Summary
Questo articolo introduce un metodo di chirurgia ortopedica assistita da robot per il posizionamento della vite durante il trattamento della frattura del collo del femore utilizzando il sistema del collo del femore, che consente un posizionamento più accurato delle viti, una migliore efficienza chirurgica e meno complicazioni.
Abstract
La fissazione della vite cannulata è la terapia principale per le fratture del collo del femore, specialmente nei pazienti giovani. La procedura chirurgica tradizionale utilizza la fluoroscopia del braccio C per posizionare la vite a mano libera e richiede diverse regolazioni del filo guida, il che aumenta il tempo di operazione e l'esposizione alle radiazioni. La perforazione ripetuta può anche causare danni all'afflusso di sangue e alla qualità ossea del collo del femore, che possono essere seguiti da complicazioni come l'allentamento della vite, la non unione e la necrosi della testa del femore. Al fine di rendere la fissazione più precisa e ridurre l'incidenza delle complicanze, il nostro team ha applicato la chirurgia ortopedica assistita da robot per il posizionamento delle viti utilizzando il sistema del collo del femore per modificare la procedura tradizionale. Questo protocollo introduce come importare le informazioni radiografiche di un paziente nel sistema, come eseguire la pianificazione del percorso della vite nel software e come il braccio robotico assiste nel posizionamento della vite. Utilizzando questo metodo, i chirurghi possono posizionare la vite con successo la prima volta, migliorare l'accuratezza della procedura ed evitare l'esposizione alle radiazioni. L'intero protocollo include la diagnosi di frattura del collo del femore; la raccolta di immagini radiografiche intraoperatorie; pianificazione del percorso della vite nel software; posizionamento preciso della vite sotto l'assistenza del braccio robotico da parte del chirurgo; e verifica del posizionamento dell'impianto.
Introduction
La frattura del collo del femore è una delle fratture più comuni nella clinica e rappresenta circa il 3,6% delle fratture umane e il 54,0% delle fratture dell'anca1. Per i pazienti giovani con fratture del collo del femore, viene eseguito un trattamento chirurgico per ridurre il rischio di necrosi della testa non unionale e femorale (FHN) mediante riduzione anatomica e fissazione interna rigida e per ripristinare il più possibile la loro funzione al livello preoperatorio2. Il trattamento chirurgico più comunemente usato è la fissazione mediante tre viti di compressione cannulate (CCS). Con l'aumento delle esigenze dei pazienti, specialmente nei pazienti giovani, viene gradualmente utilizzato il sistema del collo del femore (FNS), che combina i vantaggi della stabilità angolare, della minima invasività e della migliore stabilità biomeccanica rispetto alla CCS per le fratture del collo del femore instabili3.
Tradizionalmente, le viti venivano posizionate a mano libera dai chirurghi sotto la guida intraoperatoria fluoroscopica. Il metodo a mano libera presenta molte carenze, come l'incapacità di pianificare il percorso intraoperatoriamente, la difficoltà nel controllare la direzione del filo guida durante la perforazione, danni all'osso e all'afflusso di sangue a causa di ripetute perforazioni e penetrazione della vite attraverso la corteccia a causa di un posizionamento improprio. Questi fattori possono causare direttamente o indirettamente complicanze postoperatorie, come la non unione della frattura, FHN e il fallimento della fissazione interna, che influenzano la prognosi funzionale4. Il metodo a mano libera è stato anche associato ad un aumento delle lesioni da radiazioni per pazienti e chirurghi da frequenti fluoroscopie5. Pertanto, determinare il punto di ingresso ottimale della vite e il posizionamento preciso della vite durante la pianificazione preoperatoria sono fondamentali per il successo dell'operazione. Negli ultimi anni, la fissazione interna minimamente invasiva assistita da robot è stata utilizzata con crescente frequenza nella chirurgia ortopedica6 ed è ampiamente accettata dai chirurghi ortopedici grazie alla sua elevata precisione e alla sua capacità di ridurre i tempi operativi e le lesioni da radiazioni. Abbiamo applicato il sistema di chirurgia ortopedica assistita da robot per assistere nella fissazione FNS per il trattamento delle fratture del collo del femore, che ha portato a un processo di posizionamento delle viti più accurato ed efficiente, un tasso di successo più elevato del posizionamento della vite e un migliore recupero funzionale.
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Protocol
Il presente studio è stato approvato dal comitato etico dell'ospedale di Honghui dell'Università di Xi'an Jiaotong. Il consenso informato è stato ottenuto dai pazienti.
