三維導航技術在骨盆髖臼微創手術中的應用

蔡賢華，張寶成，鄭益釩

中部戰區總醫院骨科，武漢 430070

骨盆髖臼骨折常由高能量暴力傷導致，合并傷與并發癥多見。目前多數人主張，在血流動力學穩定及損害控制的前提下，應早期對骨盆髖臼骨折進行復位與固定，進而恢復其解剖結構。傳統開放手術出血量多、創傷大，不利于患者術后早期康復。隨著微創治療理念的發展，經皮螺釘內固定術因其創傷小、出血量少、恢復快等優點，逐漸成為治療骨盆環損傷的首選方法，在某些髖臼骨折中也得到了進一步應用。然而，由于骨盆環解剖結構復雜，毗鄰重要血管、神經及盆腔器官，如何安全置釘是一項挑戰性的工作，安全置釘要求在固定主要骨折塊的同時，避免損傷重要的血管神經。尋找一種安全微創、精準有效的置釘方法對骨科醫師十分重要。三維導航技術為骨科醫師提供了所需的三維交互影像，經過十幾年的發展和臨床應用，該技術已成為骨盆髖臼微創手術可靠的輔助手段。本文將就三維導航技術特點、在骨盆髖臼微創治療中的應用及面臨的問題進行概述。

1 三維導航技術的特點

三維導航技術(three-dimensional navigation technology)又稱等中心投照成像技術，應用該技術首先采用紅外線對患者及術中器械進行“注冊”[1-2]，即利用等中心投照及C-arm掃描成像傳至計算機系統，然后利用計算機將接收信息進行處理， 將患者術中影像數據和手術床上的骨盆結構準確對應，術中跟蹤手術器械并將其位置在患者影像上以虛擬探針的形式實時更新顯示，術者對患者解剖結構的毗鄰位置了然于胸，從而使可視化技術與臨床手術相結合，達到精準、安全和快速置釘的目的。

在三維導航可視化技術的輔助下，術者可通過移動套筒模擬導針在骨盆髖臼各軸面位置，不僅能夠提供進針通道，而且多角度觀察導針在骨內軌跡，進而確保置釘安全。雖然導航技術具有較高的準確性，但由于存在圖像漂移的可能性，有時可造成數據誤差，出現置釘偏差。因此，3D導航技術下的置釘技術仍然需要在常規X線監測下完成[3-4]?？傊?，3D導航技術即采用紅外線進行注冊，運用電荷耦合器件(charge coupled device,CCD)攝像機作為傳感器，通過示蹤器及針追蹤器發出信號以顯示空間位置，有效地協助骨科醫師完成精準化、個性化螺釘的置入。三維導航技術充分體現現代醫學的精準化、智能化和個體化三大特點[1]。

