周一新 | 机器人辅助直接上方入路人工全髋关节置换术的近期疗效

2021
10/09

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中国修复重建外科杂志
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总结机器人辅助直接上方入路人工全髋关节置换术(total hip arthroplasty,THA)的早期疗效及初步应用经验。


张纪,王兴山,杨德金,周一新

北京积水潭医院矫形骨科(北京  100035)

基金项目:国家自然科学基金面上项目(82072457)

通信作者:周一新,Email:orthoyixin@yahoo.com


关键词:机器人辅助人工全髋关节置换术;Mako 机器人;直接上方入路;;微创手术

引用本文:张纪,王兴山,杨德金, 等. 机器人辅助直接上方入路人工全髋关节置换术的近期疗效. 中国修复重建外科杂志, 2021, 35(10): 1240-1245. doi: 10.7507/1002-1892.202105115


 摘 要


目的    总结机器人辅助直接上方入路人工全髋关节置换术(total hip arthroplasty,THA)的早期疗效及初步应用经验。


方法    2021 年 3 月—4 月,机器人辅助下经直接上方入路行 THA 11 例(11 髋)。男 7 例,女4 例;年龄 26~73 岁,平均 55 岁。髋关节发育不良继发骨关节炎 5 例,股骨头坏死 6 例。术前髋关节 Harris 评分为(55.8±6.3)分。记录手术时间、切口长度、失血量、术后输血及住院时间、手术并发症发生情况。采用疼痛视觉模拟评分(VAS)以及 Harris 评分评价髋关节疼痛及功能。X 线片测算双下肢长度差,复查假体位置,测量髋臼假体外展角、前倾角,并与术前设计结果比较。


结果    除 1 例因显露困难改行常规后外侧入路手术外,其余 10 例均顺利完成手术。10 例患者手术时间 65~120 min,平均 89 min;切口长度 9~13 cm,平均 10.5 cm;失血量110~740 mL,平均 400 mL;1 例患者术后输血 2 U。患者切口均Ⅰ期愈合,无神经血管损伤、下肢深静脉血栓形成及骨折等并发症发生。术后住院时间 2~6 d,平均 4.4 d;随访时间 1~3 个月,平均 2.1 个月。出院时 9 例 VAS 评分0 分,1 例为 2 分。末次随访时,髋关节 Harris 评分为(84.9±6.7)分,与术前比较差异有统计学意义(t=–8.717,P=0.000)。髋臼假体植入后机器人验证其外展角为(37.4±2.0)°、前倾角为(17.1±4.5)°,与术前计划(38.2±1.6)°、(16.6±3.7)° 比较,差异均无统计学意义(t=1.809,P=0.104;t=–1.103,P=0.299)。双下肢长度差为–2~4 mm。随访期间均未出现假体脱位、松动及假体周围感染等。


结论    机器人辅助直接上方入路行 THA 可获得良好早期疗效。


正 文


人工全髋关节置换术(total hip arthroplasty, THA)技术日趋成熟,微创操作和快速康复成为关节外科更高的追求目标。直接上方入路是由美国Roger 等[1]提出的一种 THA 微创入路,其保留了髂胫束,从臀大肌间隙进入,离断梨状肌腱以及上孖肌、闭孔内肌、下孖肌联合腱,保留股方肌和闭孔外肌,利用特殊工具显露关节并完成假体植入,具有损伤小、后方稳定性好的优点,对于习惯经后外侧入路操作的医生学习曲线短[2-3],近期临床疗效良好[1]。但该入路也存在显露范围有限、视野和操作空间小、影响假体安放角度的判断和控制等不足。

近年兴起的机器人辅助技术可以显著提高THA 假体植入准确度[4-7],从而减少或避免因假体位置不良导致的关节脱位等并发症。文献报道微创 THA 术中应用机器人辅助技术,可以在有限操作空间内保证准确植入假体[8-9]。然而,目前尚无机器人辅助技术应用于直接上方入路 THA 的研究报道。2021 年 3 月—4 月我们尝试在机器人辅助下经直接上方入路行 THA 11 例(11 髋),除 1 例因显露困难改行常规后外侧入路完成手术外,其余 10 例手术顺利完成,取得了良好的初步应用结果。报告如下。


