骨折地圖在創傷骨科中的應用

居家寶 陳建海 張一翀 韓帥 馬明太 張子宵 張殿英,2,3

作者單位：100044 北京大學人民醫院創傷骨科1；100044 北京大學人民醫院創傷與神經再生研究所2；300450 天津，北京大學濱海醫院骨科3

骨折地圖也叫做骨折線分布地圖，由Armitage 等［1］于2009 年在國際上率先提出。骨折地圖利用計算機軟件進行三維重建，將多個病例的骨折線疊加在一個標準的骨骼模型上，利用熱圖或頻率圖分析骨折線分布規律，從而描繪骨折線起止、走向、分布及骨折粉碎的情況，有助于骨科醫師更為立體地分析骨折特點。骨折地圖目前的研究包括Pilon 骨折、后踝骨折、Hoffa 骨折、脛骨平臺骨折、肱骨近端骨折等。本文將綜述近年來骨折地圖的相關研究，回顧骨折地圖在創傷骨科領域的應用，探索未來可能的研究方向。

一、骨折地圖研究進展

（一）上肢骨折

肩胛骨骨折分類系統與臨床實際工作中遇到的骨折類型相關性不強，其手術治療指征也一直存在爭議。2009 年，Armitage 等［1］在國際范圍內首次報道了一項有關肩胛骨骨折地圖的研究，分析得出骨折易發生在以下三個部位：（1）關節盂突下方肩胛骨外側緣；（2）肩峰底部與關節盂窩之間的岡盂切跡；（3）關節腔盂肱關節面。這一研究明確了關節盂周圍是骨折的常見區域，分析了常見骨折部位與重要的血管神經的毗鄰關系，有助于術中暴露骨折部位，優化復位裝置和內固定物的選擇。這項研究為后續骨折地圖的研究開創了先河。

復雜性肱骨近端骨折常用Neer 分型描述，但這一分型基于二維影像，對骨折塊移位或成角的描述不夠準確［2］。因此，以CT 三維成像為核心的骨折地圖是對Neer 分型的有效補充。隨著Mochizuki 等［3-4］對肩袖足印區解剖形態的更新，分析肱骨近端骨折線的分布規律以及與肩袖足印區的相對關系對于選擇合理的固定方式具有重要意義。2017 年，Hasan 等［5］繪制了48 例肱骨近端骨折的骨折地圖，分析骨折特點可知骨折常累及小結節后側、大結節前側與肩袖肌腱足印區之間的區域。關節囊內肱骨距骨折比囊外更常見。從肱骨近端前外側面觀，骨折線從關節面邊緣垂直延伸到肩袖足印區之間的大結節區域，與干骺端水平分布的骨折線相融合。從后面觀，大結節區垂直分布的骨折線向下延伸至小圓肌，肩胛下肌附著于干骺端的區域，累及關節面的骨折主要分布在距離關節面邊緣6 ～ 10 mm 的區域內。肩關節前方脫位易導致肱骨頭后外側骨折，而后方脫位導致肱骨頭前側骨折。大結節骨折常呈劈裂型，骨折線常分布在岡上、岡下肌腱附著點之間的區域。干骺端骨折易發生骨折粉碎及移位，本研究不足的是重建圖像未行虛擬復位，骨折線的走行描述不夠精準，后續研究可彌補其不足。

既往研究提示橈骨頭骨折常位于前臂中立位時橈骨頭前外側1/4 的區域，但這一研究基于觀察而非臨床數據，Leeuwen 等［6］通過分析72 例橈骨頭骨折形態，發現Mason 2 型橈骨頭骨折常位于前外側1/4 象限，約77%的骨折線起始于后外側區域，79% 的骨折線終止于前內側區域，與之前的觀察相一致。這一研究不僅是既往研究的有力佐證，也提示橈骨頭及尺骨冠狀突對于維持肘關節穩定性，防止肘關節后脫位具有重要意義，橈骨頭骨折后行解剖復位有助于恢復肘關節穩定性及關節功能。2016 年，Mellema 等［7］報道了部分關節面內橈骨頭骨折的形態特點，與Leeuwen 等［6］研究相一致，骨折線集中分布在橈骨頭前外側1/4 區域。本研究創新點在于分析了不同類型的創傷性肘關節不穩定與骨折線的關系，結果提示骨折線與損傷類型無明確相關性，也說明不同類型的肘關節骨折中，橈骨頭骨折具有共同的損傷機制。各種類型的損傷模式，橈骨頭骨折可采取相似的手術入路行內固定治療。

