引用本文: 袁心伟, 张斌, 胡豇, 卢冰, 唐智. 机器人辅助下跟骨骨折内固定与传统切开复位内固定对比研究. 中国修复重建外科杂志, 2021, 35(6): 729-733. doi: 10.7507/1002-1892.202101029 复制
跟骨骨折大多数是由于足跟部高能量损伤造成的关节内骨折,手术切口并发症及创伤性距下关节炎是骨科医师面临和需要解决的问题[1]。对于累及关节面的跟骨骨折,尤其是 Sanders Ⅲ型骨折,经典方法是经外侧 L 形切口行切开复位内固定,但相关切口风险仍是不可忽视的问题。随着微创技术发展,研究者开始采用跗骨窦微创切口治疗跟骨骨折,大大降低了切口并发症发生风险。骨折复位后维持复位螺钉植入需要反复多次透视,仍有因透视角度盲区造成的螺钉位置偏倚,且增加了术者及患者射线暴露风险[2]。与之相比,机器人辅助下经跗骨窦切口[3-4]复位固定跟骨骨折大大降低了切口风险及射线暴露风险。我科于 2017 年 9 月引进我国自主研发的骨科“天玑”第三代机器人,尝试用于跟骨骨折治疗。现回顾分析 2017 年 10 月—2018 年 12 月收治的跟骨骨折患者临床资料,比较机器人辅助下跟骨骨折内固定与传统 C 臂 X 线机透视下内固定的疗效。报告如下。
1 临床资料
1.1 患者选择标准
纳入标准:① SandersⅡ、Ⅲ型跟骨骨折患者;② 术前完善 CT 检查;③ 愿意接受内固定治疗;④ 术前及术后 6 个月随访均完成美国矫形足踝协会(AOFAS)评分患者。排除标准:① 合并糖尿病、周围血管病变及皮肤感染等疾病;② 合并其他部位骨折且需要手术治疗者;③ 开放性跟骨骨折患者;④ 合并严重骨质疏松症者;⑤ 既往有足跟外侧部手术史造成外侧皮肤改变者。2017 年 10 月—2018 年 12 月共 44 例 44 足患者符合选择标准纳入研究,根据术式不同分为研究组(19 例,行机器人辅助下跗骨窦切口经皮复位空心螺钉内固定术治疗)和对照组(25 例,行传统 C 臂 X 线机透视下跗骨窦切口切开复位内固定术治疗)。
1.2 一般资料
研究组:男 13 例,女 6 例;年龄 32~65 岁,平均 50.2 岁。左足 11 例,右足 8 例。致伤原因:高处坠落伤 17 例,交通事故伤 2 例。骨折分型:SandersⅡ型 12 例,Ⅲ型 7 例。受伤至手术时间 1~7 d,平均 3.6 d。
对照组:男 18 例,女 7 例;年龄 27~69 岁,平均 53.5 岁。左足 14 例,右足 11 例。致伤原因:高处坠落伤 15 例,交通事故伤 10 例。骨折分型:SandersⅡ型 18 例,Ⅲ型 7 例。受伤至手术时间 1~7 d,平均 3.9 d。
两组患者性别、年龄、受伤侧别、致伤原因、骨折分型、受伤至手术时间以及术前 Böhler 角、Gissane 角、跟骨宽度、AOFAS 评分等一般资料比较差异均无统计学意义(P>0.05),具有可比性。见表 1。
1.3 手术方法
研究组使用器械:5.0 mm 无头加压空心螺钉(北京理贝尔生物工程研究所有限公司、常州迪恩医疗科技有限公司);骨科“天玑”第三代机器人及配套机器人手术床(由北京积水潭医院与北京航空航天大学及北京天智航医疗科技股份有限公司等联合研发)。患者于全麻下取侧俯卧位,常规消毒铺巾,驱血,上止血带。
