數字虛擬手術輔助股骨骨折畸形愈合力線矯正

苗衛華，李康，王宏

(菏澤市立醫院關節外科，山東 菏澤 274000)

股骨骨折畸形愈合會引起下肢力線異常及旋轉畸形，造成膝關節內外側應力不均，容易加速髖膝關節磨損和退變，出現繼發髖膝關節骨關節炎，導致跛行和疼痛，嚴重影響患者肢體功能，甚至需要行關節置換治療，因此，及時矯正骨折畸形、重建力線具有重要的臨床意義[1]。既往術前規劃多利用X線片、CT平掃等二維影像資料，需要術者利用自身知識進行空間轉換，對術者技能和經驗要求較高，或者術中利用C型臂透視及力線桿對肢體力線反復進行調整和確認，增加了放射性損傷和手術時間[2]。也有作者通過計算機輔助導航指導骨科手術操作，但是所需設備昂貴，在基層醫院難以開展[3]。隨著計算機技術和影像技術迅速發展，數字虛擬手術技術在骨科領域應用日益廣泛。本研究擬探討數字虛擬手術對股骨骨折畸形愈合后行截骨矯正力線手術療效的影響，現報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2014年12月至2019年12月陳舊性股骨骨折畸形愈合病例5例，其中男2例，女3例，年齡35～68歲，平均(51.20±14.23)歲，左側股骨2例，右側股骨3例。致傷原因：摔傷3例，重物砸傷1例，車禍撞傷1例。均為傷后牽引治療或石膏固定，未行手術治療，骨折畸形愈合，力線異常，雙下肢不等長，跛行步態，伴膝關節疼痛。其中股骨中遠段3例，中段2例。

1.2 CT數據采集及數字化虛擬手術 所有5例患者術前行CT薄層掃描，設備采用64排螺旋CT，掃描電壓100 kVp，電流400 mA，矩陣512*512，層厚0.625 mm，掃描范圍從股骨頭至踝關節中心。將掃描后的DICOM文件導入Mimics 17.0軟件中，選擇骨骼閾值(226-3071)進行選取，通過區域生長，智能分割，3d運算等工具分別形成股骨三維模型。以健側股骨鏡像為模板，確定患側股骨畸形最明顯部位，以此處作為截骨部位。首先標定近、遠側骨折節段軸線，測量二者在冠狀面和矢狀面的夾角，然后測量健側和患側股骨頸軸線與后髁連線的夾角，確定遠側骨折節段的旋轉畸形角度。根據測量結果，設計楔形骨塊，近端截骨線垂直于股骨，遠端截骨線斜行。模擬截骨，股骨分成近側骨折節段，楔形骨塊和遠側骨折節段。模擬復位，隱藏楔形骨塊，以近側骨折節段為參照，復位遠側骨折節段。首先糾正股骨在冠狀面和矢狀面的成角畸形，然后糾正遠側骨折節段的旋轉畸形。同時測量患側肢體股骨頭至踝關節中心力線，保證力線通過膝關節中心。記錄楔形骨塊位置、特定解剖標志及毗鄰關系、底邊大小及高度，比如楔形骨塊距離股骨內外上髁的距離、與股骨粗線的相互關系，用于指導手術治療。

1.3 手術過程 硬膜外麻醉或全麻，平臥位，臀下墊高，不使用止血帶。常規消毒鋪巾，取股骨外側切口，切開闊筋膜，自股外側肌后緣進入，將其牽向前方，顯露股骨干。根據術前數字虛擬手術模擬測量結果，找到解剖定位標志，標定截骨線，打入克氏針定位，C型臂透視證實符合術前設計。在遠近側截骨面定位克氏針內側利用擺鋸進行截骨，取下截骨塊進一步測量，并與術前計劃進行比較。復位近、遠側骨折節段，依次矯正冠狀面、矢狀面及旋轉畸形，外側鎖定接骨板固定。為優先保證良好的股骨力線，截骨斷面閉合后可能會有小的間隙，可將取下的楔形骨塊咬成顆粒骨植骨。沖洗干凈創面，逐層閉合切口。

1.4 術后處理 術后常規預防感染，抗凝治療。術后次日可扶雙拐下地不負重行走，功能鍛煉，術后6周、3個月、6個月、1年定期復查，根據骨折愈合情況決定負重力量及去拐時間。

1.5 療效評價 術前術后采集雙側下肢正位全長片，測量股骨冠狀面畸形角度、髖膝踝角(hip-knee-ankle angle，HKA)、機械軸偏離度(mechanical axis deviation，MAD)。評估患者術前、術后患者美國膝關節協會評分(knee society score，KSS)。

1.6 統計學處理 使用SPSS 23.0統計軟件進行統計學分析。術前術后比較采用配對樣本t檢驗，檢驗水準α值取雙側0.05，P<0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

所有5例患者手術順利，術中截骨結果與術前規劃一致，術中出血(156.00±38.47)mL，手術時間(74.00±11.40)min，無血管神經損傷、切口感染等并發癥。術后隨訪時間12～24個月，復查X線，骨折均完全愈合，平均愈合時間為(11.20±4.60)個月，力線矯正滿意，膝關節疼痛消失，步態恢復正常，股骨冠狀面畸形、HKA、MAD值較術前明顯改善，膝關節KSS評分較術前明顯增高，差異有統計學意義(P<0.05，見表1)。

