ISO-C3D计算机辅助导航技术经皮微创内固定治疗髋臼骨折.doc

www.CRTER.org马玉鹏，等. ISO-C3D计算机辅助导航技术经皮微创内固定治疗髋臼骨折ISO-C3D计算机辅助导航技术经皮微创内固定治疗髋臼骨折马玉鹏，周东生，李连欣，穆卫东，何吉亮，李庆虎(山东大学附属省立医院创伤骨科，山东省济南市 250021)文章亮点：1 通过对ISO-C3D计算机辅助导航技术的临床应用分析了计算机导航系统治疗髋臼骨折的可行性与特点。2 结果说明ISO-C3D计算机辅助导航技术内固定治疗髋臼骨折，具有创伤小、出血少、术中时间短、操作简便、置钉准确性高的特点，且并发症少。计算机辅助导航技术微创治疗髋臼骨折，通过逆行性拉力螺钉固定，固定牢固，使患者能够早期功能锻炼。内固定后患者功能恢复较好。关键词：骨关节植入物；数字化骨科；骨盆骨折；计算机辅助导航；经皮内固定；微创手术；髋臼骨折 主题词：骨盆；髋臼；骨折；外科手术，计算机辅助；外科手术，微创性摘要背景：文献报道采用X射线透视下经皮空心螺钉治疗骨盆髋臼骨折，但其内固定时间长，且患者与医生的放射暴露量大。目的：评价ISO-C3D计算机辅助导航微创技术在髋臼骨折治疗中的应用效果。方法：采用计算机辅助导航下经皮微创内固定治疗骨盆髋臼骨折31例，患者伤后至内固定时间为4-13 d。所有患者随访满1年。结果与结论：患者内固定治疗中除1例伴有骶髂关节损伤行切开复位内固定患者出血量约300 mL，其余患者平均出血量18 mL。内固定中共置入螺钉42枚，髋臼前柱骨折螺钉24枚，后柱螺钉18枚，所有螺钉均一次性准确置入。平均内固定时间59 min，平均透视时间为39 s。31例患者治疗后1周疼痛明显减轻，均无感染、血管神经损伤、内固定物断裂等并发症发生。至随访结束，摄X射线片示骨折愈合，无螺钉断裂及松动，根据Matta临床评分标准，优23例，良8例，优良率100%。内固定后髋关节功能根据Majeed 评分系统：优22例，良6例，可3例，优良率90%。提示ISO-C3D计算机辅助导航技术经皮微创内固定治疗可实现坚强内固定，且治疗中创伤小，内固定后并发症较少。Minimally invasive percutaneous fixation based on ISO-C3D computerized navigational system for fracture of the acetabulum Ma Yu-peng, Zhou Dong-sheng, Li Lian-xin, Mu Wei-dong, He Ji-liang, Li Qing-hu (Department of Trauma Orthopedics, Shandong Provincial Hospital, Shandong University, Jinan 250021, Shandong Province, China)马玉鹏，男，1988年生，山东省齐河县人，汉族，山东大学附属省立医院创伤骨科在读硕士，主要从事创伤骨科方面研究。通讯作者：周东生，主任医师，教授，博士生导师，山东大学附属省立医院创伤骨科，山东省济南市 250021中图分类号:R318文献标识码:B文章编号:2095-4344(2013)52-09023-06修回日期：2013-09-29(201308145/WQ)Ma Yu-peng, Studying for masters degree, Department of Trauma Orthopedics, Shandong Provincial Hospital, Shandong University, Jinan 250021, Shandong Province, ChinaCorresponding author: Zhou Dong-sheng, Chief physician, Professor, Doctoral supervisor, Department of Trauma Orthopedics, Shandong Provincial Hospital, Shandong University, Jinan 250021, Shandong Province, ChinaAccepted: 2013-09-29AbstractBACKGROUND: Percutaneous hollow screw under X-Ray fluoroscopy has been shown to treat fracture of acetabulum