部用胸帶固定。將兩半環隨意架連接固定于手術床上，連桿夾頭連接、保持復位系統結構穩定。安裝標記剛體，完成真骨盆和虛擬骨盆的注冊匹配，設定相機角度，從多個維度觀察骨折斷端的移位情況。于恥骨聯合部位縱行切開顯露分離恥骨聯合，鉗夾夾持復位，虛擬骨盆出口位和入口位影像下、帶導向剛體套筒引導置入螺釘導針，臨時穩定恥骨聯合。
虛擬骨盆正位圖像引導下，在雙側髖臼臼頂部位、由外向內植入 1 枚 Schanz 螺釘（長 40 cm、直徑 6 mm），并與連接在外架復位系統上的骨盆推拉復位器相連；旋轉推拉復位器向外側牽拉雙側髂骨，完成 H 型骶骨骨折部位骨折斷端的嵌頓。旋轉粗隆間牽引床的牽引系統，完成雙側股骨髁上牽引；通過胸帶完成軀干的穩定，對抗股骨髁上牽引，糾正垂直剪切應力造成的 H 型骶骨骨折垂直向移位（圖 2c～e）。正位、入口位和出口位透視確定骨盆骨折復位。在虛擬骨盆入口、出口位和側位像引導下植入穿 S1 的全長骶髂關節螺釘。虛擬骶髂關節入口位、髂骨斜位引導下，于髂前下棘向髂后上棘方向植入 LC-2 通道螺釘，完成 In-Fix 連接的前環固定（圖 2e）。
本例患者術中出血量 50 mL，手術時間 180 min，透視時間 45 s。術后切口愈合良好。術后次日攝骨盆 X 線片，根據 Matta 標準[8]評價骨折復位為解剖復位；CT 三維重建示固定螺釘均位于骨皮質內，未穿出骨皮質。見圖 2f～j。
2 討論
骨盆骨折閉合復位智能監視系統可以同時從多個維度（出口位、入口位、正位、側位，骶髂關節入口位、出口位，髂骨斜位、閉孔斜位）直接觀察骨折塊移位和復位情況，而不是反復調整 X 線機透視角度，術者可根據骨折塊位移方向調整復位用力，實現嚴重移位骨盆骨折閉合復位，減少了術中透視對患者和醫務人員的損傷。
嚴重移位骨盆骨折微創治療首先是復位，再行各種通道螺釘固定，其中股骨髁上牽引是目前公認治療骨盆后環骨折移位的有效方法[3-4, 8]，但復位過程及螺釘植入需要反復透視驗證。2019 年最新數據[9]（2015 年—2018 年）顯示骨盆骨折微創和固定治療，每臺手術平均透視時間需要 3 min 48 s（48 s～9 min 4 s）。2010 年 Gras 等[10]報道每枚骶髂關節拉力螺釘或恥骨支螺釘植入需要（123±12）s。而本例患者通過使用骨折閉合復位智能監視系統輔助復位和螺釘植入，大大減少了術中透視時間，術中植入 2 枚髖臼上橫形螺釘、1 枚恥骨聯合螺釘、2 枚髂骨螺釘、1 枚穿 S1 椎體全長骶髂關節螺釘，僅需透視 45 s（根據既往經驗同類手術需要透視 150 s）。此外，該智能監視系統分辨精度為 0.2 mm/500 mm，角度精度為 0.2°，體外測試骨盆骨折移位監視精度為 0.43 mm。另外，其臨床使用并未增加手術操作難度。患者術前需到 CT 檢查室于局麻下置入定位螺釘并安裝標記剛體，完成 CT 掃描；在監視系統內的真實骨盆、虛擬骨盆以及帶導向剛體套筒的注冊匹配為一鍵匹配，匹配過程只需要 1 min；CT 影像基礎上的虛擬骨盆和骨盆標記剛體模型的圖像分割約需 20 min，可以在患者轉運和麻醉、消毒鋪單等術前準備期間完成，不增加額外的術前準備時間。
該骨盆閉合復位智能監視系統輔助復位主要創新點在于：① 骨盆結構通過定位螺釘與體外定位剛體硬性連接，實現虛擬骨盆與真實骨盆在計算機系統內的耦合匹配，通過光學伺服系統和慣性監視系統對剛體位置進行監視，實現了其與骨盆結構的耦合。② 計算機系統模擬透視照相原理，從多個角度完成骨盆多個維度、骨盆結構位置的實時監測，術中不需要調整 X 線機位置和透視角度。③ 空心螺釘導針可以在帶導向剛體套筒的輔助下，在垂直 90° 兩個平面上的虛擬影像監視下完成植入。骨盆復位與螺釘植入過程不需要術中透視實時監測，只在螺釘植入最后驗證時進行透視。
綜上述，骨盆閉合復位智能監視系統與閉合復位系統、手術床牽引系統和螺釘固定引導系統成功配合應用，為下一步開展前瞻性隨機照應用研究奠定了基礎。
作者貢獻：陳華、唐佩福負責試驗設計、文章撰寫，并對文章的知識性內容作批評性審閱；陳華、張群、常祖豪、楊子峰、張儉、蔣斌、劉昊揚直接參與試驗設計及實施、數據收集。
利益沖突：所有作者聲明，在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突。課題經費支持沒有影響文章觀點和對研究數據客觀結果的統計分析及其報道。
機構倫理問題：研究方案經中國人民解放軍總醫院醫學倫理委員會批準（2019123169876）。患者同意參與本研究，并簽署知情同意書。
