基于CT三維重建的外踝骨折形態解剖學特征

朱俊錕，蘭樹華，黃淑明，葉方

（麗水市中心醫院 骨科，浙江 麗水 323000）

基于CT三維重建的外踝骨折形態解剖學特征

朱俊錕，蘭樹華，黃淑明，葉方

（麗水市中心醫院 骨科，浙江 麗水 323000）

目的：測量和研究外踝骨折線及骨折塊的形態學參數及其幾何分布，為設計理想的外踝內固定材料提供依據和參考。方法：收集2012年2月-2016年4月間53例外踝不穩定性骨折患者，采用三維CT重建圖像并利用PACS軟件對外踝骨折線前緣尖頂距（ATD）、棘尖頂距（CTD）、后緣尖頂距（PTD）、骨折塊近段雙面夾角（p-CA）、遠端雙面夾角（d-CA）進行幾何測量及統計學分析。結果：在95%信心水準下，外踝骨折塊ATD為（2.97±0.03）cm，CTD為（4.52±0.07）cm，PTD為（3.17±0.11）cm，p-CA為（103.20±1.94）°，d-CA為（78.50± 1.78）°，p-CA變異系數為9.86，d-CA變異系數為11.90。骨折區域密集分布在外踝關節面上方一個倒“V”型帶狀區域。結論：外踝骨折線的前側起始點的變異度相對較小，而近段及后側變異度較大。外踝骨折塊前外側面與后外側面的夾角呈現遞減趨勢，近段夾角變異度較小，而遠端較大。

踝關節；骨折；形態學特征；CT三維重建

踝部骨折是下肢常見多發的骨折，約占全身骨折的9%[1]。踝部骨折的患者集中在男性青壯年和老年女性兩個群體，其形成機制與暴力負荷及骨質量之間的平衡點有關。老齡化趨勢使得踝部骨折的發生越來越傾向于高齡女性人群，甚至有學者認為，踝部骨折正逐漸成為第二種“髖部骨折”，從而演變為骨質疏松性骨折的典型表現[2]。在臨床上，最為廣泛應用的Lauge-Hansen分型中占比最大的旋后外旋型（supination external rotation，SER）骨折常常累及外踝，而踝部骨折患者中因為踝關節不穩需要進行外踝內固定的病例，遠超過單純不穩定的內踝及后踝骨折[3]。

研究[4]表明，在踝關節中立位施加載荷時，踝關節應力主要集中在踝關節中部及前外側。外踝骨折往往是骨折線遠端累及關節面而近端呈螺旋型分布；經典的分型界定了外踝骨折的大致形態，但目前無精確的研究對外踝骨折的形態學進行定量分析。

傳統外踝遠端的解剖型內固定材料往往包容性較差，無法達到理想的強度而使得術后早期功能鍛煉存在一定的風險[5]。為了設計更為理想的新型外踝內固定材料，對骨折塊進行立體固定，有必要對該部位骨折的解剖學特征進行相應的研究。由于數字化技術的發展，骨科醫師在術前評估及基礎研究方面具備了簡便高效的影像學手段[6]。本研究利用影像學手段描述外踝骨折的骨折線解剖分布以及骨折塊的形態學特點。

1 資料和方法

1.1 一般資料 對2012年2月至2016年4月期間收住本院的53例不穩定的外踝關節骨折患者行CT三維重建，并測量相應數值。納入標準：外踝骨折線移位2mm以上，且骨折累及范圍為踝關節面6 cm以內。排除標準：年齡小于18歲，有先天畸形、骨關節炎、風濕性關節炎、踝關節結核、陳舊性踝關節骨折病史，影像學表現外踝尖部骨折長徑小于1 cm的撕脫性骨折。53例患者中，男29例，女24例，年齡21～68歲，平均（45.5±5.66）歲。根據Lauge-Hansen分型進行分組：SER 38例，其中男16例，女22例；旋前外旋型（PER）8例，其中男5例，女3例；旋前外展型（PA）4例，其中男1例，女3例；旋后內收型（SA）3例，其中男2例，女1例。每位患者的外踝骨折的分型由4位研究組成員按照相關的影像學標準分別獨立判定[7]。所有被納入的患者影像學資料的測量數據由2位研究組成員獨立取得，以此作為統計學分析的依據。

