計算機(jī)輔助技術(shù)在腕舟骨骨折診治中的應(yīng)用

Application of Computer-assisted Technology intheDiagnosisand Treatment ofFracture of Scaphoid Bone ofWrist/ZENGJunhao，RONGCunmin.//Medical InnovationofChina，2025，22（16）：178-183

[Abstract]Fracture of scaphoid bone of wrist are relatively common among upper limb fractures， second only to distal fracture of radius.Due to the uniqueanatomical structure and blood supplyof the scaphoid boneof wrist，it iseasytobecomplicatedwithnonunionandischemicnecrosisafterfracturesoccur，soitisemphasizedto provide timely treatment for patientsthrough earlyandaccurate diagnosis in clinic to minimize theoccurrnceof complications.Atpresent，thediagnosisoffractureof scaphoidboneof wrist ismainlybasedonthecharacteristic manifestations of the fracture site and imaging examinations.However，the duration of characteristic clinical manifestations is short，andthecommonlyusedX-rayexaminationinclinical practicealso hasahigh missed diagnosis rate for fracture of scaphoid bone of wrist.For confirmed scaphorus fractures，the treatment methods include conservative treatment and surgical treatment，inwhich the surgical treatment has the risk of bone mass losing of scaphoid bone of wrist by adjusting the screw position many times.The development and application of computer-assisted technology have provided new ideas for solving the above problems.Therefore，this article makes a reviewbasedonthe research of the application of computer-asisted technologyin the diagnosis and treatment of fracture of scaphoid bone of wrist.

[Key words] Fracture of scaphoid bone of wrist Computer-assisted technology3D printing

First-author's address：Department of Hand and Foot Surgery，Clinical Medical College of Jining Aedical University，Jining272ooo， China.

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2025.16.042

腕舟骨骨折是最常見的腕部骨折之一，多發(fā)于青壯年男性，約占腕部骨折的 80% ，是繼橈骨遠(yuǎn)端骨折第二常見的上肢骨折[]。手舟骨由穿過腕舟骨腰部的橈動脈背側(cè)分支負(fù)責(zé)近端 70%～80% 的血供，橈動脈掌側(cè)分支通過遠(yuǎn)端結(jié)節(jié)供應(yīng)遠(yuǎn)端 20%～30% 的骨質(zhì)。這使得腕舟骨近端為逆行性血供，當(dāng)發(fā)生腕舟骨腰部或近端骨折時，此處的血供容易被破壞，進(jìn)而引起骨折不愈合和缺血性壞死[2]，因此治療重點(diǎn)往往是如何防治各種并發(fā)癥。近些年通過計算機(jī)輔助技術(shù)診治腕舟骨骨折的研究越來越多，其相較傳統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)也越來越受到關(guān)注。

1計算機(jī)輔助技術(shù)在腕舟骨骨折診斷中的應(yīng)用

由于腕舟骨特殊的解剖結(jié)構(gòu)和血運(yùn)狀況，在未得到及時治療的情況下容易出現(xiàn)骨不連、缺血性壞死等并發(fā)癥[3]。Langhoff等[4研究指出，在受傷4周后治療的腕舟骨骨折患者中，骨不連的風(fēng)險高達(dá) 40% ，而在4周內(nèi)接受治療，骨不連的風(fēng)險僅為3% 。可見對于腕舟骨骨折患者來說，早期的精確診斷與及時治療極為重要。腕舟骨骨折的早期診斷是通過體格檢查和影像學(xué)檢查來實(shí)現(xiàn)的。腕舟骨骨折典型體格檢查結(jié)果包括鼻煙窩部位壓痛、腕舟骨結(jié)節(jié)壓痛和拇指縱向受壓試驗(yàn)陽性，但這些體征在骨折部位軟組織腫脹消退后會被掩蓋，往往在損傷后48～72h 變得不顯著[5。因此，僅憑臨床癥狀和體征來診斷腕舟骨骨折遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還應(yīng)該結(jié)合影像學(xué)檢查。

1.1螺旋CT三維成像技術(shù)

