虛擬復(fù)位內(nèi)固定在復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折手術(shù)中的應(yīng)用研究

魏小華，陳文鋒，劉雄，劉德俊

1.東莞市第八人民醫(yī)院骨科醫(yī)院創(chuàng)傷骨科，廣東東莞 523325；2.東莞市第八人民醫(yī)院放射科，廣東東莞 523325

踝關(guān)節(jié)骨折是下肢骨折的常見類型，其發(fā)病率約占全身骨折的9%[1]。踝關(guān)節(jié)解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其解剖結(jié)構(gòu)與踝關(guān)節(jié)功能密切相關(guān)。踝關(guān)節(jié)骨折手術(shù)的目的是恢復(fù)下肢力線及關(guān)節(jié)面的平整。手術(shù)后骨折處復(fù)位欠佳所致的力線偏移及關(guān)節(jié)面不平會導(dǎo)致術(shù)后跛行、疼痛、創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎等一系列并發(fā)癥，影響患者的工作及日常生活。踝關(guān)節(jié)骨折手術(shù)解剖復(fù)位可讓關(guān)節(jié)獲得匹配，而精確穩(wěn)固的內(nèi)固定在不影響骨折愈合的同時可早期行康復(fù)鍛煉，從而最大程度恢復(fù)踝關(guān)節(jié)功能。

3D打印技術(shù)在創(chuàng)傷骨科應(yīng)用廣泛[2]。術(shù)前虛擬規(guī)劃在骨折切開復(fù)位內(nèi)固定術(shù)中發(fā)揮著重要作用，通過術(shù)前計劃，術(shù)者可了解骨折塊的移位和復(fù)位順序及位置，并可明確內(nèi)固定物的選取及安放位置[3]。在縮短手術(shù)時間的同時保證了手術(shù)效果。該研究于2018年1月—2020年3月應(yīng)用數(shù)字化骨科技術(shù)對28例復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折患者進行術(shù)前虛擬復(fù)位及內(nèi)固定。并與傳統(tǒng)方法進行療效比較，取得良好的手術(shù)療效，現(xiàn)報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

方便選取于東莞市第八人民醫(yī)院骨科醫(yī)院診斷為復(fù)雜踝關(guān)節(jié)骨折的56例患者為研究對象，納入標準：①年齡18～65歲；②三柱損傷的踝關(guān)節(jié)骨折[4]及AO-OTA分型中的C型pilon骨折患者；③術(shù)前踝關(guān)節(jié)活動功能無異常。排除標準：①病理性及開放性骨折患者；②有糖尿病、全身系統(tǒng)性疾病服用激素導(dǎo)致骨折及皮膚軟組織難愈合患者。所有患者均知曉并同意該研究，兩組共納入患者男36例，女20例；年齡19～65歲，平均年齡（43.7±12.6）歲。該研究經(jīng)過東莞市第八人民醫(yī)院倫理委員會批準及同意。56例患者按隨機數(shù)表法分成研究組（28例）和對照組（28例）。其中研究組男15例、女13例；年齡19～64歲，平均（44.1±12.3）歲；三柱踝關(guān)節(jié)骨折20例，C型Pilon骨折8例。對照組男21例、女7例；年齡23～65歲，平均（43.2±13.2）歲；三柱踝關(guān)節(jié)骨折22例，C型Pilon骨折6例。兩組患者性別、年齡、骨折類型等一般資料比較差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。具有可比性。

1.2 術(shù)前虛擬規(guī)劃

研究組根據(jù)患者術(shù)前CT掃描Dicom數(shù)據(jù)，應(yīng)用MimicsResearch20.0確定軸向，設(shè)定合適的閾值，去除無法復(fù)位固定的碎小骨塊，對剩余骨折塊進行分離、顏色標注及去相連偽影后進行虛擬復(fù)位，復(fù)位完畢后建立三維立體模型并進行3D實體打印，手術(shù)者觀察實體復(fù)位后效果，如復(fù)位效果不滿意繼續(xù)進行虛擬復(fù)位直至復(fù)位滿意。待復(fù)位效果滿意后再選取相應(yīng)的鋼板Dicom數(shù)據(jù)重建虛擬鋼板，應(yīng)用虛擬構(gòu)建鋼板螺釘對復(fù)位骨折進行模擬內(nèi)固定，此時確定好鋼板預(yù)彎程度及螺釘位置（圖1）。

