應(yīng)用熱塑性聚氨酯支架協(xié)助機(jī)器人導(dǎo)航經(jīng)皮螺釘內(nèi)固定治療腕舟骨骨折

季亮 李青松 胡興峰 梁偉 王祥

對(duì)于腕舟骨骨折，內(nèi)固定逐漸成為無移位或輕度移位骨折治療的首選。然而，經(jīng)皮微創(chuàng)螺釘內(nèi)固定手術(shù)存在一定難度，需要術(shù)者熟悉舟骨的解剖學(xué)和影像學(xué)特征，術(shù)中需要多次X線暴露。近年來機(jī)器人輔助手術(shù)技術(shù)已在脊柱外科和關(guān)節(jié)外科得到成功運(yùn)用，但在腕舟骨骨折治療中的應(yīng)用較少，其主要原因在于缺乏手外科專用的機(jī)器人導(dǎo)航手術(shù)固定模板和簡易可行的解決方案。我科應(yīng)用熱塑性聚氨酯(thermoplastic polyurethane,TPU)支架和骨科手術(shù)機(jī)器人輔助完成2例腕舟骨骨折的經(jīng)皮螺釘內(nèi)固定手術(shù)，獲得良好的臨床效果，現(xiàn)報(bào)告如下。

資料與方法

一、資料

1.一般臨床資料：2020年1月至2021年1月貴陽市第四人民醫(yī)院骨三科應(yīng)用TPU支架協(xié)助機(jī)器人導(dǎo)航經(jīng)皮螺釘內(nèi)固定治療腕舟骨骨折2例?；颊逜，男，35歲，右腕舟骨骨折，為AO分型B1型骨折，交通事故致傷，受傷至手術(shù)時(shí)間為2 d；患者B，男，46歲，左腕舟骨骨折，為AO分型B1型骨折，交通事故致傷，受傷至手術(shù)時(shí)間為3 d。

2.病例納入與排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)病例納入標(biāo)準(zhǔn)：單純腕舟骨骨折，影像學(xué)表現(xiàn)為AO分型B型骨折且無明顯移位；不合并其他需要手術(shù)治療的骨折；可接受機(jī)器人導(dǎo)航輔助手術(shù)治療者。(2)病例排除標(biāo)準(zhǔn)：伴有其他骨折或臟器損傷需要手術(shù)治療者；不能有效接受隨訪或失隨訪者。

3.設(shè)備與材料：(1)天璣骨科手術(shù)機(jī)器人(北京天智航醫(yī)療科技股份有限公司，中國)，由主機(jī)、機(jī)械臂、光學(xué)跟蹤系統(tǒng)、主控臺(tái)車(含手術(shù)計(jì)劃與控制系統(tǒng))和導(dǎo)航定位工具包5個(gè)部件組成。應(yīng)用機(jī)器人輔助手術(shù)的主要工作步驟為：①采用床旁CT采集術(shù)中影像；②在操作軟件中規(guī)劃導(dǎo)針的入針方向和位置；③機(jī)器人6個(gè)自由度的機(jī)械臂執(zhí)行定位，在計(jì)算機(jī)控制下移動(dòng)到所需位置；④安裝導(dǎo)針套筒，同時(shí)通過光學(xué)跟蹤系統(tǒng)監(jiān)控機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)路徑并確認(rèn)無偏差，如果存在偏差系統(tǒng)可以自動(dòng)補(bǔ)償。(2)TPU顆粒：是一種綜合性能優(yōu)異的有機(jī)高分子材料，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和易加工性,既有橡膠的高彈性又有塑料的剛性，作為外用支架廣泛應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)(圖1)。

本研究獲得患者知情同意，通過貴陽市第四人民醫(yī)院倫理委員會(huì)審批。

二、方法

1.TPU支架的制作：術(shù)前1 d取直徑為2 mm的TPU顆粒1 kg，放入金屬容器中，加入70℃水，待TPU顆粒逐漸溶解成透熔流體，帶隔熱手套取出，在溫度下降的過程中徒手塑形，使之成為能夠固定患者患肢腕關(guān)節(jié)于最大背伸位的三角形實(shí)體支架，底面平整以保證可穩(wěn)定放置于手術(shù)臺(tái)(圖2)。完成后送供應(yīng)室低溫消毒備用。

