Summary
이 기사에서는 대퇴 경부 시스템을 사용하여 대퇴 경부 골절 치료 중 나사 배치를 위한 로봇 보조 정형외과 수술 방법을 소개하여 보다 정확한 나사 배치, 수술 효율성 향상 및 합병증 감소를 가능하게 합니다.
Abstract
캐뉼레이티드 스크류 고정은 특히 젊은 환자에서 대퇴 경부 골절의 주요 치료법입니다. 전통적인 수술 절차는 C-arm 형광투시법을 사용하여 나사를 자유롭게 배치하고 몇 가지 가이드 와이어 조정이 필요하므로 수술 시간과 방사선 노출이 증가합니다. 반복적인 드릴링은 또한 대퇴골 경부의 혈액 공급과 뼈의 질을 손상시킬 수 있으며, 이는 나사 풀림, 불유합 및 대퇴골두 괴사와 같은 합병증을 유발할 수 있습니다. 고정을 보다 정밀하게 하고 합병증 발생률을 줄이기 위해 우리 팀은 대퇴골 경부 시스템을 사용하여 나사 배치에 로봇 보조 정형외과 수술을 적용하여 기존 절차를 수정했습니다. 이 프로토콜은 환자의 X선 정보를 시스템으로 가져오는 방법, 소프트웨어에서 나사 경로 계획을 수행하는 방법, 로봇 팔이 나사 배치를 지원하는 방법을 소개합니다. 이 방법을 사용하여 외과의는 처음으로 나사를 성공적으로 배치하고 절차의 정확성을 향상시키며 방사선 노출을 피할 수 있습니다. 전체 프로토콜에는 대퇴 경부 골절 진단이 포함됩니다. 수술 중 X 선 이미지 수집; 소프트웨어에서 나사 경로 계획; 외과 의사에 의한 로봇 팔의 도움하에 나사의 정확한 배치; 및 임플란트 식립 확인.
Introduction
대퇴 경부 골절은 병원에서 가장 흔한 골절 중 하나이며, 인간 골절의 약 3.6%, 고관절 골절의 54.0%를 차지한다1. 젊은 대퇴골경부 골절 환자의 경우, 해부학적 축소 및 경직된 내부 고정에 의한 불유합 및 대퇴골두 괴사(FHN)의 위험을 줄이고 수술 전 수준으로 기능을 최대한 회복하기 위해 외과적 치료를 시행한다2. 가장 일반적으로 사용되는 외과적 치료는 3개의 캐뉼러 압축 나사(CCS)에 의한 고정입니다. 특히 젊은 환자에서 환자 요구가 증가함에 따라 불안정한 대퇴 경부 골절에 대해 CCS보다 각도 안정성, 최소 침습성 및 더 나은 생체역학적 안정성의 장점을 결합한 대퇴 경부 시스템(FNS)이 점차 사용되고 있습니다3.
전통적으로 나사는 형광 투시 수술 중 안내에 따라 외과의가 자유롭게 배치했습니다. 프리핸드 방식은 수술 중 경로를 계획할 수 없고, 드릴링 중 가이드 와이어의 방향을 제어하기 어렵고, 반복적인 드릴링으로 인한 뼈와 혈액 공급의 손상, 부적절한 위치 지정으로 인한 피질을 통한 나사의 침투 등 많은 단점이 있습니다. 이러한 요인들은 직간접적으로 수술 후 합병증을 유발할 수 있으며, 이는 기능적 예후에 영향을 미친다4. 프리핸드 방법은 또한 잦은 형광투시법으로 인한 환자와 외과의의 방사선 손상 증가와 관련이 있다5. 따라서 수술 전 계획 중에 최적의 나사 진입점과 정확한 나사 배치를 결정하는 것이 수술 성공의 열쇠입니다. 최근 몇 년 동안 정형외과 수술에서 로봇 보조 최소 침습 내부 고정술이 점점 더 자주 사용되고 있으며6, 높은 정밀도와 수술 시간 및 방사선 손상을 줄일 수 있는 능력으로 인해 정형외과 의사들에게 널리 받아들여지고 있다. 대퇴골 경부 골절 치료를 위한 FNS 고정을 돕기 위해 로봇 보조 정형외과 수술 시스템을 적용하여 보다 정확하고 효율적인 나사 배치 프로세스, 더 높은 나사 배치 성공률 및 더 나은 기능 회복을 가져왔습니다.
