骨盆髋臼骨折精准微创内固定治疗指南：基于骨科手术机器人导航定位系统

Xin-bao Wu, Jun-qiang Wang, Xu Sun, Chun-peng Zhao

吴新宝，王军强，孙旭，赵春鹏

骨盆髋臼骨折是一种常见的骨折类型，主要由高能量损伤引起，死亡率和致残率较高。骨盆髋臼骨折手术治疗的目的是恢复骨盆环髋臼解剖结构的对称性和稳定性。切开复位内固定术是骨盆髋臼骨折常见的手术治疗方案，但切开复位内固定术有手术创伤大、术中出血多和感染风险高等缺点。随着微创技术的发展以及患者对术后功能要求的提高，近年来经皮螺钉内固定技术已逐步应用于骨盆髋臼骨折的治疗，且其手术疗效也得到了研究证实。

然而，骨盆和髋臼的解剖结构复杂，其周围有许多重要神经血管分布。传统透视下行螺钉置入容易造成螺钉置入位置偏移，螺钉置入的轻微角度变化甚至可能导致螺钉穿出骨皮质，造成严重的神经血管损伤。除此以外，传统透视下行经皮螺钉固定往往需要对螺钉置入位点和置入角度在透视下进行多次调整，其放射线暴露剂量大，对患者和医生造成的放射性损害不容忽视。

机器人辅助手术可以通过术前影像学提前规划螺钉通道，并采用术中实时跟踪导航技术，通过机械臂辅助定位来确保术中螺钉置入位置与规划一致。机器人辅助手术可以实现经皮螺钉的准确置入，并且降低了手术风险和术中放射线暴露。本指南以我国自主研发的“天玑”骨科机器人（TiRobot）系统为例，详细介绍了骨科机器人手术的应用，旨在规范骨盆髋臼骨折微创内固定治疗领域机器人技术的应用。

1. 骨科机器人简介

1.1 “天玑”骨科机器人（TiRobot）系统的组成

骨科机器人系统由手术规划和控制软件、主机、机械臂、光学追踪系统、手术工具包和附件组成。“天玑”骨科机器人（TiRobot）系统（图1）：该手术机器人由主机、机器人手臂、手术规划和控制软件、光学跟踪系统、控制台以及导航定位套件组成。

 图1. “天玑”骨科机器人（TiRobot）系统

1.2 骨科机器人（TiRobot）系统的运行原理

    ▪    影像学数据获取和识别：术前和术中通过X光、CT扫描获得影像学数据

    ▪    手术规划和配准算法：获取完备的影像学数据后，手术医生可以在机器人主机上，利用手术规划和控制软件，对螺钉通道、入点进行规划。配准算法是手术机器人的核心技术之一，本质是将医生在图形空间中的手术规划准确匹配到现实空间。根据使用影像学数据的不同，机器人的配准算法也存在差异。

    ▪    机器人实时追踪导航：在获得运动参数后，机器人可以将手术器械（如钻头、套筒等）准确放置于规划的手术位点，该过程称为机器人导航。为了获得足够的精度，一般采用光学追踪系统对整个过程进行追踪，控制精度在1-2mm。

2. 机器人辅助手术的适应症和禁忌证

2.1 适应症

    机器人辅助手术适用于移位较小、可行闭合复位/有限切开复位固定的骨盆髋臼骨折，例如：

    ▪    骨盆前环损伤，包括耻坐骨支骨折和耻骨联合分离；

    ▪    骨盆后环损伤：包括骶骨骨折和骶髂关节脱位；

    ▪    髋臼骨折：包括髋臼前柱、后柱骨折，以及髂骨骨折；

2.2 禁忌症

    ▪    影像学资料的图像不清楚；

    ▪    使用经皮螺钉固定技术无法有效地固定骨折；

    ▪    在机器人规划的路径上，存在重要的神经血管；

    ▪    机器人机械臂无法移动到规划的位置；

    ▪    示踪器无法有效地固定；

    ▪    通过规划，导针和骨面之间的夹角太小，导针无法有效固定进针位点，导致难以避免的误差；

3. 机器人辅助手术的准备程序

3.1 骨折复位

透视下闭合复位或有限切开复位，尽可能恢复骨折的正常解剖结构。

3.2 影像数据收集和配准

    ▪    安放示踪器（一般在健侧的髂前上棘）；

    ▪    C臂获取术中包含示踪器的透视图像，传递至工作站主机进行配准计算；

    ▪    骨盆髋臼损伤推荐的术中透视图像：

    o    骨盆后环损伤：骨盆入口位、出口位、侧位；

    o    髋臼前柱损伤：闭孔斜位、骨盆正位、骨盆入口位；

    o    髋臼后柱损伤：闭孔斜位、髂骨斜位、骨盆侧位；

    o    髋臼上方损伤：髂骨斜位、髂骨翼正位、泪滴位；

    o    耻骨联合损伤：骨盆入口位、出口位、侧位；

    o    耻骨下支损伤：闭孔出口位、髂骨斜位、骨盆入口位；

    ▪    常用透视图像和对应的骨盆空间位置：

3.3 放置导针

手术机械臂确定进针位点后，在进针位点做2cm切口，皮下组织钝性分离。置入导针过程中注意观察导航系统，确定置入路径与规划路径一致。

3.4 螺钉置入和透视检查

    沿导针置入空心螺钉，最后透视检查，确认螺钉位置。

3.5 注意事项

    ▪    人员要求

    o    术者有骨盆髋臼骨折切开复位内固定经验，机器人手术故障时可独立手术；

    o    术者闭合复位、内固定等手术技术合格；

    o    术者熟悉机器人工作原理，正确完成机器人图像的采集；

    o    操作过程中避免示踪器发生移动，减少误差；

    o    操作过程中减少软组织损伤；

    ▪    图像采集要求

    o    包含整个手术区域的骨性结构、解剖标志；

    o    清晰显示示踪器等配准组件；

    o    光导航摄像头可以识别和捕获患者示踪器、机器人示踪器的空间位置；

    o    按顺序采集图像，明确规划位置和实际位置的对应关系；

    ▪    图像漂移

    o    各种原因导致手术部位的空间位置变化，导致图像和实际手术部位不一致的现象称为图像漂移；

    o    术者要确定手术过程中有无发生图像漂移的可能；

    o    如发生图像漂移，重新采集图像；

    ▪    手术过程中的监测

    o    机器人辅助手术过程中，术者要始终检查系统的运行情况，如果系统故障，关闭机器人系统，转为徒手操作；

    o    在放置导针、螺钉的过程中，应透视监测，确认置入位置正确；

    ▪    手术室要求

    o    手术室面积＞30m2，供电条件良好；

    o    手术台能满足体位摆放和图像采集。