1.3 方法

對照組按照傳統(tǒng)方法，依據(jù)患者臨床表現(xiàn)，結(jié)合X線片和CT技術(shù)掃描，根據(jù)患者具體骨折情況采取相應(yīng)的切開復(fù)位內(nèi)固定術(shù)。研究組根據(jù)術(shù)前虛擬規(guī)劃設(shè)計在暴露骨折處后對骨折進行復(fù)位，再選取術(shù)前規(guī)劃預(yù)彎鋼板對骨折處進行內(nèi)固定（圖1）。手術(shù)方法按照患者實際骨折情況進行，如腓骨需要復(fù)位內(nèi)固定的骨折，選取合適切口對腓骨進行內(nèi)固定后再對脛骨進行切開復(fù)位內(nèi)固定。術(shù)中內(nèi)固定完畢后C臂透視其位置，位置滿意后，沖洗傷處，消毒縫合皮膚。術(shù)后患者常規(guī)隨訪半年。3個月及半年復(fù)診時根據(jù)足踝功能評分表（AO-FAS）對患者術(shù)后踝關(guān)節(jié)功能進行評價。

1.4 觀察指標

記錄術(shù)中患者手術(shù)時間，并記錄術(shù)后軟組織并發(fā)癥（皮膚發(fā)紅、滲出及壞死）情況及骨折復(fù)位情況。以Burwell-Charnley放射學標準[5]依據(jù)內(nèi)外后三踝骨折塊術(shù)后移位距離分為復(fù)位良好、復(fù)位可及復(fù)位欠佳3種結(jié)果。術(shù)后6個月采用AO-FAS足踝功能評分評價術(shù)后踝關(guān)節(jié)功能:優(yōu):90～100分；良:75～89分；可:50～74分；差:50分以下。

1.5 統(tǒng)計方法

采用SPSS 20.0統(tǒng)計學軟件進行數(shù)據(jù)分析，符合正態(tài)分布的計量資料采用（±s）表示，組間比較獨立樣本t檢驗；計數(shù)資料采用頻數(shù)和百分比（%）表示，組間比較進行χ2檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組患者手術(shù)時間比較

研究組手術(shù)時間（86.3±6.0）min低于對照組手術(shù)時間（90.0±6.1）min，差異有統(tǒng)計學意義(t=2.288，P=0.030)。

2.2 兩組患者術(shù)后骨折復(fù)位及切口并發(fā)癥情況比較

應(yīng)用Burwell-Charnley骨折復(fù)位放射學評價研究組術(shù)后骨折復(fù)位質(zhì)量良好例數(shù)26例，復(fù)位質(zhì)量可2例，對照組復(fù)位質(zhì)量良好20例，復(fù)位質(zhì)量可2例，欠佳6例，兩組復(fù)位質(zhì)量優(yōu)良率（良好+可對比欠佳）差異有統(tǒng)計學意義(χ2=4.667，P=0.030)，見表1。在切口并發(fā)癥發(fā)生中，研究組2例患者出現(xiàn)切口處皮膚發(fā)紅，后經(jīng)換藥后全部一期愈合，對照組3例出現(xiàn)皮膚發(fā)紅，3例出現(xiàn)切口周圍發(fā)紅+滲出，傷口處滲出經(jīng)換藥后延期愈合，2例出現(xiàn)周圍皮膚組織壞死，后經(jīng)負壓吸引后切口延期愈合，對照組皮膚軟組織并發(fā)癥高于研究組，差異有統(tǒng)計學意義(χ2=4.383，P=0.040)，見表2。

表1 兩組患者復(fù)位質(zhì)量對比Table 1 Comparison of reduction quality between the two groups of patients

表2 兩組患者術(shù)后軟組織并發(fā)癥對比Table 2 Comparison of postoperative soft tissue complications between the two groups of patients

2.3 兩組患者術(shù)后隨訪觀察指標比較

研究組術(shù)后半年AOFAS足踝功能評分(93.3±4.3)分高于對照組（91.7±5.7）分。但差異無統(tǒng)計學意義(t=1.186，P=0.240)。

3 討論

踝關(guān)節(jié)是人體負重最大的關(guān)節(jié)，維持該關(guān)節(jié)的穩(wěn)定、適宜的活動度對下肢的正?；顒又陵P(guān)重要[6]。當發(fā)生骨折、脫位或韌帶損傷時，踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)遭到破壞，關(guān)節(jié)功能也相應(yīng)受損。此時距骨易發(fā)生移位，距骨每向外移位1 mm，脛距關(guān)節(jié)的有效負重面積將減少20%～40%，如向外移位5 mm，則可減少80%[7]。2 mm及以上的腓骨短縮會造成脛距關(guān)節(jié)接觸特性的顯著改變[8]。

