章 瑩，夏遠軍，萬 磊，吳 文，譚新宇，謝會斌，劉漢輝，尹慶水

足踝部骨折包括脛骨遠端骨折、跟骨骨折、踝關(guān)節(jié)骨折、距骨骨折、足跗骨骨折和跖趾骨骨折，此類骨折較為常見，但治療效果卻不盡人意。究其原因，主要是受制于足踝解剖結(jié)構(gòu)及其生物力學(xué)機制的復(fù)雜性[1]。臨床上術(shù)者往往很難依據(jù)平面圖像獲得足踝部骨折的整體精確三維圖像，并在此基礎(chǔ)上以有效恢復(fù)生物力學(xué)機制為目的制定個體化骨折治療方案。而一旦術(shù)中未能使骨折獲得良好復(fù)位，就極易導(dǎo)致創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎等手術(shù)并發(fā)癥的發(fā)生[2,3]。本研究采用CT圖像、計算機三維重建和三維設(shè)計模擬技術(shù)，在術(shù)前建立足踝部骨折的三維數(shù)字模型，以恢復(fù)踝關(guān)節(jié)的脛距關(guān)節(jié)面、距骨的距下關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)面為基準，并在測量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進行撬撥復(fù)位計算機三維虛擬，測算撬撥復(fù)位旋轉(zhuǎn)角度以及需要撬撥復(fù)位的程度，從而設(shè)計出使關(guān)節(jié)面骨折解剖復(fù)位的理想方案。以此作為術(shù)中的參考依據(jù)，在C型臂X線機監(jiān)測下按計算機設(shè)計方案實施手術(shù)，復(fù)位效果滿意。

1 資料與方法

1.1 一般資料與分組

對我院2007年11月～2009年8月收治的255例復(fù)雜足踝部骨折患者進行手術(shù)治療，其中123例采用傳統(tǒng)手術(shù)方法進行治療，另132例在術(shù)前進行CT圖像三維重建、計算機三維模擬手術(shù)和個體化標本預(yù)手術(shù)的基礎(chǔ)上實施精確化手術(shù)。對獲得隨訪的196例患者進行回顧性研究，其中計算機輔助組105例，男61例，女44例，年齡14～69歲，平均32.5歲；致傷原因：高處墜落傷49例，車禍傷33例，其他原因23例，受傷到治療時間3 h～5 d。常規(guī)手術(shù)組91例，男51例，女40例，年齡16～64歲，平均29.3歲。致傷原因：高處墜落傷39例，車禍傷21例，其他原因31例，受傷到治療時間3 h～5 d。兩組性別、年齡、骨折類型、受傷到治療時間等一般資料相似。

1.2 手術(shù)方法

1.2.1 傳統(tǒng)手術(shù)方法 常規(guī)手術(shù)切口，直視下復(fù)位骨折塊并植骨，植骨量為6～20 g，術(shù)中根據(jù)不同情況選用解剖鈦鋼板、松質(zhì)骨螺釘進行內(nèi)固定。

1.2.2 計算機輔助個體化手術(shù)方法

1.2.2.1 CT數(shù)據(jù)的處理和足踝部骨折三維重建：選擇患者足踝骨折處CT平掃DICOM 3.0格式數(shù)據(jù)，掃描層距1 mm。在Mimics 11.1中調(diào)用圖像數(shù)據(jù)序列，設(shè)定Threshold line=1500（Hounsfield scale），啟動Region Growing對跟骨建立Mask像素集合。執(zhí)行Calculate 3 d form mask，建立以健側(cè)為鏡像的患側(cè)跟骨正常狀態(tài)的三維模型?；紓?cè)骨折塊具有相近的Hounsfield值，故對骨折塊的分割采用手動逐層追蹤，建立各骨折塊的Mask像素集合，再由Mask運算出跟骨各骨折塊的3D Object，經(jīng)Unite布爾運算獲得患側(cè)骨折三維模型。調(diào)用FEA模塊的Smooth功能拋光三維模型表面，減少三維圖像信號噪音，以利于選擇表面觀察點。

