數(shù)字骨科技術(shù)在成人肘內(nèi)翻畸形精確分析和三維矯形的初步應(yīng)用：附3例報(bào)告

沈健堅(jiān)，劉姮瑩，丁煥文，涂 強(qiáng)，王 虹

肘內(nèi)翻畸形是肱骨髁上骨折常見后遺癥之一，臨床上通常采用截骨矯形治療[1-2]。近年來隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)和醫(yī)學(xué)影像學(xué)的快速發(fā)展，數(shù)字骨科技術(shù)為肘內(nèi)翻畸形的三維截骨矯形帶來新的思路和方法。2011年7月至2012年8月，南部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院采用數(shù)字骨科技術(shù)對(duì)3例成人肘內(nèi)翻畸形患者進(jìn)行術(shù)前精確分析，模擬截骨過程和內(nèi)固定過程，制作手術(shù)輔助模板，并在模板引導(dǎo)下完成肘內(nèi)翻畸形三維矯形手術(shù)，臨床效果滿意，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本組患者均為男性，術(shù)前一般資料見表1。患者術(shù)前均簽署知情同意書。

1.2 術(shù)前準(zhǔn)備

拍攝肘關(guān)節(jié)正側(cè)位X線片，測(cè)量患側(cè)內(nèi)翻角和健側(cè)肘關(guān)節(jié)提攜角（圖1，以下各圖均以病例2為例），計(jì)算冠狀面截骨角度（肘內(nèi)翻角+健側(cè)提攜角）。

1.3 雙上肢三維解剖模型建立

患者取平臥位，采用64排雙源螺旋CT（SIEMENS公司，德國(guó)）對(duì)其雙上肢（肱骨頭至手指）進(jìn)行容積連續(xù)掃描，對(duì)獲取的上肢骨關(guān)節(jié)二維圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行重劃分（層厚、層距均為0.75 mm），以DICOM格式輸出并刻錄DVD數(shù)據(jù)盤，然后將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics 10.1軟件（Materialise公司，比利時(shí)），通過域值分割、區(qū)域增加、面罩編輯、三維重建等操作，建立雙上肢三維解剖模型（圖2），以STL格式保存。

1.4 計(jì)算機(jī)輔助三維畸形參數(shù)測(cè)量和模擬截骨矯形

將雙上肢三維解剖模型導(dǎo)入Imageware 12.3逆向工程軟件（EDS公司，美國(guó)），基于鏡像工具生成健側(cè)上肢三維鏡像模型，通過手動(dòng)點(diǎn)云注冊(cè)工具，以肱骨大結(jié)節(jié)、肱骨頭、肱骨干和肱骨髁上等作為參考點(diǎn)，將患側(cè)上肢與三維鏡像模型進(jìn)行重疊（圖3），然后在三維模型上測(cè)量肱骨遠(yuǎn)端過伸和旋轉(zhuǎn)范圍、肱骨后傾角等參數(shù)（圖4，5）。

表1 肘關(guān)節(jié)內(nèi)翻畸形患者術(shù)前一般資料

圖1 患側(cè)內(nèi)翻角和健側(cè)提攜角

圖2 雙上肢骨骼三維重建模型

將鷹嘴窩上方約1 cm處平行于關(guān)節(jié)面的平面定義為遠(yuǎn)端截骨平面，根據(jù)測(cè)量的冠狀面截骨角度，明確近端截骨平面；同時(shí)根據(jù)肱骨遠(yuǎn)端過伸、旋轉(zhuǎn)范圍等參數(shù)，旋轉(zhuǎn)和平移肱骨遠(yuǎn)端模型（圖6），使其與三維鏡像模型遠(yuǎn)端完全重疊，完成對(duì)三維截骨矯形的模擬過程（圖7）。

1.5 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制作三維截骨模板

基于上述測(cè)量的截骨角度、過伸和旋轉(zhuǎn)范圍等參數(shù)，提取患側(cè)肱骨遠(yuǎn)端骨骼模型的表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)，采用UG NX 6計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件（SIEMENS公司，德國(guó)）設(shè)計(jì)三維截骨模板。三維截骨模板包含截骨引導(dǎo)模板、矯形輔助模板、近端和遠(yuǎn)端螺釘引導(dǎo)模板（圖8），其中遠(yuǎn)端螺釘引導(dǎo)模板用于術(shù)中旋轉(zhuǎn)和平移等操作的準(zhǔn)確實(shí)施。將設(shè)計(jì)好的模板以STL格式導(dǎo)出至快速成型機(jī)中，利用立體光固化成型技術(shù)制作出模板實(shí)物（圖9）。