2 三維導航技術微創治療骨盆髖臼骨折

2.1骶髂關節復合體損傷 骶髂關節復合體由骶髂關節、骶髂、骶結節和骶棘韌帶，以及骨盆底的肌肉和筋膜構成，為軀干與下肢負荷傳導的主要樞紐，對骨盆的穩定作用比前環更重要，約占骨盆功能的60%，因此恢復其連續性與完整性對骨盆環的穩定性十分重要。其損傷類型分為骶髂關節脫位、骶骨骨折、髂骨骨折以及這幾種類型的組合形式。經皮骶髂關節螺釘內固定的適應證為未移位或能夠復位的骶髂關節復合體損傷(圖1)，對于嚴重粉碎性的骶髂關節復合體損傷或伴有神經損傷的患者需謹慎使用。在諸多損傷類型中，單純骶骨骨折較為常見且治療難度頗大。國外學者Denis將骶骨的解剖分為三區，根據骨折線累及的區域進行分型：Ⅰ型為骶骨翼骨折，不累及骶孔與骶管；Ⅱ型累及骶孔；Ⅲ型累及骶管。骶骨骨折常因累及骶孔或骶管而損傷骶神經根，腰骶干因靠近骶骨翼，骶骨翼骨折常伴有腰骶干損傷。如果患者神經功能在術前經非手術治療未見明顯好轉，則應采取開放的術式探查神經損傷情況以利于患者術后功能恢復。此外，累及骶孔或骶管的骨折切忌使用半螺紋的拉力螺釘，以免使骨折塊間加壓而加重患者的神經損傷。骶骨作為置釘通道，常因形態變化或內固定力學的要求而加大手術難度。既往有學者[5]將腰骶移行椎列為手術禁忌證，但是隨著導航技術的精準化和術者經驗的提升，經皮骶髂關節螺釘固定移行椎已成為一種安全可行的方法[6]。同樣的，過去由于缺乏精確有效的輔助置釘手段，在安全通道狹小的S2節段中置釘容易引起神經血管損傷的并發癥，使S2骶髂螺釘的應用受到限制，而S2骶髂螺釘的補充能夠明顯提高后環的內固定強度，尤其適用于垂直不穩定型后環損傷者[7]?，F在得益于三維導航技術的發展，S2節段中置入骶髂關節螺釘變得更為簡單、安全有效(圖1)。另外，合并有骨質疏松的患者容易出現螺釘松動的現象，置入橫跨對側骶髂關節的貫穿螺釘能夠提高螺釘的內固定強度，然而長螺釘的置入要求更高的手術技巧，三維導航技術能夠安全地輔助長螺釘的置入，有效避免了內固定發生松動失敗的風險。

圖1 患者男性，48歲，雙側骶髂關節損傷。骶髂螺釘在骶髂關節損傷中的應用(橙色箭頭為S2骶髂關節螺釘)

手術過程：根據患者骨盆損傷情況及擬定手術方案，患者取仰臥位或俯臥位，同時將患側腰椎及骶區用體位墊墊高，在健側髂前上棘安裝患者示蹤器，連接C型臂X線機與導航設備，注冊并激活示蹤器、校準儀及導針套筒，先行C型臂X線機透視定位病變區，正位片以骶髂關節固定部位為中心，側位以患側骶骨為準；再行掃描收集三維圖像信息，并將信息輸入導航工作站，以髂前上棘至髂后上棘連線的中后1/3處為體表進針點，將探針與套筒組合，導針刺入皮下直至髂骨面，在導航引導下通過移動套筒確定進針方向及深度，通過反復調試進針角度及進針點后，移動套筒模擬進針深度，可觀察到探測針延長線穿過髂骨內板、骶髂關節、骶骨翼及S1椎體；避開骶孔、骶管，鉆入導針，邊進針邊注視顯示屏上的三維圖像，觀察導針是否發生偏移，進入一定深度后，C型臂X線機透視骨盆正位、側位、出口位及入口位以明確導針針長度及位置是否滿意，測深、擰入合適空心螺釘1枚[2]。

2.2恥骨上支骨折 恥骨上支骨折通常發生在恥骨中段或累及髖臼前壁，常伴有同側恥骨下支或坐骨支的骨折(圖2)。骨盆前環承擔著骨盆環約40%的穩定性，其對加強后環內固定強度及恢復整個骨盆環的穩定性意義重大，因此，對于前環不穩定者有必要固定。傳統的治療方法為切開復位內固定或有限切開微創鋼板內固定，同樣存在著創傷大、出血多、手術時間長等問題，而且鋼板的費用高于螺釘，因此現在普遍首選經皮螺釘內固定技術。當恥骨上支骨折無移位或輕微移位，骨折經閉合復位達到滿意者，才能安全有效地置入恥骨上支螺釘。而對于進針點處骨折、開放性骨盆骨折以及恥骨支粉碎性骨折，則不宜使用。

手術過程：需要進行相同的導航設備準備工作，同樣在健側髂前上棘固定示蹤器以及完成三維掃描等過程。進針點的選擇：一般情況下，恥骨支低位骨折時，進針點應靠近恥骨聯合；恥骨支骨折位置較高時，進針點應靠近恥骨結節處。在進針點處作2cm切口，鈍性分離皮下組織達骨面，將導針與套筒組合緊貼骨面，通過調整導針的方向使得進針角度滿意后鉆入導針至合適深度，測深并擰入螺釘，整個置釘過程需在透視監測下完成。螺釘參數因性別不同而有很大差異，對于男性來說，使用6.5mm螺釘是安全的；而對于恥骨支較為細小的女性，有可能會穿透骨皮質，置釘過程中需加以注意。

