双平面骨科机器人系统辅助骶髂关节螺钉置入的实验研究

目的本研究应用双平面骨科机器人系统进行尸体骨骨盆骶髂关节螺钉置入的实验研究,评估该系统的安全性和有效性。方法双平面骨科机器人系统是由北京航空航天大学和北京积水潭医院联合开发的一种基于术中X线图像的手术导航系统。在该系统辅助下对4具尸体骨骨盆进行骶髂关节螺钉置入,共12枚空心钉,均置入S1。作为对比,由同一位医生操作,应用传统方法在C型臂透视控制下对模型骨盆进行骶髂关节螺钉置入,同样为12枚空心钉。记录从采集图像到置入空心钉导针所需透视的次数、透视累计时间及操作时间,并进行统计学分析。置入骶髂关节螺钉后,通过目测、透视和锯开骶骨直接测量的方法检查螺钉的位置。结果在机器人导航辅助下,置入一枚导针的平均透视次数是2.5次,平均透视累计时间为1.5s,平均操作时间为253s;12枚骶髂关节螺钉均在安全区内。在透视控制下徒手操作,置入每枚导针的平均透视次数是20.3次,平均透视累计时间为13.7s,平均操作时间为246s;12枚骶髂关节螺钉中,两枚螺钉误置。应用双平面骨科机器人系统辅助操作的透视次数和透视累计时间少于徒手操作,二者差异有显著性意义(P<0.05)。而操作时间二者差异无显著性意义(P>0.05)。结论双平面骨科机器人系统为骶髂关节螺钉置入提供精准的空间定位和稳定的路径导航,而这一切都在短短的数分钟之内完成,具备极好的安全性和高效性,并使患者和医生受到的X线照射量显著减少。目前的应用结果鼓舞我们进一步的临床实验应用。     

术中实时三维导航下经皮骶髂关节螺钉固定术的初步探讨

目的 探讨基于术前CT扫描的术中实时三维导航技术应用于经皮骶髂关节螺钉置入术的可行性. 方法 术前沿着5具正常骨盆标本髂骨翼各置入1枚钛钉后行CT扫描.将扫描数据导入SuperImage软件完成骨盆的三维重建.将三维模型导入导航软件中,获得钛钉标识点在三维虚拟空间的坐标,并规划骶髂关节螺钉置入的安全路径.术中通过导航探针,获取钛钉的实际空间坐标,并与虚拟标识点进行配准;通过导航系统实时跟踪术中骨盆及手术器械的空间位置.在实时三维导航下按照虚拟规划的安全路径,在5具骨盆标本上各完成1枚经皮骶髂关节螺钉的置入,并记录手术操作时间.术后行骨盆CT扫描及三维重建,观察螺钉的位置,并与术前规划结果进行对比. 结果 在5具正常骨盆标本上按照术前虚拟规划的路径各顺利置入1枚骶髂关节螺钉.术后CT扫描显示5枚螺钉位置均满意,与术前虚拟规划结果基本一致.手术操作时间为19～ 23 min,平均21.6 min. 结论 术中实时三维导航技术充分利用术前虚拟规划信息,术中螺钉置入精度高,且无需X线透视,操作流程简单、快捷,在经皮骶髂关节螺钉固定术中具有良好的可行性.     

