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天津十一选五推荐号码预测专家今日:被動式非影像依從導航系統在全膝關節置換術中的應用進展

文章出處: 作者: 人氣: 發表時間:2019-05-24 10:00:03

天津十一选五走势图带连线 www.lwfno.icu 來源:中國骨傷2019年4月第32卷第4期

 

20世紀60-70年代人工全膝關節置換術(TKA)應用于臨床以來,膝關節假體材料、設計、手術操作及術后康復也在不斷更新,取得了非常好的臨床效果,在骨科手術史上有著里程碑式的意義。多種因素會對全膝關節置換術后的臨床療效有所影響,包括術前患者的病變程度、術中操作、術后軟組織平衡、術后假體位置、術后下肢力線等。其中,術后假體的準確安置及下肢力線的恢復尤為重要。傳統全膝關節置換術在恢復下肢力線及提高假體位置精確度方面有其自身的局限性,在術中進行定位時,主要依賴骨性標志、術者經驗及術前影像學資料。計算機輔助導航全膝關節置換術于1998年開始應用于臨床,可在術中實時監測截骨及間隙平衡,有利于恢復下肢力線及提高下肢假體的安裝精確度,促進患者膝關節功能恢復,延長假體使用壽命。


目前應用于全膝關節置換術中的計算機導航系統依據交互方式的不同可分為3種:(1)主動式系統。手術全部由手術機器人自動完成,術中無人為干涉。(2)半主動式系統。在術者的參與下,由系統按照術者的預定計劃完成手術操作。(3)被動式結構。僅在術中提供給術者實時測量的位置及解剖參數,由術者進行全部手術操作。而每種系統又可依據是否需要術前影像資料分為2種:(1)影像依從系統。(2)非影像依從系統。目前,被動式非影像依從系統具有經濟、快捷及準確的特點,是人工全膝關節置換術最常用的計算機輔助技術。因此,本文將主要介紹該系統的工作原理及術中應用。


工作原理


被動式非影像依從導航系統是第1個被應用于常規臨床實踐中計算機導航輔助系統。其工作原理是將醫學影像技術、計算機技術、空間示蹤技術與手術操作相結合,通過定位于患者特定解剖結構上的示蹤器,直接從患者的解剖結構上收集運動學和解剖學上的數據,通過計算機將所接收信號和發射器位置點的數據處理后,計算出用以定位術中器械及解剖結構的參考框架并轉換為直接的動畫圖像,進行術中實時導航;同時對截骨、膝關節周圍軟組織張力、下肢對線等數據進行量化,給術者提供假體位置及下肢力線的參考信息,便于術者做出客觀評價,并指導完成手術。


設備部件


雖然目前市場上有很多不同品牌的計算機輔助系統,但其基本部件都是相同的。包括:(1)主機。帶有光學傳感器的三維立體定位裝置,可將所接收的實時動態信息傳入計算機主機進行分析處理,在屏幕上實時顯示術中參數及圖像。(2)示蹤器(tracker)。術中用以反射或發射紅外線至計算機的器械,通過錨釘或連接桿定位在股骨、脛骨及手術器械上,用來定位術中骨的結構及骨與手術器械位置的相關信息。(3)指示器(pointer)。術中用以配準患者的實際坐標系與系統中虛擬坐標系,在術中導航時可定位患者空間位置的器械。(4)配套專用手術工具。根據不同的計算機輔助系統而選擇。


操作步驟


建立人機導航環境    導航設備的主機的位置一般置于術者對側,調整攝像設備使其與膝關節呈45°角。計算機屏幕一般置于患者頭部上方,這樣方便術者觀看,且不影響手術視野。術中系統通過計算機主機、示蹤器和指示器,可建立手術定位所需的立體三維坐標系。此坐標系的穩定直接關系到手術的精確性,而坐標系的穩定取決于示蹤器的穩定固定。因此,如果不能牢靠的固定示蹤器,手術的精確性也將受影響。