2.3髂骨新月形骨折 髂骨新月形骨折是由側方擠壓力作用于骨盆環引起的靠近骶髂關節的髂骨翼骨折，骨盆后環骨折線起自骶髂關節，向上方延伸至髂嵴，形成獨特的新月形骨折塊[8](圖2)。若髂骨新月形骨折同時存在髂骨翼后部骨折和骶髂關節脫位，此時骨盆環不穩定，目前學者們多主張手術治療。過去采用前路或者后路切開復位鋼板內固定的方式，現在多以微創手術治療，三維導航技術促進了該微創技術的應用發展。以Day分型為基礎，經皮螺釘內固定治療骨盆新月形骨折的方法可分為：DayⅠ型,1～2枚LC-Ⅱ螺釘固定；DayⅡ型,LC-Ⅱ螺釘聯合骶髂關節螺釘交叉固定；Day-Ⅲ型,單純骶髂螺釘固定[9]。對于無明顯移位或閉合復位滿意的髂骨新月形骨折，首選經皮螺釘內固定。對于閉合復位失敗或陳舊性骨折難以糾正骨折錯位者，應行切開復位內固定。

圖2 患者男性，60歲，右恥骨上支骨折。右側恥骨上支螺釘固定(黃色箭頭)； 左側髂骨DayⅡ型新月形骨折，LC-Ⅱ螺釘聯合骶髂關節螺釘交叉固定(紅色箭頭)

手術過程：根據患者的骨折類型取相應的體位，DayⅠ、Ⅲ型取仰臥位，DayⅡ型取俯臥位，在健側髂前上棘或髂后上棘安裝示蹤器，完成骨折部位的三維掃描等導航準備工作，DayⅠ型患者從髂前下棘選取進針點，釘道指向髂后上棘，將導針與套筒連接后置于髂前下棘處，調整進針點與進針方向至滿意后緩慢鉆入導針，經透視確認導針位置滿意后取2cm切口，測深擰入螺釘后再次透視確認螺釘的位置正確。對于DayⅡ、Ⅲ型患者導航下置入骶髂螺釘的方法同前。

2.4髖臼骨折 髖臼骨折與骨盆骨折最大的區別在于前者注重手術技術，而后者注重急救[10]。髖臼骨折為關節內骨折，解剖位置深，毗鄰關系復雜，術后易發生創傷性關節炎、異位骨化、股骨頭缺血性壞死等嚴重并發癥，治療十分困難。關節面的解剖復位對于術后患者的功能恢復至關重要[11]，因此絕大多數髖臼骨折需要行開放術式以獲得滿意的骨折復位。如果關節面無移位或移位不明顯，則無需切開復位，可以行經皮螺釘內固定的方式治療。目前經皮螺釘內固定技術主要用于治療髖臼前柱骨折、后柱骨折，另外還有學者用于雙柱骨折、橫行骨折及橫行伴后壁骨折等[12](圖3)。三維導航技術的輔助提高了置釘安全性，減少了手術并發癥，僅適用于無移位的或經閉合復位后可滿意復位的髖臼骨折，而對于粉碎性骨折、關節內碎骨塊和其他無法經閉合滿意復位的骨折不宜使用。