1.6 手術(shù)方法

圖3 患側(cè)與健側(cè)鏡像體三維模型 圖4肱骨遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)角 圖5肱骨遠(yuǎn)端后傾角 圖6三維截骨操作 6A截骨遠(yuǎn)端外翻42°6B截骨遠(yuǎn)端內(nèi)移18 mm 6C 截骨遠(yuǎn)端旋后38°

圖7 模擬截骨矯形后三維模型 圖8三維截骨模板 8A截骨引導(dǎo)模板 8B矯形輔助模板 8C螺釘引導(dǎo)模板

患者取仰臥位，采用臂叢神經(jīng)阻滯麻醉。術(shù)區(qū)消毒鋪巾，上無菌止血帶，取肘后外側(cè)縱切口（長(zhǎng)約10 cm）。依次切開皮膚和深筋膜，顯露肱骨遠(yuǎn)端后方及內(nèi)外髁，將消毒備用的三維截骨模板放入肱骨遠(yuǎn)端，在螺釘引導(dǎo)模板的螺釘引導(dǎo)孔中鉆入數(shù)枚2.0 mm克氏針，然后在截骨引導(dǎo)模板引導(dǎo)下進(jìn)行截骨。在矯形輔助模板引導(dǎo)下，利用鉆入的遠(yuǎn)端克氏針，通過旋轉(zhuǎn)、平移等操作來糾正肱骨遠(yuǎn)端的過伸和旋轉(zhuǎn)畸形，使克氏針成一直線，此時(shí)即完成三維截骨矯形過程。將1枚合適長(zhǎng)度的鎖定鋼板置于肱骨遠(yuǎn)端外側(cè)，依次鉆孔、測(cè)深，擰入數(shù)枚合適長(zhǎng)度的鎖定螺釘，取同種異體骨條，咬碎后緊密植入截骨斷端間隙中，沖洗傷口，放置引流管，逐層縫合傷口。

1.7 術(shù)后處理

術(shù)后復(fù)查肘關(guān)節(jié)正側(cè)位X線片（圖10），肘關(guān)節(jié)支具輔助固定于肘關(guān)節(jié)伸直位，術(shù)后1周調(diào)整肘關(guān)節(jié)屈曲角度為15°，每周增加15°的屈曲活動(dòng)范圍，并行前臂旋轉(zhuǎn)等功能鍛煉。

2 結(jié)果

術(shù)中三維截骨模板與肱骨遠(yuǎn)端匹配良好，沿截骨模板截骨面進(jìn)行截骨和內(nèi)固定精準(zhǔn)簡(jiǎn)便，達(dá)到術(shù)前模擬矯形效果。3例患者術(shù)后隨訪分別為13、18和24個(gè)月，隨訪期間患者未發(fā)生傷口感染、神經(jīng)損傷、內(nèi)固定物失敗、肘內(nèi)翻復(fù)發(fā)和骨不愈合并發(fā)癥。如表2所示，3例患者術(shù)后均獲骨性愈合；末次隨訪時(shí)按照Mayo肘關(guān)節(jié)功能評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)[3]，均評(píng)定為優(yōu)。

圖9 三維截骨模板實(shí)物圖 1，2矯形輔助模板 3螺釘引導(dǎo)模板

圖10 術(shù)后1周肘關(guān)節(jié)正側(cè)位X線片

表2 肘關(guān)節(jié)內(nèi)翻畸形患者療效指標(biāo)

