【關鍵詞】 股骨頸骨折；輔助技術；有限元分析（FEA）；3D 打??；骨科機器人

中圖分類號：R687.3"" 文獻標志碼：A"" DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2024.07.014

股骨頸骨折是指股骨頭至股骨頸基底部區(qū)域的骨折，為創(chuàng)傷骨科臨床診療中最常見的類型之一，約占全身骨折的3.6%和髖部骨折的57%［1］。目前的治療方法主要包括保守治療和手術治療。對于年輕患者和骨質好的老年患者，閉合復位內(nèi)固定術是首選［2］。手術關鍵在于解剖復位、堅固內(nèi)固定，并保留股骨頭的血液供應，以減少術后并發(fā)癥［3］。然而，傳統(tǒng)手術存在置釘不準確的問題，可能導致嚴重的醫(yī)源性損傷。股骨頸骨折的治療仍然具有挑戰(zhàn)性，易出現(xiàn)嚴重并發(fā)癥如骨不愈合、股骨頭壞死和創(chuàng)傷性關節(jié)炎。隨著精準、智能醫(yī)療理念的提出，輔助技術如有限元分析（FEA）、3D打印和骨科機器人逐漸應用于臨床，提高了置釘?shù)木_性并減少了并發(fā)癥的發(fā)生。本文總結國內(nèi)外文獻，旨在探討股骨頸骨折輔助技術下置釘?shù)难芯浚粤私猬F(xiàn)有治療方法并為未來的探索提出新思路。

1 有限元分析

1.1 有限元分析衍生

FEA利用數(shù)值求解工程和數(shù)學建模中出現(xiàn)的微分方程的技術［4］。應用數(shù)字化軟件提取影像數(shù)據(jù)模型，常規(guī)以CT模式為主，設計出術前骨折模型、術中及術后置入內(nèi)固定物狀態(tài)。有限元素（即單元）模擬復雜的真實系統(tǒng)，在生物力學研究方面?zhèn)涫軞g迎。在創(chuàng)傷骨科臨床應用中，力學研究深受關注。包括對內(nèi)固定物放置位置，選擇何種內(nèi)固定物，置入螺釘角度、深度、數(shù)量及骨折部位的受力、應力遮擋、移位等力學情況。這是手術成功的關鍵點，然而通過肉眼、常規(guī)的影像設備無法得出量化指標。術者很大程度上僅憑借手術經(jīng)驗判斷，在理論上缺乏具體量化數(shù)據(jù)支撐?；诖死Ь?，有限元分析法衍生為力學提供定性、定量參考。

1.2 有限元分析應用

股骨頸骨折內(nèi)固定物選擇很重要，特別在骨折線附近，應力分布影響著骨折愈合生物學環(huán)境，堅強固定是愈合的關鍵。股骨頸骨折分型中，PauwelsⅢ型、Ⅳ型股骨頸骨折的內(nèi)固定物選擇仍存在爭議。在選擇何種內(nèi)固定物方面，齊遠博等［5］建立了PauwelsⅢ型模型，對比了3種類型內(nèi)固定物，研究發(fā)現(xiàn)股骨頸動力交叉釘系統(tǒng)（FNS）的應力分布更為均勻、力學傳導特性更好，其承受了較低的屈服應變、較高的應力和較高的位移。馬季等人［6］發(fā)現(xiàn)動力髖螺釘+防旋螺釘（DHS+DS）的生物力學穩(wěn)定性能優(yōu)于4枚空心拉力螺釘及FNS模型。動力髖螺釘（DHS）和近端防旋股骨釘（PFNA）被推薦用于治療基底部股骨頸骨折，但術后股骨頸短縮率較高。為了解決這一難題，衍生出股骨近端仿生釘（PFBN），通過有限元分析構建三者模型，結果顯示PFBN在應力分布和生物穩(wěn)定性方面具有優(yōu)勢，能相應減少前兩者的并發(fā)癥［7］。針對以上內(nèi)固定物應力、移位、力學優(yōu)勢發(fā)現(xiàn)，股骨近端仿生釘似乎更具優(yōu)勢，但部分學者在治療股骨頸垂直骨折方面對空心螺釘細化研究發(fā)現(xiàn)無頭空心加壓螺釘具有更好的生物力學穩(wěn)定性，尤其是Pauwels角為70°的骨折。由此可見，不同骨折類型中內(nèi)固定物并非不變，需個性化評估選擇最優(yōu)。內(nèi)固定術后股骨頭解剖角度影響力學變化。股骨頭向下旋轉10°以內(nèi)時，應力變化較小，股骨頭位移最小。股骨頭空間旋轉角度與股骨近端生物力學改變呈正相關［9］。在進針點研究中［10］，F(xiàn)NS主釘?shù)闹萌朦c位于股骨頸軸位中心及偏前，具有較好的抗旋轉能力，并能避免內(nèi)固定裝置應力集中，從而使股骨頸骨折固定更牢靠。股骨頸部由于骨小梁走向不同，其力學作用也不同。因此，內(nèi)固定角度、軸線的置入需在適當范圍內(nèi)，同時需特別關注股骨頭的旋轉和移位程度。在復位不佳時，如何取舍復位丟失及選擇固定方式是較棘手的問題。研究者對頭下型骨折造模，將骨折模型分為解剖復位組、髖內(nèi)翻組、髖外翻組，并采用標準組、螺釘壓低組、螺釘抬高組進行固定，通過對應力分布、移位情況等方面的分析，得出當完全解剖復位時，推薦采用標準的倒三角置釘方式固定；當出現(xiàn)復位標準允許范圍內(nèi)的髖內(nèi)翻及髖外翻時，置入螺釘時推薦采用隨髖內(nèi)或外翻同方向轉動相應的角度置入倒三角螺釘固定［11］，目的在于滿足置入螺釘順應解剖力學方向，降低剪切、對抗力學不利影響程度。在遇到難復性股骨頸骨折中，賈繼齋等［12］的研究發(fā)現(xiàn)，對于實現(xiàn)移位2 mm以內(nèi)的陽性支撐（向近端移位），應用股骨頸系統(tǒng)內(nèi)固定可以得到穩(wěn)定的力學固定，但是需要避免陰性支撐復位（向遠端移位）。在骨缺損、術后骨質疏松模型中，內(nèi)固定物的選擇各有利弊，但需注意到內(nèi)固定物伴隨的力學環(huán)境改變對骨折預后的影響［13-14］，總之需要滿足基本原則，堅強固定、保護血運等。