of the pelvis, but the time of internal fixation was long, and the amount of radiation exposure to the patients and physicians was large. OBJECTIVE: To test the application of the ISO-C3D computerized navigational system for fracture of acetabulum.METHODS: Thirty-one patients with fracture of the acetabulum were treated with percutaneous hollow screw under a fluoroscopy-based ISO-C3D computerized navigational system. The interval from injury to operation was 4 to 13 days. All patients were followed up for one year.RESULTS AND CONCLUSION: The average bleeding volume during operation was only 18 mL, except that the bleeding volume of only one patient, who suffered from the sacroiliacjoint injury and received open reduction and internal fixation, was up to 300 mL. The total number of screws used in the operation was 42, among which 24 were screws for acetabular anterior column fracture and 18 for posterior column fracture. All screws were implanted once precisely. The average time of internal fixation was 59 minutes, and the mean time for fluoroscopy was 39 seconds. The 31 patients were pain-free one week after the operation and no complication (infection, vascular nerve injury or implant breakage) was noted post-operatively. When the follow-up ended, radiography revealed fracture union with satisfactory screw fixation (no screw breakage or loosening). According to Matta functional scoring, results were excellent in 23 cases, good in 8 cases, with an excellent and good rate of 3 P.O.Box 1200,Shenyang 110004 100%. According to Majeed functional scoring, the results were excellent in 22 cases, good in 6 cases and average in 3 cases, with an excellent and good rate of 90%. These results indicated that ISO-C3D computerized navigational system can supply stable internal fixation without an increase of complication.Subject headings: pelvis; acetabulum; fracture; surgical procedures; computer aided; surgical procedures, minimally invasiveMa YP, Zhou DS, Li LX, Mu WD, He JL, Li QH. Minimally invasive percutaneous fixation based on ISO-C3D computerized navigational system for fracture of the acetabulum. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2013;17(52):9023-9028.9027ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH0 引言 Introduction髋臼骨折累及负重关节髋关节，临床上为达到解剖复位及坚强的内固定，目前多采用手术治疗方法，其治疗金标准仍为切开复位内固定治疗1，但其手术创伤大，可引起的并发症较多，如：术中出血多、血管神经损伤、刀口感染、切口不愈合及异位骨化等。据报道，切开复位内固定治疗的总体并发症可高达70%2。为减少切开复位内固定的并发症，可采用空心钉经皮微创内固定技术治疗。梁国穗等3报道可采用X射线透视下经皮空心螺钉治疗骨盆髋臼骨折，但其手术时间长，且患者与医生的放射暴露量大。随着计算机辅助导航技术在创伤骨科中的应用，计算机辅助导航下经皮微创内固定治疗骨盆髋臼骨折，可明显缩短手术时间及降低患者的放射暴露剂量4。随着计算机辅助技术的不断进步，微创逐渐成为骨科手术未来的发展方向5，其具有微创、内固定可靠、手术时间短、并发症少等优点。作者认为把ISO-C3D计算机辅助导航技术微创治疗技术用于治疗髋臼前柱骨折，是一种可行、有效、便捷的治疗方法。1 对象和方法 Subjects and methods设计：回顾性病例分析。时间及地点：于2006年1月至2010年12月在山东大学附属省立医院创伤骨科完成。对象：纳入计算机辅助导航下治疗髋臼骨折患者31例。其中男22例，女9例；年龄19-56岁，平均年龄38岁。致伤原因：车祸伤20例，高处坠落伤11例。31例患者中，合并颅脑损伤8例，合并有胸部外伤11例。所有髋臼前柱骨折均为无移位或轻度移位的骨折，其中单纯髋臼前柱骨折12例，单纯髋臼后柱骨折3例，髋臼双柱骨折5例，髋臼前柱骨折伴耻骨联合分离4例，伴耻骨支骨折4例，伴同侧股骨粉碎骨折1例，髋臼横行骨折2例，另有3例累及骨盆后环。伤后至内固定时间为4-13 d，平均6.5 d。内固定前积极与相关科室合作处理合并伤。所有患者常规行骨盆正位、闭孔斜位、髂骨斜位X射线摄片以及骨盆CT扫描和三维重建，以明确骨盆移位情况、分类和稳定性，合并有骨盆骨折者同时行入口位及出口位X射线检查、CT扫描及骨盆三维重建。诊断标准：螺旋CT扫描确诊髋臼骨折。纳入标准：闭合性髋臼，皮肤条件良好。无手术治疗禁忌证、相对禁忌证并自愿接受经皮拉力螺钉内固定治疗。纳入患者对实验均知情同意，并签署知情同意书。排除标准：具有经皮拉力螺钉治疗禁忌证者，如开放性骨盆髋臼骨折、进钉点皮肤条件差、进钉点周围骨折、严重骨质疏松患者、移位明显、固定前没有较好复位的。内固定材料及来源：所有患者均使用瑞士SYNTHES公司生产的拉力螺钉。内固定材质为钛合金，经大量实验证明具有良好的生物相容性。方法：牵引治疗：骨折移位患者内固定前均行胫骨结节骨牵引，牵引质量为体质量的1/10，根据骨折的复位情况调整骨牵引的质量。经皮螺钉固定治疗：骨盆骨折移位的患者，必须在骨折获得满意复位后才能行经皮螺钉固定，否则应视为禁忌证，改行切开复位。患者均在全麻下手术，采用前柱螺钉置入仰卧体位，后柱螺钉置入采用俯卧位。保持患肢持续牵引，常规消毒手术区及铺无菌巾单。髋臼前柱螺钉的置入：取同侧髂前上棘小切口，暴露髂前上棘后安放参考架，见图1。注：导航参考架安放于同侧髂前上棘。图1 经皮微创内固定治疗髋臼骨折安放计算机辅助导航参考架Figure 1 Placement of computerized navigational frame using minimally invasive percutaneous fixation for fracture of the acetabulum采用ISO-C3D C型臂三维影像系统对骨折部位行190扫描，将所得三维图像传至导航工作站并选择正侧位及横断面影像作为手术导航图像。取同侧耻骨结节下方位置作为进针区，在进针区作长约2 cm的切口，钝性分离皮下组织至骨面，置入套筒。