1.2 測量方法 根據外踝骨折塊的解剖學及形態學基礎，設定外踝骨折塊前緣頂部與外踝尖部的距離為前側頂尖距（ATD），骨折線與外踝嵴部相交點到外踝尖部距離為縱向頂尖距（CTD），骨折線后緣頂部與外踝尖部的距離為后側頂尖距（PTD），從計算機斷層掃描三維重建系統（PCS）數據庫調取三維重建圖像數據并使用軟件中的測量工具箱對外踝A、C、T、P 4點進行標記，并利用醫學影像與歸檔系統（picture archiving and communication systems， PACS）軟件對ATD、CTD、PTD的解剖學特征進行直觀測量，見圖1。另設定骨折塊前外側面與后外側面夾角為CA；使用橫斷位的二維斷層掃描影像，以脛距關節面作為橫截面，測量所得的夾角為近端夾面角（p-CA），在關節面遠端1 cm截取橫斷面測量所得的夾角為遠端夾面角（d-CA），測量方法見圖2-3。

圖1 計算機三維掃描重建圖像顯示外踝骨折塊各個方向的測量標志點

圖2 計算機二維掃描重建圖像顯示測量近端外踝夾面角（p-CA）

圖3 計算機二維掃描重建圖像顯示測量遠端外踝夾面角（d-CA）

1.3 統計學處理方法 采用SPSS19.0統計軟件進行統計學分析。利用參數估計而不是假設檢驗模型對外踝總體進行統計推斷，同時進行方差分析和變異系數的比較。

2 結果

外踝骨折塊的3個測量參數中，ATD變異度最小而PTD較大，d-CA變異度大于p-CA。具體影像學所測量的結果及統計學數據歸納，見表1。

表1 根據研究樣本測量所得外踝骨折線及骨折塊相關影像學數值及統計學推斷結果

利用測量標記點ACP，對標記的外踝骨折線進行直觀幾何疊加繪圖，得出外踝骨折線的空間概率圖（見圖4）。從圖中可以看出，外踝骨折線密集分布在跨越前緣到后緣距離外踝尖部2～5 cm范圍形成的一個弧形骨折帶，外踝嵴往往是弧形帶的頂端，整個弧形帶如同“飛來去器”的形狀。外踝骨折塊則如同一塊不規則的四棱錐。

圖4 利用三維重建測得的骨折線分布數據對外踝骨折空間概率進行的模擬疊加繪圖

3 討論

本研究對外踝骨性關節的解剖形態做了幾何形態學的描述，而解剖形態學的變化于分析創傷機制以及骨折分型有著重要的意義。隨著數字科技的發展，CT三維重建已經成為骨折診斷以及治療決策的有效工具，也將細化和發展經典的基于X線平片的分類系統。雖然有學者[8]認為髓內釘內固定治療外踝骨折有著微創的優勢，但目前主流的意見仍然偏重于鋼板解剖復位[9]，甚至在粉碎性骨折病例當中使用克氏針張力帶輔助強化固定。體外模擬正常步態的生物力學實驗表明：如果內固定放置妥當，術后早期進行負重功能鍛煉，不會引起骨折移位、內固定失效以及再骨折的發生[10-11]，因此符合踝部力學重建原理的內固定材料將為踝關節功能康復提供良好的保證。