對于腕舟骨骨折的影像檢查，目前使用最多的是X線檢查，但其存在較高的漏診率。相較X線檢查，羅慶明等發(fā)現(xiàn)螺旋CT三維重建技術(shù)對腕關(guān)節(jié)多種骨折的檢出率均明顯更高，其中又以冠狀位任意斜面重建技術(shù)（MPR）檢出率最高，他認(rèn)為腕舟骨復(fù)雜的三維解剖結(jié)構(gòu)和相鄰?fù)蠊堑闹丿B使得X線片對于骨折部位不能很好地顯示。此外，對于臨床上X線難以發(fā)現(xiàn)的隱匿性骨折，螺旋CT檢查也有較好的表現(xiàn)。在件志強(qiáng)的一項(xiàng)針對腕舟骨隱匿性骨折的螺旋CT檢查與X線檢查的對比試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)無論是診斷敏感度還是特異度，螺旋CT均顯著高于X線檢查，并且螺旋CT還有診斷耗時短，圖像更加清晰的優(yōu)點(diǎn)。但不得不承認(rèn)的是，對于與軟組織、軟骨損傷高度相關(guān)的隱性骨內(nèi)骨折，MRI相對于CT具有更好的表現(xiàn)[。因此，當(dāng)前有部分學(xué)者提倡將螺旋CT與MRI結(jié)合使用來提高對隱匿性骨折的診斷準(zhǔn)確率[9-10]。

1.2 人工智能

人工智能在計算機(jī)視覺領(lǐng)域中應(yīng)用的這種算法技術(shù)被稱為卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN），是指類似于人類大腦中相互連接的神經(jīng)元的深度學(xué)習(xí)算法一一最常用于圖像分析[。目前其已成功應(yīng)用于橈骨遠(yuǎn)端骨折、肱骨近端骨折和髖關(guān)節(jié)骨折的診斷[12]。其中空洞卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ACNN）可以通過不斷迭代和測試算法來進(jìn)行學(xué)習(xí)，直到優(yōu)化出識別指定特征的能力，這種方法最近被應(yīng)用于檢測腕舟骨骨折。一項(xiàng)研究通過審查超過25000張腕舟骨的X線片得出結(jié)論，即使是表現(xiàn)最好的CNN，檢測骨折的總體準(zhǔn)確率也只有 83% ，與人類檢測者的 82% 的準(zhǔn)確率似乎差別不大，但是臨床醫(yī)生通過此項(xiàng)輔助技術(shù)能極大地提高診斷腕舟骨骨折的效率[13]。此外，有研究表明CNN能夠檢測出人類僅憑肉眼閱片容易忽略的6種隱匿性骨折中的5種[14]，這展現(xiàn)出了其作為識別人類難以發(fā)現(xiàn)的骨折情況的輔助工具的巨大潛力。很顯然，在當(dāng)前階段應(yīng)用于腕舟骨骨折檢測的人工智能還存在很多不足，但它也有著一些獨(dú)特優(yōu)勢：可以輔助臨床醫(yī)生提高對骨折的診斷效率，在一些難以識別的骨折類型中有更高的診斷準(zhǔn)確度。