1

临 床 资 料


1.1    一般资料

本组男 7 例,女 4 例;年龄 26~73 岁,平均 55岁。身体质量指数 22~33 kg/m2,平均 26.1 kg/m2。左髋 4 例,右髋 7 例。髋关节发育不良(Crowe Ⅰ型 2 例、Ⅱ型 3 例)继发骨关节炎 5 例,股骨头坏死 6 例(Ficat Ⅲ期 5 例、Ⅳ期 1 例)。术前髋关节Harris 评分为(55.8±6.3)分。患者一般资料见表 1。 


 


1.2    手术方法

于蛛网膜下腔阻滞麻醉下,患者取侧卧位,手术均在 Mako 机器人(Stryker 公司,美国)辅助下施行。取直接上方入路,自大转子后上角斜向后上方、沿臀大肌纤维走行,作长 8~12 cm 切口;保留髂胫束,切开臀大肌筋膜后钝性分离臀大肌,显露臀中肌和外旋肌群,尽量靠近股骨侧止点切断梨状肌腱及联合腱,保留股方肌和闭孔外肌,L 形切开关节囊。脱位髋关节,按照术前模板测量或机器人描记截骨线进行股骨截骨。此时由助手将髋关节置于屈曲 40°、内收 40°、内旋 40° 位,并用手掌顶住患者膝部将其大腿推向近端,使股骨颈更好地暴露于切口范围内,用双尖撬抬起股骨近端,清理梨状肌窝,开髓,用股骨髓腔锉从小到大逐号扩大直至扭转试验阴性。股骨磨锉完成后,取出髓腔锉,显露髋臼。由于直接上方入路不切开大转子以远皮肤,并保留髂胫束,股骨近端被撬向前方和远端的行程有限,故髋臼操作空间较小,术中注意选择偏心髋臼磨锉和假体植入工具。用机械臂辅助髋臼磨锉后,依靠机械臂对角度的控制和深度的监测,植入相应型号髋臼假体,用 1~2 枚螺钉加强固定。安装相应髋臼内衬。再次植入股骨侧试模,复位后判断软组织张力、肢体长度和关节稳定性均满意后,植入相应股骨假体和股骨头假体,复位。关闭切口时,关节囊基本原位缝合,将切断的梨状肌腱及联合腱缝合于大转子后缘或臀中肌后缘。缝合臀大肌筋膜、皮下组织和皮肤,无菌敷料包扎。本组患者均未留置引流管。

由于直接上方入路不能显露用于固定股骨注册螺钉的小转子区域,所以本组早期收治的 8 例机器人操作模式选择 Express 模式,即股骨侧不进行注册,仅通过标记术侧肢体体表某一骨性部位(如髌骨上极)以记录和比较肢体长度。之后,通过改进股骨注册螺钉为埋头设计,调整螺钉固定部位至显露相对较好的大转子偏后区域,解决了上述问题,后期收治的 3 例手术则采用 Enhance 模式。该模式可通过股骨注册辅助标记截骨线,假体植入后可测量前倾角、肢体长度。具体步骤:髋关节脱位后在大转子偏后区域植入标记钉和注册螺钉,注册螺钉基本与骨面齐平,可避免被髂胫束剐蹭导致位置变化(图 1)。安装参考架后用探针在股骨近端骨面进行注册,注册成功后按照计划描记截骨线指导截骨。股骨磨锉完成后,可安装股骨颈试模测量前倾角(图 2),复位后可准确测量肢体长度。


 

图 1     术中将股骨注册螺钉(箭头)固定于大转子偏后区域


 

图 2     股骨试模植入后,用探针依次点击股骨颈试模上三点以测量前倾角


两种模式的髋臼侧注册、辅助磨锉和假体安装操作步骤相同。在髂骨翼固定参考架,在髋臼上方固定标记钉,用探针在髋臼骨面注册,注册成功后按术前计划用机械臂辅助磨锉,然后在机械臂控制下将相应型号的髋臼假体按照个体化外展角和前倾角植入。