尺骨骨折Mayo 分型的依據包括移位、粉碎程度和半脫位／脫位。2017 年，Lubberts 等［8］分析了78 例不同Mayo 分型的尺骨鷹嘴骨折的骨折線分布特點。總體而言，骨折線起始于滑車切跡的內側緣，集中終止于冠狀突基底。按照不同Mayo 分型分析無移位及輕微移位的骨折及伴有后方脫位的骨折線走行于冠狀突基底；移位骨折及伴前方脫位的骨折線較為無序和分散地分布于滑車切跡。冠狀突對維持肘關節穩定性具有重要意義，其骨折常導致創傷性肘關節不穩定［9］。Mellema 等［10］通過分析110 例尺骨冠狀突的骨折形態，發現不同類型的創傷性肘關節不穩定有著與之對應的冠狀突骨折形態。Mayo Ⅰ型骨折與肘關節骨折脫位恐怖三聯征相關聯，Ⅱ型骨折與后內側旋轉不穩定相關，Ⅲ型骨折與尺骨鷹嘴骨折相對應，這與O’Driscoll等通過臨床經驗繪制出的骨折形態相一致。后續研究提示Ⅰ型骨折骨折塊較少，骨折塊體積小，關節面累及范圍小，前內側關節面及基底部骨折塊較多，Ⅲ型骨折基底部骨折塊最多，骨折累及關節面的范圍最大［11］。上述研究有助于骨科醫生根據骨折特點預測肘關節面內骨折部位及骨折粉碎情況，為設計手術方案和選擇內固定裝置提供重要參考。

橈骨遠端關節面內骨折臨床預后較差，手術治療的比例逐漸增高，而術前對于骨折形態的分析對手術方案的制定具有重要價值。2013 年，Bain 等［12］分析了橈骨遠端關節面內兩部分骨折的形態特點，骨折易累及韌帶間區域，骨折線主要分布在背側、掌側及橈骨莖突三個區域，Lister 結節區域較少受累。這一研究的價值在于提出骨韌帶復合體的概念，有助于預測骨折形態及相關的復合損傷。2018 年，Misir 等［13］描繪了34 例C3 型橈骨遠端骨折的骨折地圖，骨折線主要集中在橈腕關節的中央區域并向橈背側延伸，約23%的骨折線累及下尺橈關節，骨折粉碎區域與主要骨折線分布區域相似，常累及橈腕關節的舟骨及月骨窩。此外，還包括其他幾個次要的骨折部位：Lister 結節區，下尺橈關節的尺側區域，掌側區域及累及舟骨窩和橈骨莖突的橈側區域，該研究與Bain 等［12］的研究結論相似。最近一項關于橈骨遠端關節面內骨折地圖的研究得出骨折線呈“倒T”型分布于橈骨遠端關節面，骨折線將橈骨遠端劃分為三部分，從熱圖可以看出，相較于關節面中央區域，橈骨莖突及掌骨橈側關節面等骨性凸起區域較少受累［14］。

舟骨骨折移位常導致骨折不愈合及畸形愈合，形成創傷性骨關節炎。斜行骨折線平行于舟骨作用力的方向，被認為是不穩定的骨折。Luria 等［15］報道了舟骨骨折的形態特點，與傳統觀念不同的是，該研究發現舟骨腰部骨折并非垂直于舟骨長軸，而呈斜形分布，與長軸成角56 °。這項研究的價值在于發現并非所有的舟骨骨折都可以沿長軸進行固定，術前應結合三維影像資料分析骨折形態，依據不同的骨折線走行制定個體化的內固定方案。