踝關(guān)節(jié)骨折手術(shù)傳統(tǒng)觀念側(cè)重手術(shù)入路、骨折及骨質(zhì)缺損等情況，對鋼板貼合度及螺釘?shù)葍?nèi)植物的規(guī)格及位置等力學因素重視度不夠，骨折個體化治療亦強調(diào)鋼板和骨折部位匹配程度[9]。對于踝關(guān)節(jié)骨折尤其是粉碎性踝關(guān)節(jié)骨折，骨折的解剖復(fù)位和內(nèi)固定的精準安放是術(shù)后恢復(fù)效果的主要保證[10]。踝關(guān)節(jié)骨折的解剖復(fù)位仍是手術(shù)醫(yī)生的挑戰(zhàn)，踝關(guān)節(jié)術(shù)后功能的恢復(fù)與踝關(guān)節(jié)能否獲得解剖復(fù)位及精確的內(nèi)固定密切相關(guān)。解剖復(fù)位可讓關(guān)節(jié)獲得匹配，而精確穩(wěn)固的內(nèi)固定在降低踝關(guān)節(jié)手術(shù)損傷的同時可早期行康復(fù)鍛煉。否則將大大增加術(shù)后并發(fā)癥，如傷口皮膚壞死及踝關(guān)節(jié)術(shù)后僵硬、創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎等發(fā)生的可能性。

數(shù)字化骨科技術(shù)目前是骨科研究熱點，在模型打印、內(nèi)固定物導(dǎo)航設(shè)計[11]、術(shù)前虛擬復(fù)位內(nèi)固定等方面應(yīng)用較廣泛[12]。許思亮等[13]應(yīng)用以健側(cè)鏡像為復(fù)位模板的3D打印技術(shù)輔助手術(shù)切開復(fù)位內(nèi)固定治療橈骨遠端骨折，手術(shù)組患者住院時間、術(shù)中出血量、手術(shù)時間及術(shù)后VAS評分均優(yōu)于對照組（P<0.05）。表明較傳統(tǒng)手術(shù)，3D打印輔助下橈骨遠端骨折復(fù)位內(nèi)固定具有精準化及個性化等特點。宋遠征等[14]應(yīng)用3D打印術(shù)前虛擬仿真技術(shù)指導(dǎo)復(fù)雜髖臼骨折的手術(shù)治療，其研究組手術(shù)時間、術(shù)中出血量、術(shù)中透視次數(shù)等指標均小于對照組（P<0.05），結(jié)果顯示術(shù)前虛擬仿真技術(shù)能減小手術(shù)難度，降低手術(shù)風險。

目前骨科3D打印的應(yīng)用方法主要為使用骨折3D模型作為術(shù)者觀察骨折移位情況及鋼板預(yù)成型的模板，在實體模型上進行骨折塊復(fù)位、鋼板預(yù)彎及固定等術(shù)前模擬操作。朱仲廉等[15]應(yīng)用3D打印技術(shù)輔助手術(shù)治療38例踝關(guān)節(jié)骨折患者，發(fā)現(xiàn)3D打印輔助手術(shù)治療組患者術(shù)中手術(shù)時間、出血量等及術(shù)后骨折臨床愈合時間顯著優(yōu)于傳統(tǒng)研究組（P<0.05）。梁周等[16]應(yīng)用3D打印結(jié)合虛擬手術(shù)設(shè)計治療復(fù)雜Pi lon骨折38例，研究發(fā)現(xiàn)3D打印組在手術(shù)時間（70.56±10.18）min、出血量、鋼板一次性成功放置率、復(fù)位滿意度等方面均優(yōu)于對照組（P<0.05）。王小平等[17]應(yīng)用虛擬三維重建術(shù)前規(guī)劃技術(shù)應(yīng)用于Pilon骨折，在16例Pilon骨折手術(shù)患者中，平均手術(shù)時間87.8 min，平均失血量71.9 mL，術(shù)后患者切口均Ⅰ期愈合，末次隨訪AOFAS踝關(guān)節(jié)功能評分平均92.3分。表明虛擬三維重建術(shù)前規(guī)劃技術(shù)應(yīng)用于Pilon骨折治療臨床可行性好，有利于術(shù)前術(shù)者對Pilon骨折進行深入理解和制訂手術(shù)計劃。