圖3 髖臼骨折微創內固定術。a.患者男性，60歲，右髖臼前柱骨折，髖臼前柱螺釘;b.患者女性，49歲，右髖臼后柱骨折，髖臼后柱螺釘

手術過程：髖臼前柱骨折患者取仰臥位，在健側髂前上棘固定參考架，注冊并校準導航設備后行骨折部位三維掃描獲取三維圖像資料，在同側恥骨結節下方作為進針區，在進針點處作2cm切口，鈍性分離皮下組織達骨面，將導針與套筒組合緊貼骨面，根據導航系統反饋的實時圖像調整進針點與進針方向至滿意后緩慢鉆入導針，并經骨盆入口位、閉孔斜位及出口閉孔斜位透視確認導針位置及長度可后，測深沿導針鉆入1枚空心螺釘，再次透視確認螺釘的位置正確。髖臼后柱骨折患者取俯臥位，在健側髂后上棘安裝參考架，完成三維掃描等相關準備工作。將導針與套筒連接后置于坐骨結節處，調整進針點與進針方向至滿意后緩慢鉆入導針，經透視確認導針位置滿意后取2cm切口，測深擰入螺釘后再次透視確認螺釘的位置正確。

3 3D導航技術的主要優勢

相比于傳統的X線透視輔助置釘手段，3D導航的主要優勢在于置釘的安全性、精準性和快速性。X線透視下置釘需獲得清晰的骨盆平片，術者需要有豐富的操作經驗及解剖知識才能開展此項技術，術中必須經過反復透視來指引導針的準確置入，透視時往往因腸氣、患者體型肥胖、骶骨變異等因素影響而加大手術難度，容易引起螺釘置入位置的偏移而損傷周圍神經血管，據研究指出螺釘方向錯位4°即可引起神經血管損傷[13]。此外，導針置入過程中由于經過多次調整，破壞了釘道周圍的骨質而降低了螺釘的固定強度。透視次數增多也使得醫護與患者接受較高的輻射暴露量。X線透視輔助置釘技術只需常規透視機即可完成操作，價格低廉，操作方便，在基層醫院即可開展，但應由經驗豐富的醫師主刀完成手術。CT引導下置釘是進一步發展的微創置釘輔助技術，術前需先經CT掃描以定位螺釘的進釘平面、在臀部皮膚的進針點位置及螺釘置入方向，再將導針從模擬的進釘點及方向置入，術中經CT掃描確認導針的方向位置滿意后擰入螺釘。此種方法較X線透視與三維導航技術可獲得質量最高的影像圖片，置釘準確率較高。而且在局麻下即可進行手術操作，患者處于清醒狀態下，通過與患者交流可以監測神經損傷情況。但CT引導下置釘多于CT室進行，無法達到手術室的無菌條件環境，另外患者面臨著高輻射暴露的風險[14]。三維導航技術的特色之處在于實現了視野的可視化，相當于為術者提供了一雙“透視眼”，能夠精確識別危險區域進行安全有效的置釘，尤其適用于解剖結構復雜的骨盆髖臼微創治療手術。傳統X線透視下置釘錯誤率可達2.6%，而在三維導航技術的輔助下螺釘錯誤率僅0.1%～0.3%，其顯著提高了置釘的精準性[2]。

4 使用3D導航技術的主要要點

三維導航技術還具有手術時間快與降低輻射暴露量的優點[12]，但在使用過程中，應注意以下幾個問題。

首先，骨折復位質量是重中之重的問題。骶髂關節的良好復位是實現精準安全置釘的前提，若骶髂關節不能得到良好或解剖復位，則不能進行骶髂關節螺釘內固定，否則易導致神經血管損傷。如果恥骨支骨折復位不良，螺釘穿孔的可能性更大，精索損傷、子宮韌帶損傷以及附近的神經血管損傷是恥骨支骨折治療的相關并發癥。髖臼骨折若不能滿意復位，患者的髖關節功能將大打折扣。因此微創手術必須能夠做到微創復位，否則微創手術就失去了意義。復位方法有手法復位和器械復位。手法復位是目前最常用的方法，對于骨盆環損傷縱向移位者可行術前持續0.5h的大重量牽引(一般9～12 kg)，這樣基本能糾正后環的垂直移位；后環骨折移位明顯時，前環一般也有明顯移位，因此先對前環進行復位有助于后環的復位與穩定[9]。旋轉移位者可采用髂骨置入Schanz釘輔助復位或通過雙側不同作用方向推壓髂骨進行糾正旋轉移位，外旋外展髖關節也能起到外旋的作用[9]。對于難以閉合復位的骨折可以在局部作小切口以頂棒推頂輔以復位。器械復位裝置如骨盆復位架[15]逐漸被研發并應用于臨床中，其優勢及復位質量有待進一步探索。盡管閉合復位技巧不一，但實現滿意復位仍是一個難點。對于難以閉合復位者，必要時行切開直視下復位，可降低手術難度與神經損傷的風險以及提高手術效果。