2計算機(jī)輔助技術(shù)在腕舟骨骨折治療中的應(yīng)用

當(dāng)前對于急性腕舟骨骨折的治療主要為石膏固定、切開復(fù)位內(nèi)固定和經(jīng)皮螺釘內(nèi)固定。對于非移位或微小移位（ lt;2mm ）的腕舟骨骨折，非手術(shù)治療的石膏固定是首選治療方式[15]，一般推薦石膏固定12周，但有學(xué)者發(fā)現(xiàn)部分未移位的腰部骨折在損傷后4＼～6周在CT上就已顯示骨愈合[。然而，保守治療較長的愈合時間對于需要及時回到工作崗位的年輕患者來說是難以接受的，他們的依從性往往較差，并且長時間的固定有引起關(guān)節(jié)僵硬、肌肉萎縮、無力和疼痛等并發(fā)癥的風(fēng)險，可能會對日常工作、生活產(chǎn)生影響[7]。此外有生物力學(xué)研究表明，由于石膏固定不能提供足夠穩(wěn)定的骨折端固定，腕舟骨骨折部位會發(fā)生微小運(yùn)動，而這可能增加骨折不愈合率[18]。及時較早的手術(shù)治療可以縮短患者的固定時間，更快恢復(fù)患肢功能。但是切開復(fù)位內(nèi)固定有損傷腕舟骨周圍軟組織，破壞腕舟骨近端血供導(dǎo)致缺血性壞死，進(jìn)而引起關(guān)節(jié)功能障礙的風(fēng)險。因此，大多數(shù)急性腕舟骨骨折（位移 ?2mm 、不穩(wěn)定型）都會選取創(chuàng)傷小、操作簡便安全的經(jīng)皮螺釘內(nèi)固定術(shù)[1]。盡管經(jīng)皮固定技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)，但如果出現(xiàn)經(jīng)皮固定失敗或骨折復(fù)位不充分的情況，仍舊需要轉(zhuǎn)變?yōu)殚_放性手術(shù)。下面將介紹幾種計算機(jī)輔助技術(shù)在腕舟骨骨折手術(shù)中的應(yīng)用。

2.1 3D打印導(dǎo)板

經(jīng)皮螺釘內(nèi)固定目前是無移位或微小移位腕舟骨骨折的優(yōu)先考慮術(shù)式，與單純石膏固定相比，它具有更高的愈合率和更短的愈合時間的優(yōu)點(diǎn)[20]。但由于腕舟骨復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)，術(shù)中將導(dǎo)針精確地置入理想位置極為不易。當(dāng)下最為主流的做法是在術(shù)中通過C型臂透視機(jī)輔助進(jìn)行頻繁調(diào)整，直到找到合適的位置，但這個過程無疑會增加術(shù)者和患者的術(shù)中輻射暴露風(fēng)險。同時，反復(fù)調(diào)整螺釘位置的過程中也會對腕舟骨造成一定的損傷，導(dǎo)致骨隧道結(jié)構(gòu)破壞，可能會對手術(shù)的固定效果產(chǎn)生影響[2。而運(yùn)用計算機(jī)設(shè)計打印合適的腕舟骨導(dǎo)航模板來指導(dǎo)手術(shù)則可以一定程度的規(guī)避這些缺點(diǎn)。3D打印導(dǎo)板即術(shù)前先對腕關(guān)節(jié)進(jìn)行螺旋CT掃描（即便患側(cè)的舟骨有駝背畸形或大量骨質(zhì)破壞，也可以通過掃描健側(cè)腕關(guān)節(jié)來獲得完整舟骨的數(shù)據(jù)[22]），再將得到的數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)處理軟件，在軟件中，這些CT數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)化為三維圖像，利用這些圖像，外科醫(yī)生可以選擇合適的導(dǎo)針置入人徑，再選擇與患者患側(cè)腕關(guān)節(jié)皮膚相適應(yīng)的模型，最后將模型以數(shù)據(jù)的形式傳輸給三維打印機(jī)進(jìn)行打印，這樣個體化腕舟骨螺釘導(dǎo)航模板就制作完成了。Dewolf等[23]和Guo等[24利用3D打印導(dǎo)航螺釘置入的研究得出了相似的結(jié)論，在他們的的研究中，導(dǎo)航組患者的螺釘置入都是一次性成功，且術(shù)后的CT掃描顯示，所有克氏針的放置效果均較滿意。除此之外，平均手術(shù)時間均較徒手置釘組顯著縮短。但這兩項(xiàng)研究都是尸體研究，可能缺乏普適性。一項(xiàng)臨床研究也得出了利用導(dǎo)板置人螺釘不僅可以輔助螺釘準(zhǔn)確放置，而且可以縮短手術(shù)時間，減少螺釘置入和X線暴露次數(shù)，從而減少對舟骨骨質(zhì)破壞的結(jié)論[25]。