1.3 優(yōu)勢及局限

通過三維有限元分析，從生物力學理論上得到不同內(nèi)固定物置入后的應力遮擋、移位、受力情況，同時可以構建不同類型模型進行手術模擬，進行術前規(guī)劃及預判，對置入物的選擇及置釘方式有極大參考意義，甚至能模擬內(nèi)固定物失效所能承受的力學量化指標。在解剖樣本獲取難、無力學實驗室的困境下，有限元分析法可以提供關鍵性生物力學指導，但這對前期學習、模型構建質量要求高。同時無法完全模擬出真實人體生理狀態(tài)，特別是在缺乏肌肉、韌帶等重要軟組織中，實際臨床應用需個性化評估。

2 3D打印

2.1 3D打印衍生

3D打印技術是以數(shù)字模型為基礎，針對模型材料賦值而逐層打印形成的模型實體。就股骨頸骨折而言，目前臨床常用的手術方案是術中在C型臂X線透視下切開或經(jīng)皮置入空心加壓螺釘，治療效果可觀，但仍面臨導針位置不佳需反復多次透視，克氏針重復調整鉆孔，不同術者依靠自身經(jīng)驗操作，易導致股骨頸醫(yī)源性損傷，甚至可能因螺釘位置不佳導致術后并發(fā)癥風險增多。隨著3D打印數(shù)字化導航的出現(xiàn)，經(jīng)皮導板用于治療股骨頸骨折，術前獲取患者患肢CT數(shù)據(jù)，擬合出骨折模型，通過定位點匹配螺釘置入，并且可在3D模型中驗證導板精確度，觀察置釘角度、深度、位置［15］。

2.2 3D打印應用

為了提高置釘?shù)木_性、減少手術時間及術中透視次數(shù)、減少輻射暴露，研究者回顧性比較了經(jīng)皮導板治療股骨頸骨折與對照組的效果，發(fā)現(xiàn)前者具有微創(chuàng)、減少射線暴露、快速、精準等優(yōu)勢［16］。孫博等人［17］通過研究導板組對37例中青年患者的置釘情況，發(fā)現(xiàn)其在手術時間、術中透視次數(shù)及末期隨訪復位情況方面略優(yōu)于常規(guī)組。盛曉磊等［18］對24例中青年股骨頸骨折患者的治療研究顯示，導航組減少了手術時間、透視次數(shù)及出血量，但兩組在術后髖關節(jié)功能改善方面差異無統(tǒng)計學意義。丁悅等人［19］研究認為，導航組與傳統(tǒng)組在疼痛、功能評分及關節(jié)活動度方面差異無統(tǒng)計學意義，但術后影像上螺釘位置有所優(yōu)勢。王清澤等［16］的研究結果與上述研究類似?？傊?D打印導航模板可以提高螺釘置釘?shù)臏蚀_性，減少出血量，縮短手術時間。這主要歸功于首次置釘?shù)母邼M意度，無需反復調整，避免了多次調釘對神經(jīng)血管的損傷。盡管各項研究結果令人滿意，但在骨折愈合和關節(jié)功能方面尚無明確優(yōu)勢。這可能與研究樣本較少、單中心研究局限及缺乏中長期研究有關。