1. Diagnosi di frattura del collo del femore mediante fluoroscopia a raggi X
- Identificare i pazienti che hanno una frattura del collo del femore con tenerezza o dolore percusso intorno all'articolazione dell'anca, accorciamento dell'arto inferiore, limitazione dell'articolazione dell'anca, ecc.
- Utilizzare una vista antero-posteriore (AP) e una vista laterale di una fluoroscopia a raggi X o TC per diagnosticare la frattura del collo del femore.
- Ordinare il trattamento FNS per i pazienti che hanno meno di 60 anni e con diagnosi di frattura del collo del femore. Utilizzare questi criteri aggiuntivi per l'inclusione: frattura con una chiara storia di trauma; nessuna storia o evidenza di malattie metaboliche o fratture patologiche; articolazione dell'anca ben sviluppata, senza manifestazioni di FHN e senza deformità; una diagnosi di frattura del collo del femore mediante radiografia o TAC.
2. Riduzione ravvicinata della frattura, esame radiografico e preparazione del sistema di chirurgia ortopedica assistita da robot
- Dopo l'anestesia generale, condurre una riduzione chiusa della frattura mediante trazione e regolazione manuale.
- Ripristinare la lunghezza dell'arto interessato mediante trazione longitudinale con il chirurgo che tiene l'arto per la trazione e ripristinare l'allineamento dello spazio di frattura attraverso la rotazione dell'arto.
- Fissare l'arto al letto di trazione (una sorta di tabella operativa che fornisce una trazione continua dell'arto) per una trazione continua durante l'operazione.
- Esaminare la qualità della riduzione chiusa mediante fluoroscopia a raggi X. Ripristinare l'angolo collo-albero e l'allineamento della corteccia nelle viste AP e laterali e assicurarsi che non si verifichino deformità angolari.
- Prima dell'operazione, collegare i componenti del sistema di chirurgia ortopedica assistita da robot - la postazione di lavoro, il sistema di tracciamento ottico e il braccio robotico - con la macchina a raggi X con braccio a C. Accedere al sistema e registrare le cartelle cliniche del paziente.
3. Disinfezione, raccolta di immagini e pianificazione del percorso chirurgico
- Dopo la disinfezione chirurgica di routine, posizionare un perno Schanz sull'ala iliaca omolaterale e fissare il tracciante del paziente sul perno.
- Metti manicotti protettivi sterili sul braccio robotico e sul braccio C. Assemblare il righello di posizionamento (con i 10 punti di identificazione sul righello di posizionamento per il sistema di posizionamento del robot) con il braccio robotico.
- Posizionare la macchina a raggi X con braccio C centralmente sul collo del femore e posizionare il braccio robotico con il righello di posizionamento tra il braccio a C e il paziente. Assicurarsi che non vi siano ostruzioni del sistema di tracciamento ottico, compresi il tracciante del paziente e il braccio robotico.
- Raccogliere la vista AP (l'intensificatore di immagini a raggi X è perpendicolare al piano del paziente) e la vista laterale (l'intensificatore di immagini a raggi X è perpendicolare al piano del canale del collo del femore) Immagini a raggi X contenenti i 10 punti di identificazione del righello di posizionamento.
- Importare l'AP e le immagini della vista laterale nella workstation; Le immagini devono contenere chiaramente 10 punti di identificazione e l'intero femore prossimale.
- Eseguire la pianificazione del percorso della vite chirurgica sul software della postazione di lavoro.
- Posizionare il canale della vite al centro del collo del femore, con un angolo collo-albero di 130° e parallelo all'asse lungo del collo del femore sull'AP e sulle viste laterali.
- Individuare la punta della vite 5 mm sotto la cartilagine della testa del femore.
4. Posizionamento e verifica FNS
- Riposizionare il righello di posizionamento sul manicotto sul braccio robotico. Eseguire il braccio robotico nella posizione del punto di ingresso in base al percorso pianificato. Fare un'incisione di 3 cm sulla pelle lungo l'asse lungo del femore con un coltello, smussare separare il tessuto sottocutaneo e inserire la manica per contattare la corteccia ossea.
- Confermare il punto di ingresso e la direzione del manicotto in base al percorso pianificato. Se necessario, ottimizzare il percorso.
- Trapanare il filo guida nell'osso attraverso il manicotto fino a quando non si trova a 5 mm dall'osso subcondrale. Rimuovere il braccio robotico e controllare la posizione del filo guida mediante raggi X.
