研究背景:骨关节炎(osteoarthritis,OA)是世界范围内日益严重的健康问题,表现为持续加重的关节疼痛、肿胀、活动度下降甚至消失,严重影响患者的生活质量。目前全球大约1%的成年人患有晚期踝关节OA,踝关节OA已经成为继膝关节炎、髋关节炎之后最常见的骨性关节炎性疾病,已经并将越来越被临床医师重视。目前治疗晚期踝关节OA的主要方法时踝关节融合术和置换术,两者皆属“牺牲”关节手术而非“保”关节手术。踝关节融合术在缓解疼痛方面效果可靠但需牺牲踝关节的活动度,常导致术后步态异常和临近的足部关节退变,近年在患者中的接受度呈下降趋势;踝关节置换术虽可较好保留关节活动度,但因假体与国人骨形态匹配度较差、相对禁忌症较多(年龄低、运动活跃、术前踝关节僵硬、骨质疏松等)、并发症发生率较高、费用昂贵等限制了在国内的应用。因此,采取有效措施延缓或终止踩关节OA进展为终末期具有重要的临床意义。踩上截骨术(supramolecular osteotomy,SMO)是当下“保”关节手术的主要手段,通过调整胫骨和距骨对线来矫正踝部力线,使踝部的负重应力重新正常分布,从而达到延缓甚至终止踝关节继续退变的目的。截骨术中,根据角度旋转中心(centers of rotation of angulation,CORA)施行精确截骨是手术成败的关键,也是众多学者多年来一直关注的热点。传统的截骨术根据术前影像学资料制定手术计划,术中凭借术者的经验徒手置入截骨导针后进行截骨,往往截骨精确度与术前计划存在差异,尤其对合并关节内畸形的复杂踝关节炎病例在进行踝穴内截骨时徒手穿针的局限性更加明显,术中需要耗费时间来反复透视、调整截骨导针的位置和角度,增加了麻醉风险和对关节面的破坏,如果导针偏差较大则会影响疗效。随着微创外科技术和精准医疗的发展,骨科机器人手术开始崭露头角。国产天玑TM骨科手术机器人具有微创、智能、精准等特性,在行业内处于国际领先水平,已经在骶髂关节固定、全脊柱椎弓根螺钉植入等领域得到广泛应用。遗憾的是,迄今为止很少有足踝部施行骨科机器人辅助手术的报道,国内目前仅见一篇“机器人辅助下胫距跟关节融合术治疗踝关节、距下关节骨关节炎”文献,国外也未见关于骨科机器人辅助截骨治疗中重度骨性踝关节炎的报道。由于机器人手术的突出优势是精准度高(误差小于1mm),而现有的器械设备无法在手术中将足踝部严格固定,操作中足踝部活动幅度远远超过机器人本身的精准度,导致机器人辅助足踝部手术失去了高精准度优势;同时,机器人辅助手术需要在临近手术区域的骨隆突另外置入螺钉来固定患者示踪器,造成额外的损伤。以上因素限制了骨科机器人辅助足踝部手术的开展,尽早解决这一来自于配套器械方面的困难迫在眉睫。作者工作的医院是国家工信部、卫健委授予的“国家级骨科手术机器人应用中心”创建单位,承担国家重点研发计划项目“多适应证骨科手术机器人产品研制”的子课题“多适应证骨科手术机器人关键技术及核心部件研究”,在探索骨科机器人的适应证方面积累了较多经验。作为医院骨科机器人团队的足踩组负责人,作者及团队研发了的“骨科手术机器人用足部固定器”,以该固定器为基础将骨科机器人辅助手术在足踝外科领域开展起来。在扩大机器人辅助足踝部手术适应证的探索中,结合既往较成熟的踝上截骨治疗踝关节炎的经验,对机器人辅助截骨治疗中重度骨性踝关节炎操作流程进行了探讨。本论文在以上研究背景下展开讨论。研究目的:1、探讨机器人辅助截骨治疗中重度骨性踝关节炎操作流程;2、通过临床应用研究,观察机器人辅助截骨技术对踝关节炎手术过程和术后影像学、临床功能的影响,为截骨治疗中重度骨性踩关节炎提供新的思路。资料与方法:第一部分,探索机器人辅助截骨治疗中重度骨性踝关节炎操作流程。该流程在专利“骨科机器人用足部固定器”的基础上开展,流程包括:1、踝关节清理;2、“机器人用足部固定器”固定足踝部并无创性放置患者示踪器;3、适用机器人手术的术中影像学检查;4、影像学信息导入机器人工作站生成规划视图;5、规划视图上设计截骨导针;6、模拟运行轨迹,机械臂引导置入导针;7、截骨、三维度调整和影像学确认;8自体骨植骨和固定;9、其他辅助手术。第二部分,临床应用研究。2017年9月至2018年9月间,由同一医师施行踝上截骨治疗的中重度骨性踝关节炎20例患者作为研究对象,按照入院时间随机分为机器人辅助截骨(robot-assisted osteotomy,RAO)组和传统手术(conventional osteotomy,CO)组各10例,所有病例都为单侧手术。根据改良的Takakura踝关节炎分期,RAO组为2期1例,3a期7例,3b期2例;CO组为2期2例,3a期6例,3b期2例。两组中各有2例合并明显的关节内畸形病例在踝上截骨的同时行关节内截骨(踝穴成形术)。