骨盆骨折手术机器人研究的现状2023.docx

骨盆骨折手术机器人研究的现状2023摘要近年来，随着计算机技术和机器人技术的快速发展，手术机器人在骨科领域的应用越来越广泛。与传统手术相比，手术机器人借助先进的导航定位系统、高精度的机械臂和自动化的手术规划系统可以实现精度高、创伤小、风险低的骨科微创手术。骨盆骨折因特有的复杂解剖结构、危重的伤情和极高的手术风险使得手术机器人在其微创手术开展中展现出显著优势。然而，与脊柱和关节手术机器人仅需导航定位功能不同，骨折手术机器人需融合复位和定位两项功能。复位过程需解决如骨折端偶联关系、软组织牵拉安全、骨折端刚性把持等难题，因此骨折手术机器人的研发过程充满挑战。本文探讨了手术机器人在骨盆骨折中的应用现状，并展望其未来方向，为推动骨科机器人的科研攻关和产业发展提供参考。骨盆骨折是最严重的骨创伤，多发生于车祸、高处坠落等高能量创伤，一旦发生则严重威胁患者生命健康。传统手术治疗骨盆骨折切口大、出血多，危重患者难以承受。骨盆骨折微创手术因其创伤小、术后康复快而逐渐成为治疗的首选方案。但骨盆解剖结构复杂，盆腔内容纳众多血管和脏器，传统微创手术需在术中持续透视下进行，因此难度大且风险高。随着手术导航、机器人等先进技术和设备的快速发展，手术机器人因其精准的定位功能结合高精度、无辐射的手术导航系统在骨科手术中的应用正日益增多。但目前手术机器人主要用于脊柱外科和关节置换手术，如国外的Mako.Mazor,国内的天矶®骨科手术机器人、骨圣元化馄错®全骨科手术机器人等1,2;而在创伤骨科，手术机器人的应用还处于起步阶段。本期征集国内骨盆骨折手术机器人的最新研究成果，筛选并汇总了不同研究类型的优秀论文。从机器人手术功能看，既有机器人辅助骨盆骨折微创置钉的研究，又有机器人辅助骨盆骨折复位的研究；从研究类型看，除8篇原创性论著外，还有天凯®骨科手术机器人应用教程以及手术机器人置入能器螺钉的系统评价研究；从研究对象看，既有研究着眼于传统高能量、高暴力的骨盆髓臼骨折，又有重点关注老年骨质疏松性骨盆骨折。除机器人辅助置入舐骼螺钉的研究外，本期还有机器人辅助置入LC-Il螺钉和馥臼下螺钉的创新性应用研究。这些论文的集中发表，将为同行开展骨盆骨折的机器人手术提供借鉴，并为开展临床科研提供指导。一、骨盆骨折辅助定位导航机器人的研究现状国内骨科手术机器人企业”北京天智航医疗科技股份有限公司”旗下的天矶®骨科手术机器人的主要应用领域是创伤骨科。XU等3综述了33篇机器人辅助创伤骨科手术的研究，其中31篇应用了天矶®骨科手术机器人。现有创伤骨科手术机器人多用于手术中微创螺钉的定位导向，如股骨颈骨折空心螺钉固定、股骨髓内钉远端锁钉定位和舟骨骨折经皮螺钉固定,其中骨盆骨折的应用主要为经皮舐骼螺钉固定。本期文章”机器人辅助t氐髓螺钉内固定治疗骨盆后环骨折临床疗效的meta分析”共纳入15篇骨盆骨折手术机器人研究，全部来自中国机构,其中包括2篇随机对照研究和13篇非随机对照研究。Meta分析显示，与传统手术组徒手置钉相比，手术机器人在透视时间和手术时间、导针调整次数、术中出血量以及螺钉置入优良率等方面均具有明显优势；但两种手术方式在术后Majeed功能评分和骨折愈合时间方面差异没有统计学意义。以上天巩®骨科手术机器人的研究综述和骨盆骨折手术机器人系统评价反映出国内在本领域研究的发展速度和研究质量。如前所述，机器人辅助骨盆骨折手术多用于舐骼螺钉经皮固定。借助高精度的手术导航系统，机器人的机械臂可精准定位经皮能够螺钉的置入方向。机器人除可以辅助微创置入舐骼螺钉外，本期还有机器人辅助微创置入LC-Il螺钉和髓臼下螺钉的创新性应用研究。其中，”机器人辅助经皮通道螺钉固定LC-H型骨盆骨折的疗效研究”结果显示，与传统手术相比,机器人辅助置入LC-11螺钉的手术时间、螺钉位置和术后视觉模拟评分(visualanaloguescale,VAS)均具有显著优势，但术中出血量、骨折复位质量和术后功能评分等方面差异无统计学意义。