- Alesare il foro lungo il filo guida usando una punta cava e inserire il bullone e la piastra nella testa del femore. Posizionare la vite antirotazione e la vite di bloccaggio.
- Applicare la compressione dinamica utilizzando il design di compressione dell'FNS. La fluoroscopia verifica il posizionamento del FNS, con il bullone al centro del collo del femore sia sull'AP che sulle viste laterali e a 5 mm dall'osso subcondrale e con la piastra che si adatta all'osso.
- Suggerire attività di flessione passiva dell'anca assistita ed esercizio attivo delle articolazioni del ginocchio e della caviglia dopo l'operazione. Eseguire follow-up a 4 settimane, 8 settimane, 12 settimane, 24 settimane, 36 settimane e 48 settimane postoperatorie, con il tempo di carico a seconda del follow-up.
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Representative Results
Il sistema di chirurgia ortopedica assistito da robot simula virtualmente il percorso della vite e assiste nel posizionamento preciso della vite, il che significa che questo sistema ha i vantaggi di essere altamente stabile, avendo migliorato la precisione chirurgica e il tasso di successo e avendo un minor rischio di traumi chirurgici e lesioni da radiazioni. Infine, l'accuratezza del fissaggio della vite si traduce in una migliore prognosi clinica e una minore incidenza di complicanze.
I pazienti con diagnosi di frattura del collo del femore hanno ricevuto un intervento chirurgico. Dopo l'intervento sono stati utilizzati trattamenti profilattici anti-infezione e anticoagulanti. I pazienti hanno svolto attività assistite di flessione passiva dell'anca e istruito l'allenamento della forza degli arti inferiori. Entro 2 settimane dopo l'intervento, i pazienti sono stati autorizzati a eseguire la flessione attiva dell'articolazione dell'anca a letto. I pazienti potevano eseguire movimenti non portanti con l'aiuto di un bastone da passeggio dopo 4 settimane. L'esame a raggi X è stato condotto ai follow-up ogni 4 settimane; Se la linea di frattura era sfocata, i pazienti potevano svolgere un esercizio parziale con pesi. I pazienti potevano tentare una camminata completa con pesi quando l'imaging a raggi X mostrava che la frattura era guarita. La funzione dell'anca è stata valutata secondo il sistema di punteggio dell'anca di Harris al follow-up finale (Tabella 1).
Le immagini radiografiche pre-operatorie della frattura del collo del femore sono mostrate nella Figura 1 (Figura 1A: vista AP; Figura 1B: vista laterale). La figura 2 illustra che la frattura è stata ridotta mediante riduzione chiusa (Figura 2A,B) in una posizione corretta (Figura 2C,D). Il sistema di chirurgia ortopedica assistita da robot preparato è mostrato nella Figura 3. Vengono dimostrate le immagini radiografiche raccolte utilizzando il tracciante del paziente (Figura 4A) e il righello di posizionamento (Figura 4B), con il righello di posizionamento tra il braccio C e il paziente (Figura 4C, D), nonché le immagini di fluoroscopia contenenti il righello di posizionamento (Figura 4E, F). La pianificazione del percorso chirurgico è stata eseguita sul software e il canale della vite è stato visualizzato virtualmente (Figura 5). Il braccio robotico ha funzionato nella direzione pianificata (Figura 6A), il braccio robotico ha assistito al posizionamento del filo guida (Figura 6B) e la posizione del filo guida è stata controllata mediante raggi X (Figura 6C). La Figura 7 mostra la struttura dell'FNS (Figura 7A), il processo di alesatura (Figura 7B,C), il posizionamento del bullone e della piastra, la vite anti-rotazione e la vite di bloccaggio (Figura 7D-F). La Figura 8 presenta le immagini radiografiche di verifica (Figura 8A: vista AP, Figura 8B: vista laterale) e la piccola incisione sulla pelle (Figura 8C).