2.3 優(yōu)勢及局限

3D打印技術制訂個性化置釘導航模板在置釘精確度、手術時間和術后透視方面優(yōu)于常規(guī)方法。然而，該技術需要在術前進行建模和設計置釘計劃，并打印導航模板，費用無形中增加。甚至需要運用計算機模擬手術，這使得術前耗時較多。一些學者認為這可能會延誤手術時機，增加復位難度。同時，導航模板的使用前提是必須將骨折部位復位到滿意位置才能定位安裝，否則定位可能不會按照預先設計的軌道置釘。而且，導板的安裝穩(wěn)定程度也會影響定位，需要術者在手術中仔細觀察和判斷。

3 天璣骨科機器人

3.1 天璣骨科機器人衍生

隨著智能化時代和精準智能醫(yī)療概念的出現(xiàn)，天璣骨科機器人逐漸在臨床中引起關注。該機器人系統(tǒng)通過CT掃描獲取手術部位的影像數(shù)據(jù)，并導入控制系統(tǒng)，設置手術節(jié)段置釘?shù)慕嵌群痛笮『髨?zhí)行。在視蹤系統(tǒng)的監(jiān)視下，機械臂運動到指定位置，并利用定位通道進行置釘［20］。這一技術在骨折手術和科研教學領域得到廣泛應用，為術者和學者帶來便利和深度學習的機會。其主要目的是提高置釘?shù)木_度，減少副損傷。

3.2 天璣骨科機器人應用

股骨頸骨折置釘面臨的螺釘置入精度、股骨頸骨折愈合率和術后功能恢復方面的困境，多數(shù)學者展開研究天璣骨科機器人輔助下置釘是否可改善置釘精確度，減少嚴重的醫(yī)源性損傷及降低相關并發(fā)癥的發(fā)生風險。在此之前需復位骨折部位，通過骨科牽引床閉合下或開放下進行。劉亞軍等［21］通過骨科機器人對GardenⅡ、Ⅲ型股骨頸骨折運用股骨頸動力交叉釘系統(tǒng)治療，在主導針進針、透視次數(shù)方面少于傳統(tǒng)對照組。張子陽［22］研究顯示螺釘夾角、螺釘與股骨頸軸線夾角小于對照組，且能在步驟方面進一步優(yōu)化。張頔等［23］研究發(fā)現(xiàn)在手術時間、手術物品準備、配合度評分方面機器人更高，在標準模式下提高手術效率。聶德新等［24］研究發(fā)現(xiàn)對照組螺釘松動2例，機器人組術后指標評估優(yōu)于對照組，且一次性置釘成功率更高、手術時間更短、輻射更少。龍玉斌等［25］認為機器人操作簡單，既可以發(fā)揮單一微創(chuàng)切口的優(yōu)勢，固定可靠，又可精準定位，使內(nèi)固定達到最合理最佳位置，近期療效良好，但在遠期療效中需進一步驗證。WANG等［26］研究認為機器人置釘成功率高，并且可以減少術中輻射量和股骨頭壞死的發(fā)生率。荊玉龍等［27］認為機器人治療術中出血量、放置重點導針數(shù)方面更具優(yōu)勢，但在短期療效中未占明顯上風。一項薈萃分析認為機器人輔助固定在安全性和有效性方面更勝一籌［28］。兒童股骨頸骨折治療難度大，對血運保護要求更高，F(xiàn)ENG等［29］使用機器人對10例兒童股骨頸骨折導航置釘，所有患兒均獲得骨折愈合，但隨訪1年后股骨頭發(fā)生壞死2例。WAN等［30］在機器人導航下使用經(jīng)皮空心螺釘治療得到滿意療效。以上研究均認為機器人輔助下置釘明顯提高了置釘精確性，前提需使骨折段復位條件滿意后置釘，但由于股骨頸解剖特殊性，股骨頭壞死有時仍難以避免，因此，在臨床診療中需合理利用輔助技術，個性化選擇治療方案。