机器人导航定位系统辅助经皮骶髂螺钉治疗骨盆后环不稳定型损伤的临床研究

背景:机器人导航定位系统GD-2000是国内自主研发的基于术中X线透视影像的双平面骨科机器人系统,可用于辅助完成经皮股骨颈空心螺钉和骶髂螺钉置入的内固定术。目的:探讨机器人导航定位系统辅助完成经皮骶髂螺钉内固定术的安全性及有效性。方法:回顾性分析2016年6月至2018年8月收治的21例骨盆骨折后环不稳定型损伤患者,均采用机器人导航定位系统辅助经皮骶髂螺钉内固定术,男16例,女5例;年龄27~52岁,平均(38.2±6.9)岁。按Tile分型,B1型7例,B2型6例,B3型5例,C1型3例。记录每枚螺钉的置入时间、X线透视时间、钻孔次数,术后CT检查评价螺钉置入位置,统计术后并发症发生情况,术后6个月随访进行Majeed功能评分。结果:21例患者共置入27枚螺钉,全部患者均一次钻孔完成螺钉置入,每枚螺钉置入时间为18~56 min,平均(38.6±9.5)min;X线透视时间为12~21 s,平均(16.5±3.5)s。所有螺钉位置满意,无螺钉切出骨皮质、误入骶孔或骶管,未出现医源性血管神经损伤及切口感染。术后6个月随访的Majeed评分,优14例,良6例,可1例,优良率为95.2%。结论:应用机器人导航定位系统辅助经皮骶髂螺钉内固定术具有定位准确、稳定性好、手术时间短、创伤小等优点,降低了手术风险,减少医护人员和患者的放射性损害,是一种治疗骨盆后环损伤安全而有效的技术选择。     

三维图像导航与C型臂X线机透视下经皮螺钉内固定治疗骶髂关节复合体损伤的比较研究

[目的]比较三维图像导航与C型臂X线机透视下经皮置入骶髂关节螺钉治疗骶髂关节复合体损伤的疗效。[方法]回顾性分析2010年6月~2016年5月采用经皮螺钉内固定治疗的47例骶髂关节复合体损伤患者的病例资料,根据辅助置钉的方式不同分为导航组(30例)和透视组(17例)。记录并比较两组术中置入每枚螺钉X线暴露时间、置入时间、螺钉的长度、脱位或骨折复位满意程度、损伤愈合时间及术后功能优良率。[结果]47例患者共置入55枚螺钉,导航组与透视组平均X线暴露时间、每枚螺钉平均置入时间及置入螺钉的长度,两组间比较差异具有统计学意义(P<0.05)。术后复查X线片,根据Matta评分标准评定,两组患者复位满意程度差异无统计学意义(P>0.05)。术后6个月根据Majeed疗效评定标准进行功能评估,两组功能恢复差异无统计学意义(P>0.05)。[结论]三维图像导航下置钉具有精确、安全等特点,与C型臂X线机透视相比,减少了透视时间,提高了置钉优良率,是治疗骶髂关节复合体损伤的一种有效方法。     

天玑骨科手术机器人结合三维成像技术辅助微创治疗骨盆骨折的疗效分析北大核心CSCD

目的探讨天玑骨科手术机器人结合三维成像技术辅助微创手术治疗骨盆骨折的疗效。方法回顾性分析2019年1月至2021年5月广东省阳江市人民医院创伤骨科收治的40例以S1及S2骶髂关节螺钉固定的骨盆骨折患者资料,根据治疗方法不同分为两组:机器人组(采用天玑骨科手术机器人辅助经皮置入骶髂关节螺钉固定)20例,男13例,女7例;年龄为(38.2±8.8)岁。徒手组(采用普通C型臂X线机透视下徒手置入骶髂关节螺钉固定治疗)20例,男11例,女9例;年龄为(37.3±9.2)岁。记录并比较两组患者螺钉置入所用透视时间、导针调整次数、手术时间、术中出血量、术后72 h疼痛视觉模拟评分、术后住院时间、下地活动时间、螺钉置入优良率、并发症发生率、骨折愈合时间、术后6个月Majeed评分、功能评价优良率。结果两组患者术前一般资料比较差异均无统计学意义(P>0.05),具有可比性。机器人组螺钉置入透视时间[(8.2±2.9)s]、导针调整次数[(0.4±0.2)次]、手术时间[(67.4±5.5)min]、术中出血量[(36.5±8.0)mL]显著少于徒手组[(40.4±4.5)s、(8.6±0.7)次、(78.4±7.2)min、(41.6±7.8)mL],疼痛视觉模拟评分[3.0(4.0,5.0)分]显著低于徒手组[4.0(5.0,6.0)分],螺钉置入位置优良率(100%,40/40)显著高于徒手组(85.0%,34/40),并发症发生率(5.0%,1/20)显著低于徒手组(35.0%,7/20),以上比较差异均有统计学意义(P<0.05);两组患者术后住院时间、下地活动时间、骨折愈合时间、Majeed评分、功能评价优良率比较差异均无统计学意义(P>0.05)。结论与徒手置入骶髂关节螺钉固定比较,天玑骨科手术机器人结合三维成像技术辅助微创手术治疗骨盆折效果确切,可以减少辐射暴露、手术时间、出血量、并发症发生率,提高螺钉置入准确率,增加安全性。     