注册并校准智能工具，将探针置于耻骨结节附近，根据导航三维影像确定进针点及进针方向，见图2；在导航引导下置入导针，并行骨盆正位及出口位X射线片以确认，见图3。导针位置确认后，根据测量的虚拟导针选择合适的螺钉长度，沿导针方向，拧入6.5 mm的AO空心拉力螺钉，再次透视以确保置入的螺钉位置正确，确保螺钉未穿出皮质及进入髋臼。注：导航显示器上显示骨折部位的三维图像，帮助确定进针点、进针方向及可置入螺钉的长度。图2 经皮微创内固定治疗髋臼骨折根据导航三维影像确定进针点及进针方向Figure 2 Definition of needling point and direction of three dimensional images using minimally invasive percutaneous fixation for fracture of the acetabulum注：根据测量的虚拟导针选择合适的螺钉长度。图3 经皮微创内固定治疗髋臼骨折 X射线透视确认置入导针及置入螺钉位置Figure 3 Position of guide pin and screw implantation identified by fluoroscopic viewing using minimally invasive percutaneous fixation for fracture of the acetabulum髋臼后柱螺钉的置入：髋臼后柱固定，患者俯卧位，暴露对侧髂后上嵴后安放参考价。采用ISO-C3D C型臂三维影像系统对骨折部位行190扫描，将所得三维图像传至导航工作站并选择正侧位及横断面影像作为手术导航图像。取患侧坐骨结节中后1/3为进针点，在进针区做2 cm的小切口，钝性分离皮下组织至骨面，置入套筒。注册并校准智能工具，将探针置于坐骨结节附近，根据导航三维影像确定进针点及进针方向，在导航引导下置入导针，并行骨盆正位及出口位X射线片以确认。导针位置确认后，根据测量的虚拟导针选择合适的螺钉长度，沿导针方向，拧入6.5 mm的AO空心拉力螺钉，再次透视以确保置入的螺钉位置正确，确保螺钉未穿出皮质及进入髋臼。髋臼螺钉置入后处理：内固定后立即指导患者开始肌肉锻炼，内固定后4周开始部分负重，对伴有骨盆后环损伤患者适当延长其开始负重时间，根据骨折愈合情况逐渐增加负重量至完全负重。疗效的评定：内固定后6周、3个月、6个月、1年，摄X射线片观察骨折的愈合情况及螺钉的位置情况，按Matta临床标准进行评分6。置入后功能根据Majeed评分系统评分7。主要观察指标：观察记录置入螺钉数量、透视时间、每枚螺钉置入时间及出血量，评估骨折复位满意率及螺钉置入准确率、皮肤刀口愈合及骨折愈合及功能恢复情况。 2 结果 Results2.1 参与者数量分析 31例患者均获得12个月以上随访，最长随访时间36个月，全部进入结果分析。2.2 患者治疗时间及出血量 本组患者平均住院时间为17.3 d (10-26 d)；平均手术时间59 min(40-90 min)，平均透视时间为39 s(35-45 s)。内固定中除1例伴有骶髂关节损伤行切开复位内固定患者出血量约300 mL，其余患者内固定中出血量均 20 mL，平均18 mL。2.3 X射线观察结果 至随访结束，摄X射线片示骨折愈合，无螺钉断裂及松动。2.4 内固定置入后疗效评价 内固定治疗中共置入螺钉42枚，髋臼前柱骨折螺钉24枚，后柱螺钉18枚，所有螺钉均一次性准确置入。患者髋关节活动功能基本正常。置入后复位根据Matta临床标准评分，结果：优23例，良8例，优良率100%。置入后功能根据Majeed评分系统：优22例，良6例，可3例，优良率90% 。2.5 不良反应 31例患者内固定后1周疼痛明显减轻，无感染、血管神经损伤、内固定物断裂等并发症发生。在随访期间未发现螺钉断裂、外露以及排斥反应，稳定性良好。2.6 典型病例 患者女，46岁，高处坠落伤。诊断：骨盆骨折(双侧骶髂关节脱位、右耻骨支骨折)。左髋臼骨折(横行)。左桡骨远端骨折。肾挫伤。多发肋骨骨折。双侧胸腔积液。患者行导航下经皮微创螺钉治疗见图4-7。注：显示左侧髋臼横行骨折，右耻骨支骨折，双侧骶髂关节脱位。图4 女46岁左侧髋臼横行骨折，右耻骨支骨折，双侧骶髂关节脱位治疗前X射线片Figure 4 Radiograph of a female 46-year-old patient with left transverse fracture of acetabulum, right fracture of pubic rami and bilateral sacroiliac joint dislocation before treatment注：显示左侧髋臼横行骨折线，右侧耻骨支骨折线。