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Protocol
본 연구는 Honghui Hospital Xi'an Jiaotong University의 윤리위원회의 승인을 받았습니다. 환자로부터 정보에 입각한 동의를 얻었습니다.
1. X선 형광투시에 의한 대퇴경부 골절의 진단
- 고관절 주변의 압통 또는 타진을 동반한 대퇴 경부 골절, 하지의 단축, 고관절의 제한 등이 있는 환자를 식별합니다.
- 전후(AP) 보기와 X선 형광투시 또는 CT 스캔의 측면 보기를 사용하여 대퇴골 경부 골절을 진단합니다.
- 60세 미만이고 대퇴골경부 골절 진단을 받은 환자에 대해 FNS 치료를 주문하십시오. 포함을 위해 다음과 같은 추가 기준을 사용하십시오: 외상의 명확한 병력이 있는 골절; 대사 질환 또는 병적 골절의 병력이나 증거가 없습니다. FHN의 징후가 없고 기형이 없는 잘 발달된 고관절; X선 또는 CT 스캔에 의한 대퇴골 경부 골절 진단.
2. 골절 밀착 축소, X선 검사 및 로봇 보조 정형 외과 수술 시스템 준비
- 전신 마취 후, 수동 견인 및 조정에 의한 골절의 폐쇄 감소를 실시하십시오.
- 외과의가 견인을 위해 사지를 잡고 세로 견인으로 영향을 받은 사지의 길이를 복원하고 사지 회전을 통해 골절 간격의 정렬을 복원합니다.
- 작동 중 지속적인 견인을 위해 팔다리를 트랙션 베드(지속적인 사지 견인을 제공하는 일종의 작동 테이블)에 고정합니다.
- X선 형광투시법으로 폐쇄 환원의 품질을 검사합니다. AP 및 측면 보기에서 피질의 목-축 각도와 정렬을 복원하고 각도 변형이 발생하지 않도록 합니다.
- 수술 전에 로봇 보조 정형외과 수술 시스템의 구성 요소인 워크스테이션, 광학 추적 시스템 및 로봇 팔을 C-arm X-ray 기계와 연결합니다. 시스템에 로그인하여 환자의 의료 기록을 기록합니다.
3. 소독, 영상 수집 및 수술 경로 계획
- 일상적인 외과적 소독 후 동측 장골 날개에 Schanz 핀을 놓고 환자의 추적자를 핀에 고정합니다.
- 로봇 팔과 C-arm에 멸균 보호 슬리브를 끼웁니다. 포지셔닝 눈금자(로봇 포지셔닝 시스템용 포지셔닝 눈금자에 10개의 식별 지점 포함)를 로봇 팔로 조립합니다.
- C-arm X-ray 기계를 대퇴골 경부 중앙에 배치하고 C-arm과 환자 사이에 위치 지정 눈금자가 있는 로봇 팔을 놓습니다. 환자 추적자와 로봇 팔을 포함한 광학 추적 시스템에 장애물이 없는지 확인하십시오.
- AP 수집 view(X선 이미지 강화기는 환자의 평면에 수직임) 및 측면 view(X선 이미지 강화기는 대퇴골 경부 채널 평면에 수직임) 위치 지정 눈금자의 10개 식별 지점을 포함하는 X선 이미지.
- AP 및 측면 보기 이미지를 워크스테이션으로 가져옵니다. 이미지에는 10개의 식별 지점과 전체 근위 대퇴골이 명확하게 포함되어야 합니다.
- 워크스테이션의 소프트웨어에서 수술용 나사 경로 계획을 수행합니다.
- 나사 채널은 대퇴골 경부 중앙에 위치하며 목 축 각도가 130°이고 AP 및 측면 보기에서 대퇴골 경부의 장축과 평행합니다.
- 대퇴골두 연골 아래 5mm의 나사 끝을 찾습니다.
4. FNS 배치 및 검증
- 포지셔닝 눈금자를 로봇 팔의 슬리브에 교체합니다. 계획된 경로에 따라 로봇 팔을 진입 지점의 위치로 돌립니다. 칼로 대퇴골의 장축을 따라 피부를 3cm 절개하고 피하 조직을 무디게 분리하고 슬리브를 삽입하여 뼈 피질에 접촉시킵니다.
- 계획된 경로에 따라 슬리브의 진입점과 방향을 확인하십시오. 필요한 경우 경로를 미세 조정합니다.