研究组:于外侧跗骨窦切口撬拨复位骨折,C 臂 X 线机透视见位置良好。“天玑”机器人系统无菌塑料罩保护,置于主刀对侧,确保机器人手臂移动范围覆盖整个手术区域,红外线立体相机放置于患者头端。将带有参考框架的示踪器牢固固定于距骨上,使用 3D-C 臂 X 线机扫描获取患者手术部位影像数据,180° 扫描后将数据导入机器人系统主控台,并完成螺钉长度、入针点及植入角度的设定;全部螺钉规划完成后再次从冠状面、矢状面、水平面以及三维透视角度确定螺钉位置。规划完成后,机械臂按照规划自动运行到植钉位置后小切口钝性分离,电钻辅助下植入全部导针;C 臂 X 线机透视见所有导针位置无误后植入空心螺钉;每个钉道全层缝合 1 针,跗骨窦切口全层缝合 2 针。
对照组:于外踝尖部至跖骨基底方向作切口,长 4~5 cm,分离保护神经、肌腱等,暴露距下关节、跟骨外侧壁。撬拨复位塌陷的关节面骨块并克氏针临时固定。置入 1 枚斯氏针向后牵引恢复跟骨高度及长度,矫正跟骨结节内翻,恢复宽度及足纵弓,克氏针临时固定,外侧壁辅以手法挤压复位。C 臂 X 线机透视后空心螺钉固定。缝合切口并加压包扎。
1.4 术后处理及随访指标
术后根据患者情况使用抗生素 24~48 h,给予常规镇痛治疗。术后第 2 天换药观察切口愈合情况,抬高患肢,主动活动各足趾及踝关节,背伸、跖屈至疼痛能忍受的最大程度并保持 10 s 左右,往返 10 次为 1 组,每天约 10 组。
记录并比较两组患者手术时间、术中 C 臂 X 线机透视次数、骨折愈合时间。术前及术后 6 个月于侧位 X 线片上测量 Böhler 角、Gissane 角,于跟骨轴位 X 线片上测量跟骨宽度,评价手术治疗对畸形及塌陷的恢复情况;术前及术后 6 个月采用 AOFAS 评分评价患足踝关节功能。
1.5 统计学方法
采用 SPSS22.0 统计软件进行分析。计量资料以均数±标准差表示,组内手术前后比较采用配对 t 检验,两组间比较采用独立样本 t 检验;检验水准 α=0.05。
2 结果
研究组患者手术时间显著长于对照组,但术中 C 臂 X 线机透视次数显著少于对照组,差异均有统计学意义(P<0.05)。术后对照组 1 例出现皮缘坏死(术中电刀烫伤所致),经反复多次换药后好转;1 例术后 1 个月出现切口少许渗液,随访感染指标均呈阴性,经门诊换药后好转;两组其余患者无皮肤及切口相关并发症发生。两组患者均获随访,随访时间 6~12 个月,平均 9.5 个月。术后 6 个月,两组 Böhler 角、Gissane 角和跟骨宽度均较术前显著改善,差异有统计学意义(P<0.05);两组间比较差异无统计学意义(P>0.05)。两组骨折均愈合,愈合时间比较差异无统计学意义(t=−1.890,P=0.066)。两组 AOFAS 评分均较术前显著提高,差异有统计学意义(P<0.05);术后 6 个月研究组 AOFAS 评分显著高于对照组,差异有统计学意义(t=−3.135,P=0.003)。见表 1,图 1。
3 讨论
跟骨骨折是常见的跗骨骨折,约 2/3 跟骨骨折是关节内骨折,维持局部稳定、恢复患足功能、重建跟骨最佳解剖形态成为治疗关键[5]。多数医师仍认为传统经外侧扩大 L 形入路切开复位内固定为最佳手术方案,但该入路术后发生如皮肤坏死、感染、内固定物外露等并发症仍是不可忽视的问题,其治疗也尤为棘手。随着微创技术及理念的发展,研究者们开始采用跗骨窦微创切口治疗跟骨骨折[6-8],术中未剥离除跗骨窦切口处以外的软组织,更利于术后切口恢复,并且可直接复位跟骨后关节面,对足踝外侧皮瓣血供影响小,能在有限的剥离下复位骨块,大大降低了切口并发症发生风险。