图5 女46岁左侧髋臼横行骨折，右耻骨支骨折，双侧骶髂关节脱位治疗前CT片Figure 5 CT image of a female 46-year-old patient with left transverse fracture of acetabulum, right fracture of pubic rami and bilateral sacroiliac joint dislocation before treatment注：显示左侧髋臼骨折、右耻骨支骨折，双侧骶髂关节脱位复位良好，内固定位置可。图6 女46岁左侧髋臼横行骨折，右耻骨支骨折，双侧骶髂关节脱位经皮微创内固定治疗后1周复查X射线片Figure 6 Radiograph of a female 46-year-old patient with left transverse fracture of acetabulum, right fracture of pubic rami and bilateral sacroiliac joint dislocation at 1 wk after minimally invasive percutaneous fixation注：显示左髋臼前柱螺钉、右耻骨支螺钉位置满意，复位可。图7 女46岁左侧髋臼横行骨折，右耻骨支骨折，双侧骶髂关节脱位经皮微创内固定治疗后1周复查CT片Figure 7 CT image of a female 46-year-old patient with left transverse fracture of acetabulum, right fracture of pubic rami and bilateral sacroiliac joint dislocation at 1 wk after minimally invasive percutaneous fixation3 讨论 Discussion髋臼骨折作为一种严重的负重关节内骨折，若不能恢复髋臼关节面的平整及其与股骨头的解剖对应关系，将导致关节负重应力分布不均，加速关节磨损及退变，继而导致下肢应力改变而累及膝踝关节，影响行走。其处理要求髋臼骨折解剖复位及坚强内固定，解剖复位可降低创伤性关节炎及股骨头坏死的发生率，坚强内固定可允许患者早期功能锻炼，减少下肢深静脉血栓形成等并发症的发生。由于髋臼解剖复杂，以前多采用保守治疗，随着影像学的发展，医学理论、技术的提高，及内固定材料和技术的日益更新，切开复位内固定术成为髋臼骨折治疗的金标准1。切开复位内固定治疗髋臼前柱骨折多采用髂腹股沟入路,后路通常采用经典的K-L入路6。髂腹股沟入路采用骨盆内入路，对肌肉干扰较轻，损伤小，切口隐蔽，内固定后恢复相对较快，且异位骨化的发生率较低9。但由于髂腹股沟入路重要组织多，解剖层次复杂，切开复位内固定治疗仍可引起较多的手术并发症。首先是精索或子宫圆韧带的损伤；其次，股神经及股外侧皮神经的损伤，股神经损伤可导致下肢严重的功能障碍，股外侧皮神经损伤可导致股前外侧皮肤感觉丧失或减退；再次，股血管的损伤，其损伤可导致严重的术中大出血，甚至休克及死亡。尤其要注意的是髂外动脉与腹壁下动脉间的交通支，被称作“死亡冠”，其损伤可导致致死性大出血10-12；髋臼后入路因为受臀上血管神经的限制，暴露范围有限，术中可能损伤坐骨神经、旋股内侧动脉以及臀上神经和臀上血管8。最后，切口感染。尽管深部切口感染的发生率较低，但浅表感染却比较常见，尤其是在肥胖或糖尿病患者，并且其为引起切口疝的重要原因13-14。髋臼骨折的治疗目的为重建关节面的完整性，但如何减少并发症的发生同样重要。随着影像学的发展及计算机辅助外科技术在骨科中的应用，微创治疗轻度移位或无移位的髋臼前柱骨折在精确、坚强内固定及减少手术并发症方面显示了巨大的优越性。导航的技术基础是定位系统，目前占统治地位的是全球定位系统(global positioning system，GPS)，国际上对GPS的研制已历时20多年，最初只是应用于军事领域。随着科技的进步，其精度越来越高并且已经从军事和专业用途转到了民用。随着计算机、无线电和信号学等相关学科新技术的发展，图像引导外科技术也得以提高，并形成一个真正的高互性外科计划和导航工具。