三維醫學影像處理系統在脛骨平臺粉碎性骨折術前設計中的應用

【摘要】目的 淺析脛骨平臺粉碎性骨折術前設計中應用三維醫學影像處理系統的臨床價值，以期為日后臨床制定手術方案提供參考。方法 回顧性分析中國人民解放軍聯勤保障部隊第九二三醫院2021年7月至2022年7月收治的42例脛骨平臺粉碎性骨折患者的臨床資料，根據手術治療模式的不同分為對照組（21例）和研究組（21例）。對照組行常規影像學檢查評估規劃后進行手術治療，研究組在對照組基礎上通過三維醫學影像處理系統評估規劃后進行手術治療，兩組患者術后均隨訪12個月。比較兩組患者手術相關指標，術后6、12個月的膝關節恢復情況，以及并發癥發生情況。結果 研究組患者手術時間、骨折愈合時間較對照組縮短，術中X線透視次數、術中失血量較對照組減少；術后12個月，研究組美國特種外科醫院（HSS）膝關節評分及兩組Rasmussen放射學評分較術后6個月均提高，且研究組患者術后6、12個月HSS膝關節評分、Rasmussen放射學評分均高于對照組（均Plt;0.05）；研究組患者并發癥總發生率低于對照組，但差異無統計學意義（Pgt;0.05）。結論 將三維醫學影像處理系統應用于脛骨平臺粉碎性骨折患者的術前檢查和設計中，可縮短手術時間，減少術中X線透視次數和出血量，加快骨折愈合速度，促進患者膝關節功能恢復，且術后并發癥較少，手術安全性更高。

【關鍵詞】術前手術設計 ; 膝關節功能 ; 脛骨平臺粉碎性骨折 ; 三維醫學影像處理系統

【中圖分類號】R683 【文獻標識碼】A 【文章編號】2096-3718.2024.02.0056.04

DOI：10.3969/j.issn.2096-3718.2024.02.019

脛骨平臺粉碎性骨折是由于高能量損傷（如交通傷、高處墜落傷）所致，患者膝關節功能會由此受到一定的負面影響。手術治療是該病的主要治療措施，其目的主要是解剖復位關節面，加強關節穩定性，從而恢復關節功能。脛骨平臺粉碎性骨折由于骨折塊有嚴重的壓縮、翻轉和移位，因此常伴有骨缺損和關節面塌陷，常規術前影像學檢查無法為術中骨折復位和內置物的植入提供準確的參考數據，術中容易復位不良或植骨不充分，增加術后并發癥發生風險[1]。現如今，數字化輔助技術取得巨大進步，三維醫學影像處理系統在臨床上廣泛應用，其可對數據進行自動配準融合與精準三維重建，完整顯示骨折的形態及與神經束、血管的三維關系，全面測量分析并優化手術設計方案，為設計手術入路，避開重要血管、神經提供科學依據，并可對骨折的復位及內固定進行術前模擬，減少術中二次傷害，最大限度保護患者，提高手術的精準性和安全性[2]。鑒于此，本文旨在探討脛骨平臺粉碎性骨折術前設計中使用三維醫學影像處理系統，對患者手術相關指標、膝關節恢復情況和并發癥發生情況的影響，為提升該疾病的治療效果提供依據，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析中國人民解放軍聯勤保障部隊第九二三醫院2021年7月至2022年7月收治的42例脛骨平臺粉碎性骨折患者的臨床資料，根據手術治療方式的不同分為對照組和研究組。對照組（21例）中男性17例，女性4例；Schatzker分型[3]：Ⅳ型9例、Ⅴ型8例、Ⅵ型4例；年齡24～68歲，平均（46.15±13.96）歲。研究組（21例）中男性14例，女性7例；Schatzker分型：Ⅳ型8例、Ⅴ型8例、Ⅵ型5例；年齡24～65歲，平均（45.10±14.41）歲。兩組患者一般資料經比較，差異無統計學意義（Pgt;0.05），有可比性。診斷標準：參照《脛骨平臺骨折診斷與治療的專家共識》 [4]中脛骨平臺粉碎性骨折的相關診斷標準。納入標準：①符合上述診斷標準，并經影像學檢查確診；②年齡gt;20歲，骨骼發育成熟；③閉合性復雜脛骨平臺骨折；④新鮮骨折。排除標準：①病理性骨折；②開放性骨折；③依從性差；④合并其他系統嚴重疾病；⑤合并神經血管損傷。本研究經中國人民解放軍聯勤保障部隊第九二三醫院醫學倫理委員會批準。

