Summary
Cet article présente une méthode de chirurgie orthopédique assistée par robot pour le placement des vis pendant le traitement de la fracture du col du fémur à l’aide du système du col du fémur, qui permet un placement plus précis des vis, une efficacité chirurgicale améliorée et moins de complications.
Abstract
La fixation par vis canulée est le traitement principal des fractures du col du fémur, en particulier chez les jeunes patients. La procédure chirurgicale traditionnelle utilise la fluoroscopie à bras pour placer la vis à main levée et nécessite plusieurs ajustements du fil de guidage, ce qui augmente le temps d’opération et l’exposition aux rayonnements. Des forages répétés peuvent également endommager l’approvisionnement en sang et la qualité osseuse du col du fémur, ce qui peut être suivi de complications telles que le desserrement de la vis, la non-union et la nécrose de la tête fémorale. Afin de rendre la fixation plus précise et de réduire l’incidence des complications, notre équipe a appliqué la chirurgie orthopédique assistée par robot pour le placement des vis en utilisant le système du col du fémur pour modifier la procédure traditionnelle. Ce protocole explique comment importer les informations radiographiques d’un patient dans le système, comment effectuer la planification du trajet de la vis dans le logiciel et comment le bras robotique aide au placement de la vis. En utilisant cette méthode, les chirurgiens peuvent placer la vis avec succès la première fois, améliorer la précision de la procédure et éviter l’exposition aux rayonnements. L’ensemble du protocole comprend le diagnostic de fracture du col du fémur; la collecte d’images radiographiques peropératoires; planification du chemin de vis dans le logiciel; placement précis de la vis sous l’aide du bras robotique par le chirurgien; et la vérification de la mise en place de l’implant.
Introduction
La fracture du col du fémur est l’une des fractures les plus courantes en clinique et représente environ 3,6% des fractures humaines et 54,0% des fractures de la hanche1. Pour les jeunes patients présentant des fractures du col du fémur, un traitement chirurgical est effectué pour réduire le risque de non-consolidation et de nécrose de la tête fémorale (FHN) par réduction anatomique et fixation interne rigide et pour restaurer autant que possible leur fonction au niveau préopératoire2. Le traitement chirurgical le plus couramment utilisé est la fixation par trois vis de compression canulées (CCS). Avec l’augmentation des besoins des patients, en particulier chez les jeunes patients, le système du col du fémur (SNF) est progressivement utilisé, qui combine les avantages de la stabilité angulaire, d’une invasivité minimale et d’une meilleure stabilité biomécanique que le CCS pour les fractures instables du col du fémur3.
Traditionnellement, les vis étaient placées à main levée par les chirurgiens sous guidage peropératoire fluoroscopique. La méthode à main levée présente de nombreuses lacunes, telles que l’incapacité de planifier le trajet en peropératoire, la difficulté à contrôler la direction du fil guide pendant le perçage, les dommages à l’os et à l’approvisionnement en sang dus à des perçages répétés et la pénétration de la vis à travers le cortex en raison d’un mauvais positionnement. Ces facteurs peuvent directement ou indirectement entraîner des complications postopératoires, telles que la non-union de fracture, la FHN et l’échec de la fixation interne, qui influencent le pronostic fonctionnel4. La méthode à main levée a également été associée à une augmentation des lésions radiologiques chez les patients et les chirurgiens à la suite de fluoroscopies fréquentes5. Par conséquent, la détermination du point d’entrée optimal de la vis et le placement précis de la vis lors de la planification préopératoire sont essentiels au succès de l’opération. Au cours des dernières années, la fixation interne mini-invasive assistée par robot a été utilisée de plus en plus fréquemment en chirurgie orthopédique6, et elle est largement acceptée par les chirurgiens orthopédiques en raison de sa grande précision et de sa capacité à réduire le temps d’opération et les lésions radiologiques. Nous avons appliqué le système de chirurgie orthopédique assistée par robot pour aider à la fixation du FNS pour le traitement des fractures du col du fémur, ce qui a entraîné un processus de placement des vis plus précis et efficace, un taux de réussite plus élevé de la mise en place de la vis et une meilleure récupération fonctionnelle.
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Protocol
La présente étude a été approuvée par le comité d’éthique de l’hôpital Honghui de l’Université Xi’an Jiaotong. Le consentement éclairé a été obtenu des patients.