3D打印导板辅助骶2髂骨螺钉置入

[目的]介绍3D打印导板辅助骶2髂骨(S2AI)螺钉置入技术。[方法] 2016年6月～2018年1月,本院收治需使用骶2髂骨螺钉内固定患者17例,男8例,女9例;年龄40～65岁。术前行骨盆CT扫描及三维重建,扫描CT数据导入Mimics软件模拟骶2髂骨螺钉钉道的长度及方向,方向确定后生成导向导管模型;根据S1-S2椎板及棘突形态设计导航模块底座;将导管及底座最终合成导板并打印成形。术中使用导航模块辅助置入骶2髂骨螺钉,记录术中每枚骶2髂骨螺钉置入时间、术中透视次数。术后复查骨盆CT扫描,复查CT数据导入Mimics软件重建骨盆。观察钉道是否穿过骶髂关节,是否穿破骨皮质,测量骶2髂骨螺钉头倾角、外倾角,测量进钉点,统计每枚螺钉数据并分析术前模拟和术后实际相关性。[结果]导板辅助下置入骶2髂骨螺钉34枚,单个螺钉置入时间(11.82±2.09) min,每名患者术中透视次数(4.47±0.94)次。所有螺钉均穿过骶髂关节、在骨皮质内。每侧螺钉术前规划进钉点、实际进钉点差异均无统计学意义(P0.05),每侧螺钉术前规划头倾角、外倾角差异均无统计学意义(P0.05)。[结论] 3D打印导板辅助置入骶2髂骨螺钉技术有助于个性化精准置钉,降低血管神经损伤风险,减少透视次数,缩短置钉时间。     

二维透视导航与三维透视导航在骨盆骨折手术中应用的模型研究

目的在骨盆模型上比较二维透视导航与三维透视导航在骨盆骨折螺钉置入手术中的应用价值,为指导临床应用提供参考数据。方法在10个骨盆模型上分别采用二维透视导航与三维透视导航的手术方式对双侧耻骨支、坐骨支及骶髂关节置入空心钉,记录60次操作的相关数据。结果二维透视导航手术的平均用时为(45.2±4.6)min,其中设备注册时间(1.6±0.3)min,获取图像时间(8.9±1.0)min,置入螺钉时间(26.6±2.5)min。置入螺钉长度平均为(87.7±11.4)mm,螺钉进入关节腔1次。三维透视导航手术的平均用时为(54.8±3.0)min,其中设备注册时间(1.5±0.3)min,获取图像时间(13.1±1.8)min,置入螺钉时间(26.4±2.4)min。置入螺钉长度平均为(93.7±8.5)mm,没有螺钉进入关节腔。结论导航下行骨盆螺钉固定的手术方式可以提高手术精确度,降低术后并发症的产生。相对于二维透视导航手术,三维透视导航手术虽然延长了手术时间,但为手术提供了更多的帮助,可以在数分钟时间内重建出多平面的三维影像,能使手术医师在第一时间获得骨折复位和内固定的重要信息,特别在骨盆手术中,能为准确置入尽可...     