1.2 治療方法 對照組患者行常規術前CT檢查后設計手術方案。研究組患者在對照組常規CT檢查（圖1-A）的基礎上，結合Smart Vision Works 3D醫學影像處理系統模擬軟件和骨科虛擬現實（VR）+增強現實（AR）系統進行術前評估和規劃。將患者通過CT平掃獲得的CT原始數據以DICOM格式導入Smart Vision Works模擬軟件，進行以下操作：①利用Smart Vision Works數字化骨科技術重建復雜脛骨平臺骨折的模型（圖1-B）；②充分評估復雜脛骨平臺骨折分型及損傷情況，分離觀察骨折塊模型（圖1-C）；③利用VR+AR系統將傳統影像以AR形式輸出，形成現實感極強的三維立體影像，模擬骨折復位，設計手術方案，預演手術操作。

兩組患者均排除手術禁忌證，且均由同一組手術醫師完成手術，均采用腰硬聯合麻醉或全身麻醉。患者取仰臥位，常規消毒、鋪巾。在膝關節外側間隙作一條約2 cm的縱向切口，切開骨筋膜，分離出骨膜外通道，按術前制定的手術方案復位骨折，取克氏針將分離的骨折塊臨時固定，在移動式C形臂X射線機（南京普愛醫療設備股份有限公司，型號：PLX7500）下確認患處復位良好；選擇合適的脛骨平臺外側鋼板插入其中，在移動式C形臂X射線機下確認位置無誤后，在骨折近端和遠端進行鉆孔，將鎖定螺釘擰入固定，對切口進行沖洗、引流、縫合和包扎處理。兩組患者術后均隨訪12個月。

1.3 觀察指標 ①手術相關指標。記錄兩組患者手術時間、術中X線透視數次、術中失血量、骨折愈合時間。②膝關節恢復情況。膝關節功能：分別于術后6、12個月使用美國特種外科醫院（HSS）膝關節評分[5]對兩組患者膝關節功能進行評估，包含行走情況、上樓梯情況、功能缺陷，評分范圍0～100分，分值與膝關節功能呈正相關。骨折復位與愈合效果：分別于術后6、12個月對兩組患者進行X線檢查，使用Rasmussen放射學評分[6]進行評估，包括髁部有無變寬、關節面有無塌陷、有無成角畸形3個亞項，滿分為18分，分值與骨折復位與愈合效果成正比。③并發癥。記錄兩組患者術后出現的并發癥，包含感染、膝關節粘連、膝關節內翻畸形等。

1.4 統計學方法 采用SPSS 23.0統計學軟件分析數據，計數資料以[例（%）]表示，采用χ2檢驗；計量資料經S-W法檢驗證實符合正態分布，以（ x ±s）表示，組間比較采用獨立t檢驗，手術前后比較采用配對t檢驗。以Plt;0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組患者手術相關指標比較 研究組患者手術時間、骨折愈合時間均較對照組縮短，術中X線透視次數、術中失血量均較對照組減少，差異均有統計學意義（均 Plt;0.05），見表1。