Figura 1: Immagini radiografiche del paziente. Le immagini radiografiche pre-operatorie della frattura del collo del femore del paziente. (A) vista AP; (B) vista laterale. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 2: Riduzione manuale chiusa della frattura. Le immagini mostrano (A,B) la riduzione manuale dell'anca interessata e (C) la vista AP e (D) la vista laterale delle immagini a raggi X dopo la riduzione. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 3: Il sistema di chirurgia ortopedica assistita da robot. Il sistema è costituito dalla postazione di lavoro (a sinistra), dal sistema di tracciamento ottico (al centro) e dal braccio robotico (a destra). Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 4: Raccolta di immagini. (A) Il tracciante del paziente; (B) il righello di posizionamento con il braccio robotico; (C,D) la posizione relativa tra il sistema di tracciamento ottico (compreso il tracciatore del paziente e il braccio robotico), la macchina a raggi X con braccio C e il righello di posizionamento; (E) la vista AP e (F) le immagini radiografiche laterali con il righello di posizionamento. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 5: Pianificazione del percorso chirurgico. Visualizzazione del canale a vite virtuale sul software. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 6: Assistenza del robot nel posizionamento del filo guida. (A) Il braccio robotico con il manicotto si muove nella direzione pianificata. (B) Il filo guida viene perforato nell'osso attraverso il manicotto dal chirurgo. (C) Esame del posizionamento del filo guida mediante raggi X. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 7: Posizionamento FNS. (A) L'FNS è costituito dal bullone e dalla piastra (giallo), dalla vite di bloccaggio (verde) e dalla vite antirotazione (blu). (B,C) Alatura lungo il filo guida. (D,E,F) Il bullone e la piastra vengono inseriti nella testa del femore e vengono posizionati la vite di bloccaggio e la vite antirotazione. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 8: Verifica ai raggi X. La figura mostra (A) la vista AP e (B) le immagini radiografiche laterali della frattura dopo compressione dinamica. (C) L'aspetto della ferita. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Tabella 1: Dettagli del paziente. La tabella mostra le caratteristiche, le informazioni chirurgiche e il follow-up postoperatorio di tutti i pazienti. Le fratture sono classificate secondo la classificazione Garden7 e la funzione dell'anca viene valutata utilizzando il sistema di punteggio Harris8. Clicca qui per scaricare questa tabella.
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Discussion
FNS è un metodo per il fissaggio delle fratture del collo del femore, che presenta i vantaggi della stabilità angolare delle viti dell'anca scorrevoli e della minima invasività del posizionamento delle viti cannulate multiple. Questo metodo è meno incline al taglio della vite e all'irritazione dei tessuti molli circostanti. Nellostudio 9 di Tang et al., rispetto al gruppo CCS, i pazienti nel gruppo FNS avevano tassi più bassi di mancanza o lieve mancanza di collo del femore, tempi di guarigione più brevi e punteggi Harris più alti. Studi biomeccanici hanno dimostrato che FNS ha migliori proprietà biomeccaniche rispetto al CCS3. La FNS è simile alla CCS intraoperatoria in quanto entrambe richiedono un posizionamento accurato della vite attraverso il collo del femore. Nella chirurgia tradizionale, la vite viene posizionata a mano libera dai chirurghi sotto fluoroscopia; Intraoperatoriamente, la manipolazione percutanea, la deviazione visiva e l'instabilità a mano libera potrebbero portare a un errore della posizione effettiva dalla posizione ideale. L'esposizione radiologica ripetuta aumenta il danno da radiazioni sia ai pazienti che ai chirurghi. Inoltre, le complicanze nei pazienti più giovani, come la non unione, la FHN e il fallimento precoce dell'impianto, sono associate alle tecniche di fissazione e queste hanno un tasso di incidenza fino al 28%10. La precisione del fissaggio della vite influisce direttamente sulla resistenza della fissazione della vite e sul tasso di guarigione delle fratture del collo del femore11.
Con lo sviluppo di sistemi di navigazione computerizzati e tecnologia di presentazione di imaging medico, i ricercatori hanno raggiunto una buona prognosi clinica attraverso sistemi di navigazione computerizzati, in particolare nella fissazione del sistema di chirurgia ortopedica assistita da robot per le fratture del collo del femore, che è superiore alla procedura tradizionale in termini di migliore precisione chirurgica e un tasso di successo più elevato, oltre a ridurre il trauma chirurgico e le lesioni da radiazioni12, 13.
Il sistema di chirurgia ortopedica assistito da robot ha il vantaggio di una navigazione e di un posizionamento precisi. Le fasi critiche dell'operazione sono la raccolta delle immagini, la pianificazione del percorso chirurgico e l'inserimento del filo guida. I punti di identificazione e le immagini fluoroscopiche a raggi X biplanari intraoperatorie vengono digitalizzati per formare una corrispondenza spaziale in modo che il chirurgo possa pianificare intuitivamente il percorso della vite nel software. Inoltre, il braccio robotico fornisce un posizionamento spaziale preciso per il posizionamento della vite, con precisione fino al livello millimetrico. Zwingmannm et al.14,15 hanno scoperto che il tasso di malposizione del metodo convenzionale era del 2,6% e il tasso di revisione era del 2,7%, mentre il tasso di malposizione della tecnica assistita dalla navigazione era dello 0,1% all'1,3% e il tasso di revisione era dello 0,8% all'1,3%. Nel frattempo, l'impianto di navigazione robotica è altamente stabile, con un limite di sicurezza nell'operazione, che riduce notevolmente il rischio di lesioni vascolari e nervose causate da deviazioni nel posizionamento della vite.