但切口缩小对于复位难度及维持复位后植钉的要求更高,术者们希望在减小创伤同时能达到最大解剖复位效果。临床实践中我们发现,经跗骨窦切口行空心螺钉内固定时,空心螺钉的加压作用在跟骨骨折复位中具有明显优势[6,9],可在撬拨复位后维持复位,故空心螺钉的生物力学稳定尤为重要,若反复多次植钉、退钉,可能导致局部生物力学稳定性严重下降。本研究采用我国自主研发的骨科“天玑”第三代机器人,于跗骨窦间隙入路辅助下利用 3D-C 臂 X 线机扫描获取患者手术部位影像数据,180° 扫描后将数据导入机器人系统主控台,使用“天玑”机器人三维规划植钉路径,按照规划路径植入导针后经皮空心螺钉固定骨折块,一次成形,未发生反复植钉、退钉等情况且维持复位效果满意。因“天玑”机器人设计时即要求允许植钉误差≤0.8 mm,术中需要调整到与规划路径≤0.8 mm范围内才能植钉,故实际植入螺钉与规划螺钉路径基本无差别。但对于 Sanders Ⅳ型这种更为严重的关节内骨折,须慎重选择切口及内固定方案,尤其是空心螺钉点对点的支撑作用容易导致手术失败,故本次研究中未将其纳入。
本研究结果显示研究组手术时间高于对照组,主要原因在于机器人辅助在手术过程中增加了术中扫描重建、植钉规划等前期步骤;但机器人辅助下手术学习曲线较短,临床医师经过培训可较快掌握该辅助技术。研究组在术前规划时即已在机器人系统中通过三维影像反复确认位置及选择合适长度的空心螺钉[10],术中完全按照规划精准植入螺钉即可,因此未出现反复取钉、植钉等情况;而对照组徒手植钉术中可能存在螺钉过短无法稳定固定骨折,或者螺钉过长穿入跟骰关节等可能性,因此术中透视次数明显多于研究组。
跟骨骨折后常伴有严重的组织肿胀等创伤后并发症,为了减少切口愈合并发症,传统切开复位内固定术往往待组织肿胀消退、皮肤皱褶形成后进行,一般为伤后 7~14 d[11]。然而,跗骨窦切口经皮复位空心螺钉内固定术对软组织干扰较小,术前等待时间减少,受伤至手术时间一般为 1~7 d[12-13]。结果显示研究组患者术后无皮肤坏死情况发生。
随着快速康复理念的深入,早期功能锻炼在患者围术期恢复中占据着重要地位。Chen 等[14]研究证实,早期功能锻炼和负重活动可使距下关节光滑定型,减少关节面残余移位,促进患足功能恢复。本研究中我们采用 AOFAS 评分评价患者足部功能,术后 6 个月研究组 AOFAS 评分显著高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05),充分体现了机器人辅助手术围术期快速康复的优势。
综上述,与传统 C 臂 X 线机透视下内固定治疗跟骨骨折相比,机器人辅助跗骨窦切口内固定治疗跟骨骨折明显促进了患足功能恢复并维持了骨折复位后植钉精度,减少术中透视次数,最终骨折愈合良好。随着对机器人系统操作的熟练度增加,以及运用机器人病例数的增多,手术时间将进一步缩短,机器人辅助手术具有良好骨科应用前景。但由于该技术应用时间相对较短,本研究纳入样本量相对较少且为回顾性分析,尚无长期临床随访,研究结果需要增大样本量且进行前瞻性多中心研究进一步验证。
作者贡献:袁心伟负责研究设计、数据整理与分析、论文撰写;张斌、胡豇、卢冰负责研究设计与论文修改及审核;唐智负责研究设计与实施。
利益冲突:所有作者声明,在课题研究和论文撰写过程中不存在利益冲突。课题经费支持没有影响文章观点和对研究数据客观结果的统计分析及其报道。
