計算機輔助技術在腕舟骨骨折診治中的應用

Application of Computer-assisted Technology intheDiagnosisand Treatment ofFracture of Scaphoid Bone ofWrist/ZENGJunhao，RONGCunmin.//Medical InnovationofChina，2025，22（16）：178-183

[Abstract]Fracture of scaphoid bone of wrist are relatively common among upper limb fractures， second only to distal fracture of radius.Due to the uniqueanatomical structure and blood supplyof the scaphoid boneof wrist，it iseasytobecomplicatedwithnonunionandischemicnecrosisafterfracturesoccur，soitisemphasizedto provide timely treatment for patientsthrough earlyandaccurate diagnosis in clinic to minimize theoccurrnceof complications.Atpresent，thediagnosisoffractureof scaphoidboneof wrist ismainlybasedonthecharacteristic manifestations of the fracture site and imaging examinations.However，the duration of characteristic clinical manifestations is short，andthecommonlyusedX-rayexaminationinclinical practicealso hasahigh missed diagnosis rate for fracture of scaphoid bone of wrist.For confirmed scaphorus fractures，the treatment methods include conservative treatment and surgical treatment，inwhich the surgical treatment has the risk of bone mass losing of scaphoid bone of wrist by adjusting the screw position many times.The development and application of computer-assisted technology have provided new ideas for solving the above problems.Therefore，this article makes a reviewbasedonthe research of the application of computer-asisted technologyin the diagnosis and treatment of fracture of scaphoid bone of wrist.

[Key words] Fracture of scaphoid bone of wrist Computer-assisted technology3D printing

First-author's address：Department of Hand and Foot Surgery，Clinical Medical College of Jining Aedical University，Jining272ooo， China.

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2025.16.042

腕舟骨骨折是最常見的腕部骨折之一，多發于青壯年男性，約占腕部骨折的 80% ，是繼橈骨遠端骨折第二常見的上肢骨折[]。手舟骨由穿過腕舟骨腰部的橈動脈背側分支負責近端 70%～80% 的血供，橈動脈掌側分支通過遠端結節供應遠端 20%～30% 的骨質。這使得腕舟骨近端為逆行性血供，當發生腕舟骨腰部或近端骨折時，此處的血供容易被破壞，進而引起骨折不愈合和缺血性壞死[2]，因此治療重點往往是如何防治各種并發癥。近些年通過計算機輔助技術診治腕舟骨骨折的研究越來越多，其相較傳統技術的優缺點也越來越受到關注。

1計算機輔助技術在腕舟骨骨折診斷中的應用

由于腕舟骨特殊的解剖結構和血運狀況，在未得到及時治療的情況下容易出現骨不連、缺血性壞死等并發癥[3]。Langhoff等[4研究指出，在受傷4周后治療的腕舟骨骨折患者中，骨不連的風險高達 40% ，而在4周內接受治療，骨不連的風險僅為3% 。可見對于腕舟骨骨折患者來說，早期的精確診斷與及時治療極為重要。腕舟骨骨折的早期診斷是通過體格檢查和影像學檢查來實現的。腕舟骨骨折典型體格檢查結果包括鼻煙窩部位壓痛、腕舟骨結節壓痛和拇指縱向受壓試驗陽性，但這些體征在骨折部位軟組織腫脹消退后會被掩蓋，往往在損傷后48～72h 變得不顯著[5。因此，僅憑臨床癥狀和體征來診斷腕舟骨骨折遠遠不夠，還應該結合影像學檢查。

1.1螺旋CT三維成像技術

對于腕舟骨骨折的影像檢查，目前使用最多的是X線檢查，但其存在較高的漏診率。相較X線檢查，羅慶明等發現螺旋CT三維重建技術對腕關節多種骨折的檢出率均明顯更高，其中又以冠狀位任意斜面重建技術（MPR）檢出率最高，他認為腕舟骨復雜的三維解剖結構和相鄰腕骨的重疊使得X線片對于骨折部位不能很好地顯示。此外，對于臨床上X線難以發現的隱匿性骨折，螺旋CT檢查也有較好的表現。在件志強的一項針對腕舟骨隱匿性骨折的螺旋CT檢查與X線檢查的對比試驗中，發現無論是診斷敏感度還是特異度，螺旋CT均顯著高于X線檢查，并且螺旋CT還有診斷耗時短，圖像更加清晰的優點。但不得不承認的是，對于與軟組織、軟骨損傷高度相關的隱性骨內骨折，MRI相對于CT具有更好的表現[。因此，當前有部分學者提倡將螺旋CT與MRI結合使用來提高對隱匿性骨折的診斷準確率[9-10]。