- 연골하골에서 5mm가 될 때까지 슬리브를 통해 가이드 와이어를 뼈에 뚫습니다. 로봇 팔을 제거하고 X-ray로 가이드 와이어의 위치를 확인합니다.
- 속이 빈 드릴 비트를 사용하여 가이드 와이어를 따라 구멍을 뚫고 볼트와 플레이트를 대퇴골두에 삽입합니다. 회전 방지 나사와 잠금 나사를 놓습니다.
- FNS의 압축 설계를 사용하여 동적 압축을 적용합니다. 형광투시법은 볼트가 AP와 측면 보기 모두에서 대퇴골 경부 중앙에 있고 연골하골에서 5mm 떨어져 있고 플레이트가 뼈에 맞도록 FNS 배치를 확인합니다.
- 수술 후 보조 수동적 고관절 굴곡 활동과 무릎 및 발목 관절의 능동적 운동을 제안합니다. 수술 후 4주, 8주, 12주, 24주, 36주, 48주에 추적 관찰을 수행하며 추적 관찰 시간에 따라 체중 부하 시간이 있습니다.
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Representative Results
로봇 보조 정형외과 수술 시스템은 나사 경로를 가상으로 시뮬레이션하고 나사의 정확한 배치를 지원하므로 이 시스템은 매우 안정적이며 수술 정밀도와 성공률이 향상되며 수술 외상 및 방사선 손상의 위험이 낮다는 장점이 있습니다. 마지막으로, 나사 고정의 정확성은 더 나은 임상 예후와 더 낮은 합병증 발생률을 가져옵니다.
대퇴 경부 골절 진단을 받은 환자는 수술을 받았습니다. 수술 후 예방적 항감염 및 항응고 치료를 사용했습니다. 환자들은 보조 수동 고관절 굴곡 활동을 수행하고 하지 근력 운동을 지시했습니다. 수술 후 2주 이내에 환자는 침대에서 고관절을 능동적으로 구부리는 작업을 수행할 수 있었습니다. 환자들은 4주 후에 지팡이를 사용하여 체중을 지탱하지 않는 운동을 수행할 수 있었습니다. X-ray 검사는 4주마다 추적 관찰에서 수행되었습니다. 골절선이 흐려지면 환자는 부분적인 체중 부하 운동을 할 수 있습니다. 환자들은 X선 영상에서 골절이 치유된 것으로 나타났을 때 완전한 체중 부하 걷기를 시도할 수 있었습니다. 고관절 기능은 최종 추적 관찰에서 Harris 고관절 점수 시스템에 따라 평가되었습니다(표 1).
대퇴골 경부 골절의 수술 전 X선 이미지는 그림 1에 나와 있습니다(그림 1A: AP view; 그림 1B: 측면 view). 그림 2는 폐쇄 축소(그림 2A,B)에 의해 적절한 위치(그림 2C,D)로 골절이 감소되었음을 보여줍니다. 준비된 로봇 보조 정형 외과 수술 시스템은 그림 3에 나와 있습니다. 환자 추적자(그림 4A)와 포지셔닝 눈금자(그림 4B)를 사용하여 수집된 X선 이미지와 C-arm과 환자 사이에 포지셔닝 눈금자(그림 4C,D)가 포함된 형광투시 이미지가 시연됩니다. 소프트웨어에서 수술 경로 계획을 수행했으며 나사 채널이 가상으로 표시되었습니다(그림 5). 로봇 팔은 계획된 방향으로 달렸고(그림 6A), 로봇 팔은 가이드 와이어의 배치를 도왔고(그림 6B), 가이드 와이어의 위치는 X선으로 확인되었습니다(그림 6C). 그림 7은 FNS의 구조(그림 7A), 리밍 프로세스(그림 7B,C), 볼트 및 플레이트의 배치, 회전 방지 나사 및 잠금 나사(그림 7D-F)를 보여줍니다. 도 8은 검증 X선 이미지(도 8A: AP 뷰, 도 8B: 측면 뷰) 및 피부의 작은 절개(도 8C)를 나타낸다.