计算机导航系统这种更精确、更灵活、更方便、应用范围更广泛的智能化无框架立体定向技术的诞生15-16，1986年Roberts等17发明了神经导航技术，1991年美国和法国相继报道应用神经导航机器人完成脑瘤手术18。计算机转向辅助骨外科是从20世纪90年代初开始的，最早应用于辅助安放腰椎椎弓根钉，后广泛应用于膝交叉韧带重建、人工关节置换手术。Gay等19首先报道了CT引导下经皮微创内固定治疗轻度移位的髋臼骨折；Kahler等20同样报道了CT引导下经皮螺钉内固定治疗轻度移位的髋臼骨折；Routt等21报道了闭合或切开复位骨折后透视下经皮内固定治疗耻骨上支骨折；Crowl等22报道了采用闭合复位经皮内固定治疗髋臼前柱骨折。Mosheiff23、Reddix等24利用导航技术为骨盆、髓臼骨折作了充分的手术前规划。Kahler25报道的一组髋臼骨折病例中，除髋臼后壁骨折外，约50%的髋臼骨折可以通过影像导航手术技术进行经皮螺钉内固定。透视下经皮微创内固定治疗髋臼骨折，虽然取得了良好的治疗效果，减少了手术并发症的发生，但仍存在一些问题。髋臼解剖结构复杂且不规则，行髋臼前柱骨折经皮内固定治疗时，首先术者要熟悉骨盆髋臼的三维空间结构，掌握骨盆前后位、入口位、出口位、髂骨斜位及闭孔斜位多平面的影像学表现；其次，手术操作过程中需要多次透视，以从多角度观察导针及螺钉的置入情况，这不仅增加了手术操作的复杂性，延长了手术时间，还增加了患者及术者的射线暴露时间，并且术中多次透视，透视装置的无菌性难以控制。Crowl等22采用闭合复位经皮内固定治疗髋臼前柱骨折，单纯透视下螺钉置入，透视暴露时间为73 s，而采用计算机辅助导航后则可小于45 s。计算机辅助导航技术在减少手术并发症，缩短手术时间及射线暴露时间方面比传统的透视下微创内固定治疗技术显示了更大的优越性。本组患者采用ISO-C3D计算机辅助导航技术成功置入髋臼逆行拉力螺钉，无螺钉穿出皮质或穿入髋臼窝，并且内固定中出血量一般 20 mL，平均18 mL，平均手术时间59 min(40-90 min)，平均透视时间为39 s (35-45 s)。作者利用ISO-C3D计算机辅助导航技术治疗髋臼前柱骨折时，内固定中可在工作站显示屏上从矢状面、冠状面及横断面上多角度观察螺钉的置入情况，这保证了螺钉的准确、便捷置入；且内固定中利用虚拟导针确定进钉点的同时可确定切口的位置。这些不仅减少了手术创伤，减少了并发症的发生，也缩短了内固定治疗时间及患者与术者的射线暴露时间。本组所有患者内固定后1周疼痛明显减轻，且早期的功能锻炼使患者短期内即获得了良好的功能恢复。依作者目前经验，髋臼骨折闭合复位后，ISO-C3D计算机辅助导航技术微创内固定治疗是一种可靠的治疗方法。目前，计算机辅助导航技术在骨盆髋臼骨折中的应用还处于探索阶段，仍存在一些问题。计算机辅助导航技术在骨盆髋臼中的应用仅用于一些特殊类型的骨折，其适应证主要为：无移位或轻度移位的骨盆髋臼骨折；骨折虽有移位，但可闭合复位的4。计算机辅助导航系统操作复杂，需较长的时间熟悉操作流程，且其价格昂贵，不利于此技术的推广26。参考架安放要牢固。参考架一旦松动，工作站将不能获得可靠图像，发生定位错误，可导致严重的并发症。计算机辅助导航系统的图像显示是基于坚硬物体原则的，内固定中应用的导针及螺钉要有足够刚性，为保证导针及螺钉的准确置入要尽量使用保护套筒校准27。基于以上问题，采用ISO-C3D计算机辅助导航技术治疗髋臼前柱骨折时，内固定中仍需要C-型臂的辅助，以保证螺钉的准确置入。综上ISO-C3D计算机辅助导航技术经皮微创内固定治疗可实现坚强内固定，且手术创伤小，降低了内固定治疗并发症的发生率。ISO-C3D计算机辅助导航技术微创内固定治疗是一种可靠的治疗方法。作者贡献：第一作者负责收集临床资料及分析，通讯作者负责研究设计并审校，第一作者对文章负责。利益冲突：课题未涉及任何厂家及相关雇主或其他经济组织直接或间接的经济或利益的赞助。伦理要求：所有患者均在充分了解本治疗方案的前提下签署“知情同意书”。学术术语：计算机辅助手术-是集医学、机械、材料学、计算机技术、信息管理、网络技术、通讯技术等诸多学科为一体的新型交叉研究领域。其目的是：使用计算机技术(主要是计算机图形学技术)来模拟医学手术所涉及的各种过程，包括手术规划、手术导航、辅助性治疗规划等。作者声明：文章为原创作品，数据准确，内容不涉及泄密，无一稿两投，无抄袭，无内容剽窃，无作者署名争议，无与他人课题以及专利技术的争执，内容真实，文责自负。4 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