2.2計算機(jī)輔助導(dǎo)航螺釘內(nèi)固定

計算機(jī)輔助螺釘通常是先用CT掃描骨折部位得到數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件進(jìn)行3D圖像構(gòu)建，之后進(jìn)行虛擬骨折復(fù)位，然后模擬放置內(nèi)固定裝置以穩(wěn)定骨折，最后依據(jù)虛擬技術(shù)制訂的計劃來指導(dǎo)手術(shù)的進(jìn)行[26]。Liverneaux等[27]的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，相較傳統(tǒng)的2D透視導(dǎo)航技術(shù)，3D導(dǎo)航減少了術(shù)中輻射暴露，但螺釘錯位率并沒有明顯降低，并且手術(shù)時間略有延長。Catala-Lehnen等[28]發(fā)現(xiàn)，與經(jīng)皮螺釘置人常規(guī)治療腕舟骨非移位骨折患者比較，腕舟骨3D導(dǎo)航手術(shù)的總操作時間更長，這不僅是因?yàn)槭状螔呙璧牟僮鲿r間較長，后續(xù)過程中的設(shè)置、圖像采集和儀器校準(zhǔn)也會花費(fèi)較多時間，但他們肯定了通過3D導(dǎo)航技術(shù)來選取合適長度螺釘?shù)淖饔?。此前?yīng)用的一些測量程序做不到完全準(zhǔn)確的選取合適長度的螺釘，太短的螺釘不能達(dá)到固定目的，太長的螺釘則會導(dǎo)致關(guān)節(jié)損傷，而3D導(dǎo)航可以精確地計算出來螺釘?shù)拈L度。Kam等[29]和Citak等[30]分別研究了從背側(cè)和掌側(cè)計算機(jī)導(dǎo)航放置螺釘方法與傳統(tǒng)技術(shù)的比較，得出了相似的結(jié)論，兩組的總操作時間無明顯差異，但放置螺釘?shù)膰L試次數(shù)及時間有明顯減少、縮短。由此可見，相較傳統(tǒng)的經(jīng)皮螺釘內(nèi)固定，計算機(jī)輔助導(dǎo)航的優(yōu)勢在于具有較高的準(zhǔn)確性，能夠快速地將螺釘放置在腕舟骨近端1/3的中心位置，減少克氏針的嘗試次數(shù)，從而降低外科醫(yī)生及患者的術(shù)中輻射暴露，其不足之處在于整個手術(shù)需要的時間會有一定的延長。

2.3機(jī)器人輔助技術(shù)

骨科機(jī)器人輔助手術(shù)治療腕舟骨骨折是骨科治療腕舟骨骨折的又一項(xiàng)創(chuàng)新性技術(shù)，當(dāng)前國內(nèi)常用“天璣”骨科機(jī)器人系統(tǒng)來指導(dǎo)手術(shù)。在術(shù)前先對骨折部位進(jìn)行CT掃描，再通過規(guī)劃系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時CT找到合適的入釘路徑，最后由導(dǎo)航系統(tǒng)和光學(xué)追蹤系統(tǒng)引導(dǎo)導(dǎo)針和空心釘?shù)闹萌?。皮昌軍等[31及胡興峰等[32]通過研究機(jī)器人輔助螺釘固定新鮮無移位腕舟骨骨折發(fā)現(xiàn)，機(jī)器人輔助技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位螺釘，進(jìn)而縮短手術(shù)時間。劉瑩等[33]將機(jī)器人輔助手術(shù)與傳統(tǒng)手術(shù)進(jìn)行對比后認(rèn)為，機(jī)器人輔助手術(shù)相較傳統(tǒng)手術(shù)而言，手術(shù)時間短，出血量少，術(shù)中透視次數(shù)少，且術(shù)后關(guān)節(jié)功能恢復(fù)佳。盡管已有的研究報道顯示這項(xiàng)技術(shù)有較好的臨床應(yīng)用效果，但由于機(jī)器人輔助對術(shù)中肢體穩(wěn)定性的要求較高，因此，如何有效穩(wěn)妥地固定腕關(guān)節(jié)在正確的體位是這項(xiàng)技術(shù)所要解決的重要問題[34]。綜上所述，機(jī)器人輔助治療腕舟骨骨折是一種操作簡便、安全、可靠的治療方法，具有精準(zhǔn)置釘，減少患者及術(shù)者術(shù)中輻射暴露，促進(jìn)腕關(guān)節(jié)功能恢復(fù)的優(yōu)勢，但當(dāng)前該技術(shù)還處于起步探索階段，仍有相關(guān)的技術(shù)難題需要解決。