1.2.2.2 撬撥復(fù)位計算機三維設(shè)計：對跟骨結(jié)節(jié)骨折塊3D Object采取Rotate操作，緩慢旋轉(zhuǎn)跟骨骨折塊，模擬手術(shù)撬撥過程，使Bohler角逐漸恢復(fù)至健側(cè)水平。測量跟骨結(jié)節(jié)撬撥旋轉(zhuǎn)角度，對脛骨遠端和三踝骨折的骨折塊3D Object進行移動操作，模擬手術(shù)復(fù)位過程，使骨折恢復(fù)至正常位置，同時打印跟骨骨折復(fù)位后圖片，以此作為術(shù)中參考依據(jù)。

1.2.2.3 個體化精確手術(shù)：采用計算機模擬足踝部骨折復(fù)位后打印圖片，通過計算機測量骨折塊撬撥角度，為個體化手術(shù)提供參照（圖1），使足踝部骨折精確復(fù)位成為可能[4,5]。采用常規(guī)手術(shù)切口，按術(shù)前設(shè)計的方案用骨刀將塌陷的骨折塊撬起以恢復(fù)關(guān)節(jié)面平整及高度，按術(shù)前估計的植骨量采用人工骨或自體髂骨條植骨，植骨量為6～20 g，按術(shù)前模擬手術(shù)選用解剖鈦鋼板、松質(zhì)骨螺釘進行內(nèi)固定。撬撥復(fù)位在C型臂X線機的透視下可發(fā)現(xiàn)復(fù)位固定的足踝部骨折與計算機足踝骨折復(fù)位后打印圖片一致（圖2）。

圖1 粉碎性跟骨骨折的術(shù)前三維重建及撬撥復(fù)位模擬

1.3 臨床觀察指標

術(shù)中記錄計算機輔助組和常規(guī)手術(shù)組的復(fù)位固定時間；術(shù)后拍攝跟骨側(cè)位和軸位像以及踝關(guān)節(jié)正側(cè)位像X線片，觀察術(shù)后骨折復(fù)位情況；術(shù)后6個月按照美國足踝外科學(xué)會足部功能評分系統(tǒng)（Hindfoot score）[3]對兩組的踝關(guān)節(jié)功能進行評估：包括疼痛（40分）、功能（50分）和力線（10分）3個方面，總分100分，90～100分為優(yōu)，75～89分為良，50～74分為可，＜50分為差。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

所有數(shù)據(jù)應(yīng)用SPSS 11.0軟件進行統(tǒng)計學(xué)處理。術(shù)中觀察指標的分析采用t檢驗，術(shù)后踝關(guān)節(jié)功能比較采用χ2檢驗，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

255例患者術(shù)程順利，其中196例患者獲得6～36個月隨訪，平均隨訪時間12個月。計算機輔助組105例，常規(guī)手術(shù)組91例，復(fù)位固定時間分別為（44.3±5.4）min和（56.3±5.7）min，兩組比較為差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=4.510，P=0.000）；隨訪6個月計算機輔助組踝關(guān)節(jié)功能評分（優(yōu)60例，良35例，可10例，優(yōu)良率90.4%）優(yōu)于常規(guī)手術(shù)組（優(yōu)39例，良32例，可14例，差6例，優(yōu)良率78.0%），但兩組比較為差異無統(tǒng)計學(xué)意義（χ2=1.418，P=0.165）。

3 討論

足踝部骨折是骨科常見損傷之一，因骨折常波及關(guān)節(jié)面，所以即使是輕微移位亦有其重要的臨床意義[6,7]。移位的足踝部骨折盡管可以通過閉合復(fù)位手段取得滿意復(fù)位甚至解剖復(fù)位，但維持這種復(fù)位通常需要以長腿石膏托固定于非功能位至少6周，康復(fù)期較長且并發(fā)癥多，故對于無手術(shù)禁忌證、骨折塊波及關(guān)節(jié)面的移位足踝部骨折，通常主張行開放復(fù)位內(nèi)固定手術(shù)。

由于踝關(guān)節(jié)面積小、承重大且接近地面，導(dǎo)致作用于踝關(guān)節(jié)的承重應(yīng)力緩沖小，其承重力線的改變無法被其他關(guān)節(jié)代償；此外，踝穴的完整性依賴于腓骨的正常長度、脛骨和腓骨切跡中的精確位置以及下脛腓聯(lián)合的完整性[8]，故對足踝部累及關(guān)節(jié)面的骨折要求達到解剖復(fù)位，踝穴、距下關(guān)節(jié)的解剖復(fù)位以及早期恢復(fù)踝關(guān)節(jié)活動范圍是足踝部骨折治療的基本原則[9]。傳統(tǒng)手術(shù)術(shù)前無法完整評估骨折的復(fù)雜情況，從而使骨折復(fù)位不良、術(shù)后創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎的發(fā)生率較高。

