數(shù)字骨科技術(shù)在復(fù)雜關(guān)節(jié)內(nèi)骨折手術(shù)中的應(yīng)用

劉 寶，曾憲明，漆海如

復(fù)雜關(guān)節(jié)內(nèi)骨折并非簡(jiǎn)單的側(cè)方、前后或成角移位，通常需要通過(guò)手術(shù)治療來(lái)達(dá)到解剖復(fù)位。就傳統(tǒng)骨折復(fù)位內(nèi)固定手術(shù)而言，由于術(shù)前對(duì)骨折具體情況缺乏了解，手術(shù)方案的制定也主要基于二維影像數(shù)據(jù)，一旦在入路、復(fù)位及內(nèi)固定方式等方面選擇不當(dāng)，就有可能導(dǎo)致切口愈合不良、骨與內(nèi)固定物外露等并發(fā)癥，影響患者關(guān)節(jié)功能[1-3]；加之術(shù)中操作高度依賴(lài)于術(shù)者的臨床經(jīng)驗(yàn)，如若骨折復(fù)位和截骨矯形操作欠佳，將嚴(yán)重影響手術(shù)效果。我科采用數(shù)字骨科技術(shù)對(duì)2013年12月至2017年1月收治的14例復(fù)雜關(guān)節(jié)內(nèi)骨折患者實(shí)施個(gè)性化手術(shù)治療，安全可靠，效果良好，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本組患者14例，其中男10例，女4例；年齡17～56歲，平均年齡（36±10）歲。損傷側(cè)別：左側(cè)8例、右側(cè)6例；損傷原因：車(chē)禍傷4例、高處墜落傷5例，爆炸傷1例，摔傷4例；新鮮骨折13例、陳舊骨折1例；骨折AO分型：C2型13例、C3型1例；損傷部位：腕關(guān)節(jié)3例、距下關(guān)節(jié)3例、髖關(guān)節(jié)2例、肩關(guān)節(jié)2例、踝關(guān)節(jié)2例、肘關(guān)節(jié)1例、膝關(guān)節(jié)1例，所有患者均無(wú)合并損傷。入院后至手術(shù)時(shí)間3～7 d，平均4.6 d。

1.2 數(shù)字骨科手術(shù)方法

1.2.1 術(shù)前骨關(guān)節(jié)三維重建 采用64排雙螺旋CT（GE，美國(guó)），以層厚0.625 mm、層距0.625 mm對(duì)雙側(cè)骨關(guān)節(jié)進(jìn)行薄層掃描。掃描原始數(shù)據(jù)以DICOM格式刻錄光盤(pán)，經(jīng)MIMICS 16.0軟件（Materialise公司，比利時(shí)）處理，采用編輯工具調(diào)整患處閾值，運(yùn)用Draw、Erase功能分割和填充骨折塊，通過(guò)區(qū)域增長(zhǎng)和布爾運(yùn)算設(shè)置骨折塊新面罩，通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算建立骨關(guān)節(jié)解剖三維模型，以STL格式輸出保存。

1.2.2 個(gè)性化輔助手術(shù)模板設(shè)計(jì)及3D打印 將骨折三維模型以STL數(shù)據(jù)格式輸入Imageware 12.0軟件（EDS公司，美國(guó)），觀察、分析和測(cè)量骨折分布、移位情況。對(duì)四肢常用鎖定接骨板及螺釘進(jìn)行激光三維掃描，獲取接骨板及螺釘?shù)娜S模型，建立接骨板螺釘三維數(shù)據(jù)庫(kù)。

在Imageware軟件中根據(jù)骨折復(fù)位和接骨板螺釘固定情況確定螺釘位置及方向，陳舊性骨折模型需先確定截骨面，提取骨關(guān)節(jié)面、螺釘點(diǎn)云及截骨面點(diǎn)云，利用畫(huà)線(xiàn)、曲面構(gòu)建等功能建立復(fù)位導(dǎo)航模板和截骨模板曲面模型，將曲面模型與骨折點(diǎn)云建立組并恢復(fù)到復(fù)位前三維空間，然后拆分組并將曲面模型以iges格式導(dǎo)入U(xiǎn)G NX6.0軟件（EDS公司，美國(guó)），通過(guò)縫合功能將曲面模型縫合為體模型，添加輔助骨折復(fù)位、截骨和內(nèi)固定螺釘孔道定位等功能，最后運(yùn)用布爾運(yùn)算融合，得到帶有螺釘定位功能的復(fù)位導(dǎo)航模板和截骨模板三維體模型，并以STL文件輸出、保存，運(yùn)用光敏樹(shù)脂立體光固化成型或金屬粉末燒結(jié)技術(shù)3D打印實(shí)體模型。

