虛擬復位內固定在復雜踝關節骨折手術中的應用研究

魏小華，陳文鋒，劉雄，劉德俊

1.東莞市第八人民醫院骨科醫院創傷骨科，廣東東莞 523325；2.東莞市第八人民醫院放射科，廣東東莞 523325

踝關節骨折是下肢骨折的常見類型，其發病率約占全身骨折的9%[1]。踝關節解剖結構復雜，其解剖結構與踝關節功能密切相關。踝關節骨折手術的目的是恢復下肢力線及關節面的平整。手術后骨折處復位欠佳所致的力線偏移及關節面不平會導致術后跛行、疼痛、創傷性關節炎等一系列并發癥，影響患者的工作及日常生活。踝關節骨折手術解剖復位可讓關節獲得匹配，而精確穩固的內固定在不影響骨折愈合的同時可早期行康復鍛煉，從而最大程度恢復踝關節功能。

3D打印技術在創傷骨科應用廣泛[2]。術前虛擬規劃在骨折切開復位內固定術中發揮著重要作用，通過術前計劃，術者可了解骨折塊的移位和復位順序及位置，并可明確內固定物的選取及安放位置[3]。在縮短手術時間的同時保證了手術效果。該研究于2018年1月—2020年3月應用數字化骨科技術對28例復雜踝關節骨折患者進行術前虛擬復位及內固定。并與傳統方法進行療效比較，取得良好的手術療效，現報道如下。

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院骨科醫院診斷為復雜踝關節骨折的56例患者為研究對象，納入標準：①年齡18～65歲；②三柱損傷的踝關節骨折[4]及AO-OTA分型中的C型pilon骨折患者；③術前踝關節活動功能無異常。排除標準：①病理性及開放性骨折患者；②有糖尿病、全身系統性疾病服用激素導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。該研究經過東莞市第八人民醫院倫理委員會批準及同意。56例患者按隨機數表法分成研究組（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；三柱踝關節骨折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；三柱踝關節骨折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計學意義（P＞0.05）。具有可比性。

1.2 術前虛擬規劃

研究組根據患者術前CT掃描Dicom數據，應用MimicsResearch20.0確定軸向，設定合適的閾值，去除無法復位固定的碎小骨塊，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位，復位完畢后建立三維立體模型并進行3D實體打印，手術者觀察實體復位后效果，如復位效果不滿意繼續進行虛擬復位直至復位滿意。待復位效果滿意后再選取相應的鋼板Dicom數據重建虛擬鋼板，應用虛擬構建鋼板螺釘對復位骨折進行模擬內固定，此時確定好鋼板預彎程度及螺釘位置（圖1）。

1.3 方法

對照組按照傳統方法，依據患者臨床表現，結合X線片和CT技術掃描，根據患者具體骨折情況采取相應的切開復位內固定術。研究組根據術前虛擬規劃設計在暴露骨折處后對骨折進行復位，再選取術前規劃預彎鋼板對骨折處進行內固定（圖1）。手術方法按照患者實際骨折情況進行，如腓骨需要復位內固定的骨折，選取合適切口對腓骨進行內固定后再對脛骨進行切開復位內固定。術中內固定完畢后C臂透視其位置，位置滿意后，沖洗傷處，消毒縫合皮膚。術后患者常規隨訪半年。3個月及半年復診時根據足踝功能評分表（AO-FAS）對患者術后踝關節功能進行評價。

1.4 觀察指標

記錄術中患者手術時間，并記錄術后軟組織并發癥（皮膚發紅、滲出及壞死）情況及骨折復位情況。以Burwell-Charnley放射學標準[5]依據內外后三踝骨折塊術后移位距離分為復位良好、復位可及復位欠佳3種結果。術后6個月采用AO-FAS足踝功能評分評價術后踝關節功能:優:90～100分；良:75～89分；可:50～74分；差:50分以下。

1.5 統計方法

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

2 結果

2.1 兩組患者手術時間比較

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

2.2 兩組患者術后骨折復位及切口并發癥情況比較

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

表1 兩組患者復位質量對比Table 1 Comparison of reduction quality between the two groups of patients

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

2.3 兩組患者術后隨訪觀察指標比較

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

3 討論

踝關節是人體負重最大的關節，維持該關節的穩定、適宜的活動度對下肢的正常活動至關重要[6]。當發生骨折、脫位或韌帶損傷時，踝關節穩定結構遭到破壞，關節功能也相應受損。此時距骨易發生移位，距骨每向外移位1 mm，脛距關節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節接觸特性的顯著改變[8]。

踝關節骨折手術傳統觀念側重手術入路、骨折及骨質缺損等情況，對鋼板貼合度及螺釘等內植物的規格及位置等力學因素重視度不夠，骨折個體化治療亦強調鋼板和骨折部位匹配程度[9]。對于踝關節骨折尤其是粉碎性踝關節骨折，骨折的解剖復位和內固定的精準安放是術后恢復效果的主要保證[10]。踝關節骨折的解剖復位仍是手術醫生的挑戰，踝關節術后功能的恢復與踝關節能否獲得解剖復位及精確的內固定密切相關。解剖復位可讓關節獲得匹配，而精確穩固的內固定在降低踝關節手術損傷的同時可早期行康復鍛煉。否則將大大增加術后并發癥，如傷口皮膚壞死及踝關節術后僵硬、創傷性關節炎等發生的可能性。

數字化骨科技術目前是骨科研究熱點，在模型打印、內固定物導航設計[11]、術前虛擬復位內固定等方面應用較廣泛[12]。許思亮等[13]應用以健側鏡像為復位模板的3D打印技術輔助手術切開復位內固定治療橈骨遠端骨折，手術組患者住院時間、術中出血量、手術時間及術后VAS評分均優于對照組（P<0.05）。表明較傳統手術，3D打印輔助下橈骨遠端骨折復位內固定具有精準化及個性化等特點。宋遠征等[14]應用3D打印術前虛擬仿真技術指導復雜髖臼骨折的手術治療，其研究組手術時間、術中出血量、術中透視次數等指標均小于對照組（P<0.05），結果顯示術前虛擬仿真技術能減小手術難度，降低手術風險。

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

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

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

綜上所述，踝關節骨折術前應用虛擬復位內固定技術相當于對手術進行一次“預演”，在虛擬復位內固定中術者對骨折移位程度及復位方法有一次準確的判斷，也對內固定貼合程度及安放位置有較直觀的了解，能較大程度地節約手術時間，提高手術安全性。后期研究方向主要為以健側肢體為模板的踝關節骨折微創手術治療方案，在恢復患肢力線及關節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節骨折手術方案。