手术方法:RAO组按照上述流程进行机器人辅助截骨;CO组除徒手完成截骨导针置入外其他步骤与RAO组一致。观察指标:(1)一般结果;(2)术中置入截骨导针结果,观察每例病例截骨导针穿针次数、透视频率、穿针耗时(min),观察每枚导针偏移程度(mm);(3)术前、术后影像学指标变化,包括:术前术后X线片上测量胫骨远端内侧角(medial distal tibial angle,MDTA)、胫骨远端前侧角(anterior distal tibial angle,ADTA);(4)术前、术后1年复查时的美国足踝外科协会(American Orthopaedic Foot and Ankle Society,AOFAS)功能评分和视觉模拟疼痛评分(visual analogue scale,VAS)的变化。对以上数据进行统计,得出结论。结果1.一般结果20例患者术后1年时均获得随访。围手术期RAO组2例患者术后出现下肢肌间静脉血栓,经皮下注射低分子肝素痊愈。CO组1例患者术后发生表浅皮肤感染,经换药痊愈。经X线平片或CT扫描RAO组和CO组所有病例最终均获骨性愈合,愈合时间分别为3.9±0.99月(3-6月)和4.0±1.08月(3-6月)。随访期间每组各有2例因内固定物激惹取出内固定物,所有病例未见进一步施行关节融合或置换手术。2.术中置入截骨导针结果导针数:每组共计置入截骨导针24枚(每例病例胫骨远端关节外截骨导针2枚、合并关节内畸形的病例每例另置入关节内导针2枚)。穿针次数:RAO组截骨导针(包括关节外和关节内)经机械臂引导均一次性置入预定位置;每例病例平均穿针2.40±0.84次。CO组平均每例穿针5.40±2.01次。C型臂或3维C型臂透视频率:RAO组每个病例C型臂透视4次或3维C型臂扫描(联合关节内截骨病例)平均3.80±0.42次。CO组每个病例C型臂透视平均10.3±4.83 次。穿针耗时:RAO组每个病例穿针平均耗时3.4± 1.51min。CO组每个病例穿针平均耗时11.6±3.62 min。导针偏移量:RAO组主控台显示所有24枚导针偏移平均1.07±0.91mm。CO组所有24枚导针与体表标记克氏针偏移平均5.40±2.27mm。两组对比:穿针次数(p=0.0021)、透视频率(p=0.0187)、穿针耗时(p=0.0003)、导针总偏移(p=0.0002)结果对比,均有明显统计学差异,RAO组明显优于CO组。3.术前、术后影像学指标变化结果RAO组10例患者X线片测量MDTA由术前81.0°±2.16°改善为术后1年90.6°士 1.08°,有显著统计学差异(p=0.000);CO组10例患者X线片测量MDTA由术前81.6°±1.51°改善为术后1年90.7°±3.27°,有显著统计学差异(p=0.000)。两组间术后1年MDTA对比,无统计学差异(p=0.4804)。RAO组10例患者X线片测量ADTA由术前82.01°±1.15°改善为术后1年83.9°±1,10°,有显著统计学差异(p=0.0014);CO组10例患者X线片测量MDTA由术前81.6°±1.35°改善为术后1年83.3°± 1.16°,有显著统计学差异(p=0.0073)。两组间术后1年ADTA对比,无统计学差异(p=0.2507)。4.临床功能评分和疼痛评分RAO组AOFAS评分从术前45.7±9.80分提高为术后1年85.4±5.42分,有显著统计学差异(P=0.0000);CO组从术前47.3±7.48分提高为术后1年80.2±2.86分,有显著统计学差异(p=0.0000)。组间对比,术前RAO组平均值较CO组稍差但无明显统计学差异,术后RAO组AOFAS评分优于CO组(p=0.0181)。RAO组VAS评分从术前5.00±2.00分改善为术后1年1.40±0.70分,有显著统计学差异(p=0.0000);CO组从术前5.10±1.29分改善为术后1年1.50±0.53分,有显著统计学差异(p=0.0000)。组间对比,术前和术后RAO组平均值较CO组均无明显统计学差异(术前p=0.9083,术后p=0.8312)。结论:1、基于“机器人用足部固定器”的机器人辅助截骨治疗中重度骨性踩关节炎流程可以顺利应用于临床并将随着器械设备的改进不断完善。2、机器人辅助截骨技术对手术过程有积极影响,与传统的徒手截骨技术对比具有截骨导针调整次数少、术中透视频率少、穿针耗时少,导针偏移小的优势,尤其在合并严重关节内畸形的复杂骨性踝关节炎病例时优势更加明显。3、踝上截骨治疗中重度骨性踝关节炎可以改善胫骨远端几何形态,矫正踝部力线,影像学指标和功能获得明显改善,是治疗骨性踝关节炎的一种有效方法。4、本研究病例表明,机器人辅助踝上截骨术后的功能评分优于传统截骨术,仍需要进一步积累更多病例增加可信度。