注冊解剖點/配準    該步驟是不同計算機輔助手術系統的基礎及關鍵步驟。通過這一步,計算機系統采集患者個體化解剖點信息,并與系統內的虛擬模型相匹配,在系統顯示屏幕上將模型實時顯示出來,從而對手術操作逐步進行模擬、導航和監控。如果輸入的信息有誤,那么輸出的信息也是錯誤的。注冊過程可分為3步:(1)旋轉髖關節確定髖關節中心。分別注冊脛骨側及股骨側膝關節中心點,計算股骨的軸線。通過對內外踝和前交叉韌帶止點的注冊來確定踝關節中心和脛骨機械軸線,系統分析下肢力線。(2)采集膝關節表面解剖信息并綜合分析后,確定患者所需假體的大小及安放位置,決定截骨厚度。(3)計算機將上述信息進行綜合處理后,自動生成針對該患者的手術計劃,該計劃可根據患者判斷而對截骨厚度、假體位置等進行適時調整。在注冊過程中,術者可同時評估患肢的運動范圍、動態機械軸及膝關節內外側軟組織平衡情況。


術中導航及實時監控    在系統導航下,按照預定計劃進行截骨等操作。系統可實時跟蹤并顯示每一步的結果及其偏差情況,術者通過屏幕獲得實時信息,實現人機互動,并可根據術中具體情況實時調整操作方案,從而取得預期的手術目的。術中截骨是通過截骨模板的導航進行,在截骨完成后,可在截骨面上使用平面測量器再次測量截骨的精確性,如需調整,可使用骨挫進一步矯正(0.5°~1°)。聯合使用張力測量儀,系統還可對膝關節周圍軟組織松解和韌帶平衡提供導航參數。


評估膝關節功能     計算機導航系統還可評估手術前后的膝關節解剖和功能狀態,如力線、畸形角度、活動范圍、假體位置、軟組織平衡等,以客觀數據或圖形方式記錄,幫助攝者采取最合適的術式,并用于術后與臨床及X線結果進行比較。


計算機導航系統的優勢


精確的假體位置及下肢對線    全膝關節置換術后下肢力線的恢復及假體位置是影響手術效果的重要因素之一,正確的下肢力線及假體位置能夠促進患者膝關節功能恢復,減少遠期磨損、骨吸收、假體松動,延長假體使用壽命。計算機導航輔助系統能夠做到術中實時精確定位及下肢力學軸線的精確計算,定位誤差<1mm,力學軸線<1°。有研究顯示,計算機導航可增加假體在冠狀位、矢狀位和軸向位置上的植入精度,且術后精確力線及假體位置的可重復性好。近期澳大利亞的一項研究顯示,使用導航系統可顯著降低65歲以下患者全膝關節置換術后6年的翻修率,同時對年齡更大的患者,其術后翻修率也有降低趨勢。


改善術后膝關節功能     計算機輔助系統不但能夠保證術后下肢力線及膝關節假體位置的準確性,同時可以在術中實時監測膝關節軟組織平衡。聯合應用平衡/張力裝置可測量膝關節屈伸和內外側間隙,為術者判斷軟組織松解部位、松解方式及程度提供客觀依據;當軟組織松解后,可安裝假體試模再次測量當前膝關節運動學參數及試模運動曲線,確保術后下肢力線及膝關節功能的恢復。已有前瞻性隨機對照臨床試驗研究發現,在全膝關節置換術后患者中,導航組早期膝關節功能稍優于傳統手術組。


適應證廣泛     嚴重的內(外)翻膝關節患者常伴有股骨或脛骨側的骨缺損、股骨髁上畸形、膝關節內(外)側軟組織結構改變,這些病理結構對于傳統全膝關節置換手術中截骨和軟組織平衡有很大難度,使術后恢復軟組織平衡及下肢力線難度大。而計算機導航技術參考股骨及脛骨機械軸進行截骨,與膝關節內(外)翻嚴重程度無關,能夠更準確地控制嚴重膝關節畸形患者的截骨角度、厚度,適度調整股骨遠端及脛骨的截骨量,取得更好的膝關節軟組織平衡,達到更滿意的手術效果。