透视影像导航经皮螺钉内固定治疗不稳定骨盆骨折的初步报告

目的 探讨透视导航下经皮螺钉内固定治疗不稳定骨盆骨折的适应证及方法 ,初步评估手术效果. 方法 2006年8月至2008年9月收治16例骨盆骨折患者,根据Tile分型:B2型2例,B3型3例;C2型8例(2例合并髋臼骨折),C3型3例(1例合并髋臼骨折).透视导航经皮骶髂螺钉内固定14例26枚螺钉,耻骨支螺钉9例15枚螺钉,耻骨联合螺钉4例4枚螺钉,髋臼前柱螺钉2例2枚螺钉.术后根据影像资料评估螺钉位置及骨折愈合情况,分别记录骶髂螺钉、耻骨支螺钉、耻骨联合螺钉、髋臼前柱螺钉的平均每枚螺钉置入时间、术中透视时间. 结果 11例患者术后获平均(119.6±2.3)d(63～527 d)随访.骨折愈合时间平均为(67.7±9.7)d.3例患者术后有轻微会阴区及下肢麻木症状,无其他螺钉置入的相关并发症发生.术后X线片及CT确认所有螺钉位置均满意.平均每枚骶髂螺钉、耻骨支螺钉、耻骨联合螺钉、髋臼前柱螺钉的置入时间和术中透视时间分别为(26.39±6.23)、(0.57±0.03)min,(18.20±1.59)、(0.61±0.13)min,(13.70±2.13)、(0.33±0.06)min,(19.40±0.79)、(0.63±0.02)min.结论 不稳定骨盆骨折中的骶髂关节脱位或者骶骨骨折、耻骨支骨折、耻骨联合分离是术中透视影像导航下经皮螺钉固定治疗的适应证,导航下经皮螺钉固定治疗不稳定骨盆骨折具有微创、精确、安全的优点.     

骶髂贯穿螺钉/骶髂关节螺钉治疗骨盆后环骨折的临床研究：新设计的点对点体外导向器的应用

目的 探讨新设计的点对点体外导向器在骶髂贯穿螺钉/骶髂关节螺钉治疗骨盆后环骨折中的应用,及其准确性和安全性。方法 前瞻性地纳入2017年6月至2018年6月我科收治的骨盆后环骨折病人共12例,其中男5例,女7例,年龄为（45±13）岁（23~76岁）。采用随机数字表法分组,其中6例病人纳入研究组,使用点对点体外导向器辅助骶髂贯穿螺钉/骶髂关节螺钉固定骨盆后环骨折;另6例病人设置为对照组,由同一术者在“C”型臂X线机透视下徒手置入螺钉;12例病人均只置入1枚骶髂贯穿螺钉或骶髂关节螺钉。记录每例手术从开始透视到置入螺钉的操作时间、术中透视次数及其置钉位置、并发症等。结果 两组术后的骨盆入口位、出口位和侧位影像资料显示,所有螺钉置入位置满意,术后无血管神经损伤并发症发生。研究组和对照组的操作时间分别为（32±11） min、（49±19） min,两组的透视次数分别为（25±8）次、（52±16）次,两组间比较,差异均有统计学意义（P=0.001,P=0.014）。结论 在点对点体外导向器的辅助下置入骶髂贯穿螺钉/骶髂关节螺钉治疗骨盆后环骨折,操作便捷,设计合理,螺钉置入准确、质量高,并可明显减少术中透视下的操作时间及透视次数。     

双平面骨科机器人系统辅助股骨颈骨折空心螺钉内固定术的实验研究

目的应用双平面骨科机器人系统进行模型骨股骨颈空心螺钉内固定的实验,通过对空心钉导针置入平行度的计算、导针的位置和术中所需X线透视时间来评估该系统的准确性、安全性和有效性。方法双平面骨科机器人系统是由北京积水潭医院和北京航空航天大学联合开发的一种基于术中X线图像的手术导航系统。对5例Synbone模型股骨颈内置入15枚空心钉导针,每例3枚。测量每例任意两枚空心钉导针入点处和出点处距离,用其差值与股骨颈内导针长度的比值(P)来评价导针的平行程度,观察导针在股骨颈内的位置,记录术中X线透视时间,并与12例常规手术中空心钉导针置入X线透视时间及透视次数进行比较。结果P值为0.0037～0.0181,即在100mm的导针长度内,最大平行偏差小于2mm。使用机器人辅助系统的X线透视时间为2.32s,平均照射次数为4.4次。常规手术中的X线透视时间为28.30s,平均照射次数为54.3次。结论双平面骨科机器人系统为股骨颈空心钉导针的置入提供精准的空间定位和稳定的路径导航,同时极大地减少了术中医护人员的X线照射时间,便于临床应用。     