Abbiamo utilizzato il sistema di chirurgia ortopedica assistita da robot per assistere il processo di posizionamento FNS e la vite è stata posizionata nel sito anatomico corrispondente in modo accurato e stabile. Con l'assistenza del robot, i chirurghi residenti hanno potuto posizionare la vite in modo più rapido e preciso. La curva di apprendimento può essere abbreviata con l'aiuto del robot e gli individui possono diventare abili nella tecnica assistita da robot attraverso diversi interventi chirurgici. Inoltre, la differenza nei risultati chirurgici dovuta alle differenze nei livelli tecnici dei chirurghi può essere eliminata. La lunghezza e il diametro delle viti possono essere pianificati in anticipo per evitare lesioni all'articolazione e ai vasi sanguigni causate dalle viti che penetrano nella testa del femore. Ciò riduce l'incidenza di artrite traumatica postoperatoria e FHN.
In futuro, utilizzeremo il sistema di chirurgia ortopedica assistita da robot per assistere il posizionamento di viti di fissaggio interne in situazioni come un alto grado Pauwels, una triturazione inferiore posteriore e deformità combinate, che rendono l'ambiente biologico e biomeccanico per la guarigione delle fratture più impegnativo16. In queste situazioni, è necessaria una fissazione precisa per ridurre l'incidenza delle complicanze postoperatorie. Con l'applicazione del sistema di chirurgia ortopedica robot-assistita per il fissaggio interno delle viti per le fratture femorali, il chirurgo domina la pianificazione dell'operazione, ottiene il miglior percorso chirurgico e raggiunge la massima precisione ed efficienza per il posizionamento dell'impianto. Questo metodo è più favorevole alla guarigione delle fratture, consentendo una riabilitazione precoce e una buona prognosi per superare lesioni chirurgiche minori.
Tuttavia, ci sono alcune limitazioni al posizionamento di fissazione interna assistita da robot delle viti per la frattura del collo del femore. In primo luogo, il chirurgo deve avere esperienza nelle tecniche chirurgiche tradizionali (riduzione aperta/chiusa e fissazione interna), in modo che le situazioni impreviste possano essere risolte senza l'assistenza del robot. In secondo luogo, i principi di base del lavoro dei robot e il corretto completamento della raccolta di immagini richiedono un periodo di formazione. I chirurghi devono lavorare insieme per completare le fasi programmate e il tempo operatorio potrebbe essere ridotto migliorando la cooperazione competente. In terzo luogo, il manicotto riceve un elevato stress laterale da parte dei tessuti molli e può portare a deviazioni nel punto di ingresso13. La tensione del tessuto molle intorno alla manica potrebbe essere ridotta mediante una separazione smussata prima dell'inserimento della manica. Infine, il posizionamento accurato della vite dipende dalla posizione spaziale del sito chirurgico corrispondente all'immagine; Vari fattori possono portare a un cambiamento nella posizione spaziale o allo spostamento relativo del tracciante del paziente e del sito chirurgico, che è chiamato deriva dell'immagine17. Il chirurgo deve essere consapevole della deriva dell'immagine durante l'operazione e verificarla. Le immagini devono essere raccolte di nuovo, se necessario.
L'FNS ortopedico robot-assistito per le fratture del collo del femore è una procedura efficiente in termini di tempo e meno invasiva con un basso tasso di complicanze postoperatorie. Questo metodo potrebbe migliorare la precisione del posizionamento delle viti e ridurre il danno da radiazioni durante l'intervento chirurgico, abbreviando il processo di apprendimento per i giovani chirurghi.
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Disclosures
L'autore (i) non dichiara potenziali conflitti di interesse in relazione alla ricerca, alla paternità e / o alla pubblicazione di questo articolo.
Acknowledgments
Questo lavoro è stato sostenuto dal Progetto di coltivazione giovanile della Commissione sanitaria di Xi'an (Programma n. 2023qn17) e dal Programma chiave di ricerca e sviluppo della provincia dello Shaanxi (Programma 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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