2.術(shù)前準(zhǔn)備：采用臂叢神經(jīng)麻醉。患者取仰臥位。將患者患肢置于高90 cm、長80 cm、寬40 cm外展臺(tái)上。外展臺(tái)為透X線的亞克力材質(zhì)。將腕關(guān)節(jié)以背伸位置于TPU支架上，使腕關(guān)節(jié)位于“C”型臂X線機(jī)的圓心，確保正、側(cè)位像都能包括舟骨和患者示蹤器的5個(gè)點(diǎn)。

3.手術(shù)方法：(1)采集CT數(shù)據(jù)：將機(jī)器人置于手術(shù)床旁患肢側(cè)，罩無菌套，確保機(jī)械臂能到達(dá)腕部，將光學(xué)跟蹤相機(jī)置于患肢側(cè)頭端。使患肢手、腕和前臂與TPU支架緊靠，并用皮膚貼膜固定，以防止術(shù)中患肢移動(dòng)。將移動(dòng)CT置于外展臺(tái)旁，CT臂的中心移動(dòng)到腕部。人工旋轉(zhuǎn)“C”型臂，確保在掃描過程中無阻擋。將患者示蹤器通過螺紋釘固定在TPU支架上。應(yīng)用CT掃描獲取腕部影像數(shù)據(jù)，傳輸至機(jī)器人工作站。(2)規(guī)劃手術(shù)路徑：根據(jù)所采集三維圖像，使用規(guī)劃軟件進(jìn)行螺釘置入路徑規(guī)劃。采用掌側(cè)入路，從舟骨結(jié)節(jié)處進(jìn)針，沿舟骨中央軸心線規(guī)劃路徑并測(cè)量舟骨路徑的長度(圖3)。(3)機(jī)器人輔助置釘：機(jī)械臂在系統(tǒng)控制下移動(dòng)到規(guī)劃位置，安裝導(dǎo)向套筒，將導(dǎo)針尖端輕靠于手掌皮膚，在操作系統(tǒng)中確認(rèn)導(dǎo)針位置和方向與規(guī)劃導(dǎo)針相符，如存在偏差可自動(dòng)微調(diào)。采用直徑1.5 mm帶刻度導(dǎo)針，緩慢鉆入導(dǎo)針，鉆入深度較規(guī)劃舟骨路徑的長度短2 mm。透視確認(rèn)導(dǎo)針位置后，取出導(dǎo)針換成直徑0.8 mm空心螺釘專用導(dǎo)針插入釘?shù)?圖4)，選用所測(cè)得長度的空心埋頭螺釘并置入，透視確認(rèn)螺釘位置后取出導(dǎo)針。沖洗切口，縫合1針。置釘結(jié)束后，再次行CT掃描采集數(shù)據(jù)，測(cè)量實(shí)際導(dǎo)針與規(guī)劃導(dǎo)針的位置差距及成角。

4.術(shù)后處理及隨訪：術(shù)后行石膏固定1周，隔日換藥。囑患者于術(shù)后4周開始部分負(fù)重鍛煉。分別于術(shù)后第2、4、8周門診隨訪，復(fù)查X線。

結(jié) 果

2例患者在手術(shù)操作中，TPU支架可穩(wěn)定固定手腕及前臂，很好地控制位移，且TPU支架可以提供機(jī)器人示蹤器的安置，實(shí)現(xiàn)支架、手腕和示蹤器一體。2例患者均實(shí)現(xiàn)實(shí)際螺釘位于舟骨軸心，固定有效(圖5)。2例患者實(shí)際導(dǎo)針與規(guī)劃導(dǎo)針重合度較好，成角分別為2.23°和1.68°。術(shù)中均一次操作完成打入導(dǎo)針，患者和術(shù)者均無額外X線暴露。術(shù)中未使用止血帶，2例患者均出血量<5 ml。2例手術(shù)均于45 min內(nèi)完成。

圖1 熱塑性聚氨酯(TPU)顆粒 圖2 熱塑性聚氨酯(TPU)支架及其術(shù)中安置 圖3 采用機(jī)器人規(guī)劃手術(shù)路徑。根據(jù)舟骨骨折線與舟骨的軸線在軟件上規(guī)劃螺釘，確定進(jìn)針點(diǎn)和進(jìn)針方向 圖4 術(shù)者在機(jī)器人輔助下置釘 圖5 術(shù)后3 d X線示螺釘經(jīng)舟骨軸心，骨折復(fù)位和固定效果良好 A 患者A像 B 患者B像