我們的樣本骨折分型分布證實SER在外踝骨折病例當中占優勢地位，而SA及PA類型的骨折病例數較少。

利用統計學的原理，對外踝骨折線的空間分布進行直觀的描繪，可以看出，外踝骨折線如同土星的光環一樣分散在關節平面上方一個斜行區域。由于外旋型損傷在外踝骨折當中的統計學優勢地位，外踝骨折的大部分都呈現一個完整的斜面，這個斜面的橫斷面為偏心的橢圓，遠端骨折塊圍繞橢圓的軸心向遠端及后側移位。

我們選取了ATD、CTD、PTD作為描述對象，并以此對外踝骨折線進行模擬繪圖。繪圖結果直觀地反映了外踝骨折塊的解剖學特征，以及外踝骨折線分布的概率情況。可以看出，在上述3組數據當中，ATD的變異度較小而PTD變異度較大。由此可見，不同病例的外踝骨折起點較為類似而骨折螺旋線的頂點因暴力扭矩方向的不同而差異顯著。依據外踝的解剖學資料，以外踝骨棘為界分為前外側面和后外側面。外踝的這兩個側面在不同的橫斷位上的夾角是不同的，由脛距關節水平上的鈍角緩慢地移行到遠端的銳角，同時外踝骨棘線在逐漸向遠端延伸的過程中消失在尖部，與兩個側面融為一體，成為不規則的球面。對于外踝骨折塊的前外側面和后側面夾角的統計學分析表明，近端夾角差異度要大于遠端夾角的差異度，由于差異度之間的差別很小，本研究結果仍然需要進一步研究證實。

本研究獲取的外踝骨折塊的解剖形態數據為相應內固定的設計奠定了基礎。對于一個統計學上典型的外踝骨折塊來說，它可以看作是弧形球面的尖部以及被外踝骨棘分割成兩個平面的不規則棱錐。我們通過不同維度的標志點將這個棱錐的幾何范圍描繪出來。骨折塊的前外和后側面可以視為內固定有效包容的區域。因為在大部分病例中，骨折線并不會經過鋼板螺釘孔可能通過的區域。由于外踝的骨折塊往往在矢狀位上呈現不穩定的傾向，通常的做法是打入一枚前后位螺釘。但是單純使用金屬螺釘甚至可吸收螺釘進行內固定，在踝關節骨折的治療當中并非主流意見；即使采用金屬鋼板進行常規內固定[12]，在采用更激進的主動康復療法的時候，內固定失效的病例并不少見[13]。在特殊情況下，對于骨質疏松及極度粉碎性骨折的病例而言，將多個軸向的力學穩定性整合到一個內固定系統當中，其表觀力學強度有望獲得明顯提升[14]。

本研究將外踝骨折的影像學與解剖學特征進行了統計學描述，相關結果的取得對于設計多角度固定的內固定材料、生物力學實驗的造模以及進一步的臨床對照研究有著重要的意義。

[1] CLARE M P. A rational approach to ankle fractures[J]. Foot Ankle Clin, 2008, 13(4)： 593-610.

[2] LEE K M, CHUNG C Y, KWON S S, et al. Ankle fractures have features of an osteoporotic fracture[J]. Osteoporos Int, 2013, 24(11)： 2819-2825.

[3] LUO X, LI Q, HE S, et al. Operative versus nonoperativetreatment for displaced intra-articular calcaneal fractures： a meta-analysis of randomized controlled trials[J]. J Foot Ankle Surg, 2016, 55(4)： 821-828.

[4] STEWART C, SALEEM O, MUKHERJEE D P, et al. Axial load weightbearing radiography in determining lateral malleolus fracture stability： a cadaveric study[J]. Foot Ankle Int, 2012, 33(7)： 548-552.

[5] KEENE D J, WILLIAMSON E, BRUCE J, et al. Early ankle movement versus immobilization in the postoperative management of ankle fracture in adults： a systematic review and meta-analysis[J]. J Orthop Sports Phys Ther, 2014, 44(9)：C1-7.