1. Diagnostic de fracture du col du fémur par fluoroscopie aux rayons X
- Identifier les patients qui ont une fracture du col du fémur avec sensibilité ou douleur percutée autour de l’articulation de la hanche, raccourcissement du membre inférieur, limitation de l’articulation de la hanche, etc.
- Utilisez une vue antéro-postérieure (AP) et une vue latérale d’une fluoroscopie aux rayons X ou d’une tomodensitométrie pour diagnostiquer la fracture du col du fémur.
- Commander un traitement FNS pour les patients âgés de moins de 60 ans et diagnostiqués avec une fracture du col du fémur. Utilisez ces critères supplémentaires d’inclusion : fracture avec antécédents clairs de traumatisme; aucun antécédent ou signe de maladies métaboliques ou de fractures pathologiques; articulation de la hanche bien développée, sans manifestations de FHN et sans déformation; un diagnostic de fracture du col du fémur par une radiographie ou une tomodensitométrie.
2. Réduction des fractures rapprochées, examen radiologique et préparation du système de chirurgie orthopédique assistée par robot
- Après l’anesthésie générale, procéder à une réduction fermée de la fracture par traction et réglage manuels.
- Rétablir la longueur du membre affecté par traction longitudinale avec le chirurgien tenant le membre pour la traction, et rétablir l’alignement de l’espace de fracture par la rotation du membre.
- Fixez le membre au lit de traction (une sorte de table d’opération qui fournit une traction continue du membre) pour une traction continue pendant l’opération.
- Examiner la qualité de la réduction fermée par fluoroscopie à rayons X. Restaurez l’angle de la tige du cou et l’alignement du cortex dans les vues AP et latérales, et assurez-vous qu’aucune déformation angulaire ne se produit.
- Avant l’opération, connectez les composants du système de chirurgie orthopédique assistée par robot - le poste de travail, le système de suivi optique et le bras robotique - à l’appareil à rayons X à arceau. Ouvrez une session dans le système et enregistrez les dossiers médicaux du patient.
3. Désinfection, collecte d’images et planification du chemin chirurgical
- Après la désinfection chirurgicale de routine, placez une broche de Schanz sur l’aile iliaque ipsilatérale et fixez le traceur du patient sur la broche.
- Placez des manchons de protection stériles sur le bras robotique et l’arceau. Assemblez la règle de positionnement (avec les 10 points d’identification sur la règle de positionnement du système de positionnement du robot) avec le bras robotique.
- Placez l’appareil à rayons X de l’arceau au centre du col du fémur et placez le bras robotique avec la règle de positionnement entre l’arceau et le patient. Assurez-vous qu’il n’y a pas d’obstruction du système de suivi optique, y compris le traceur du patient et le bras robotique.
- Recueillir des images de rayons X (l’intensificateur d’image de rayons X est perpendiculaire au plan du patient) et latérales (l’intensificateur d’image de rayons X est perpendiculaire au plan du canal du col du fémur) contenant les 10 points d’identification de la règle de positionnement.
- Importez les images AP et latérales dans le poste de travail; Les images doivent clairement contenir 10 points d’identification et l’ensemble du fémur proximal.
- Effectuer la planification chirurgicale du trajet de vis sur le logiciel du poste de travail.
- Situez le canal de vis au centre du col du fémur, avec un angle d’arbre de cou de 130° et parallèle à l’axe long du col du fémur sur le PA et les vues latérales.
- Localisez la pointe de la vis à 5 mm sous le cartilage de la tête fémorale.
4. Placement et vérification du FNS
- Remplacez la règle de positionnement sur le manchon du bras robotique. Faites passer le bras robotique à la position du point d’entrée en fonction du chemin prévu. Faites une incision de 3 cm sur la peau le long de l’axe long du fémur avec un couteau, séparez le tissu sous-cutané et insérez le manchon pour entrer en contact avec le cortex osseux.
- Confirmez le point d’entrée et la direction du manchon conformément au chemin prévu. Affinez le chemin si nécessaire.
- Percez le fil guide dans l’os à travers le manchon jusqu’à ce qu’il soit à 5 mm de l’os sous-chondral. Retirez le bras robotique et vérifiez la position du fil guide par rayons X.
- Aléser le trou le long du fil guide à l’aide d’un foret creux et insérer le boulon et la plaque dans la tête fémorale. Placez la vis anti-rotation et la vis de verrouillage.