2.2 兩組患者膝關節恢復情況比較 術后12個月，研究組HSS膝關節評分及兩組Rasmussen放射學評分較術后

6個月均提高，且研究組患者術后6、12個月HSS膝關節評分、Rasmussen放射學評分均高于對照組，差異均有統計學意義（均 Plt;0.05），見表2。

2.3 兩組患者并發癥發生情況比較 研究組患者并發癥總發生率低于對照組，但差異無統計學意義（Pgt;0.05），見表3。

3 討論

由于膝關節內部解剖構造的復雜性和特殊性，不同部位的股骨和脛骨在受力時接觸的面積不同，膝關節的損傷位置和程度也會有顯著的差異。脛骨平臺粉碎性骨折手術治療中，既要保證患者膝關節的生物力學性能，又要保證其關節面的解剖學復位良好。常規手術治療借助CT圖像和X射線等術前檢查結果進行手術，該方法易受照射角度、骨折塊重疊等影響，使手術醫師不能對患者病情和骨折形態進行全面的了解，從而導致手術過程中出現復位不良的情況，增加術后并發癥發生風險，且影響患者恢復進度[7]。

三維醫學影像處理系統作為臨床上新型診療技術，可直接將患者CT掃描數據導入到計算機軟件中，將影像學數據轉化成三維模型數據，幫助手術醫師更加直觀地了解骨折形態，對骨折的復位和內固定進行術前模擬和設計，以為患者制定個性化的手術方案，減少術后并發癥發生風險，提高手術的精準性和安全性[8]。本研究結果顯示，研究組患者手術時間、骨折愈合時間均較對照組縮短，術中X線透視次數、術中失血量較對照組減少，提示術前應用三維醫學影像處理系統設計手術方案可縮短手術時間，減少術中X線透視次數和出血量，加快骨折愈合速度。三維醫學影像利用數字3D重建技術，可以在術前進行手術評估和設計，提高手術的效率和精確性，可有效縮短手術時間，減少術中X線透視次數和出血量[9]。另外，三維醫學影像處理系統能夠利用重建的骨折三維模型作為基礎，并結合VR和AR技術，呈現出與實際大小一致的模擬模型，手術醫師可在該模型上進行手術演練，模擬骨折復位、預置鋼板和螺釘等操作，從而提高復位的準確度，避免對骨膜和周圍組織造成二次損傷，加快骨折愈合速度[10]。

本研究結果顯示，研究組患者術后6、12個月HSS膝關節評分、Rasmussen放射學評分均高于對照組，提示術前設計中應用三維醫學影像處理系統可促進患者膝關節功能恢復。該技術基于CT圖像對骨折進行三維建模，可以從各種角度對骨折塊進行觀察和測量，并通過軟件實現骨折復位[11]。與此同時，VR技術可在術前立體展示三維重建模型的各個方面，并可對解剖學數據進行三維測量，還可對假體置入進行仿真，VR+AR系統將傳統影像以AR形式輸出，可生成更為客觀、精準的數字化3D模型，術者能夠對模型的解剖結構進行標記、染色，能有效提高手術治療效果，因此患者術后膝關節功能恢復情況更佳[12]。常規術前影像學檢查如CT圖像，不能為術中骨折復位和內置物的植入提供準確的參考數據，術中容易復位不良或植骨不充分，增加術后并發癥發生風險[13]。三維醫學影像處理系統可為手術醫師提供更為精確的手術方案，提高復位的準確性，避免傷及周圍重要組織，減少手術差錯，從而減少術后并發癥[14]。本研究結果顯示，研究組患者并發癥總發生率低于對照組，但經比較，差異無統計學意義，可能與樣本量過少有關。

綜上，將三維醫學影像處理系統應用于脛骨平臺粉碎性骨折患者的術前檢查和設計中，可縮短手術時間，減少術中X線透視次數和出血量，加快骨折愈合速度，促進患者膝關節功能恢復，且術后并發癥較少，安全性更高，值得臨床推廣應用。但是本研究也存在一些不足，如納入的樣本量較少，因此需要在今后的研究工作中進一步考察脛骨平臺粉碎性骨折術前設計中應用三維醫學影像處理系統的臨床價值。

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