此類3D應(yīng)用方法雖使用簡便，但大部分研究未進行骨折的虛擬復(fù)位及內(nèi)固定，亦無生成虛擬的骨折復(fù)位模型。無法對虛擬復(fù)位內(nèi)固定后實體模型進行評估。該研究通過CT掃描獲得骨折及鋼板的Dicom數(shù)據(jù)，重建骨折進行虛擬復(fù)位，并應(yīng)用重構(gòu)虛擬內(nèi)固定裝置對復(fù)位骨折進行虛擬內(nèi)固定，以指導(dǎo)術(shù)中鋼板預(yù)彎程度及內(nèi)固定物放置位置，使內(nèi)固定物的預(yù)彎程度和放置位置更加精確。在該研究中，研究組手術(shù)時間平均為（86.3±60）min，較其他研究手術(shù)時間大致相同[16-17]；研究組的手術(shù)時間明顯少于對照組，而骨折復(fù)位優(yōu)良率明顯高于對照組（P＜0.05），說明應(yīng)用數(shù)字化骨科技術(shù)對踝關(guān)節(jié)骨折進行術(shù)前虛擬復(fù)位內(nèi)固定在縮短手術(shù)時間的同時降低手術(shù)切口并發(fā)癥，提高骨折復(fù)位質(zhì)量。考慮其主要原因為術(shù)前虛擬復(fù)位內(nèi)固定為踝關(guān)節(jié)骨折切開復(fù)位內(nèi)固定術(shù)前的一次模擬手術(shù)，對于術(shù)者可較大程度地在術(shù)前明確骨折移位情況，熟悉骨折復(fù)位步驟及內(nèi)固定安置效果；術(shù)中反復(fù)多次的鋼板預(yù)彎會降低鋼板強度，增加鋼板失效風險，重復(fù)操作亦會延長手術(shù)操作時間，從而增加手術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率[18]。而術(shù)前虛擬規(guī)劃中無需多次預(yù)彎鋼板即可對鋼板進行正確預(yù)成型，術(shù)中也無需對鋼板進行重新塑性及調(diào)整螺釘位置和方向。在縮短手術(shù)操作時間的同時也減少了術(shù)中C臂X光機透視次數(shù)。盡管術(shù)中預(yù)彎內(nèi)固定裝置偶爾也需要微調(diào)，但相比術(shù)中塑形，預(yù)先塑形鋼板在有效節(jié)省手術(shù)時間的同時能提高塑形的精確度。術(shù)中重塑鋼板突出的末端容易摩擦刺激軟組織，而預(yù)先塑性的鋼板明顯有助于降低該風險，從而降低術(shù)后軟組織并發(fā)癥的發(fā)生。

在Pilon骨折中，由于受傷旋轉(zhuǎn)力量、肢體肌肉及下脛腓聯(lián)合韌帶的牽拉作用，骨折塊經(jīng)常發(fā)生移位及嵌插，造成脛骨關(guān)節(jié)面不平。術(shù)者難以在術(shù)中對骨塊的移位和復(fù)位順利有全面而系統(tǒng)的認識。而骨折的復(fù)位情況常需術(shù)中直視加C臂X線多角度照射的方法對骨折進行復(fù)位觀察，但在脛距關(guān)節(jié)面骨折的Pilon骨折中，由于脛距關(guān)節(jié)面間隙小，術(shù)中難以直視關(guān)節(jié)面復(fù)位情況，且患肢擺放不規(guī)范常導(dǎo)致透視效果不理想，不能準確觀察復(fù)位后脛距關(guān)節(jié)面，且相對于CT，術(shù)中C臂X光機不能顯示骨折復(fù)位后的所有細節(jié)，如脛距關(guān)節(jié)面及腓骨內(nèi)側(cè)壁的平整[19]。而在踝關(guān)節(jié)術(shù)前模擬規(guī)劃這一過程中，術(shù)者可直接觀察虛擬復(fù)位后脛距關(guān)節(jié)面情況，如關(guān)節(jié)面欠平整可再次虛擬復(fù)位，直至脛距關(guān)節(jié)面達到復(fù)位要求。術(shù)前虛擬復(fù)位可讓術(shù)者全面地認識及了解骨折的移位情況及復(fù)位順序和位置，使少復(fù)位欠佳的情況較少發(fā)生，該研究中研究組復(fù)位效果優(yōu)于對照組也驗證了該結(jié)論。需要注意的是虛擬復(fù)位內(nèi)固定規(guī)劃中因未考慮骨折周圍軟組織情況，但在真實手術(shù)中操作時需考慮軟組織遮蓋附著等因素影響，故術(shù)前復(fù)位時需計劃好骨折端及鋼板放置處暴露問題。且嚴重干骺端骨折不需完全解剖復(fù)位，只需維持干骺端、關(guān)節(jié)面的力線良好即可，不可一味追求對骨折的解剖復(fù)位而忽略對軟組織的損傷，從而增加術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率[17]。

綜上所述，踝關(guān)節(jié)骨折術(shù)前應(yīng)用虛擬復(fù)位內(nèi)固定技術(shù)相當于對手術(shù)進行一次“預(yù)演”，在虛擬復(fù)位內(nèi)固定中術(shù)者對骨折移位程度及復(fù)位方法有一次準確的判斷，也對內(nèi)固定貼合程度及安放位置有較直觀的了解，能較大程度地節(jié)約手術(shù)時間，提高手術(shù)安全性。后期研究方向主要為以健側(cè)肢體為模板的踝關(guān)節(jié)骨折微創(chuàng)手術(shù)治療方案，在恢復(fù)患肢力線及關(guān)節(jié)面平整度的同時盡量減少軟組織的刺激，為患者提供更加精確化及個體化的踝關(guān)節(jié)骨折手術(shù)方案。