本期文章”机器人辅助置入髓臼下螺钉治疗骸臼骨折的疗效”，比较采用第三代天矶®骨科手术机器人辅助置入髓臼下螺钉与徒手置入耻坐钢板治疗髓臼骨折的疗效。两组均采用切开的方式进行骨折复位，但固定环节不同，其中16例患者在机器人辅助导航下置入骸臼下螺钉，18例患者行耻坐钢板固定。结果显示，机器人组在置钉（板）时长和术中出血量方面均优于钢板固定组，但两组术后功能评分的差异无统计学意义。近年来，随着人口老龄化的加剧，老年骨质疏松性骨盆骨折的发生率逐渐升高。老年人骨盆骨折多为低能量损伤导致，骨折移位小，螺钉骨性通道形态变化不大，在手术方式上优先选择微创手术；此外老年人合并疾病多、身体机能差而无法承受大切口手术，因此机器人辅助手术凭借其创伤小、手术时间短、手术风险低等优势更加适合老年患者。本期文章”机器人辅助治疗老年骨盆骨折的疗效分析”就探索了机器人辅助老年骨盆骨折微创手术的临床效果。结果显示，不管在骨折复位还是在微创固定方面，机器人辅助手术均有明显优势。此外，在疼痛控制方面l20例U型骨盆脆性骨折患者术前VAS评分为（6.3±2.0）分，术后72h为（4.1±1.4）分，疼痛明显改善，有助于老年患者的术后功能锻炼。二、骨盆骨折复位手术机器人研究现状与股骨骨折不同，骨盆解剖结构形态复杂，盆腔内容纳众多血管和脏器，一旦发生骨折，极易发生大出血；开书样骨盆骨折后盆腔内容积增大引起的负压效应，会加重出血程度，超过2OOOml的出血量极易导致血流不稳和休克，甚至危及生命。由于传统微创手术缺少可靠的复位技术和辅助工具，移位的骨盆骨折很难通过闭合的方式获得解剖复位；延期手术导致的骨折断端绞索，更加重了复位难度和手术风险。因此，借用机械装置或机器人辅助的骨盆骨折闭合复位逐渐成为研究热点。罗森万相®智能化骨科手术机器人在进行了大量的基础研究后开始了临床试验，初步效果较为满意4,5,6,7,8,9,10。Zhao等4完成的22例机器人辅助骨盆骨折复位临床研究显示Matta复位优良率可达95.5%,复位精度为(4.61±3.29)mmo本期文章”智能化骨盆骨折复位手术导航定位系统在骨盆骨折治疗中的初步应用”，报告了罗森万相智能化骨科手术机器人系统辅助治疗49例骨盆骨折患者，除1例患者因复位失败而转为切开复位外，其余48例均在机器人辅助下完成复位。术后骨盆后环复位优良率93%,前环复位优良率达100%；末次随访时的Majeed功能评分为(81.9±17.0)分，优良率为79%(38/48骨折复位因涉及诸如机械臂力学性能、骨折部位和形态等因素导致现有骨折手术无法全部由机器人实施完成。罗森万相智能化骨科手术机器人是基于UR机械臂研发，最大负载仅160N,当复位过程遇到明显骨性阻挡时机械臂会停止运行，需医生手动辅助机械臂完成复位操作。因此，这一产品尚无法满足临床所有类型骨盆骨折的要求。针对骨盆骨折闭合复位这一难题，解放军总医院设计研发了用于骨盆骨折闭合复位的解锁复位系统11经过不断迭代升级，从最初需术中透视辅助，到与诺亦腾联合研发的HoIoSight骨盆骨折智能手术监视系统获得医疗器械注册证，目前已在国内多家医院推广应用，在骨盆骨折闭合复位方面积累了大量病例。该系统既可与定位机器人联合使用，也可在自研导航系统引导下徒手完成微创置钉。本期文章”机器人辅助舐骼螺钉内固定联合LC-11螺钉外固定治疗骨盆骨折”即为手术机器人与骨盆解锁复位装置联合应用的临床报告。研究回顾了联合舐髓螺钉内固定和髓前下棘外固定架治疗28例骨盆骨折的临床效果。