机构伦理问题:研究方案经四川省医学科学院·四川省人民医院医学伦理委员会批准[伦审(研)2019 年第 298 号]。
跟骨骨折大多数是由于足跟部高能量损伤造成的关节内骨折,手术切口并发症及创伤性距下关节炎是骨科医师面临和需要解决的问题[1]。对于累及关节面的跟骨骨折,尤其是 Sanders Ⅲ型骨折,经典方法是经外侧 L 形切口行切开复位内固定,但相关切口风险仍是不可忽视的问题。随着微创技术发展,研究者开始采用跗骨窦微创切口治疗跟骨骨折,大大降低了切口并发症发生风险。骨折复位后维持复位螺钉植入需要反复多次透视,仍有因透视角度盲区造成的螺钉位置偏倚,且增加了术者及患者射线暴露风险[2]。与之相比,机器人辅助下经跗骨窦切口[3-4]复位固定跟骨骨折大大降低了切口风险及射线暴露风险。我科于 2017 年 9 月引进我国自主研发的骨科“天玑”第三代机器人,尝试用于跟骨骨折治疗。现回顾分析 2017 年 10 月—2018 年 12 月收治的跟骨骨折患者临床资料,比较机器人辅助下跟骨骨折内固定与传统 C 臂 X 线机透视下内固定的疗效。报告如下。
1 临床资料
1.1 患者选择标准
纳入标准:① SandersⅡ、Ⅲ型跟骨骨折患者;② 术前完善 CT 检查;③ 愿意接受内固定治疗;④ 术前及术后 6 个月随访均完成美国矫形足踝协会(AOFAS)评分患者。排除标准:① 合并糖尿病、周围血管病变及皮肤感染等疾病;② 合并其他部位骨折且需要手术治疗者;③ 开放性跟骨骨折患者;④ 合并严重骨质疏松症者;⑤ 既往有足跟外侧部手术史造成外侧皮肤改变者。2017 年 10 月—2018 年 12 月共 44 例 44 足患者符合选择标准纳入研究,根据术式不同分为研究组(19 例,行机器人辅助下跗骨窦切口经皮复位空心螺钉内固定术治疗)和对照组(25 例,行传统 C 臂 X 线机透视下跗骨窦切口切开复位内固定术治疗)。
1.2 一般资料
研究组:男 13 例,女 6 例;年龄 32~65 岁,平均 50.2 岁。左足 11 例,右足 8 例。致伤原因:高处坠落伤 17 例,交通事故伤 2 例。骨折分型:SandersⅡ型 12 例,Ⅲ型 7 例。受伤至手术时间 1~7 d,平均 3.6 d。
对照组:男 18 例,女 7 例;年龄 27~69 岁,平均 53.5 岁。左足 14 例,右足 11 例。致伤原因:高处坠落伤 15 例,交通事故伤 10 例。骨折分型:SandersⅡ型 18 例,Ⅲ型 7 例。受伤至手术时间 1~7 d,平均 3.9 d。
两组患者性别、年龄、受伤侧别、致伤原因、骨折分型、受伤至手术时间以及术前 Böhler 角、Gissane 角、跟骨宽度、AOFAS 评分等一般资料比较差异均无统计学意义(P>0.05),具有可比性。见表 1。
1.3 手术方法
研究组使用器械:5.0 mm 无头加压空心螺钉(北京理贝尔生物工程研究所有限公司、常州迪恩医疗科技有限公司);骨科“天玑”第三代机器人及配套机器人手术床(由北京积水潭医院与北京航空航天大学及北京天智航医疗科技股份有限公司等联合研发)。患者于全麻下取侧俯卧位,常规消毒铺巾,驱血,上止血带。