（二）下肢骨折

不穩定的股骨粗隆間骨折內固定失敗率高，并發癥較多，而完整的股骨外側壁對于股骨粗隆間骨折內固定的穩定性具有重要價值。2017 年，張英琪等［16］通過分析股骨近端外側壁骨折特征發現：大多數A2 型粗隆間骨折會累及外側壁，而所有的A3 型骨折均累及外側壁。A2 型骨折線大多數位于外側壁的邊緣，骨折線從外側壁前上方向后下方延伸，在后緣中部繞至股骨后壁，而A3 型骨折的骨折線無明顯規律，分布散亂。這一研究幫助外科醫生加深對股骨外側壁骨折形態的理解，為生物力學實驗模型提供建模依據。

冠狀面上累及股骨髁的骨折稱之為Hoffa 骨折，是一種不穩定的關節面內骨折。通過手術行解剖復位及堅強內固定后，早期行功能鍛煉有助于恢復膝關節功能。Xie 等［17］通過描繪Hoffa 骨折的骨折地圖發現，骨折更常累及股骨外側髁。在軸位，外側髁骨折線及粉碎區域集中于中間1/3的區域，從前外側向后內側延伸，而內側髁骨折線分布較為無序。在矢狀位，骨折線從前上方穿行至后上方，關節面粉碎骨折常位于外側髁，且集中分布在關節面的負重區域。

脛骨平臺骨折是一類復雜的關節面內骨折，Molenaars等［18］通過描繪127 例脛骨平臺骨折在軸位上骨折線的分布特點，可分為4 種類型：（1）外側劈裂型骨折伴或不伴粉碎；（2）后內側骨折；（3）脛骨結節骨折；（4）脛骨嵴骨折。根據次要骨折線的分布特點，4 種常見的骨折又可進一步分為不同的亞型。后內側骨折線呈現出與后方股骨髁軸線平行、斜行、垂直等方向的變化。平行和斜行骨折線有助于區分后內側與后側剪切型骨折。相較于分型而言，復雜性脛骨平臺骨折對于骨折特點的描述更有利于外科醫師間的相互交流，設計手術方案和選擇合理的手術入路。此外，Chen 等［19］描繪了不同Schatzker 分型的骨折線走行特點。根據骨折線與脛骨結節和后交叉韌帶止點連線的夾角，Schatzker Ⅰ型及Ⅱ型骨折可進一步分為單純前外側骨折，單純后外側骨折和復雜骨折。骨折塌陷區域呈現簇狀分布，Schatzker Ⅲ型骨折壓縮程度明顯小于其他類型的骨折，Ⅳ型骨折壓縮程度最為明顯［19］。 McGonagle 等［20］描繪了261 例脛骨平臺的骨折地圖發現，外側平臺最常見的骨折形式為矢狀面骨折，占所有脛骨平臺骨折的50%，盡管矢狀面骨折也是內側平臺常見的骨折形式，但內側平臺的骨折線分布較為分散和無序。Molenaars 等［21］通過描繪127 例脛骨平臺的骨折地圖發現，約30% 的骨折存在后內側骨折塊，后內側骨折線與冠狀面成角約44°，近85%的骨折成角小于68°，這一結果提示標準的前外側鋼板固定對于后內側骨折塊的固定是不充分的。該研究對于選擇合理的固定物和固定方向具有指導意義。盡管后內側骨折塊形態異質性較大，但Schatzer Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ型骨折的骨折塊形態沒有明顯差異。

Pilon 骨折占下肢骨折的1% ～ 10%，C3 型骨折承重關節面損傷嚴重，手術治療難度較大。Cole 等［22］繪制了Pilon 骨折骨折線分布及粉碎區域的骨折地圖，發現大多數骨折線累及脛腓關節，位于腓骨切跡的中間1/3，并向前后方延伸，呈“Y”型分布。95%的骨折存在粉碎骨折塊，粉碎區域主要集中在踝穴頂，并從中間區域向腓骨切跡延伸，與骨折線分布區域相一致。此外，踝穴前外側1/4 區域也是較為常見的骨折粉碎區域。

后踝骨折的治療一直存在爭議，部分研究提示大于25%的關節面受累時應行手術內固定，但平片對于關節面受累比例的判斷準確性不足。Mangnus 等［23］描繪了后踝骨折的骨折地圖，發現骨折線集中分布在后外側，骨折塊從大到小呈譜系式變化，且部分骨折線延伸至內踝。按照Haraguchi 分型，約67%的骨折線為后外側斜行走向，骨折塊較大，即Haraguchi Ⅰ型，16%的骨折塊呈小貝殼型，為Ⅲ型骨折，Ⅰ型骨折線和Ⅲ型骨折線是譜系式變化中的兩個端點。Ⅱ型骨折線向內踝延伸，呈現出截然不同的走行特點。