- Appliquez une compression dynamique à l’aide de la conception de compression du FNS. La fluoroscopie vérifie le placement du FNS, avec le boulon au centre du col du fémur à la fois sur l’AP et les vues latérales et à 5 mm de l’os sous-chondral, et avec la plaque s’adaptant à l’os.
- Suggérez des activités de flexion passive de la hanche assistée et un exercice actif des articulations du genou et de la cheville après l’opération. Effectuer des suivis à 4 semaines, 8 semaines, 12 semaines, 24 semaines, 36 semaines et 48 semaines postopératoires, le temps de mise en charge dépendant du suivi.
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Representative Results
Le système de chirurgie orthopédique assisté par robot simule virtuellement le trajet de la vis et aide au placement précis de la vis, ce qui signifie que ce système présente l’avantage d’être très stable, d’avoir une précision chirurgicale et un taux de réussite améliorés et d’avoir un risque plus faible de traumatisme chirurgical et de blessure par rayonnement. Enfin, la précision de la fixation de la vis se traduit par un meilleur pronostic clinique et une incidence plus faible de complications.
Les patients diagnostiqués avec une fracture du col du fémur ont été opérés. Des traitements anti-infectieux et anticoagulants prophylactiques ont été utilisés après la chirurgie. Les patients ont effectué des activités de flexion passive de la hanche assistées et ont enseigné l’entraînement en force des membres inférieurs. Dans les 2 semaines suivant la chirurgie, les patients ont été autorisés à effectuer une flexion active de l’articulation de la hanche au lit. Les patients pouvaient effectuer des mouvements non porteurs à l’aide d’une canne après 4 semaines. Un examen radiographique a été effectué lors des suivis toutes les 4 semaines; Si la ligne de fracture était floue, les patients pouvaient effectuer un exercice de mise en charge partielle. Les patients pouvaient tenter de marcher en pleine charge lorsque l’imagerie radiographique montrait que la fracture était guérie. La fonction de la hanche a été évaluée selon le système de score de la hanche de Harris lors du suivi final (tableau 1).
Les images radiographiques de la fracture du col du fémur avant l’opération sont présentées à la figure 1 (Figure 1A : vue AP; Figure 1B : vue latérale). La figure 2 montre que la fracture a été réduite par réduction fermée (figure 2A,B) jusqu’à une position correcte (figure 2C,D). Le système de chirurgie orthopédique robotisé préparé est illustré à la figure 3. Les images radiographiques recueillies à l’aide du traceur du patient (Figure 4A) et de la règle de positionnement (Figure 4B), avec la règle de positionnement entre l’arceau et le patient (Figure 4C,D) sont présentées, ainsi que les images de fluoroscopie contenant la règle de positionnement (Figure 4E,F). La planification du trajet chirurgical a été effectuée sur le logiciel et le canal de vis a été virtuellement affiché (Figure 5). Le bras robotique a fonctionné dans la direction prévue (figure 6A), le bras robotique a aidé à la mise en place du fil guide (figure 6B) et la position du fil guide a été vérifiée par rayons X (figure 6C). La figure 7 montre la structure du FNS (figure 7A), le processus d’alésage (figure 7B,C), l’emplacement du boulon et de la plaque, la vis antirotation et la vis de verrouillage (figure 7D-F). La figure 8 présente les images radiographiques de vérification (Figure 8A : vue AP, Figure 8B : vue latérale) et la petite incision sur la peau (Figure 8C).
Figure 1 : Images radiographiques du patient. Les images radiographiques préopératoires de la fracture du col du fémur du patient. (A) Point de vue de l’AP; (B) vue latérale. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : Réduction manuelle fermée de la fracture. Les images montrent (A, B) la réduction manuelle de la hanche affectée et (C) la vue AP et (D) la vue latérale des images radiographiques après réduction. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 3 : Le système de chirurgie orthopédique assistée par robot. Le système se compose du poste de travail (à gauche), du système de suivi optique (au milieu) et du bras robotique (à droite). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 4 : Collection d’images. (A) Le traceur du patient; (B) la règle de positionnement avec le bras robotique; (C,D) la position relative entre le système de suivi optique (y compris le traceur du patient et le bras robotique), l’appareil à rayons X à bras C et la règle de positionnement; (E) la vue AP et (F) les images radiographiques de vue latérale avec la règle de positionnement. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 5 : Planification du parcours chirurgical. Affichage du canal de vis virtuel sur le logiciel. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 6 : Assistance du robot dans la mise en place du fil de guidage. (A) Le bras robotique avec le manchon se déplace dans la direction prévue. (B) Le fil guide est percé dans l’os à travers le manchon par le chirurgien. C) Examen de l’emplacement du fil guide par rayons X. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 7 : Mise en place du FNS. (A) Le FNS se compose du boulon et de la plaque (jaune), de la vis de verrouillage (verte) et de la vis anti-rotation (bleu). (B,C) Alésage le long du fil guide. (D, E, F) Le boulon et la plaque sont insérés dans la tête fémorale, et la vis de verrouillage et la vis anti-rotation sont placées. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 8 : Vérification aux rayons X. La figure montre (A) la vue AP et (B) les images radiographiques latérales de la fracture après compression dynamique. (C) L’apparence de la plaie. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Tableau 1 : Détails sur le patient. Le tableau montre les caractéristiques, les informations chirurgicales et le suivi postopératoire de tous les patients. Les fractures sont classées selon la classificationGarden 7, et la fonction de la hanche est évaluée à l’aide du système de notationHarris 8. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.