研究组:于外侧跗骨窦切口撬拨复位骨折,C 臂 X 线机透视见位置良好。“天玑”机器人系统无菌塑料罩保护,置于主刀对侧,确保机器人手臂移动范围覆盖整个手术区域,红外线立体相机放置于患者头端。将带有参考框架的示踪器牢固固定于距骨上,使用 3D-C 臂 X 线机扫描获取患者手术部位影像数据,180° 扫描后将数据导入机器人系统主控台,并完成螺钉长度、入针点及植入角度的设定;全部螺钉规划完成后再次从冠状面、矢状面、水平面以及三维透视角度确定螺钉位置。规划完成后,机械臂按照规划自动运行到植钉位置后小切口钝性分离,电钻辅助下植入全部导针;C 臂 X 线机透视见所有导针位置无误后植入空心螺钉;每个钉道全层缝合 1 针,跗骨窦切口全层缝合 2 针。
对照组:于外踝尖部至跖骨基底方向作切口,长 4~5 cm,分离保护神经、肌腱等,暴露距下关节、跟骨外侧壁。撬拨复位塌陷的关节面骨块并克氏针临时固定。置入 1 枚斯氏针向后牵引恢复跟骨高度及长度,矫正跟骨结节内翻,恢复宽度及足纵弓,克氏针临时固定,外侧壁辅以手法挤压复位。C 臂 X 线机透视后空心螺钉固定。缝合切口并加压包扎。
1.4 术后处理及随访指标
术后根据患者情况使用抗生素 24~48 h,给予常规镇痛治疗。术后第 2 天换药观察切口愈合情况,抬高患肢,主动活动各足趾及踝关节,背伸、跖屈至疼痛能忍受的最大程度并保持 10 s 左右,往返 10 次为 1 组,每天约 10 组。
记录并比较两组患者手术时间、术中 C 臂 X 线机透视次数、骨折愈合时间。术前及术后 6 个月于侧位 X 线片上测量 Böhler 角、Gissane 角,于跟骨轴位 X 线片上测量跟骨宽度,评价手术治疗对畸形及塌陷的恢复情况;术前及术后 6 个月采用 AOFAS 评分评价患足踝关节功能。
1.5 统计学方法
采用 SPSS22.0 统计软件进行分析。计量资料以均数±标准差表示,组内手术前后比较采用配对 t 检验,两组间比较采用独立样本 t 检验;检验水准 α=0.05。
2 结果
研究组患者手术时间显著长于对照组,但术中 C 臂 X 线机透视次数显著少于对照组,差异均有统计学意义(P<0.05)。术后对照组 1 例出现皮缘坏死(术中电刀烫伤所致),经反复多次换药后好转;1 例术后 1 个月出现切口少许渗液,随访感染指标均呈阴性,经门诊换药后好转;两组其余患者无皮肤及切口相关并发症发生。两组患者均获随访,随访时间 6~12 个月,平均 9.5 个月。术后 6 个月,两组 Böhler 角、Gissane 角和跟骨宽度均较术前显著改善,差异有统计学意义(P<0.05);两组间比较差异无统计学意义(P>0.05)。两组骨折均愈合,愈合时间比较差异无统计学意义(t=−1.890,P=0.066)。两组 AOFAS 评分均较术前显著提高,差异有统计学意义(P<0.05);术后 6 个月研究组 AOFAS 评分显著高于对照组,差异有统计学意义(t=−3.135,P=0.003)。见表 1,图 1。
3 讨论
跟骨骨折是常见的跗骨骨折,约 2/3 跟骨骨折是关节内骨折,维持局部稳定、恢复患足功能、重建跟骨最佳解剖形态成为治疗关键[5]。多数医师仍认为传统经外侧扩大 L 形入路切开复位内固定为最佳手术方案,但该入路术后发生如皮肤坏死、感染、内固定物外露等并发症仍是不可忽视的问题,其治疗也尤为棘手。随着微创技术及理念的发展,研究者们开始采用跗骨窦微创切口治疗跟骨骨折[6-8],术中未剥离除跗骨窦切口处以外的软组织,更利于术后切口恢复,并且可直接复位跟骨后关节面,对足踝外侧皮瓣血供影响小,能在有限的剥离下复位骨块,大大降低了切口并发症发生风险。但切口缩小对于复位难度及维持复位后植钉的要求更高,术者们希望在减小创伤同时能达到最大解剖复位效果。