双平面骨科机器人系统辅助股骨颈骨折内固定的实验研究

目的 通过股骨近端模型骨的模拟手术,与传统方法徒手操作的临床病例进行对比,评价改进后的双平面骨科机器人系统辅助股骨颈骨折空心钉导针置入位置的准确性以及螺钉的平行性. 方法使用双平面骨科机器人系统对12根股骨近端模型骨进行辅助股骨颈空心钉置入的模拟手术,每例置入3枚导针,通过股骨颈截面的直接测量来评价机器人系统辅助操作的准确性;通过正、侧位X线片角度的测量和计算来评价机器人系统辅助下空心钉之间的平行性,与传统方法徒手操作的临床病例测算结果比较;同时比较两种操作方法所需的透视次数. 结果所有导针均一次成功置入,标本截面测量导针实际位置与规划位置相比误差范围在1 mm左右;对平行度参数的统计学分析结果显示正、侧位X线片上机器人辅助操作的螺钉平行度均优于徒手操作(P<0.05),稳定性也优于徒手操作(P<0.05);在透视次数上,机器人辅助操作组明显少于徒手操作组. 结论改进后的双平面骨科机器人系统可以有效地辅助完成股骨颈骨折空心钉内固定,导针位置的准确性能满足临床应用的需求.空心钉之间的平行性和操作的稳定性均明显优于传统的徒手操作,同时可以大大减少医患的放射线暴露时间.     

Minimally invasive fluoro-navigation screw fixation for the treatment of pelvic ring injuries

Intensive use of intraoperative fluoroscopy is mandatory to achieve good accuracy and avoid neural or vascular injury and may prolong surgical time and increase exposure-related hazards. New methods of percutaneous treatment in conjunction with innovative fluoroscopy-based computerized navigation have evolved in an attempt to overcome the existing difficulties. This report described our experience in applying fluoroscopic surgical navigation technique and evaluated its clinical application to pelvic ring injuries, including its feasibility, merits and limitations. Twenty-two patients with pelvic ring injuries were treated with percutaneous pubic ramus screw and sacroiliac screw techniques under the guidance of a fluoroscopy-based navigation system. A total of forty-four screws were inserted, including twenty-seven pubic ramus screws and seventeen sacroiliac screws. The average operation time and the average fluoroscopy time per screw were 23.6 minutes and 22.2 seconds respectively. Compared to the final position of the screw, the average deviated distance of wire tip was 2.8 mm and the average trajectory difference was 2.6°. A ventral cortex perforation of the sacrum was found in one sacroiliac screw without any clinical symptoms. No superficial or deep infection occurred. No patient sustained recognized neurologic, vascular, or urologic injury as a result of percutaneous screw fixation of pubic ramus fractures, sacroiliac disruptions, or sacral fractures. Our results showed that fluoroscopy-based navigation technique for the pelvic ring injuries could become a safe and effective alterative method for the treatment of pelvic ring injuries in some selected patients.     

骶髂关节空心钉内固定导向器的研制及临床应用

目的 自行设计并研制一种骶骼关节空心钉内固定导向器,以期提高S1椎弓根空心钉置入的成功率及置入质量。方法 自行设计并研制的骶髂关节空心钉内固定导向器由带有测量长度的定位器、带有角度刻度表的水平面S1椎弓根空心钉置入角（TSA）、矢状面置入角(SSA)调节器及固定螺丝等组成。2006年6月至2009年10月共收治15例不稳定型骨盆骨折累及骶髂关节者,男6例,女9例;年龄19 ～ 60岁,平均45.6岁。不稳定型骨盆骨折经骶髂关节韧带3例,经骶骨Ⅰ区5例,累及骶骨Ⅱ区5例,累及骶骨Ⅲ区2例。15例患者均采用骶髂关节空心钉内固定导向器引导术中空心钉的操作,共置入18枚空心钉。结果 术后CT及X线片示18枚空心钉置入位置准确,与术前设计相比,具有相同或相近的TSA及SSA。结论 骶骼关节空心钉内固定导向器设计合理,使用方便,能提高S1椎弓根空心钉置入的准确性及置入质量,且可显著减少C型臂X线机的透视次数。     

First generation computerized fluoroscopic navigation in percutaneous pelvic surgery

