應用熱塑性聚氨酯支架協助機器人導航經皮螺釘內固定治療腕舟骨骨折

季亮 李青松 胡興峰 梁偉 王祥

對于腕舟骨骨折，內固定逐漸成為無移位或輕度移位骨折治療的首選。然而，經皮微創螺釘內固定手術存在一定難度，需要術者熟悉舟骨的解剖學和影像學特征，術中需要多次X線暴露。近年來機器人輔助手術技術已在脊柱外科和關節外科得到成功運用，但在腕舟骨骨折治療中的應用較少，其主要原因在于缺乏手外科專用的機器人導航手術固定模板和簡易可行的解決方案。我科應用熱塑性聚氨酯(thermoplastic polyurethane,TPU)支架和骨科手術機器人輔助完成2例腕舟骨骨折的經皮螺釘內固定手術，獲得良好的臨床效果，現報告如下。

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院骨三科應用TPU支架協助機器人導航經皮螺釘內固定治療腕舟骨骨折2例。患者A，男，35歲，右腕舟骨骨折，為AO分型B1型骨折，交通事故致傷，受傷至手術時間為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，受傷至手術時間為3 d。

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

3.設備與材料：(1)天璣骨科手術機器人(北京天智航醫療科技股份有限公司，中國)，由主機、機械臂、光學跟蹤系統、主控臺車(含手術計劃與控制系統)和導航定位工具包5個部件組成。應用機器人輔助手術的主要工作步驟為：①采用床旁CT采集術中影像；②在操作軟件中規劃導針的入針方向和位置；③機器人6個自由度的機械臂執行定位，在計算機控制下移動到所需位置；④安裝導針套筒，同時通過光學跟蹤系統監控機械臂的運動路徑并確認無偏差，如果存在偏差系統可以自動補償。(2)TPU顆粒：是一種綜合性能優異的有機高分子材料，具有良好的化學穩定性和易加工性,既有橡膠的高彈性又有塑料的剛性，作為外用支架廣泛應用于醫療行業(圖1)。

本研究獲得患者知情同意，通過貴陽市第四人民醫院倫理委員會審批。

二、方法

1.TPU支架的制作：術前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節于最大背伸位的三角形實體支架，底面平整以保證可穩定放置于手術臺(圖2)。完成后送供應室低溫消毒備用。

2.術前準備：采用臂叢神經麻醉。患者取仰臥位。將患者患肢置于高90 cm、長80 cm、寬40 cm外展臺上。外展臺為透X線的亞克力材質。將腕關節以背伸位置于TPU支架上，使腕關節位于“C”型臂X線機的圓心，確保正、側位像都能包括舟骨和患者示蹤器的5個點。

3.手術方法：(1)采集CT數據：將機器人置于手術床旁患肢側，罩無菌套，確保機械臂能到達腕部，將光學跟蹤相機置于患肢側頭端。使患肢手、腕和前臂與TPU支架緊靠，并用皮膚貼膜固定，以防止術中患肢移動。將移動CT置于外展臺旁，CT臂的中心移動到腕部。人工旋轉“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。應用CT掃描獲取腕部影像數據，傳輸至機器人工作站。(2)規劃手術路徑：根據所采集三維圖像，使用規劃軟件進行螺釘置入路徑規劃。采用掌側入路，從舟骨結節處進針，沿舟骨中央軸心線規劃路徑并測量舟骨路徑的長度(圖3)。(3)機器人輔助置釘：機械臂在系統控制下移動到規劃位置，安裝導向套筒，將導針尖端輕靠于手掌皮膚，在操作系統中確認導針位置和方向與規劃導針相符，如存在偏差可自動微調。采用直徑1.5 mm帶刻度導針，緩慢鉆入導針，鉆入深度較規劃舟骨路徑的長度短2 mm。透視確認導針位置后，取出導針換成直徑0.8 mm空心螺釘專用導針插入釘道(圖4)，選用所測得長度的空心埋頭螺釘并置入，透視確認螺釘位置后取出導針。沖洗切口，縫合1針。置釘結束后，再次行CT掃描采集數據，測量實際導針與規劃導針的位置差距及成角。

4.術后處理及隨訪：術后行石膏固定1周，隔日換藥。囑患者于術后4周開始部分負重鍛煉。分別于術后第2、4、8周門診隨訪，復查X線。

結 果

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

圖1 熱塑性聚氨酯(TPU)顆粒 圖2 熱塑性聚氨酯(TPU)支架及其術中安置 圖3 采用機器人規劃手術路徑。根據舟骨骨折線與舟骨的軸線在軟件上規劃螺釘，確定進針點和進針方向 圖4 術者在機器人輔助下置釘 圖5 術后3 d X線示螺釘經舟骨軸心，骨折復位和固定效果良好 A 患者A像 B 患者B像

討 論

對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，而行螺釘固定手術治療可以減少長期外固定導致的腕關節僵硬、力量喪失以及骨延遲愈合或不愈合等問題，因此近年來經皮螺釘內固定已經成為首選治療方法[1]。但是，這類微創手術操作有一定難度，要求術者對舟骨的解剖結構和影像學表現有非常清晰的認識，術中操作需要在透視下進行以確保導針與骨折線垂直，螺釘要盡可能長以提高把持力。常規手術往往需要多次透視，增加了X線暴露劑量，同時進行多次穿針調整可造成骨量丟失，增加骨折不愈合的風險并降低螺釘固定的強度[2]。

利用骨科手術機器人輔助治療腕舟骨骨折，理論上可以解決以上問題[3]。但從近年文獻報道看，以機器人輔助手術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)上肢手術不同于脊柱和髖部手術，在進行機器人導航操作時，患肢微動就會造成偏差；(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傷；(3)腕關節由多個腕骨和多個關節組成，如果不能把腕關節、外支架和患者示蹤器固定為一體，輕微的相對移動即會造成較大誤差，對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針進行穿針，原因是若導針過細則鉆入操作易偏向造成誤差，并且機器人生產廠家尚未提供與空心埋頭螺釘導針匹配的導向套筒。因此術中先選用直徑為1.5 mm的導針鉆孔，再更換為0.8 mm導針作為螺釘擰入的導向。郭陽等對三維打印舟骨螺釘導向模板進行了實驗研究，并采用三維打印模板輔助機器人導航手術治療腕舟骨骨折1例，取得了成功[4-5]。本研究采用個性化TPU固定支架，也獲得了令人滿意的結果。與三維打印相比，TPU具有價廉、可重復使用以及對技術要求相對低的優點。

本研究應用的手術機器人軟件是基于脊柱螺釘導航的三維定位系統，其精確性和安全性已經在臨床上得到證實[6]。基于CT數據的三維定位較二維定位更加精準，同時可為機器人設計廠家提供臨床數據，有助于設計腕舟骨專用的軟件及相應的導針導向套筒，使手術操作更加便捷。本研究主要不足之處是病例少。TPU支架在手術機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。

從本研究2例患者的治療結果來看，應用TPU支架協助機器人導航經皮螺釘內固定治療腕舟骨骨折可以獲得良好的臨床療效，手術時間短，患者接受度高。