討 論

對(duì)急性無移位或輕度移位腕舟骨骨折患者，行保守治療目前存在較大爭議，而行螺釘固定手術(shù)治療可以減少長期外固定導(dǎo)致的腕關(guān)節(jié)僵硬、力量喪失以及骨延遲愈合或不愈合等問題，因此近年來經(jīng)皮螺釘內(nèi)固定已經(jīng)成為首選治療方法[1]。但是，這類微創(chuàng)手術(shù)操作有一定難度，要求術(shù)者對(duì)舟骨的解剖結(jié)構(gòu)和影像學(xué)表現(xiàn)有非常清晰的認(rèn)識(shí)，術(shù)中操作需要在透視下進(jìn)行以確保導(dǎo)針與骨折線垂直，螺釘要盡可能長以提高把持力。常規(guī)手術(shù)往往需要多次透視，增加了X線暴露劑量，同時(shí)進(jìn)行多次穿針調(diào)整可造成骨量丟失，增加骨折不愈合的風(fēng)險(xiǎn)并降低螺釘固定的強(qiáng)度[2]。

利用骨科手術(shù)機(jī)器人輔助治療腕舟骨骨折，理論上可以解決以上問題[3]。但從近年文獻(xiàn)報(bào)道看，以機(jī)器人輔助手術(shù)治療腕舟骨骨折并沒有得到廣泛開展，可能存在以下主要原因：(1)上肢手術(shù)不同于脊柱和髖部手術(shù)，在進(jìn)行機(jī)器人導(dǎo)航操作時(shí)，患肢微動(dòng)就會(huì)造成偏差；(2)示蹤器的放置需要與腕舟骨同步，若采用螺釘固定于骨的方式又增加了創(chuàng)傷；(3)腕關(guān)節(jié)由多個(gè)腕骨和多個(gè)關(guān)節(jié)組成，如果不能把腕關(guān)節(jié)、外支架和患者示蹤器固定為一體，輕微的相對(duì)移動(dòng)即會(huì)造成較大誤差，對(duì)于舟骨骨折來說是不可接受的。雖然舟骨體較小，但本研究沒有采用直徑為0.8 mm的空心埋頭螺釘配套導(dǎo)針進(jìn)行穿針，原因是若導(dǎo)針過細(xì)則鉆入操作易偏向造成誤差，并且機(jī)器人生產(chǎn)廠家尚未提供與空心埋頭螺釘導(dǎo)針匹配的導(dǎo)向套筒。因此術(shù)中先選用直徑為1.5 mm的導(dǎo)針鉆孔，再更換為0.8 mm導(dǎo)針作為螺釘擰入的導(dǎo)向。郭陽等對(duì)三維打印舟骨螺釘導(dǎo)向模板進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并采用三維打印模板輔助機(jī)器人導(dǎo)航手術(shù)治療腕舟骨骨折1例，取得了成功[4-5]。本研究采用個(gè)性化TPU固定支架，也獲得了令人滿意的結(jié)果。與三維打印相比，TPU具有價(jià)廉、可重復(fù)使用以及對(duì)技術(shù)要求相對(duì)低的優(yōu)點(diǎn)。

本研究應(yīng)用的手術(shù)機(jī)器人軟件是基于脊柱螺釘導(dǎo)航的三維定位系統(tǒng)，其精確性和安全性已經(jīng)在臨床上得到證實(shí)[6]?；贑T數(shù)據(jù)的三維定位較二維定位更加精準(zhǔn)，同時(shí)可為機(jī)器人設(shè)計(jì)廠家提供臨床數(shù)據(jù)，有助于設(shè)計(jì)腕舟骨專用的軟件及相應(yīng)的導(dǎo)針導(dǎo)向套筒，使手術(shù)操作更加便捷。本研究主要不足之處是病例少。TPU支架在手術(shù)機(jī)器人輔助治療腕舟骨骨折中的作用的可靠性還需要大樣本臨床研究予以證實(shí)。

從本研究2例患者的治療結(jié)果來看，應(yīng)用TPU支架協(xié)助機(jī)器人導(dǎo)航經(jīng)皮螺釘內(nèi)固定治療腕舟骨骨折可以獲得良好的臨床療效，手術(shù)時(shí)間短，患者接受度高。