3 討論

目前成人肘內(nèi)翻畸形截骨的手術(shù)方式包括側(cè)方閉合楔形、圓頂旋轉(zhuǎn)截骨、階梯截骨術(shù)和三維截骨等[4-7]。其中外側(cè)閉合楔形截骨術(shù)是臨床常用的手術(shù)方法[8]，但術(shù)后易殘留旋轉(zhuǎn)和過伸畸形、外髁過突等問題[9]。此外，肘內(nèi)翻畸形患者常伴有肱骨遠(yuǎn)端內(nèi)翻、過伸、旋轉(zhuǎn)三維畸形[10]，傳統(tǒng)外側(cè)閉合楔形截骨術(shù)無法解決此類過伸和旋轉(zhuǎn)問題[11]。近年來醫(yī)學(xué)圖像處理、3D打印等數(shù)字醫(yī)學(xué)技術(shù)取得突飛猛進(jìn)的發(fā)展，為肘內(nèi)翻畸形的術(shù)前精確分析、截骨矯形模擬、術(shù)中截骨精準(zhǔn)引導(dǎo)提供較好的個(gè)性化治療方式[7,12-13]。

3.1 截骨參數(shù)精確測(cè)量和分析

既往臨床上多通過雙上肢正側(cè)位片測(cè)量患側(cè)內(nèi)翻角和健側(cè)肘關(guān)節(jié)提攜角，以此確定截骨矯形的角度。然而，單純從冠狀面測(cè)量矯形角度，缺乏對(duì)肱骨遠(yuǎn)端矢狀面和水平面的測(cè)量分析，無法矯正肱骨遠(yuǎn)端的后伸和內(nèi)旋畸形。

借助數(shù)字骨科技術(shù)，可以通過計(jì)算機(jī)薄層掃描獲取畸形骨骼數(shù)據(jù)，采用醫(yī)學(xué)圖像處理軟件建立上肢三維骨骼模型。與傳統(tǒng)的X線、CT檢查相比，該方法能夠?qū)馄蕝?shù)進(jìn)行多平面、多角度的三維測(cè)量和精確分析，本研究3例肘內(nèi)翻患者除內(nèi)翻畸形外，患側(cè)肱骨遠(yuǎn)端均存在不同程度的后伸和內(nèi)旋畸形，建立上肢三維解剖模型后為截骨矯形手術(shù)提供了精確的畸形參數(shù)。

3.2 截骨模板精確引導(dǎo)三維截骨矯形

張?jiān)堑萚14]建立計(jì)算機(jī)輔助三維模型，測(cè)量分析并設(shè)計(jì)截骨導(dǎo)航模板，用于治療9例青少年肘內(nèi)翻畸形，實(shí)現(xiàn)了精確截骨。洪友欽等[15]基于數(shù)字化三維重建技術(shù)設(shè)計(jì)截骨導(dǎo)航模板，采用快速成型技術(shù)制作肱骨遠(yuǎn)端骨骼模型及手術(shù)截骨模板，引導(dǎo)術(shù)中矯形，取得良好效果，手術(shù)優(yōu)良率達(dá)85.7%。國(guó)外學(xué)者Omori等[7]報(bào)道17例肱骨髁上骨折術(shù)后肘內(nèi)翻畸形患者，研究結(jié)果同樣提示，采用計(jì)算機(jī)輔助定制的手術(shù)導(dǎo)板進(jìn)行三維截骨矯形，手術(shù)誤差小、精確性高、矯形效果好。

本研究在建立雙上肢三維解剖模型的基礎(chǔ)上，對(duì)肱骨遠(yuǎn)端的畸形解剖參數(shù)進(jìn)行三維平面測(cè)量分析和模擬矯形過程，最后設(shè)計(jì)制作三維截骨模板，引導(dǎo)術(shù)中矯形，術(shù)后均達(dá)到模擬手術(shù)矯形結(jié)果，肘關(guān)節(jié)功能恢復(fù)良好。

本研究仍有以下不足：①病例數(shù)較少，未來將納入更多病例。②截骨方式較為復(fù)雜，需依靠手術(shù)導(dǎo)航模板的精確引導(dǎo)才能完成三維截骨，手術(shù)時(shí)間較長(zhǎng)，不利于技術(shù)的進(jìn)一步推廣；下一步將基于傳統(tǒng)閉合楔形截骨方式，設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單易行的三維截骨手術(shù)輔助模板。③在截骨斷端設(shè)計(jì)上，未能充分達(dá)到截骨斷端的大面積接觸，術(shù)后隨訪發(fā)現(xiàn)骨愈合時(shí)間較長(zhǎng)，增加了骨不愈合和內(nèi)固定失敗的風(fēng)險(xiǎn)；今后將改進(jìn)截骨面的設(shè)計(jì)，力求在三維矯形的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)截骨斷端的最大接觸，以利于骨愈合。