1.2.3 仿真模擬手術(shù) 仿真模擬骨折解剖復(fù)位，根據(jù)手術(shù)操作的需要，將個(gè)性化導(dǎo)航模板用于術(shù)中引導(dǎo)骨折復(fù)位和截骨手術(shù)等；根據(jù)骨折具體情況選擇合適的內(nèi)固定接骨板，模擬骨折固定，了解內(nèi)固定裝置適配情況并預(yù)先測(cè)量螺釘長(zhǎng)度等，完成仿真模擬手術(shù)復(fù)位及固定，確定最佳的手術(shù)方案。

1.2.4 數(shù)字技術(shù)輔助復(fù)位截骨內(nèi)固定手術(shù) 根據(jù)術(shù)前模擬手術(shù)方案設(shè)計(jì)相應(yīng)切口，暴露骨折端并清除斷端軟組織。對(duì)于新鮮骨折患者，將復(fù)位導(dǎo)航模板置于相應(yīng)骨面并經(jīng)模板預(yù)鉆螺釘孔，陳舊性骨折畸形愈合者需要截骨模板引導(dǎo)截骨。將術(shù)前模擬手術(shù)確定的鎖定接骨板置于骨折端并通過(guò)預(yù)鉆螺釘孔依次植入合適長(zhǎng)度的鎖定螺釘。

1.3 療效評(píng)價(jià)

通過(guò)X線(xiàn)檢查評(píng)估骨折對(duì)位對(duì)線(xiàn)及接骨板、螺釘位置，記錄圍手術(shù)期并發(fā)癥及骨折愈合情況，觀察末次隨訪(fǎng)時(shí)患者關(guān)節(jié)功能改善情況。

2 結(jié)果

按照術(shù)前三維設(shè)計(jì)方案完成手術(shù)，術(shù)程順利，患者骨折均獲解剖復(fù)位。術(shù)后肢體外形對(duì)稱(chēng)、軸線(xiàn)恢復(fù)良好，接骨板位置和螺釘位置、方向、長(zhǎng)度與術(shù)前完全一致；無(wú)一例患者出現(xiàn)皮膚壞死、切口感染、神經(jīng)血管損傷并發(fā)癥。隨訪(fǎng)時(shí)間12～18個(gè)月，平均隨訪(fǎng)時(shí)間（13±4）個(gè)月?；颊吖钦劬@愈合，骨折愈合時(shí)間（6±2）個(gè)月。末次隨訪(fǎng)時(shí)所有患者關(guān)節(jié)活動(dòng)功能恢復(fù)良好。典型病例見(jiàn)圖1。

3 討論

3.1 數(shù)字骨科技術(shù)在復(fù)雜關(guān)節(jié)內(nèi)骨折治療中的應(yīng)用價(jià)值

嚴(yán)重關(guān)節(jié)內(nèi)骨折的治療難點(diǎn)在于恢復(fù)骨關(guān)節(jié)解剖位置和堅(jiān)強(qiáng)固定，盡管術(shù)前依據(jù)X線(xiàn)片或三維CT掃描可對(duì)骨折程度進(jìn)行評(píng)估，并據(jù)此規(guī)劃手術(shù)入路，選擇復(fù)位和固定方法，但仍難以確保術(shù)中準(zhǔn)確定位復(fù)位標(biāo)志，骨折畸形愈合、功能障礙等并發(fā)癥發(fā)生率較高[4-5]。因此，精確的術(shù)前規(guī)劃及實(shí)施對(duì)于提高手術(shù)療效至關(guān)重要[6]。

骨科應(yīng)用較多的數(shù)字技術(shù)主要有數(shù)字化三維重建、術(shù)前可視化三維規(guī)劃、個(gè)體化手術(shù)設(shè)計(jì)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、混合增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、3D打印技術(shù)等，為精準(zhǔn)骨科手術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供了必要的技術(shù)基礎(chǔ)[7-9]。目前數(shù)字骨科技術(shù)在復(fù)雜關(guān)節(jié)內(nèi)骨折的應(yīng)用多局限于構(gòu)建三維重建模型及3D打印制作骨關(guān)節(jié)模型，為手術(shù)方案的制定提供參考，避免術(shù)中誤判，提高手術(shù)成功率[10-11]。但在如何實(shí)現(xiàn)術(shù)中解剖復(fù)位、減少手術(shù)時(shí)間、恢復(fù)關(guān)節(jié)功能及降低并發(fā)癥方面，相關(guān)研究較少。本研究通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬手術(shù)，將正向設(shè)計(jì)與逆向設(shè)計(jì)相結(jié)合，同時(shí)構(gòu)建復(fù)位導(dǎo)航模板和截骨模板，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜關(guān)節(jié)內(nèi)骨折的快速?gòu)?fù)位、精確截骨和精準(zhǔn)螺釘定位，解決傳統(tǒng)手術(shù)難以獲得解剖復(fù)位、固定不牢靠等問(wèn)題，避免發(fā)生關(guān)節(jié)強(qiáng)直、畸形等并發(fā)癥。本組患者骨折均獲解剖復(fù)位，術(shù)后肢體外形對(duì)稱(chēng)、軸線(xiàn)恢復(fù)良好，接骨板位置和螺釘位置、方向、長(zhǎng)度與模擬手術(shù)完全一致，隨訪(fǎng)期間骨折愈合良好，患者關(guān)節(jié)功能明顯恢復(fù)，充分體現(xiàn)了數(shù)字骨科技術(shù)在復(fù)雜關(guān)節(jié)內(nèi)骨折手術(shù)中的應(yīng)用價(jià)值。