（三）脊柱及髖臼骨折

胸腰段骨折占脊柱骨折的90%，Reith 等［24］通過分析1 445 例椎體骨折的病例發現，骨折主要集中在T12、L1、L2 椎體。同濟醫科大學的研究團隊描繪了174 例T12-L1椎體骨折的骨折地圖，通過軸位、矢狀位、冠狀位等層面觀察分析得出骨折線環形分布在椎體的上前1/3。3D 圖像顯示骨折線集中在椎體的上前1/3，在椎體的前緣呈環形楔狀分布。此外，T12 骨折線分布較為集中和有序，L1、L2骨折線較為分散，但骨折線都主要集中在椎體的前上1/3［25］。這一研究闡明了胸腰段椎體壓縮性骨折的形態特點和流行病學特征，對現行的骨折分類系統起到補充作用。

髖臼雙柱骨折常由高能量外傷所致，Yang 等［26］通過分析71 例髖臼骨折的骨折地圖得出，約66%的髖臼骨折累及前柱，骨折線斜行走行于髂前上棘和坐骨棘之間，而62%的前柱骨折線從髂骨脊延伸至髖臼脊，39%的后柱骨折線橫穿后壁，上述高頻骨折線形成一個Y 型區域，該研究有助于明確伴有移位骨折的關鍵區域，指導手術方案。四邊形板骨折是髖臼骨折中常見的骨折類型，常伴有骨折移位和髖關節脫位。Yang 等［27］通過分析髖臼四邊形板骨折的形態特點，發現主要骨折線可大致分為三組：（1）四邊形板上邊界的橫行骨折線；（2）垂直于弓狀線的內側骨折線；（3）從上方延伸到后方的后柱骨折線。近一半的骨折累及四邊形板上方，骨折線呈前后走行。此外，骨折線形成一個類似于“手槍”樣的形狀。這一研究有助于理解復雜的髖臼骨折，設計更為合理的手術入路及內固定方式。

二、展望

在大數據時代的背景下，骨折地圖利用可視化手段清晰的描繪了骨折部位和骨折形態，有助于設計手術入路和選擇內固定裝置，但骨折地圖仍存在不足之處。首先，由于解剖變異，部分三維重建圖像并不能完美的與標準模板相吻合，描繪的骨折線與真實的骨折線有所偏差。骨折線分布熱圖是將骨折線坐標化，然后分析某一區域內骨折線分布頻率，但將線轉化為若干個點的方法無法做到精準擬合，受限于熱圖方法學不足。此外，熱圖技術中額外的噪音影響了數據的真實性。因此，有相關研究摒棄了熱圖技術，采用K 均值聚類算法分析主要骨折線的分布規律，這一方法避免了從線到點轉化過程中的數據缺失［28］。

其次，骨折地圖的描繪需要CT 數據，而大多數簡單骨折或保守治療的患者未行CT 檢查，這些研究排除了非手術治療的患者。因此，所描繪的骨折地圖并沒有涵蓋所有類型的骨折資料，骨折地圖的描繪是不夠全面和完整的。骨折地圖可分為二維和三維地圖，二維地圖只能分析某一斷面上骨折線的走向和分布，而三維地圖可以更為立體直觀的分析骨折的形態特點，對手術方案的設計具有重要意義，但三維地圖耗費時間，技術要求更高。

此外，骨折地圖很難全面評估患者情況。例如，后縱韌帶對于椎體穩定性的維持具有重要作用，其完整性協助制定手術方案，而骨折地圖很難描繪軟組織受損情況。骨折地圖僅對形態加以描繪，缺少對生物力學穩定性的研究。因此，將有限元分析和骨折地圖相結合，不僅可以描繪骨折形態特點，而且還可以分析骨折的生物力學特征，有助于制定合理的手術方案。部分研究分析了骨折形態與骨折愈合的相關性，而大部分研究缺少相關研究，未來可以更多的關注骨折形態與臨床結局之間的聯系。