其次，置釘安全性問題。雖然導航可以提供準確的虛擬導航路線和實時成像提示，但即使使用3D導航，由于技術問題的可能性、操作者的技術專長或解剖結構的復雜性以及圖像漂移的可能性，導針或螺釘造成的穿孔也無法完全避免。如果使用手控定位針則需要與皮膚接觸，從而難以避免肌肉顫動而產生的偏差，這些因素一旦發生則需要重新定位，從而延長了手術時間。術中需要通過追蹤系統實施跟蹤技術指導手術，在以光學系統為主的導航中，因術野出血、手術人員遮擋、手術燈干擾等產生的“遮擋現象”以及定位針彎曲、骨塊移動等產生的“漂移現象”均會影響導航效果，發生導航方向失準等問題[16]。

最后，三維導航系統操作過程復雜，學習曲線較長，低年資醫師需要不斷的學習摸索，才能掌握好此項技術。三維導航器械價格昂貴，普及有一定難度。

5 總結與展望

三維導航技術在骨盆髖臼微創手術治療中具有精準度高、并發癥發生率低、出血量少、術后恢復快等優點。3D導航置釘技術的適應證僅限于無移位或移位在可以接受的范圍內以及能通過牽引等閉合技術達到復位標準的骨盆與髖臼骨折，主要包括骨盆環后部損傷(骶髂關節分離、骶骨骨折、髂骨新月形骨折)、恥骨上支骨折、髖臼前柱及后柱骨折等。然而，該技術仍存在一些不足：(1)3D導航置釘技術的適應證較窄，僅僅適用于可以復位的骨盆髖臼骨折。該技術是在骨盆骨折復位的前提下實施，尤其對于髖臼骨折，更應強調關節內解剖復位，因此臨床除了常規肢體牽引、髂骨置入把持針采用Joystick技術或有限切開復位技術外[17]，還應開發骨盆骨折輔助復位器械和設備、或骨科計算機輔助復位技術，來完成骨盆髖臼骨折的閉合復位，以上技術的開發和實行將進一步擴大3D導航置釘技術的適應證。(2)3D導航置釘技術需要骨科醫師手持導向鉆置入螺釘，存在抖動或偏移可能，而骨科機器人機械臂可穩定地把持導向鉆，按照既定的路徑和程序置入螺釘，消除了人為不穩定因素的干預，從而置入螺釘更加穩定和精準[10]。目前達芬奇機器人通用于普通外科、胸心外科、泌尿外科、婦產科等學科的腔隙軟組織手術，完成精準外科操作，但是其并不適合骨骼軟組織系統的手術[1]。相信屬于骨科醫師的機器人一定會進一步發展，促進導航技術更加精準、穩定和安全，有望為骨盆髖臼的微創治療提供新的輔助置釘技術。(3)對于復雜骨盆髖臼骨折，術者應用3D導航技術前可輔以3D打印等數字骨科技術聯合制定手術計劃，也可以術中輔以虛擬現實技術，更好監測置釘過程。對于高齡骨質疏松者，強化骨水泥技術可進一步提升螺釘的力學性能，避免內固定失效。

綜上所述，由于骨盆骨折類型復雜，個體化差異較大，必須綜合考慮制定個性化的治療方案才能達到預期目的，包括輔助復位技術、開放復位或開放減壓手術后輔以微創技術等。相信隨著影像學技術和導航技術的發展、數字骨科技術的研發、輔助復位技術的提升和人工智能的發展，三維導航技術在骨盆髖臼骨折微創治療的適應證將進一步拓展，在骨盆髖臼骨折微創治療的個性化、智能化及快速康復方面發揮更大的作用。