數(shù)字化測量、計算機模擬、三維仿真等技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用為創(chuàng)傷骨科的臨床研究和診療方式提供了新的思路：首先，以往通過X線片測量獲得的數(shù)據(jù)現(xiàn)在可以通過數(shù)字化技術(shù)進行三維測量，結(jié)果更準確真實[10,11]；其次，隨著數(shù)字化骨科學(xué)的發(fā)展，數(shù)字化引導(dǎo)下快速成型制作三維導(dǎo)航模板技術(shù)日益成熟，可以使需要術(shù)者具備豐富經(jīng)驗的手術(shù)變得簡單易行，準確性和安全性得到很大程度的提高[12,13]。足踝部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，骨折后的狀況更為復(fù)雜，個體差異明顯，治療頗為棘手。采用計算機三維仿真技術(shù)治療復(fù)雜足踝部骨折，在術(shù)前建立足踝部骨折的三維數(shù)字模型，可以使術(shù)者對骨折的粉碎程度和關(guān)節(jié)面塌陷程度有清醒的認識和明確的了解[14]，并能仿真分析治療效果，為關(guān)節(jié)面的恢復(fù)提供新的手段；術(shù)前進行手術(shù)方案的設(shè)計和優(yōu)化，可以明顯縮短手術(shù)時間，減少術(shù)中出血量，減少手術(shù)創(chuàng)傷。

圖2 計算機輔助手術(shù)前后X線片

本組病例采用CT圖像、計算機三維重建和三維手術(shù)設(shè)計模擬技術(shù)治療復(fù)雜足踝部骨折，結(jié)果表明，術(shù)前建立足踝骨折的三維數(shù)字模型并對關(guān)節(jié)面塌陷的數(shù)值進行三維測量，可以從3個方面提高脛距關(guān)節(jié)面和距關(guān)節(jié)面恢復(fù)的精確度：其一，進行撬撥復(fù)位計算機三維虛擬仿真，使需要撬撥復(fù)位的程度與關(guān)節(jié)面的恢復(fù)相關(guān)聯(lián)，并在術(shù)前進行模擬撬撥復(fù)位，從而使術(shù)者做到心中有數(shù)，在實際撬撥操作時更加熟練準確，從而提高手術(shù)的精準度和安全性；其二，在三維數(shù)字影像技術(shù)的支持下，對病人健側(cè)、患側(cè)足踝部進行個體化三維設(shè)計和監(jiān)測，可解決個體差異帶來的影響；其三，計算機輔助設(shè)計可預(yù)測需要植骨的體積，為術(shù)后確定植骨量提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。在本組進行的回顧性研究中，計算機輔助組的術(shù)中復(fù)位固定時間短于傳統(tǒng)手術(shù)組，兩組比較為差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）；隨訪期間計算機輔助組的踝關(guān)節(jié)功能評分優(yōu)于傳統(tǒng)手術(shù)組，兩組比較為差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），推測可能與例數(shù)較少有關(guān)。以上結(jié)果印證了在復(fù)雜足踝部骨折手術(shù)中應(yīng)用計算機三維仿真技術(shù)，能有效減少術(shù)中復(fù)位固定時間，改善踝關(guān)節(jié)功能，提高臨床療效。

盡管計算機三維仿真技術(shù)治療復(fù)雜足踝部骨折具有明顯的優(yōu)勢，但仍然存在以下不足之處：（1）目前的數(shù)字化軟件操作繁瑣，需要由熟練掌握相關(guān)計算機軟件和創(chuàng)傷骨科專業(yè)知識的人員完成，不利于技術(shù)的普及和推廣；（2）分割骨折塊耗時，骨折塊的分割亦無法做到與實際骨折完全一致；（3）手術(shù)模擬與實際操作仍有差距，實際手術(shù)往往無法達到模擬復(fù)位的程度。因此發(fā)展更加簡單實用的數(shù)字化模擬軟件和更加精確的模擬工具仍然是數(shù)字化骨科發(fā)展的方向[10]。

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