计算机辅助骨科手术在创伤骨科中的应用

计算机辅助骨科手术（computer—assisted orthopaedic surgery，CAOS）是利用计算机对数字化医学影像的高速处理及控制能力，通过虚拟手术环境为骨科医生从技术上提供支援，使手术更微创、更安全、更准确的一门新技术。正因为这是一项基于术中图像，应用相应定位手段，对手术部位及术中的手术器械进行实时跟踪、显示、引导而进行手术的技术，其工作原理犹如在航空、航海中为飞机和舰船进行导航一样，所以也有很多学者把CAOS称为影像辅助导航手术（image guidance fluoroscopic navigation surgery，IGFNS）。CAOS应用的是以计算机图像处理工作站及影像跟踪设备为核心的手术系统，此系统的基本功能是将医学影像设备提供的图像进行信息化处理，并结合立体定位系统（stereotactic localization system）对真正的人体肌肉、骨骼解剖结构进行显示和定位，     

计算机辅助导航骨科手术及医用机器人技术在创伤骨科的应用

本文介绍了计算机辅助导航骨科手术(CAOS)及医用机器人技术在创伤骨科应用中的主要进展、当前在临床应用中存在的主要问题和相关对策,并对其未来的发展趋势进行了预测,同时简要介绍了北京积水潭医院创伤骨科在计算机辅助导航骨科手术及医用机器人技术方面的研究进展。当前骨科手术导航定位所应用的医学图象导引系统已经由使用单一的C型臂、CT等传统影像设备向应用三维C型臂、多模态图像处理系统等新型影像设备转变,基于多模态图像的导航系统将有可能成为导航手术的主流。医用机器人已经在自动化程度和人机交互模式方面,有了长足进展,摆脱了原有工业机器人的结构模式。医学图像后处理技术及其它相关信息技术极大地丰富了导航和机器人外科,只有在不断完善光学定位技术的同时,加大对其它定位方法的研究,才能够提高定位精度;要对相关设备进行开放式结构设计,使不同导航系统的注册软件能够互相兼容,手术器械能够通用,降低设备成本。骨科医生要正确认识计算机辅助导航骨科手术及医用机器人技术,在充分了解CAOS的技术特点、基本原理、操作程序的基础上,对要实施的手术具有深刻的理解,才能开展CAOS手术。目前,迫切需要建立CAOS技术标准、临床适应证和手术操作规范,进行CAOS产品之间的技术比较和评估,便于医生选择合适的CAOS产品。伴随快速发展的信息技术,数字化手术室、智能化微创导航手术系统、医用机器人辅助的远程医疗将有可能成为未来CAOS技术的主要组成部分。     

计算机定位在髓内钉治疗胫骨骨折中的应用

目的:以医用机器人和计算机辅助定位在胫骨骨折闭合复位带锁髓内钉内固定手术中的应用为研究对象,总结该系统的临床应用经验,评价系统的临床应用效果,探讨远程操作的适用性。方法:在6例胫骨骨折闭合复位带锁髓内钉内固定手术中应用医用机器人复位骨折和计算机辅助定位远端锁孔,其中1例采用远程遥控操作。记录手术时间、X射线透视时间、远程连接和遥控操作时间。结果:6例手术均按照机器人及导航系统的预定程序,规划完成。总手术时间平均96m in,闭合复位X线透视时间11s,远端锁钉置入X透视时间3.1s,正侧位X线片传输耗时54s。所有远端锁钉均一次成功置入。结论:医用机器人和计算机辅助定位导航系统可以满足胫骨骨折闭合复位带锁髓内钉内固定在临床应用中骨折复位和远端锁钉置入,减少了术中X透视时间,远程遥控操作可靠方便,系统结构简单,易于掌握,对于指导创伤骨科未来的智能化、数字化、微创化有重要意义。     

发展中的国际计算机辅助骨科手术协会

国际计算机辅助骨科手术协会(CAOS-International)是目前致力于计算机辅助骨科手术(CAOS)临床应用和相关生物医学工程技术研究的国际性学术组织。协会通过每年举办学术年会,召集世界各地的骨科医生、工程师及医疗器械厂商探讨CAOS的应用现状和未来发展趋势。其深远目标是通过会议讨论,交换研究和临床信息,并通过计算机辅助系统帮助术前计划、术中操作和术后评估。协会的宗旨是促进骨科医生与技术人员间的合作,使CAOS系统成为临床日常应用的有利工具和有用技术。协会成立迄今已有5年历史,通过国际间的学术交流和各相关学科的技术融合,极大地推动了CAOS技术的发展和普及。中国的CAOS研究还处于起步阶段,积极参加CAOS-International的学术活动,了解有关信息,将有助于及时跟踪国际学术动态,推动相关研究。     

CCN2 对人牙髓干细胞增殖及分化的影响

目的探讨CCN2对体外培养的人牙髓干细胞增殖、分化的影响。方法收集在延安大学附属医院口腔修复科因正畸或阻生而拔除的牙齿,酶消化法获得人牙髓干细胞,光镜下进行形态学观察,免疫荧光法检测细胞表面标志蛋白的表达。取对数生长期牙髓干细胞,加入不同浓度的CCN2将其分为CCN26．25、12．5、25、50、100μg/L组,同时设置阴性对照组;采用噻唑蓝（MTr）法检测CCN2对牙髓干细胞增殖作用的影响,通过碱性磷酸酶及Western blot检测CCN2对牙髓干细胞分化的影响。结果人牙髓干细胞呈集落状生长,免疫荧光法检测STRO-1呈阳性表达,CCN26．25、12．5、25、50、100μg／L组OD值分别为（0．78±0．05）、（0．91±0．03）、（1．23±0．09）、（1．57±0．11）、（1．61±0．15）,均高于对照组（0．51±0．02）,差异有统计学意义（P〈0．05或P〈0．01）;细胞增殖实验表明,CCN2可显著促进牙髓干细胞的增殖;此外,CCN2可促进牙髓干细胞碱性磷酸酶的活性,并呈现浓度依赖关系,CCN26．25、12．5、25、50、100μg/L组OD值分别为（0．32±0．04）、（0．43±0．04）、（0．61±0．03）、（0．79±0．06）及（0．81±0．07）,与对照组（0．19±0．03）比较,差异有统计学意义（P〈0．05或P〈0．01）;Western blot结果表明。CCN2可诱导牙本质细胞特异性标志蛋白的表达。结论CCN2可促进牙髓干细胞向成牙本质细胞的分化。     