微創人工全膝關節置換術也是近年來比較熱門的手術技術,微創技術可減少患者的手術創傷,盡早恢復膝關節功能。然而相比傳統手術方案,微創全膝關節置換術后發生假體位置不良比例較高,這可能與微創手術實際操作中僅能暴露有限的術野,術中不能清楚觀察到解剖標記,且學習、操作難度較高。而使用計算機輔助導航系統,可在微創手術中發揮其精準安裝假體位置及恢復下肢力線的優勢。已有文獻報道,使用計算機輔助導航系統集合微創全膝關節置換技術,可提高術后下肢力線準確性,且術中出血量及術后下肢功能未見明顯差異。


并發癥發生率低     使用計算機輔助導航系統,在手術中在股骨側不需要進行髓內定位,可減少術中出血量及術后脂肪栓塞的發生率。有研究使用經顱多普勒超聲及經食管超聲心動圖發現,與傳統手術組相比,計算機輔助手術組可有效降低血栓在全身的循環,減少了循環系統中栓子的形成。手術后的感染率、術中失血量及術后引流量并無明顯變化。


計算機輔助系統的不足


顯著延長手術時間    有文獻報道使用計算機輔助膝關節置換手術比常規手術組時間延長約15~35min。隨著術者對計算機系統的逐漸熟悉,所延長時間將逐漸減少。對于嚴重畸形的膝關節患者,使用計算機輔助手術系統可減少截骨及軟組織平衡時間,從而縮短手術時間。


術中可能釘孔部位骨折    使用計算機系統時,經皮于股骨或脛骨上鉆孔安置示蹤器可能導致釘孔處應力性骨折。Beldame等和Bonutti等都報道了股骨側的應力性骨折的發生,這可能與錨釘型號、患者體重及骨質、錨釘穿透兩側皮質有關,但沒有統計學依據支持。有學者建議使用2個3mm皮質定位釘,而不是5mm的1個定位釘以避免術中定位釘造成骨折。


設備較昂貴,學習時間長    目前計算機輔助導航系統昂貴的價格限制了其廣泛推廣應用,隨著技術的發展及系統的成熟,其普及的速度會越來越快。而學習并掌握計算機系統需要一定的學習曲線。


可能誤導術者     在實際使用過程中,可能會因計算機設備的精度影響、術中示蹤器松動、術中配準誤差等,導致系統輸出不正確的手術信息,誤導術者的操作。因此,在使用計算機輔助系統前,需要深入理解計算機系統的基本原理,熟悉設備的各項功能,了解其優點及不足,這樣才能最大限度減低對導航信息的誤解。


總結與展望


目前在研究計算機輔助手術系統的報道中,對下肢力線、假體位置冠狀位及矢狀位準確度、膝關節軟組織平衡等方面的研究較多,這些只是術后短中期臨床指標。對假體旋轉對線、術后膝關節功能評分、術后長期隨訪等研究較少,缺乏足夠的證據資料,目前仍存在較大的爭議,仍需更多前瞻性、隨機對照研究及更統一的評估標準對比計算機輔助導航技術與傳統手術技術的術后療效。


隨著計算機輔助導航系統的進一步發展和更新,其硬件設施亦需要改進。一方面,應通過改善術中示蹤器固定方式,減少術中創傷,避免應力性骨折;同時應簡化術中注冊的操作,提高手術效率。另一方面,目前所用的計算機手術系統其操作界面及人機交互方式仍然較為復雜,增加了學習曲線。因此,將來需對計算機系統制定統一的標準,并改進系統的人機交互方式,降低學習及操作難度。未來隨著計算機輔助導航系統的不斷創新,其成本及售價也需進一步調整下降,才能更廣泛的應用于臨床。

 

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