그림 1: 환자의 X선 이미지. 환자의 대퇴골 경부 골절의 수술 전 X선 영상. (A) AP 보기; (B) 측면 보기. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2 : 골절의 수동 폐쇄 감소. 이미지는 (A,B) 영향을 받은 고관절의 수동 축소 및 (C) AP 보기 및 (D) 축소 후 X선 이미지의 측면 보기를 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: 로봇 보조 정형외과 수술 시스템. 시스템은 워크스테이션(왼쪽), 광학 추적 시스템(가운데) 및 로봇 팔(오른쪽)로 구성됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4: 이미지 수집. (a) 환자 추적자; (b) 로봇 팔을 갖는 위치 결정 통치자; (C,D) 광학 추적 시스템(환자 추적자 및 로봇 팔 포함), C-arm X선 기계 및 위치 지정 눈금자 사이의 상대적 위치; (E) AP view 및 (F) 측면 view 포지셔닝 눈금자를 사용한 X선 이미지. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 5: 수술 경로 계획. 소프트웨어의 가상 나사 채널 표시. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 6: 가이드 와이어 배치에 대한 로봇 지원. (A) 슬리브가 있는 로봇 팔이 계획된 방향으로 움직입니다. (B) 가이드 와이어는 외과의가 슬리브를 통해 뼈에 뚫습니다. (C) X선에 의한 가이드 와이어의 배치 검사. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 7: FNS 배치. (A) FNS는 볼트와 플레이트(노란색), 잠금 나사(녹색) 및 회전 방지 나사(파란색)로 구성됩니다. (나,씨) 가이드 와이어를 따라 리밍. (D, E, 에프) 볼트와 플레이트가 대퇴골두에 삽입되고 잠금 나사와 회전 방지 나사가 배치됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 8: X선 검증. 그림은 (A) AP 뷰와 (B) 동적 압축 후 골절의 측면 뷰 X선 이미지를 보여줍니다. (C) 상처의 외관. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
표 1: 환자 세부 정보. 표는 모든 환자의 특성, 수술 정보 및 수술 후 추적 관찰을 보여줍니다. 골절은 정원 분류7에 따라 분류되며, 고관절 기능은 해리스 채점 시스템(Harris scoring system)8을 사용하여 평가된다. 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
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Discussion
FNS는 대퇴골 경부 골절을 고정하는 방법으로, 슬라이딩 힙 나사의 각도 안정성과 다중 캐뉼러 나사 배치의 최소 침습성의 장점이 있습니다. 이 방법은 나사 절단 및 주변 연조직의 자극이 적습니다. Tang et al.의 연구9에서 CCS 그룹에 비해 FNS 그룹의 환자는 대퇴골 경부 단축이 없거나 경미한 비율이 낮았고 치유 시간이 짧았으며 Harris 점수가 더 높았습니다. 생체역학적 연구는 FNS가 CCS보다 더 나은 생체역학적 특성을 갖는 것으로 나타났다3. FNS는 둘 다 대퇴골 경부를 통한 정확한 나사 배치가 필요하다는 점에서 수술 중 CCS와 유사합니다. 전통적인 수술에서 나사는 형광 투시 하에 외과의가 자유롭게 배치합니다. 수술 중 경피적 조작, 시각적 편차 및 자유형 불안정으로 인해 이상적인 위치에서 실제 위치의 오류가 발생할 수 있습니다. 반복적인 방사선 노출은 환자와 외과 의사 모두에게 방사선 손상을 증가시킵니다. 또한, 불유합, FHN 및 조기 임플란트 실패와 같은 젊은 환자의 합병증은 고정 기술과 관련이 있으며 발생률은 최대 28%입니다10. 나사 고정의 정확도는 나사 고정의 강도와 대퇴 경부 골절의 치유 속도에 직접적인 영향을 미친다11.
컴퓨터 내비게이션 시스템 및 의료 영상 프리젠테이션 기술의 발전으로 연구자들은 컴퓨터 내비게이션 시스템을 통해 좋은 임상 예후를 달성했으며, 특히 대퇴골 경부 골절에 대한 로봇 보조 정형외과 수술 시스템 고정에서 수술 정밀도가 우수하고 성공률이 높으며 수술 외상 및 방사선 손상을 줄이는 측면에서 기존 절차보다 우수합니다12, 13.
로봇 보조 정형 외과 수술 시스템은 정확한 탐색 및 위치 지정의 장점이 있습니다. 수술의 중요한 단계는 이미지 수집, 수술 경로 계획 및 가이드 와이어 삽입입니다. 식별 지점과 수술 중 양면 X선 형광 투시 이미지를 디지털화하여 공간적 대응을 형성하여 외과의가 소프트웨어에서 나사의 경로를 직관적으로 계획할 수 있습니다. 또한 로봇 팔은 최대 밀리미터 수준의 정확도로 나사 배치를 위한 정확한 공간 위치를 제공합니다. Zwingmannm 등14,15는 종래의 방법의 부정 위치 율이 2.6 %이고 개정 률이 2.7 %인 반면, 항법 보조 기술의 부정 위치 율은 0.1 %에서 1.3 %, 개정 율은 0.8 %에서 1.3 %였다. 한편, 로봇 내비게이션 임플란트는 매우 안정적이며 작동에 안전 경계가 있어 나사 배치의 편차로 인한 혈관 및 신경 손상의 위험을 크게 줄입니다.