3.3 優(yōu)勢及局限

骨科機器人輔助導航下無疑為股骨頸骨折置釘提供幫助，提高置釘精確性、安全性，避免多次調整導針而造成的股骨頸醫(yī)源性損傷，也減少置釘不良導致的內(nèi)固定失效而相應帶來的不良后果，但在手術時間方面是否占優(yōu)勢，需大量臨床研究考證，因為在掃描患者CT數(shù)據(jù)時對體位要求高，不佳的體位影響影像成像；其次規(guī)劃、設計耗時；同時在機器人定位出現(xiàn)故障時，將導致整體置釘出現(xiàn)偏差，此時需要多次調整螺釘或重新設計，甚至重啟設備。盛偉超等［31］分析了在脊柱置入椎弓根螺釘時可能的原因，值得借鑒，對術者手術操作步驟要求很重要，需注意術中每個細節(jié)。骨科機器人目前很大一部分醫(yī)院仍然無法開展，使用此設備費用較高，但有學者認為機器人組術后住院時間及總住院時間短，住院及用藥費用低于未使用機器人組，可減輕經(jīng)濟負擔［32］，筆者認為需從多個層面優(yōu)化新技術開展，深入服務于患者。

4 總結

股骨頸骨折應用輔助技術下提高了置釘精確度、安全性，減少相應潛在并發(fā)癥，為患者提供優(yōu)質診療，提高生活質量，但各輔助技術應用也存在相關局限性，目前臨床研究中多數(shù)為小樣本、單中心、近期療效為主，缺乏對遠期療效的追蹤，今后需大量臨床數(shù)據(jù)進行研究考證。

參 考 文 獻

［1］" SLOBOGEAN G P， SPRAGUE S A， SCOTT T， et al. Complications following young femoral neck fractures［J］. Injury， 2015，46（3）：484-491.

［2］" 董輝，鄒珂，高玉鐳，等.股骨頸動力交叉釘固定股骨頸骨折的薈萃分析［J］.中國矯形外科雜志，2022，30（21）：1953-1957.

［3］" WANG K Y， NI M， LIAO P， et al. Fracture morphology and biomechanical characteristics of Pauwels Ⅲ femoral neck fractures in young adults［J］. Injury， 2021，52（11）：3227-3238.

［4］" WEI W Q， ZHANG T Y， HUANG Z F， et al. Finite element analysis in brace treatment on adolescent idiopathic scoliosis［J］. Med Biol Eng Comput， 2022，60（4）：907-920.

［5］" 齊遠博，李建濤，劉道宏，等.三種內(nèi)固定裝置應用于Pauwels Ⅲ型股骨頸骨折的有限元分析［J］.中國組織工程研究，2024，28（30）：4763-4769.

［6］" 馬季，張玉強，智曉東，等.3種內(nèi)固定方式治療青壯年股骨頸骨折的有限元分析［J］.臨床骨科雜志，2023，26（6）：890-895.

［7］" CHENG X D， YANG Y J， ZHU J， et al. Finite element analysis of basicervical femoral neck fracture treated with proximal femoral bionic nail［J］. J Orthop Surg Res， 2023，18（1）：926.

［8］" ZHANG B K， LIU J W， ZHANG W. Ordinary cannulated compression screws or headless cannulated compression screws？A synthetic bone biomechanical research in the internal fixation of vertical femoral neck fracture［J］. BioMed Res Int， 2018，2018：4898301.

［9］" 潘陳通，余榮耀，余盛，等.股骨頭旋轉角度對股骨近端生物力學影響的有限元分析［J］.中國中醫(yī)骨傷科雜志，2023，31（11）：41-46.

［10］" 陳紀寶，盈梅，周磊，等.股骨頸動力交叉釘系統(tǒng)主釘位置對股骨頸骨折穩(wěn)定性影響的有限元分析［J］.臨床骨科雜志，2023，26（5）：739-744.

［11］" 韓彪，李冀，李彬，等.不同復位條件下股骨頸骨折最優(yōu)固定方式的有限元分析［J］.中國組織工程研究，2024，28（12）：1810-1814.

［12］" 賈繼齋，殷貴鯤，謝輝，等.非解剖復位下股骨頸系統(tǒng)內(nèi)固定治療股骨頸骨折的有限元分析［J］.中國組織工程研究，2024，28（21）：3319-3325.

［13］" 薛曉峰，魏永康，喬曉紅，等.股骨頸骨折空心釘內(nèi)固定后股骨近端骨質疏松的有限元分析［J］.中國組織工程研究，2024，28（6）：862-867.

［14］" 蘇志豪，譚宏莉，徐子環(huán)，等.Pauwels Ⅲ型股骨頸骨折骨缺損不同內(nèi)固定方案的生物力學分析［J］.中國骨傷，2023，36（3）：255-261.