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Discussion
FNS est une méthode de fixation des fractures du col du fémur, qui présente les avantages de la stabilité angulaire des vis coulissantes de la hanche et d’un caractère invasif minimal du placement des vis canulées multiples. Cette méthode est moins sujette à la coupe par vis et à l’irritation des tissus mous environnants. Dans l’étude9 de Tang et al., par rapport au groupe CCS, les patients du groupe FNS présentaient des taux plus faibles d’absence ou d’insuffisance légère du col du fémur, des temps de guérison plus courts et des scores Harris plus élevés. Des études biomécaniques ont montré que le FNS a de meilleures propriétés biomécaniques que CCS3. La SNP est similaire au CCS en peropératoire en ce sens que les deux nécessitent un placement précis de la vis à travers le col du fémur. En chirurgie traditionnelle, la vis est placée à main levée par les chirurgiens sous fluoroscopie; En peropératoire, la manipulation percutanée, la déviation visuelle et l’instabilité à main levée pourraient entraîner une erreur de la position réelle par rapport à la position idéale. L’exposition répétée à la radiologie augmente les dommages causés par les rayonnements aux patients et aux chirurgiens. De plus, les complications chez les patients plus jeunes, telles que la non-union, la FHN et l’échec précoce des implants, sont associées aux techniques de fixation, et celles-ci ont un taux d’incidence allant jusqu’à 28%10. La précision de la fixation de la vis affecte directement la résistance de la fixation de la vis et le taux de guérison des fractures du col du fémur11.
Avec le développement des systèmes de navigation par ordinateur et de la technologie de présentation de l’imagerie médicale, les chercheurs ont atteint un bon pronostic clinique grâce à des systèmes de navigation informatique, en particulier dans la fixation assistée par robot du système de chirurgie orthopédique pour les fractures du col du fémur, ce qui est supérieur à la procédure traditionnelle en termes de meilleure précision chirurgicale et de taux de réussite plus élevé, ainsi que de réduction des traumatismes chirurgicaux et des lésions radiologiques12, 13.
Le système de chirurgie orthopédique assistée par robot présente l’avantage d’une navigation et d’un positionnement précis. Les étapes critiques de l’opération sont la collecte d’images, la planification du chemin chirurgical et l’insertion du fil de guidage. Les points d’identification et les images fluoroscopiques à rayons X biplanaires peropératoires sont numérisés pour former une correspondance spatiale afin que le chirurgien puisse planifier intuitivement le trajet de la vis dans le logiciel. De plus, le bras robotique fournit un positionnement spatial précis pour le placement de la vis, avec une précision allant jusqu’au millimètre. Zwingmannm et coll.14,15 ont constaté que le taux de mauvaise position de la méthode conventionnelle était de 2,6 % et le taux de révision de 2,7 %, tandis que le taux de mauvaise position de la technique d’assistance à la navigation était de 0,1 % à 1,3 % et que le taux de révision était de 0,8 % à 1,3 %. Pendant ce temps, l’implantation de la navigation robotique est très stable, avec une limite de sécurité dans l’opération, ce qui réduit considérablement le risque de lésions vasculaires et nerveuses causées par des déviations dans le placement de la vis.