3.2 數(shù)字骨科輔助復(fù)雜關(guān)節(jié)內(nèi)骨折手術(shù)的優(yōu)勢(shì)

①通過(guò)三維模型清晰展示骨折位置和空間關(guān)系，動(dòng)態(tài)觀察骨折情況，了解骨折分型，為手術(shù)規(guī)劃的制定提供客觀依據(jù)[12]；②運(yùn)用可視化動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)，模擬骨折復(fù)位順序和固定方法，有助于選擇合適的接骨板，明確螺釘分布、長(zhǎng)度、固定位置等[13]；③運(yùn)用基于三維重建技術(shù)、逆向工程與快速成型技術(shù)的數(shù)字骨科技術(shù)，精準(zhǔn)分析手術(shù)部位的解剖形態(tài)，通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制作手術(shù)導(dǎo)板，精確實(shí)施手術(shù)，提高手術(shù)安全性[14]；④重復(fù)性好，可對(duì)治療方案進(jìn)行反復(fù)推演，從而確定最合理的手術(shù)方案[15]；⑤三維模型展示和手術(shù)設(shè)計(jì)還有助于術(shù)前醫(yī)患溝通、術(shù)者與助手之間配合演練等，在一定程度上縮短手術(shù)時(shí)間，減小手術(shù)創(chuàng)傷，也有利于臨床教學(xué)和學(xué)術(shù)交流。

3.3 手術(shù)技巧

①術(shù)前骨折類(lèi)型分析、模擬骨折復(fù)位尤為重要，需要反復(fù)調(diào)整，從各個(gè)方位確認(rèn)解剖復(fù)位，并通過(guò)正常肢體鏡像進(jìn)行驗(yàn)證，這是手術(shù)成功的關(guān)鍵；②導(dǎo)航模板的設(shè)計(jì)需結(jié)合手術(shù)入路、骨折端暴露部位及解剖標(biāo)志，盡可能縮小手術(shù)切口，并簡(jiǎn)化導(dǎo)航模板放置難度；③模板打印前應(yīng)反復(fù)驗(yàn)證及核實(shí)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；④術(shù)中盡量減少骨膜剝離，但需保證導(dǎo)航模板與骨折標(biāo)志緊密貼合，以降低誤差，確保手術(shù)的精確實(shí)施。

圖1 數(shù)字骨科技術(shù)輔助左肘關(guān)節(jié)內(nèi)骨折翻修術(shù)手術(shù)前后圖片（女，17歲）1A術(shù)前X線(xiàn)片示左肱骨遠(yuǎn)端、尺骨鷹嘴骨折克氏針固定，對(duì)位對(duì)線(xiàn)欠佳1B CT掃描及三維重建肘關(guān)節(jié)三維模型 1C，1D術(shù)前模擬選擇合適接骨板固定 1E術(shù)前計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)骨折復(fù)位導(dǎo)航模板和截骨模板 1F模擬手術(shù)三維效果 1G術(shù)中切開(kāi)顯露后安放導(dǎo)航模板引導(dǎo)骨折復(fù)位、臨時(shí)固定1H 接骨板螺釘固定 1I術(shù)后3 d X線(xiàn)片示骨折對(duì)位對(duì)線(xiàn)良好，內(nèi)固定鋼板螺釘位置好

隨著數(shù)字骨科技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助復(fù)雜關(guān)節(jié)內(nèi)骨折手術(shù)的優(yōu)勢(shì)日益凸顯，但目前創(chuàng)傷骨科醫(yī)師對(duì)數(shù)字骨科技術(shù)掌握不夠、學(xué)習(xí)曲線(xiàn)較長(zhǎng)、3D打印費(fèi)用較高等問(wèn)題間接阻礙了該技術(shù)的發(fā)展。但隨著計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)的進(jìn)步，以及計(jì)算機(jī)軟件的日益成熟，相信數(shù)字骨科技術(shù)將不斷推動(dòng)復(fù)雜關(guān)節(jié)內(nèi)骨折手術(shù)向個(gè)性化、微創(chuàng)化、精準(zhǔn)化和遠(yuǎn)程化方向發(fā)展。