临床实践中我们发现,经跗骨窦切口行空心螺钉内固定时,空心螺钉的加压作用在跟骨骨折复位中具有明显优势[6,9],可在撬拨复位后维持复位,故空心螺钉的生物力学稳定尤为重要,若反复多次植钉、退钉,可能导致局部生物力学稳定性严重下降。本研究采用我国自主研发的骨科“天玑”第三代机器人,于跗骨窦间隙入路辅助下利用 3D-C 臂 X 线机扫描获取患者手术部位影像数据,180° 扫描后将数据导入机器人系统主控台,使用“天玑”机器人三维规划植钉路径,按照规划路径植入导针后经皮空心螺钉固定骨折块,一次成形,未发生反复植钉、退钉等情况且维持复位效果满意。因“天玑”机器人设计时即要求允许植钉误差≤0.8 mm,术中需要调整到与规划路径≤0.8 mm范围内才能植钉,故实际植入螺钉与规划螺钉路径基本无差别。但对于 Sanders Ⅳ型这种更为严重的关节内骨折,须慎重选择切口及内固定方案,尤其是空心螺钉点对点的支撑作用容易导致手术失败,故本次研究中未将其纳入。
本研究结果显示研究组手术时间高于对照组,主要原因在于机器人辅助在手术过程中增加了术中扫描重建、植钉规划等前期步骤;但机器人辅助下手术学习曲线较短,临床医师经过培训可较快掌握该辅助技术。研究组在术前规划时即已在机器人系统中通过三维影像反复确认位置及选择合适长度的空心螺钉[10],术中完全按照规划精准植入螺钉即可,因此未出现反复取钉、植钉等情况;而对照组徒手植钉术中可能存在螺钉过短无法稳定固定骨折,或者螺钉过长穿入跟骰关节等可能性,因此术中透视次数明显多于研究组。
跟骨骨折后常伴有严重的组织肿胀等创伤后并发症,为了减少切口愈合并发症,传统切开复位内固定术往往待组织肿胀消退、皮肤皱褶形成后进行,一般为伤后 7~14 d[11]。然而,跗骨窦切口经皮复位空心螺钉内固定术对软组织干扰较小,术前等待时间减少,受伤至手术时间一般为 1~7 d[12-13]。结果显示研究组患者术后无皮肤坏死情况发生。
随着快速康复理念的深入,早期功能锻炼在患者围术期恢复中占据着重要地位。Chen 等[14]研究证实,早期功能锻炼和负重活动可使距下关节光滑定型,减少关节面残余移位,促进患足功能恢复。本研究中我们采用 AOFAS 评分评价患者足部功能,术后 6 个月研究组 AOFAS 评分显著高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05),充分体现了机器人辅助手术围术期快速康复的优势。
综上述,与传统 C 臂 X 线机透视下内固定治疗跟骨骨折相比,机器人辅助跗骨窦切口内固定治疗跟骨骨折明显促进了患足功能恢复并维持了骨折复位后植钉精度,减少术中透视次数,最终骨折愈合良好。随着对机器人系统操作的熟练度增加,以及运用机器人病例数的增多,手术时间将进一步缩短,机器人辅助手术具有良好骨科应用前景。但由于该技术应用时间相对较短,本研究纳入样本量相对较少且为回顾性分析,尚无长期临床随访,研究结果需要增大样本量且进行前瞻性多中心研究进一步验证。
作者贡献:袁心伟负责研究设计、数据整理与分析、论文撰写;张斌、胡豇、卢冰负责研究设计与论文修改及审核;唐智负责研究设计与实施。
利益冲突:所有作者声明,在课题研究和论文撰写过程中不存在利益冲突。课题经费支持没有影响文章观点和对研究数据客观结果的统计分析及其报道。
机构伦理问题:研究方案经四川省医学科学院·四川省人民医院医学伦理委员会批准[伦审(研)2019 年第 298 号]。