우리는 로봇 보조 정형외과 수술 시스템을 사용하여 FNS 배치 과정을 지원했으며 나사는 해당 해부학적 부위에 정확하고 안정적으로 배치되었습니다. 로봇의 도움으로 레지던트 외과의는 나사를 더 빠르고 정확하게 배치할 수 있습니다. 로봇의 도움으로 학습 곡선을 단축할 수 있으며 개인은 여러 수술을 통해 로봇 보조 기술에 능숙해질 수 있습니다. 또한 외과 의사의 기술 수준의 차이로 인한 수술 결과의 차이를 제거 할 수 있습니다. 나사의 길이와 직경은 대퇴골두를 관통하는 나사로 인한 관절과 혈관 손상을 방지하기 위해 미리 계획할 수 있습니다. 이것은 수술 후 외상성 관절염 및 FHN의 발생률을 감소시킵니다.
앞으로 우리는 로봇 보조 정형외과 수술 시스템을 사용하여 높은 포웰 등급, 후방 하부 분쇄 및 복합 기형과 같은 상황에서 내부 고정 나사의 배치를 지원하여 골절 치유를 위한 생물학적 및 생체역학적 환경을 더욱 어렵게 만들 것입니다16. 이러한 상황에서는 수술 후 합병증의 발생률을 줄이기 위해 정확한 고정이 필요합니다. 대퇴골 골절에 대한 나사의 내부 고정을 위한 로봇 보조 정형외과 수술 시스템의 적용으로 외과의는 수술 계획을 지배하고 최상의 수술 경로를 확보하며 임플란트 식립을 위한 최고의 정확도와 효율성을 달성합니다. 이 방법은 골절 치유에 더 도움이 되어 조기 재활과 경미한 수술 부상을 극복할 수 있는 좋은 예후를 제공합니다.
그러나 대퇴골 경부 골절 나사의 로봇 보조 내부 고정 배치에는 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 첫째, 외과의는 로봇의 도움 없이 예상치 못한 상황을 해결할 수 있도록 전통적인 수술 기술(개폐 축소 및 내부 고정)에 대한 경험이 있어야 합니다. 둘째, 로봇 작업의 기본 원리와 이미지 수집의 올바른 완료에는 일정 기간의 교육이 필요합니다. 외과의는 프로그래밍된 단계를 완료하기 위해 협력해야 하며 능숙한 협력을 개선하여 수술 시간을 단축할 수 있습니다. 셋째, 슬리브는 연조직에 의해 높은 측면 응력을 받아 진입점(13)에서 이탈을 유발할 수 있다. 슬리브 주위의 연조직의 장력은 슬리브 삽입 전에 무딘 분리로 줄일 수 있습니다. 마지막으로, 정확한 나사 배치는 이미지와 일치하는 수술 부위의 공간적 위치에 따라 달라집니다. 다양한 요인들이 공간 위치의 변화 또는 환자 추적자와 수술 부위의 상대적 변위를 야기할 수 있으며, 이를 이미지 드리프트(image drift)라고 한다(17). 외과의는 수술 중 이미지 드리프트를 인지하고 확인해야 합니다. 필요한 경우 이미지를 다시 수집해야 합니다.
대퇴 경부 골절에 대한 정형외과 로봇 보조 FNS는 수술 후 합병증 발생률이 낮은 시간 효율적이고 덜 침습적인 절차입니다. 이 방법은 나사 배치의 정밀도를 향상시키고 수술 중 방사선 손상을 줄이는 동시에 젊은 외과의의 학습 과정을 단축할 수 있습니다.
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Disclosures
저자는 이 기사의 연구, 저자 및/또는 출판과 관련하여 잠재적인 이해 상충을 선언하지 않습니다.
Acknowledgments
이 작업은 시안 보건 위원회의 청소년 재배 프로젝트(프로그램 번호 2023qn17)와 산시성 핵심 연구 개발 프로그램(프로그램 번호 2023-YBSF-099)의 지원을 받았습니다.
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 |
References
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