1.3    术后处理及疗效评价指标

术后采用多模式镇痛方案以减轻患者疼痛,包括静脉镇痛泵、静脉滴注抗炎镇痛药和口服中枢镇痛药物;给予二代头孢预防感染、阿司匹林预防下肢深静脉血栓形成。嘱患者尽早在床上行下肢主动活动,减少血栓形成风险;术后第 1 天即可扶双拐下地行走,术侧肢体部分负重;1 个月后术侧肢体完全负重。鼓励患者早期行髋关节活动度训练,术后 6 周开始练习下蹲。

记录本组手术时间、切口长度、失血量[10]、术后输血及住院时间、手术并发症发生情况。采用疼痛视觉模拟评分(VAS)以及 Harris 评分评价髋关节疼痛及功能;通过双下肢正位全长 X 线片测算双下肢长度差,术侧肢体长于对侧取正值,短于对侧取负值,取绝对值计算其平均值。记录术中髋臼假体植入后机器人验证测量的髋臼假体外展角、前倾角,并与术前计划值进行比较。术前计划值主要根据患者站位和坐位骨盆姿态变化并结合股骨前倾角计算。

1.4    统计学方法

采用 SPSS28.0 统计软件进行分析。计量资料均符合正态分布,以均数±标准差表示,手术前后髋关节 Harris 评分、髋臼假体角度计划值和实测值比较采用配对 t 检验;检验水准 α=0.05。


2

结 果


术中除 1 例(例 3)因显露困难改行常规后外侧入路完成手术外,其余 10 例手术均在机器人辅助下顺利完成,纳入最终分析(表 1)。10 例患者手术时间 65~120 min,平均 89 min;切口长度 9~13 cm,平均 10.5 cm;失血量 110~740 mL,平均 400 mL。1 例老年患者(例 4)术后输血 2 U,与患者术前营养不良、血红蛋白较低(94 g/L)有关;其余患者均未输血。患者切口均Ⅰ期愈合,无神经血管损伤、下肢深静脉血栓形成及骨折等并发症发生。

本组患者术后住院时间 2~6 d,平均 4.4 d;随访时间 1~3 个月,平均 2.1 个月。术后 1 d 6 例患者休息状态下无痛或轻度疼痛(VAS 评分≤3 分)、 4 例中度疼痛(VAS 评分 4~6 分),出院时 9 例患者无痛(VAS 评分 0 分)、1 例轻度疼痛(VAS 评分2 分)。末次随访时,髋关节 Harris 评分为(84.9± 6.7)分,与术前比较差异有统计学意义(t=–8.717, P=0.000);疗效评定为良。

术中髋臼假体植入后,机器人验证测量其外展角为(37.4±2.0)°、前倾角为(17.1±4.5)°,与术前计划(38.2±1.6)°、(16.6±3.7)° 比较,差异均无统计学意义(t=1.809,P=0.104;t=–1.103,P=0.299)。X 线片测量双下肢长度差为–2~4 mm,其绝对值平均为 1.9 mm。随访期间均未出现假体脱位、松动及假体周围感染等。见图 3。


 

图 3     患者,男,52 岁,右髋关节发育不良(Crowe Ⅰ型)继发骨关节炎     a. 术前 X 线片;b. 术中机器人操作界面显示计划植入髋臼假体大小、位置和角度;c. 术中股骨注册完成后,机器人界面显示股骨截骨参考线;d. 机器人界面显示假体安装完成后的测量结果;e. 术后测量切口长度为 11 cm;f. 术后即刻 X 线片显示假体位置良好,双下肢等长;g. 术后 2 个月 X 线片示假体位置良好,周围无放射性透亮线


