计算机辅助骨科手术在创伤骨科的应用

计算机辅助骨科手术在创伤骨科的应用栗威赵劲民【摘要】目的讨论计算机辅助骨科手术（computer assisted orthopedic surgery，CAOS）在创伤骨科的应用及其意义。

方法分析CAOS在创伤骨科应用的现状，总结其应用的价值及相关问题。

结果目前CAOS在创伤骨科主要应用于脊柱、四肢骨折内固定物的植入和人工髋、膝关节置换以及膝关节交叉韧带的重建等，而在骨折复位方面的应用很少且技术不成熟，但已显示明显的优越性。

在CAOS应用过程中应注意其缺点、临床医学评价、手术医生的地位、正确的微创观念等相关问题。

结论CAOS在创伤骨科手术微创化进程中有重要意义和无可替代的价值，应处理好一些相关的问题，促进其更好地发展。

【关键词】计算机辅助骨科手术创伤骨科导航中图分类号： R687 TP391.7 文献标志码：AAPPLICATION OF COMPUTER ASSISTED ORTHOPEDIC SURGERY IN ORTHOPEDIC TRAUMA SURGERY/ LI Wei, ZHAO Jinmin. Department of Orthopedic Trauma and Hand Surgery, the First Affiliated Hospital of Guangxi Medical University, Nanning Guangxi,530021, P. R. China. Corresponding author: ZHAO Jinmin, E-mail: zhaojinmin@ 【Abstract】 Objective To investigate the appl ication and significance of computer assisted orthopedic surgery(CAOS) in orthopedic trauma surgery. Methods In orthopedic trauma surgery, the application status of CAOS was analysed and the related problems were summarized. Results At present, CAOS is seldom used to reduce fractures but fre-quently used to insert internal fixation devices and reconstruct the cruciate ligament in orthopedic trauma surgery. And the studies have shown its superiority. During CAOS application, surgeons should pay attention to some problems such as the disadvantages, clinical evaluation, the roles of the surgeons and correct micro-traumatic concept. Conclusion CAOS is very important and cannot be replaced in orthopedic trauma minimal invasion surgery and surgeons should pay attention to some important related problems to make it develop successfully in the study of CAOS.【Key words】 Computer assisted orthopedic surgery Orthopedic trauma surgery Navigation20世纪90年代初，医学界意识到可利用自动化控制系统的感知、推理和行动3个基本原则，在内、外科操作中使用数字化医学影像资料[1]。

随着医学影像技术和计算机技术的发展，促生了计算机辅助外科手术系统。

此系统早期仅用于神经外科等高风险、高难度的手术领域。

近10余年来，一方面由于技术的发展及系统的改进，另一方面由于骨组织具有一种刚性结构，其数字影像较为准确、丰富，易于三维重建，特别适用于计算机辅助下手术，故计算机辅助骨科手术（com-puter assisted orthopedic surgery，CAOS）应运而生 [2]。

1概述1.1CAOS基本工作原理及组成CAOS基本工作原理是将患者术前数字影像信息输入计算机工作站中，并与患者本体的标志数据资料进行配准，手术过程中，跟踪器实时跟踪，监控手术工作者单位：广西医科大学第一临床医学院创伤骨科手外科（南宁，530021）通讯作者：赵劲民，教授，博士导师，研究方向：骨创伤修复、骨组织工程，E-mail: zhaojinmin@ 具或骨折段达到要求部位从而实施手术。

此外术者也可在影像基础上进行术前计划[3]。

其主要由主处理系统、成像显示系统、立体定位系统、导航工具等部分组成。

1.2CAOS分类CAOS有如下分类方法[1-2，4]：①按照立体定位的方法分为光学定位、电磁定位、超声波定位及机械手定位，光学定位在骨科应用最广。

②按照交互方式的不同，将手术导航系统分为被动式、半主动式及主动式，被动式目前在临床使用最广泛。

③按照影像建立的基础和对图像的依赖程度分为图像依赖导航、X线透视导航及非图像依赖导航，X线透视导航在骨科应用最多。

2CAOS在创伤骨科的应用2.1在脊柱方面的应用CAOS在骨科领域中较早应用于脊柱外科。

上世纪90年代初，Foley等[5-6]首先分别进行了导航系统在脊柱外科应用的尝试。

Nolte等[7]最早开始在实验室进行计算机辅助下的椎弓根植入术实验。

此后实验研究和临床应用报道逐渐增多。

近年出现大宗病例的应用报道，如Ebmeier等[8]应用导航系统将365个椎弓根螺钉植入112例患者胸椎，仅有23例（6.3%）位置不理想，42例（11.5%）椎弓根侧壁发现有细小穿孔（< 2 mm）。