表1 術前術后股骨冠狀面畸形角、HKA、MAD值、膝關節KSS評分比較

典型病例為一68歲女性患者，陳舊性股骨干中遠段骨折畸形愈合(右側)。因摔傷致右股骨中遠段骨折，于當地醫院行長腿石膏固定，未手術治療，功能鍛煉，逐漸恢復行走功能，但出現右下肢短縮、內翻、跛行，長距離行走后出現膝關節疼痛，口服及外用非甾體類抗炎藥無效，為改善膝關節功能入院治療。入院后完善檢查，CT重建模擬測量結果：同健側相比，股骨冠狀面內翻18°，矢狀面成角-5°，股骨前傾角內旋15°。設計截骨線糾正不同平面畸形，根據測量結果指導截骨(見圖1～4)。術前雙下肢全長X線片示股骨中遠段畸形愈合，內翻畸形，膝關節內側間隙變窄，可見骨質增生(見圖5)。術后1年復查雙下肢全長X線片示患者恢復良好，骨折順利愈合，力線完全恢復，膝關節內側疼痛癥狀完全消失，KSS評分90分(見圖6)。

圖1 術前股骨畸形三維重建 圖2 根據測量結果設計楔形截骨塊

圖3 模擬截骨及復位 圖4 模擬接骨板固定并預估種類和大小

圖5 術前下肢全長X線片示股骨中遠段畸形愈合，內翻畸形，膝關節內側間隙變窄 圖6 術后下肢全長X線片示骨折愈合，力線恢復

3 討 論

股骨骨折是臨床常見的骨折，其發生率較高，如果不能得到及時正確的治療，容易出現股骨內外翻或旋轉畸形。股骨骨折一旦出現畸形愈合，往往會造成肢體冠狀位、矢狀位、旋轉對線異常，進而繼發髖、膝關節應力不均，造成關節退變，功能障礙，甚至需要行全膝關節置換。雖然股骨骨折畸形愈合是一個棘手的問題，但是相關的文獻報道較少[4]。

新鮮股骨骨折斷端游離，骨折線清晰，軟組織相對正常，解剖標志容易確定，通過牽引、移動并利用軟組織袖套可以輕松復位和固定，一般力線恢復滿意，功能良好。陳舊性股骨骨折部位骨折線已經愈合消失，并有骨痂形成和重塑，很難找到原骨折部位，因此矯正畸形的難度大大增加。矯正骨折畸形的關鍵在于測量股骨畸形不同節段軸線及相對角度，參照正常股骨解剖參數，確定其最大畸形部位，設計合適的截骨線，進行精確的移動和旋轉實現局部畸形和整體力線的矯正[5]。有研究表明，股骨鎖定接骨板在股骨截骨矯形手術中表現出較高的可靠性，雖然其固定強度不如髓內釘大，但是操作簡單，力線矯治滿意，必要時可在股骨前方或內側增加接骨板予以增強固定[6-8]。在陳舊性股骨骨折畸形愈合的病例中，截骨后斷端髓腔不規則甚至是封閉的，髓內釘固定很難實現中心固定，力線矯治往往不充分，而且控制股骨遠端旋轉不如接骨板可靠[9]。

Mimics軟件是一種交互式醫學影像軟件，可以簡單、高效地實現三維圖像的重建、測量、分析以及數字化虛擬手術，在臨床實踐中得到了愈來愈廣泛的應用。數字化虛擬手術在骨科領域的發展尤為迅速，重建的骨折結構模型能夠根據手術要求進行分割、移動、旋轉，虛擬復位以及內固定物虛擬固定，繼而提高手術操作精度、縮短手術時間，降低手術風險以及減少手術后并發癥[10-12]。

本研究通過建立股骨骨折畸形愈合數字模型，從不同的角度和方位對骨折畸形進行觀察和測量，通過測量健側股骨解剖參數，作為患側骨折畸形愈合矯治的參考依據，準確實現了虛擬截骨、復位和內固定，矯正陳舊股骨骨折在冠狀面、矢狀面的成角畸形和橫斷面的旋轉畸形，用于指導手術操作，術中C型臂透視檢查力線滿意，避免了反復調整和重復截骨，節省了手術時間，減少了術中出血以及放射性損傷，術后患者膝關節疼痛消失，步態恢復正常，復查影像學結果證實骨折均完全愈合，力線矯正滿意，股骨冠狀面畸形、HKA、MAD值較術前明顯改善，膝關節KSS評分較術前明顯提高。

精確恢復下肢力線是影響髖膝關節功能的關鍵因素，而數字虛擬手術可以進行精準設計，多次模擬，反復演練，為保證臨床治療效果提供了可靠的保證。數字虛擬手術是一種簡便、可靠的術前輔助規劃工具，如果進一步結合3D打印截骨導板，將使骨折畸形矯正手術變得更加精確、微創和簡便，相比較傳統的二維術前規劃展現出明顯優勢[13-14]。但是數字虛擬手術和現實手術環境依然存在一定程度的差異，需要臨床醫生不斷摸索和提高，實現數字虛擬手術和現實手術的完美融合。