3

讨 论


3.1    机器人辅助微创手术优势

与传统入路 THA 相比,微创入路 THA 具有损伤小、恢复快等优势。相关 Meta 分析显示,直接前方入路 THA 术后 3 个月患者屈髋角度和步速均明显优于前外侧入路 THA 患者[11];相比于后方入路,直接前方入路置换术后患者疼痛更轻,可以更早地弃拐行走[12]。Ulivi 等[13]的研究显示,直接上方入路组患者术后 3 个月内起立行走时间测试、步态参数等改善程度明显优于后外侧入路组。然而,由于微创入路显露范围有限,可能影响术者对假体植入位置和角度的判断,从而导致术后关节脱位风险增加。Klasan 等[14]比较了直接前方入路和 Watson-Jones 两种入路 THA,发现前者术后脱位发生率明显高于后者(2.2% vs. 0.5%),分析显露有限影响髋臼假体植入角度可能是脱位率较高的原因。

而机器人辅助 THA 可以提高假体植入准确性,从而更好地改善关节功能,降低脱位率。Illgen等[7]比较了早期传统 THA、后期传统 THA 和机器人辅助 THA 各 100 例患者至少 2 年的随访结果,髋臼假体位于 Lewinnek 安全区比例分别为 30%、 45% 和 77%,术后 2 年脱位率分别为 5%、3% 和 0,机器人组髋臼假体植入准确性和术后关节稳定性均优于其他两组。Hadley 等[15]的对比研究发现机器人辅助 THA 术后美国西部 Ontario 与 McMaster 大学骨关节炎指数评分(WOMAC)评分和髋关节Harris 评分明显高于传统 THA。Perets 等[16]对机器人辅助 THA 和传统 THA 进行配对分析,每组 85例,术后至少随访 2 年。结果显示机器人组髋臼假体位于 Lewinnek 和 Callalan 安全区的比例明显增高,髋关节 Harris 评分和关节遗忘评分(FJS-12)也更理想。

将微创入路和机器人辅助技术相结合,可以发挥两种技术优势,在减小创伤、快速康复同时能提高假体植入准确度,从而提高临床疗效。Xu 等[8]对比了机器人辅助和传统直接前方入路 THA 的髋臼假体角度,传统组髋臼假体位于 Callanan 和Lewinnek 安全区的比例分别为 56% 和 72%,而机器人组分别为 72% 和 100%。为此,我们采用机器人辅助下直接上方入路 THA,术中通过机械臂控制髋臼假体植入,按照术前计划外展角和前倾角准确放置,平均误差<1°,其准确度与文献报道的机器人辅助 THA 影像学测量结果相当[5, 17]

3.2    机器人辅助微创手术疗效分析

文献报道常规后外侧入路 THA 的手术时间平均约 60 min,采用直接前方入路平均约 80 min[18-19]。本组手术时间平均 89 min,考虑术中机器人注册通常需花费 10~15 min,因此该耗时在可接受范围。

Herndon 等[20]报道直接前方入路 THA 术后第1 天和第 3 天 VAS 评分平均为 3.2 分和 3.4 分,采用Mini 前外侧入路手术分别为 2.8 分和 2.4 分。本组术后第 1 天 6 例患者 VAS 评分≤3 分,出院时 9 例已达无痛,提示机器人辅助下直接上方入路 THA术后患者疼痛程度与其他微创入路 THA 相似。

Moerenhout 等[21]报道了 28 例采用直接前方入路 THA 患者,术后 1、3 个月平均 Harris 评分分别为 76.7 分和 88.4 分。本组患者获随访 1~3 个月,末次随访时 Harris 评分与该文献报道结果相似,较术前有明显改善,但评分分级仅为良。我们分析与随访时间较短有关,部分患者髋关节肌力和活动度尚未完全恢复,随着时间延长,髋关节功能可能会提高,有待进一步观察明确。本组 1 例因髋臼侧显露困难,术中向远端延长切口,改用常规后外侧入路完成手术。该患者为髋臼发育不良继发骨关节炎,术前 X 线片显示股骨颈短且关节僵硬,术中显露髋臼后,由于其位置深在,经多次调整、尝试,髋臼锉均无法在机械臂限定角度范围内放入髋臼,故改为传统后外侧入路,扩大显露后完成手术。结合本组其他患者初步应用经验,我们认为髋臼侧显露困难可能是机器人辅助直接上方入路 THA 无法顺利完成的主要原因,所以对于关节僵硬、瘢痕粘连、股骨颈短、过度肥胖患者,应慎重选择机器人辅助术式。一旦明确显露困难手术无法顺利进行,将切口向远端延长并纵形切开髂胫束,即可转换为传统后外侧入路。