内置固定架治疗骨盆骨折致股神经麻痹三例

目的总结皮下前环内置固定架(INFIX)治疗骨盆骨折致股神经麻痹的原因及处理方法。方法回顾2013年4月-2015年1月经INFIX方法治疗后发生股神经麻痹的3例骨盆骨折患者临床资料。其中女2例,男1例;年龄分别为26、19、51岁;均为交通事故致伤。INFIX方法治疗后出现股神经麻痹症状,经影像学、神经电生理及彩色超声多普勒检查确诊。待骨折愈合后,二次手术取出内固定物,并联合营养神经治疗;其中2例行股神经松解。结果患者分别获随访12、22、15个月,股四头肌肌力恢复至4级,可负重行走伴跛行。结论 INFIX治疗骨盆骨折时,如螺钉植入过深、连杆安放层次错误、连杆折弯不充分均可能导致股神经麻痹。对症处理后仍存在股四头肌力量弱以及步态改变。     

机器人辅助股骨干骨折复位的性能评价

目的通过制定并实验测定骨折复位机器人的性能指标,来评价机器人在股骨干骨折复位手术中的有效性和有用性。方法针对8例股骨模型骨,模拟股骨干骨折。采用C臂透视二维图像进行复位轨迹规划,采用股骨干骨折复位机器人进行复位操作。通过图像处理,获得复位后两段折骨之间的轴向偏移、径向(横向)偏移、折骨轴线之间的角度偏差等3个参数,来评价骨折复位效果。结果复位路径规划软件操作简单,机器人自主运行顺畅。两段折骨之间的轴向偏移量的均值为1.31mm,径向(横向)偏移量的均值为2.44mm,折骨轴线之间的角度偏差的均值为2.26°。结论机器人的复位精度满足临床要求,并能够有效维持复位状态;机器人复位过程中不需要额外的C臂成像,减少了射线辐射。     

周期性牵张应力作用下KLF5对人牙周膜细胞增殖和成骨分化的影响

目的: 探讨周期性牵张应力(cyclic tensile stress, CTS) 作用下Kruppel样转录因子5 (Kruppel-like factor 5, KLF5) 在人牙周膜细胞 (human periodontal ligament cells, hPDLCs) 中的表达及其对 hPDLCs增殖和成骨分化的影响。方法: 酶解组织块法体外培养hPDLCs,对其施加形变率10%,频率0.5 Hz的周期性牵张应力1、4、8、12、24 h,采用RT-PCR 和Western印迹法检测细胞中KLF5 mRNA和蛋白的表达。转染siRNA（si-KLF5）至hPDLCs沉默KLF5表达,RT-PCR检测KLF5 mRNA的表达。同时,将过表达碱性成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor,bFGF、FGF2）的pcDNA3.1-FGF2转染至稳定转染si-KLF5的hPDLCs,加力8 h 后,以CCK8法检测各组细胞的增殖活性,碱性磷酸酶(alkaline phosphatase, ALP)试剂盒检测ALP活性,RT-PCR检测成骨分化因子Runx2和Osterix的mRNA表达,Western印迹法检测Runx2、Osterix、FGF2、GSK-3β、P-GSK-3β (ser 9)、β-catenin蛋白的表达。采用SPSS22.0 软件包对数据进行统计学分析。结果: 10% CTS刺激呈时间依赖性地诱导hPDLCs中KLF5 mRNA 和蛋白表达。si-KLF5转染可显著抑制10% CTS诱导的hPDLCs的增殖,降低其ALP活性,减少Runx2和Osterix的mRNA和蛋白表达,并抑制FGF2-GSK-3β/β-catenin信号通路的激活;而过表达FGF2可以部分逆转沉默KLF5对hPDLCs增殖和成骨分化的抑制效应。结论: 周期性牵张应力作用下,KLF5通过FGF2-GSK-3β/ /β-catenin信号通路影响人牙周膜细胞的增殖和成骨分化。     

距骨骨折病例回顾分析

目的 分析距骨骨折的临床流行病学特征,以提高距骨骨折的预防和治疗水平.方法 回顾性分析我院1993年4月～2007年4月收治的急性距骨骨折患者.收集指标：性别、受伤时年龄、致伤原因、是否手术及手术方式、手术时间、住院时间、合并损伤、随访结果.结果 136例患者中,男女比例为7∶1;20～39岁青壮年占54.4%;最常见的致伤原因为高处坠落.在本组病例中,HawkinsⅡ型和Ⅲ型距骨颈骨折及SneppenⅡ型距骨体骨折较为常见,分别占79.6%和57.5%.最常见的合并损伤为同侧踝关节骨折,以内踝骨折最为常见.7例患者行手法复位石膏固定保守疗法,5例患者拒绝手术治疗.其余患者行手术治疗,平均手术时间115min（30～270min）,平均住院时间13d（3～23d）.结论 距骨骨折治疗满意度较差,距骨缺血坏死和创伤性关节炎的发生率较高.     

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。