［15］" LONG C， LIU J H， CHAI X P， et al. A novel 3D-printed device for precise percutaneous placement of cannulated compression screws in human femoral neck fractures［J］. Biomed Res Int， 2021，2021：1308805.

［16］" 王清澤，羅明星，曾帥，等.3D打印經(jīng)皮手術導板在股骨頸骨折閉合復位空心螺釘內(nèi)固定術中的應用［J］.中國骨傷，2023，36（3）：209-215.

［17］" 孫博，李冀，王靜悅，等.3D打印導航模板輔助空心螺釘內(nèi)固定治療中青年股骨頸骨折的應用價值及對功能結局的影響：一項前瞻性單中心隨機對照研究［J］.中華骨與關節(jié)外科雜志，2022，15（4）：269-275.

［18］" 盛曉磊，劉蘇，王進，等.3D打印導板輔助新型股骨頸內(nèi)固定系統(tǒng)置釘治療中青年股骨頸骨折［J］.中國組織工程研究，2022，26（33）：5290-5296.

［19］" 丁悅，羅劍鋒，王臻，等.個性化3D打印導向器空心釘固定股骨頸骨折［J］.中國矯形外科雜志，2020，28（24）：2213-2217.

［20］" CONG Y X， WEN P F， DUAN Y C， et al. Orthopedic robot-assisted femoral neck system in the treatment of femoral neck fracture［J］. J Vis Exp， 2023（193）.

［21］" 劉亞軍，王照東，徐陳，等.天璣骨科機器人輔助股骨頸動力交叉釘系統(tǒng)微創(chuàng)治療老年GardenⅡ、Ⅲ型股骨頸骨折早期臨床療效［J］.中國修復重建外科雜志，2023，37（12）：1471-1476.

［22］" 張子陽.天璣骨科手術機器人輔助導航與傳統(tǒng)股骨頸骨折中空釘內(nèi)固定的療效比較［J］.醫(yī)學理論與實踐，2023，36（20）：3492-3494.

［23］" 張頔，肖蕊，張萌萌，等.天璣骨科機器人輔助股骨頸空心釘內(nèi)固定標準化護理的應用研究［J］.實用臨床醫(yī)藥雜志，2023，27（12）：23-26.

［24］" 聶德新，孫文皋，王小強，等.天璣機器人輔助下置釘與傳統(tǒng)空心螺釘內(nèi)固定股骨頸骨折療效比較［J］.中國骨傷，2023，36（3）：221-225.

［25］" 龍玉斌，李一然，陳偉，等.天璣機器人輔助股骨頸動力交叉釘系統(tǒng)固定治療中老年股骨頸骨折的近期效果分析［J］.河北醫(yī)科大學學報，2023，44（5）：541-546.

［26］" WANG X F， ZHANG Y X， LOU L B， et al. Robotic-assisted systems for the safe and reliable treatment of femoral neck fractures：retrospective cohort study［J］. J Orthop Surg Res， 2023，18（1）：633.

［27］" 荊玉龍，張樹棟，韓紫音，等.骨科機器人輔助股骨頸動力交叉釘系統(tǒng)治療新鮮股骨頸骨折的近期療效［J］.中國修復重建外科雜志，2022，36（08）：946-950.

［28］" AL-NASEEM A O， GONNAH A R， AL-ALI H， et al. Robot-assisted versus conventional freehand fluoroscopy-guided percutaneous screw fixation in femoral neck fractures：a systematic review and meta-analysis［J］. Cureus， 2022，14（4）：e24258.

［29］" FENG W， YAO Z M， LIU H N， et al. Robot-assisted cannulated compression screw internal fixation for treatment of femoral neck fracture in children： a case series of ten patients［J］. Front Pediatr， 2022，10：1105717.

［30］" WAN L， ZHANG X Y， WU D L， et al. Application of robot positioning for cannulated screw internal fixation in the treatment of femoral neck fracture：retrospective study［J］. JMIR Med Inform， 2021， 9（1）：e24164.

［31］" 盛偉超，張敬乙，楊光，等.Renaissance機器人在青少年特發(fā)性脊柱側凸中置釘失效分析及對策［J］.生物骨科材料與臨床研究，2022，19（2）：1-4.

［32］" 劉奎民，姜傳強，孫濤，等.天磯骨科手術機器人與傳統(tǒng)手術治療股骨頸骨折的直接經(jīng)濟負擔比較［J］.骨科臨床與研究雜志，2020，5（3）：143-145.

（收稿日期：2024-03-28 修回日期：2024-04-29）

（編輯：梁明佩）