而传统手术方法植入椎弓根螺钉不理想或不正确的发生率为10％～40％[9]。

CAOS在此手术中具有明显优势，但目前国内该方面的应用研究报道较少。

CAOS在脊柱领域中的应用虽较多，但多集中于椎弓根螺钉植入的研究，而齿突骨折、椎骨骨折、内植物的微创植入等方面较少。

郑燕平等[10]报道了将计算机导航与内窥镜联合应用于齿突螺钉固定的尝试，结果显示手术安全、简便、省时。

但CAOS应用在这些方面有待进一步研究。

2.2在关节方面的应用目前，CAOS在关节外科的应用主要集中于髋、膝关节置换和膝关节交叉韧带重建方面。

髋、膝关节置换的应用多以骨病为研究对象，而针对关节创伤需关节置换的较少。

有研究结果显示[11-13]，应用CAOS行关节置换较传统手术有较高的准确性。

早期以美国Taylor为首开发的Robodoc系统最为典型，于 1991年首次成功应用于全髋关节置换术。

此后CAOS在髋、膝关节置换方面的研究应用逐渐增多，近年也有大宗病例应用研究的报道。

Jenny等[12]对两组各100例患者分别行导航下和常规人工膝关节置换的对照研究，前者的假体优良率为33%，后者为15%。

Bathis等[13]报道对随机的80例患者分组作膝关节置换术，发现导航组中96%的下肢力线偏差在3°以内，而常规组仅78%。

Hsieh等[14]报道对36例患者随机进行在计算机辅助图像导航、传统切开方法或CT导航下行髋臼周截骨，并进行2年随访临床研究，显示计算机辅助图像导航组无副损伤、无骨坏死，而出血量、形态及功能改善等方面各组无明显区别。

国内在这方面研究应用较晚，罕见大宗病例应用报道。

在膝关节交叉韧带的重建方面，Dessenne等[15]最早将该技术应用于前交叉韧带重建手术，取得满意手术效果。

Klos等[16]介绍了前交叉韧带重建术中应用CAOS精确定位移植前交叉韧带，较传统方法更安全准确。

王雪松等[17]报道分别选用40例患者进行导航下和关节镜下重建前交叉韧带，结果显示导航组骨隧道位置更接近前交叉韧带的解剖位置。

在这方面CAOS的优越性有待更多大宗病例应用的验证。

2.3在四肢骨折中的应用由于骨折的复杂性和当前CAOS技术缺陷，近10年才开展CAOS在四肢骨折中的研究应用，且相对较少，大多研究尚处于实验研究阶段。

Viant等（1997）首先报道计算机辅助下的髓内钉远端锁钉技术，近年这方面的应用逐渐增多，且已证实其可以缩短手术时间和减少射线的照射，甚至手术过程中完全不用C型臂X线机透视。

国内近年也有这方面的初步实验研究，最具标志性的是俞超等[18-19]通过远程外科机器人辅助胫骨髓内钉内固定手术7例的成功应用。

Browbank等（2000）报道采用其设计的髋部骨折机器人进行辅助内固定。

Mayman等[20-21]报道在CAOS下行髋部骨折螺钉植入治疗的实验研究，结果显示CAOS组导针植入有更高的精密度和准确度，且放射线暴露时间少，钻孔操作更少。

Stockle等[22]成功对30例患者应用CAOS进行骨盆手术，显示其优越性，但也暴露当前CAOS图像小等缺点。

在国内，北京积水潭医院与北京航空航天大学联合设计了双平面骨科机器人系统，进行了髋部骨折螺钉植入的初步实验研究[23]。

梁国穗等[24]报道3D X线透视影像导航在关节内和近关节骨折治疗中的初步应用，显示CAOS 有助于在微创关节内骨折固定中减少X线暴露，准确放置器械和骨折复位。

虽然CAOS在骨折复位的应用研究较晚，技术多不成熟，但已显示出良好的发展前景。

Hufner等[25]报道采用CAOS进行简单骨折复位的实验研究，显示在CAOS辅助下不用直视复位而取得与其相同的效果。

Grutzner等[26]应用CAOS对模型长骨骨折复位及微创固定系统固定进行探讨，显示其微创、精确的优越性。

Zheng等[27]进行无透视下计算机辅助骨干骨折闭合复位的实验研究，平均误差约1 mm。

张英泽等（2005）报道用计算机辅助跟骨骨折复位，取得了初步结果。

他们根据术前的跟骨模型，用计算机控制机器人进行挤压塑形，结果显示恢复粉碎性骨折跟骨的基本正常外形。

2.4在运动系统软组织方面的应用由于目前“漂移”问题尚未得到很好解决，故未见CAOS在该方面的应用研究报道，有待开发更好的软硬件支持。

3　CAOS在创伤骨科应用的意义自1985年英国泌尿外科医生Payne和 Wickham 首次提出“微创外科”的概念以来，微创化已成为外科发展的趋势。