Nous avons utilisé le système de chirurgie orthopédique assistée par robot pour faciliter le processus de placement du FNS, et la vis a été placée dans le site anatomique correspondant avec précision et stabilité. Avec l’aide du robot, les chirurgiens résidents ont pu placer la vis plus rapidement et avec plus de précision. La courbe d’apprentissage peut être raccourcie avec l’aide du robot, et les individus peuvent devenir habiles dans la technique assistée par robot grâce à plusieurs chirurgies. De plus, la différence dans les résultats chirurgicaux due aux différences dans les niveaux techniques des chirurgiens peut être éliminée. La longueur et le diamètre des vis peuvent être planifiés à l’avance pour éviter les blessures aux articulations et aux vaisseaux sanguins causées par les vis pénétrant dans la tête fémorale. Cela réduit l’incidence de l’arthrite traumatique postopératoire et de l’HFN.
À l’avenir, nous utiliserons le système de chirurgie orthopédique assistée par robot pour aider à placer des vis de fixation internes dans des situations telles qu’un grade élevé de Pauwels, une comminution inférieure postérieure et des déformations combinées, ce qui rend l’environnement biologique et biomécanique pour la guérison des fractures plus difficile16. Dans ces situations, une fixation précise est nécessaire pour réduire l’incidence des complications postopératoires. Avec l’application du système de chirurgie orthopédique assistée par robot pour la fixation interne des vis pour les fractures fémorales, le chirurgien domine la planification de l’opération, obtient le meilleur chemin chirurgical et atteint la plus grande précision et efficacité pour la pose d’implants. Cette méthode est plus propice à la cicatrisation des fractures, permettant une rééducation précoce et un bon pronostic pour surmonter les blessures chirurgicales mineures.
Cependant, il existe certaines limites à la mise en place de la fixation interne assistée par robot des vis de fracture du col du fémur. Tout d’abord, le chirurgien doit avoir de l’expérience dans les techniques chirurgicales traditionnelles (réduction ouverte/fermée et fixation interne), afin que les situations inattendues puissent être résolues sans l’aide d’un robot. Deuxièmement, les principes de base du travail robotique et la bonne réalisation de la collecte d’images nécessitent une période de formation. Les chirurgiens doivent travailler ensemble pour compléter les étapes programmées, et le temps opératoire pourrait être réduit en améliorant la coopération compétente. Troisièmement, le manchon reçoit une contrainte latérale élevée par les tissus mous et peut entraîner une déviation du pointd’entrée 13. La tension des tissus mous autour du manchon pourrait être réduite par une séparation émoussée avant l’insertion du manchon. Enfin, le placement précis de la vis dépend de la position spatiale du site chirurgical correspondant à l’image; Divers facteurs peuvent entraîner une modification de la position spatiale ou le déplacement relatif du traceur du patient et du site chirurgical, appelé dérived’image 17. Le chirurgien doit être conscient de la dérive de l’image pendant l’opération et la vérifier. Les images doivent être collectées à nouveau si nécessaire.
La FNS assistée par robot orthopédique pour les fractures du col du fémur est une procédure rapide et moins invasive avec un faible taux de complications postopératoires. Cette méthode pourrait améliorer la précision du placement des vis et réduire les dommages causés par les radiations pendant la chirurgie tout en raccourcissant le processus d’apprentissage pour les jeunes chirurgiens.
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Disclosures
Le(s) auteur(s) déclare(nt) aucun conflit d’intérêts potentiel en ce qui concerne la recherche, la paternité et/ou la publication de cet article.
Acknowledgments
Ce travail a été soutenu par le Projet de culture des jeunes de la Commission de la santé de Xi’an (Programme n ° 2023qn17) et le Programme clé de recherche et développement de la province du Shaanxi (Programme n ° 2023-YBSF-099).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| C-arm X-ray | Siemens | CFDA Certified No:20163542280 | Type: ARCADIS Orbic 3D |
| Femoral neck system | DePuy, Synthes, Zuchwil, Switzerland | CFDA Certified No: 20193130357 | Blot:length (75mm-130mm,5mm interval), diameter (10mm); Anti-rotation screw:length (75mm-130mm,5mm interval,match the lenth of the blot), diameter (6.5mm); Locking screw:length(25mm-60mm,5mm interval),diameter(5mm) |
| Robot-assisted orthopedic surgery system | Tianzhihang, Beijing,China | CFDA Certified No:20163542280 | 3rd generation |
| Traction Bed | Nanjing Mindray biomedical electronics Co.ltd. | Jiangsu Food and Drug Administration Certified No:20162150342 | Type:HyBase 6100s |
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