[6] YAO L, ZHANG W, YANG G, et al. Morphologic characteristics of the posterior malleolus fragment： a 3-D computer tomography based study[J]. Arch Orthop Trauma Surg, 2014, 134(3)： 389-394.

[7] OKANOBO H, KHURANA B, SHEEHAN S, et al. Simplified diagnostic algorithm for Lauge-Hansen classification of ankle injuries[J]. Radiographics, 2012, 32(2)： 71-84.

[8] REHMAN H, MCMILLAN T, REHMAN S, et al. Intrmedullary versus extramedullary fixation of lateral malleolus fractures[J]. Int J Surg, 2015, 22： 54-61.

[9] 呂楊訓, 楊雷. 兩種手術入路治療外踝骨折的對比[J]. 溫州醫科大學學報, 2016, 46(3)： 205-208.

[10] TAN E W, SIRISREETREERUX N, PAEZ A G, et al. Early weight bearing after operatively treated ankle fractures： a biomechanical analysis[J]. Foot Ankle Int, 2016, 37(6)： 652-658.

[11] DEHGHAN N, MCKEE M D, JENKINSON R J, et al. Early weightbearing and range of motion versus non-weight-bearing and immobilization after open reduction and internal fixation of unstable ankle fractures： a randomized controlled trial[J]. J Orthop Trauma, 2016, 30(7)： 345-352.

[12] NOH J H, ROH Y H, YANG B G, et al. Outcomes of operative treatment of unstable ankle fractures： a comparison of metallic and biodegradable implants[J]. J Bone Joint Surg Am, 2012, 94(22)： e166： 1-7.

[13] STARKWEATHER M P, COLLMAN D R, SCHUBERTH J M. Early protected weightbearing after open reduction internal fixation of ankle fractures[J]. J Foot Ankle Surg, 2012, 51(5)： 575-578.

[14] WHITE N J, CORR D T, WAGG J P, et al. Locked plate fixation of the comminuted distal fibula： a biomechanical study [J]. Can J Surg, 2013, 56(1)： 35-40.

（本文編輯：丁敏嬌）

Morphologic characteristics of the lateral ankle fragment: A 3-D computer tomography based study

ZHU Junkun, LAN Shuhua, HUANG Shuming, YE Fang. Department of Orthopedics, Lishui Central Hospital, Lishui, 323000

Objective: To evaluate the morphological characteristics of the lateral malleolar fracture line and associated fragment geometry for the design of novel internal fixation. Methods: A retrospective analysis of 3-D computed tomography data of lateral ankle fracture cases from February 2012 to April 2016 was conducted. The anterior tip distance (ATD), crest tip distance (CTD), posterior tip distance (PTD), the proximal cross angle (p-CA), and distal cross angle (d-CA) were measured as morphologic assessments in the Picture Archiving and Communication System (PACS). Results: Based on the recognition of the lateral ankle fracture by CT reconstruction, at a confidence interval of 95%, the fragment was described with ATD (2.97±0.03) cm, CTD (4.52±0.07) cm, PTD (3.17±0.11) cm, p-CA (103.20±1.94)°, d-CA (78.50±1.78)°. The coefficient of variation (CV) of p-CA was calculated 9.86, and the CV of d-CA arrived at 11.90. Conclusion: The anterior initiation site of lateral fracture line is relatively invariable in comparison with proximal and posterior frontier. The double facet cross angle of the fragment appears decrescent along axis of distal fibula while distal cross angle is found slightly variable, compared with proximal data. The discovery obtained from this series could be helpful in the modeling of prospective biomechanical researches and developing novel fixation.

ankle； fracture； morphology characteristics； 3-D computed tomography

R602

A

10.3969/j.issn.2095-9400.2016.10.006

2016-05-12

浙江省科技廳公益技術研究社會發展項目（2013C332 23）。

朱俊錕（1978-），男，浙江麗水人，主治醫師，碩士。

蘭樹華，主任醫師，Email：lsh2681225@163.com。