Percutaneous internal fixation of pelvic fractures has gained popularity allowing rapid mobilization with reduced surgical related morbidity; however, this method depends on conventional fluoroscopy, which exposes the patient and the surgeon to a significant amount of radiation. The use of computerized fluoroscopic navigation systems enables the simultaneous use of several radiographic projections. These preliminary fluoroscopic views are taken when the operating team stands at a distance from the radiation source. No further fluoroscopic radiation is used later during the surgical procedure. Computerized fluoroscopic navigation was used in the percutaneous insertion of 45 cannulated screws in 29 patients, including sacroiliac screws, pubic ramus screws, posterior column screws, and a supraacetabular transverse screw. Fluoroscopic verification of screw placement demonstrated a deviation 相似文献   

Iliosacral screw insertion using CT-3D-fluoroscopy matching navigation

Background

Percutaneous iliosacral screw insertion requires substantial experience and detailed anatomical knowledge to find the proper entry point and trajectory even with the use of a navigation system. Our hypothesis was that three-dimensional (3D) fluoroscopic navigation combined with a preoperative computed tomography (CT)-based plan could enable surgeons to perform safe and reliable iliosacral screw insertion. The purpose of the current study is two-fold: (1) to demonstrate the navigation accuracy for sacral fractures and sacroiliac dislocations on widely displaced cadaveric pelves; and (2) to report the technical and clinical aspects of percutaneous iliosacral screw insertion using the CT-3D-fluoroscopy matching navigation system.

Methods

We simulated three types of posterior pelvic ring disruptions with vertical displacements of 0, 1, 2 and 3 cm using cadaveric pelvic rings. A total of six fiducial markers were fixed to the anterior surface of the sacrum. Target registration error over the sacrum was assessed with the fluoroscopic imaging centre on the second sacral vertebral body. Six patients with pelvic ring fractures underwent percutaneous iliosacral screw placement using the CT-3D-fluoroscopy matching navigation. Three pelvic ring fractures were classified as type B2 and three were classified as type C1 according to the AO-OTA classification. Iliosacral screws for the S1 and S2 vertebra were inserted.

Results

The mean target registration error over the sacrum was 1.2 mm (0.5–1.9 mm) in the experimental study. Fracture type and amount of vertical displacement did not affect the target registration error. All 12 screws were positioned correctly in the clinical series. There were no postoperative complications including nerve palsy. The mean deviation between the planned and the inserted screw position was 2.5 mm at the screw entry point, 1.8 mm at the area around the nerve root tunnels and 2.2 mm at the tip of the screw.

Conclusion

The CT-3D-fluoroscopy matching navigation system was accurate and robust regardless of pelvic ring fracture type and fragment displacement. Percutaneous iliosacral screw insertion with the navigation system is clinically feasible.     

CT三维导航系统辅助颈椎椎弓根螺钉内固定技术的临床应用

目的探讨计算机CT三维导航系统辅助下进行颈椎椎弓根螺钉内固定的可行性和置钉精确性。方法总结CT三维导航系统辅助下置入的159枚颈椎(C2-7)椎弓根螺钉,术后进行经椎弓根螺钉水平的CT平扫,观察椎弓根螺钉置入的精确性。同时总结X线透视引导下145枚颈椎椎弓根螺钉的置钉准确性,并与CT三维导航引导组进行对比分析。并对其中20例患者进行术中导航操作时间和精确性的监测。结果CT三维导航系统引导组螺钉置入满意率为97.5%,X线透视引导组螺钉置入满意率为91.7%,两组满意率差异有显著性意义(P<0.05)。导航组位置不满意的4枚螺钉均发生于早期病例,导航系统使用熟练后未再出现置钉不满意病例。两组病例均未出现明显的神经、血管损伤并发症。术中工具注册和参考点照合时间平均3.5min(2～8min),位置误差率平均0.31mm(0.12～0.56mm,导航仪自动计算)。每枚椎弓根螺钉定位针置入所需时间平均2min(1～3.5min)。术中只需进行2次C型臂X线机透视印证螺钉定位针和螺钉置入的准确性。结论采用CT三维导航系统辅助进行颈椎椎弓根螺钉内固定是可行的,与X线透视引导相比,能显著提高椎弓根螺钉置入的精确性、安全性。