1.2 人工智能

人工智能在計算機視覺領域中應用的這種算法技術被稱為卷積神經網絡（CNN），是指類似于人類大腦中相互連接的神經元的深度學習算法一一最常用于圖像分析[。目前其已成功應用于橈骨遠端骨折、肱骨近端骨折和髖關節骨折的診斷[12]。其中空洞卷積神經網絡（ACNN）可以通過不斷迭代和測試算法來進行學習，直到優化出識別指定特征的能力，這種方法最近被應用于檢測腕舟骨骨折。一項研究通過審查超過25000張腕舟骨的X線片得出結論，即使是表現最好的CNN，檢測骨折的總體準確率也只有 83% ，與人類檢測者的 82% 的準確率似乎差別不大，但是臨床醫生通過此項輔助技術能極大地提高診斷腕舟骨骨折的效率[13]。此外，有研究表明CNN能夠檢測出人類僅憑肉眼閱片容易忽略的6種隱匿性骨折中的5種[14]，這展現出了其作為識別人類難以發現的骨折情況的輔助工具的巨大潛力。很顯然，在當前階段應用于腕舟骨骨折檢測的人工智能還存在很多不足，但它也有著一些獨特優勢：可以輔助臨床醫生提高對骨折的診斷效率，在一些難以識別的骨折類型中有更高的診斷準確度。

2計算機輔助技術在腕舟骨骨折治療中的應用

當前對于急性腕舟骨骨折的治療主要為石膏固定、切開復位內固定和經皮螺釘內固定。對于非移位或微小移位（ lt;2mm ）的腕舟骨骨折，非手術治療的石膏固定是首選治療方式[15]，一般推薦石膏固定12周，但有學者發現部分未移位的腰部骨折在損傷后4＼～6周在CT上就已顯示骨愈合[。然而，保守治療較長的愈合時間對于需要及時回到工作崗位的年輕患者來說是難以接受的，他們的依從性往往較差，并且長時間的固定有引起關節僵硬、肌肉萎縮、無力和疼痛等并發癥的風險，可能會對日常工作、生活產生影響[7]。此外有生物力學研究表明，由于石膏固定不能提供足夠穩定的骨折端固定，腕舟骨骨折部位會發生微小運動，而這可能增加骨折不愈合率[18]。及時較早的手術治療可以縮短患者的固定時間，更快恢復患肢功能。但是切開復位內固定有損傷腕舟骨周圍軟組織，破壞腕舟骨近端血供導致缺血性壞死，進而引起關節功能障礙的風險。因此，大多數急性腕舟骨骨折（位移 ?2mm 、不穩定型）都會選取創傷小、操作簡便安全的經皮螺釘內固定術[1]。盡管經皮固定技術有很多優點，但如果出現經皮固定失敗或骨折復位不充分的情況，仍舊需要轉變為開放性手術。下面將介紹幾種計算機輔助技術在腕舟骨骨折手術中的應用。

2.1 3D打印導板

經皮螺釘內固定目前是無移位或微小移位腕舟骨骨折的優先考慮術式，與單純石膏固定相比，它具有更高的愈合率和更短的愈合時間的優點[20]。但由于腕舟骨復雜的解剖結構，術中將導針精確地置入理想位置極為不易。當下最為主流的做法是在術中通過C型臂透視機輔助進行頻繁調整，直到找到合適的位置，但這個過程無疑會增加術者和患者的術中輻射暴露風險。同時，反復調整螺釘位置的過程中也會對腕舟骨造成一定的損傷，導致骨隧道結構破壞，可能會對手術的固定效果產生影響[2。而運用計算機設計打印合適的腕舟骨導航模板來指導手術則可以一定程度的規避這些缺點。3D打印導板即術前先對腕關節進行螺旋CT掃描（即便患側的舟骨有駝背畸形或大量骨質破壞，也可以通過掃描健側腕關節來獲得完整舟骨的數據[22]），再將得到的數據導入數據處理軟件，在軟件中，這些CT數據可以轉化為三維圖像，利用這些圖像，外科醫生可以選擇合適的導針置入人徑，再選擇與患者患側腕關節皮膚相適應的模型，最后將模型以數據的形式傳輸給三維打印機進行打印，這樣個體化腕舟骨螺釘導航模板就制作完成了。Dewolf等[23]和Guo等[24利用3D打印導航螺釘置入的研究得出了相似的結論，在他們的的研究中，導航組患者的螺釘置入都是一次性成功，且術后的CT掃描顯示，所有克氏針的放置效果均較滿意。除此之外，平均手術時間均較徒手置釘組顯著縮短。但這兩項研究都是尸體研究，可能缺乏普適性。一項臨床研究也得出了利用導板置人螺釘不僅可以輔助螺釘準確放置，而且可以縮短手術時間，減少螺釘置入和X線暴露次數，從而減少對舟骨骨質破壞的結論[25]。