2.43D打印腕舟骨假體

當(dāng)腕舟骨不能重建或保留，如粉碎性骨折、缺血性壞死或重建失敗時，可進(jìn)行挽救性手術(shù)，如部分或全腕關(guān)節(jié)融合、近端列腕骨切除術(shù)，也可使用新建的腕舟骨假體行腕舟骨置換術(shù)。但此前的多項(xiàng)研究表明，早期舟骨關(guān)節(jié)成形術(shù)雖然在短期內(nèi)能夠有效地緩解臨床癥狀，但長時間的隨訪觀察卻發(fā)現(xiàn)，這些患者往往伴有脫位、腕關(guān)節(jié)塌陷或關(guān)節(jié)炎等并發(fā)癥[35-37]。Honigmann等[38]認(rèn)為，這或許是因?yàn)橹暗闹萌胛锒际菦]有任何韌帶懸吊的純間隔物，所以不能預(yù)防關(guān)節(jié)塌陷。除此之外，由于早期技術(shù)限制，置入物與健康完整的舟骨在形狀上存在差異，使得置入物可能會對腕關(guān)節(jié)的運(yùn)動及穩(wěn)定有負(fù)面影響。故而他們提出，使用3D打印技術(shù)復(fù)制健側(cè)腕舟骨，同時重建舟月韌帶和橈舟頭韌帶。結(jié)果顯示，假體置入術(shù)后患肢腕關(guān)節(jié)活動自然，具有與健側(cè)肢體相近的運(yùn)動能力，且因?yàn)橹亟g帶，假體能夠維持原有位置運(yùn)動，研究人員推測，這或許能預(yù)防遠(yuǎn)期的關(guān)節(jié)塌陷或關(guān)節(jié)炎。Schmidt等[3將3D打印假體應(yīng)用到腕舟骨骨折中的另一個方向，他們主張使用3D打印模型獲取骨軟骨內(nèi)側(cè)股骨髁皮瓣，用于在近端無血管的情況下替換腕舟骨近端極。而在國內(nèi)，曹冉等[40]對一例腕舟骨腰部骨折患者選擇行3D打印部分腕舟骨置換術(shù)，同時對舟骨周圍韌帶進(jìn)行了重建，術(shù)后隨訪12周，發(fā)現(xiàn)患處臨床癥狀消失，腕關(guān)節(jié)運(yùn)動功能恢復(fù)良好。目前國內(nèi)外3D打印舟骨假體技術(shù)運(yùn)用到腕舟骨骨折的報道較少，這或許是受限于技術(shù)與成本等。

3 小結(jié)與展望

計算機(jī)輔助技術(shù)的發(fā)展，在腕舟骨骨折術(shù)前診斷、術(shù)前規(guī)劃設(shè)計、手術(shù)術(shù)式及定位方式上為臨床醫(yī)生提供了更加多元化的選擇，為解決復(fù)雜的臨床情況提供了新的思路。雖然它們或是受限于昂貴的造價、較低的產(chǎn)能，或是其本身就具有一些明顯的不足，或與臨床具體情況不一致，或是仍處于起步發(fā)展階段，需要大量臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)來證明其切實(shí)有效，但是隨著成像技術(shù)、AI智能領(lǐng)域、生物工程技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)輔助技術(shù)必然會給臨床醫(yī)生帶來極大的便利，也會為患者帶來更好的醫(yī)療體驗(yàn)。

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（收稿日期：2024-12-27）（本文編輯：陳韻）