3.3    Mako 机器人应用体会

Mako 机器人操作模式分 Enhance 和 Express两种,两者髋臼侧操作相同。在股骨侧,Enhance模式需要在股骨近端骨质较好且不影响手术操作的部位(通常在小转子部位)拧入 1 枚注册螺钉,其上安装参考架进行股骨侧注册,注册后可以根据术前计划提供股骨截骨参考线,还可以测量股骨假体前倾角;关节复位后可以准确测量肢体长度和联合偏距的变化。这些功能有助于增加关节稳定性,在控制肢体长度前提下调整软组织张力。而Express 模式不注册股骨,仅通过标记术侧肢体体表某一骨性部位(如髌骨上极)来测量和比较肢体长度,而且肢体长度比较结果可能会因每次肢体位置不同出现偏差。

由于直接上方入路切口远端止于大转子后上角,不切开髂胫束并保留股方肌、闭孔外肌,不显露小转子区域,很难找到合适部位植入注册螺钉,故早期收治患者我们选择 Express 模式。对此入路熟悉之后,我们改进了股骨注册螺钉设计,将其改为埋头设计,以避免手术过程中被皮肤软组织牵拉而改变位置,并将其固定在显露相对较好的大转子偏后区域。另外,股骨注册时需要在注册螺钉尾部安装参考架,为避免参考架被软组织牵拉出现位置改变,此时肢体不能过度屈曲内旋。受体位限制,股骨头颈部显露有限,特别是小转子区域完全不能显露,注册时探针可跳过此区域,尽量点击其他有特征性的骨性部位进行注册。之后收治的患者中我们成功进行了股骨注册,采用 Enhance 模式完成了手术。

综上述,机器人辅助直接上方入路 THA 可以获得较好近期疗效。但本研究例数少、随访时间短,缺少其他手术入路对照,因此结论有待扩大样本量、延长随访时间以及对照研究来进一步证实。


通讯作者



周一新,北京积水潭医院矫形骨科行政主任,中共党员,主任医师,北京大学医学部教授、博士生导师。在中华医学会骨科学会分会关节外科学组膝关节外科工作委员会、中国康复医学会骨与关节委员会、北京医学会骨科分会关节学组、ISTA、IHS、SICOT骨与关节感染委员会等国内外学术团体任职。担任《中华关节外科杂志》、《临床骨科杂志》、《骨与关节外科杂志》编委,《Journal of Arthroplasty》中文版副主编。近年来,在人工关节领域发表论文120余篇,其中SCI论文近50篇,获得国家发明专利6项,实用新型专利 24项,承担国家级课题1项、省部级课题11项。参与及主编主译专著10余部。积极将智能外科技术引入关节重建手术,在我国首先使用加速传感器-陀螺仪进行手术定位,首先研发和使用病人个性化切骨模块。 


第一作者



张纪,骨科博士,副主任医师。2006年毕业于北京大学医学部,就职于北京积水潭医院矫形骨科,一直从事成人下肢关节疾病(股骨头缺血坏死、髋关节发育不良、髋膝关节骨性关节炎等疾病)的诊断和治疗,擅长人工髋膝关节置换术、膝关节单髁置换术和膝关节周围截骨术,对髋膝关节翻修手术也有较丰富的临床经验。曾在香港玛丽医院、美国洛杉矶St. Vicent Medical Center、加拿大London Health Science Center学习、交流人工关节置换相关技术。


参考文献:



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关键词:
髋关节置换术,机器人,THA,髋关节,髋臼,肢体,切口

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