共置入能器螺钉43枚，每枚螺钉透视时间为(16.3±5.2)s,手术总时长为(154.9±54.7)min0其中，除17例采用徒手方式完成闭合复位外，其余11例使用骨盆解锁复位架才获得满意复位，总体复位优良率为93%(26/28本期文章”智能可视化系统辅助复位及固定治疗高龄骨盆脆性骨折”对比了18例采用Hol。Sight系统辅助复位及置钉与11例接受徒手置钉患者的手术效果。研究显示，Hol。Sight系统辅助治疗高龄骨盆脆性骨折具有创伤小、复位好、置钉精准、出血少、术中有效透视次数少等优点。但复位质量和术后Majeed功能两者之间无差异,这可能与高龄骨盆脆性骨折患者的骨折移位程度小、复位难度小有关。骨盆智能化辅助复位系统在骨盆骨折治疗中存在显著的效果优势，在一项由解放军总医院牵头、涉及国内13家医院的多中心临床试验中予以证实。该研究纳入了243例不稳定性骨盆骨折，手术均采用骨盆骨折解锁复位装置，复位优良率达88.1%,且无一例发生手术并发症12。三、骨盆骨折手术机器人研究的展望(一)手术机器人临床应用需进一步规范本期贾健撰写的“骨科定位机器人在骨盆髓臼骨折手术治疗中的应用”，全面介绍了天矶®骨科手术机器人研发历程、结构组成和基本操作流程；并详细介绍了其在骨盆、骸臼骨折中的具体应用场景,包括骨盆骨折的LC-11通道螺钉、舐骼螺钉固定、经皮骼腰三角固定、经皮骼腰固定，以及骸臼骨折的前柱和后柱螺钉、Magic螺钉。相信随着相关研究的不断开展，创伤骨科手术机器人功能会进一步完善，手术机器人的临床应用也需做相应的规范，期待相关指南和专家共识适时发布。（二）高质量临床研究仍有待加强如前所述，手术机器人在微创螺钉经皮固定的准确性和安全性方面有显著优势，同时借助先进的导航设备和预设的手术规划，术中透视时间和手术时间大幅降低。然而与传统微创手术相比，现有机器人辅助骨盆骨折微创手术在骨折愈合时间和术后功能方面并无差异。根据本期的一篇系统评价,现有骨盆骨折手术机器人研究大多数来源于中国，且研究证据等级不高。此外，因较高的置钉精度，现有机器人辅助既骼螺钉固定多采用贯穿螺钉固定。贯穿螺钉因横跨双侧能器关节，螺钉长度较传统单侧t氐器螺钉长一倍，但螺钉直径仍与单侧既能螺钉一致，因过长的跨度导致其力学性能是否能满足临床需要仍有待进一步商榷，目前尚无循证医学证据证明其临床优势。因此，从术后功能和具体手术技术等方面，期待更多高质量的临床研究进一步明确机器人辅助骨盆骨折微创手术的临床优势。（三）骨盆骨折手术机器人的力学性能与关节置换和脊柱手术不同，骨折手术分复位和定位两个步骤。与脊柱椎弓根螺钉定位和关节截骨导板定位类似，微创螺钉固定骨折也属于定位操作。本期既有手术机器人辅助下的螺钉置入，又有HoIoSight智能监视系统引导下的置钉操作，但两者都是借助导航设备进行导向定位后再徒手置入导针和螺钉。未来研发由机器人进行自动置钉的功能，可全面提升手术机器人的智能化操作水平。此外，解放军总医院骨盆解锁复位系统专为骨盆骨折后骨折断端移位绞索而设计研发。该系统既可与定位机器人联合使用，也可在导航系统引导下徒手完成微创置钉。如将两者的理念结合，研发具有足够力学性能且可自动解锁骨折绞索的骨盆骨折复位机器人将大大拓宽机器人辅助骨盆骨折微创手术的适应证。（四）骨盆骨折手术机器人未来发展方向除力学因素，手术规划方式也是现有手术机器人有待优化的一个方面。因骨盆特有的环形解剖结构，现有的如罗森万相智能化骨科手术机器人的骨折复位规划均依赖健侧半骨盆，对双侧骨盆骨折移位的情况还需转为手动规划。此外，机器人复位路径也有待优化，如遇骨块绞索应能自动调整复位路径，解锁后继续复位。因此，如何提升骨折复位和微创置钉的规划精度和效率，拓宽机器人手术的适应证是下一步的研究重点。总之，随着人工智能等计算机先进技术的发展，智能化技术驱动的手术规划系统逐渐成为研究热点，相信骨盆骨折机器人手术规划系统也会逐步优化升级。届时，智能化、精准化和微创化的骨科将对人类健康事业产生重要影响，带来更加深远的意义。