2.2計算機輔助導航螺釘內固定

計算機輔助螺釘通常是先用CT掃描骨折部位得到數據，再將數據導入軟件進行3D圖像構建，之后進行虛擬骨折復位，然后模擬放置內固定裝置以穩定骨折，最后依據虛擬技術制訂的計劃來指導手術的進行[26]。Liverneaux等[27]的一項研究發現，相較傳統的2D透視導航技術，3D導航減少了術中輻射暴露，但螺釘錯位率并沒有明顯降低，并且手術時間略有延長。Catala-Lehnen等[28]發現，與經皮螺釘置人常規治療腕舟骨非移位骨折患者比較，腕舟骨3D導航手術的總操作時間更長，這不僅是因為首次掃描的操作時間較長，后續過程中的設置、圖像采集和儀器校準也會花費較多時間，但他們肯定了通過3D導航技術來選取合適長度螺釘的作用。此前應用的一些測量程序做不到完全準確的選取合適長度的螺釘，太短的螺釘不能達到固定目的，太長的螺釘則會導致關節損傷，而3D導航可以精確地計算出來螺釘的長度。Kam等[29]和Citak等[30]分別研究了從背側和掌側計算機導航放置螺釘方法與傳統技術的比較，得出了相似的結論，兩組的總操作時間無明顯差異，但放置螺釘的嘗試次數及時間有明顯減少、縮短。由此可見，相較傳統的經皮螺釘內固定，計算機輔助導航的優勢在于具有較高的準確性，能夠快速地將螺釘放置在腕舟骨近端1/3的中心位置，減少克氏針的嘗試次數，從而降低外科醫生及患者的術中輻射暴露，其不足之處在于整個手術需要的時間會有一定的延長。

2.3機器人輔助技術

骨科機器人輔助手術治療腕舟骨骨折是骨科治療腕舟骨骨折的又一項創新性技術，當前國內常用“天璣”骨科機器人系統來指導手術。在術前先對骨折部位進行CT掃描，再通過規劃系統根據實時CT找到合適的入釘路徑，最后由導航系統和光學追蹤系統引導導針和空心釘的置入。皮昌軍等[31及胡興峰等[32]通過研究機器人輔助螺釘固定新鮮無移位腕舟骨骨折發現，機器人輔助技術可以實現精準定位螺釘，進而縮短手術時間。劉瑩等[33]將機器人輔助手術與傳統手術進行對比后認為，機器人輔助手術相較傳統手術而言，手術時間短，出血量少，術中透視次數少，且術后關節功能恢復佳。盡管已有的研究報道顯示這項技術有較好的臨床應用效果，但由于機器人輔助對術中肢體穩定性的要求較高，因此，如何有效穩妥地固定腕關節在正確的體位是這項技術所要解決的重要問題[34]。綜上所述，機器人輔助治療腕舟骨骨折是一種操作簡便、安全、可靠的治療方法，具有精準置釘，減少患者及術者術中輻射暴露，促進腕關節功能恢復的優勢，但當前該技術還處于起步探索階段，仍有相關的技術難題需要解決。

2.43D打印腕舟骨假體

當腕舟骨不能重建或保留，如粉碎性骨折、缺血性壞死或重建失敗時，可進行挽救性手術，如部分或全腕關節融合、近端列腕骨切除術，也可使用新建的腕舟骨假體行腕舟骨置換術。但此前的多項研究表明，早期舟骨關節成形術雖然在短期內能夠有效地緩解臨床癥狀，但長時間的隨訪觀察卻發現，這些患者往往伴有脫位、腕關節塌陷或關節炎等并發癥[35-37]。Honigmann等[38]認為，這或許是因為之前的置入物都是沒有任何韌帶懸吊的純間隔物，所以不能預防關節塌陷。除此之外，由于早期技術限制，置入物與健康完整的舟骨在形狀上存在差異，使得置入物可能會對腕關節的運動及穩定有負面影響。故而他們提出，使用3D打印技術復制健側腕舟骨，同時重建舟月韌帶和橈舟頭韌帶。結果顯示，假體置入術后患肢腕關節活動自然，具有與健側肢體相近的運動能力，且因為重建韌帶，假體能夠維持原有位置運動，研究人員推測，這或許能預防遠期的關節塌陷或關節炎。Schmidt等[3將3D打印假體應用到腕舟骨骨折中的另一個方向，他們主張使用3D打印模型獲取骨軟骨內側股骨髁皮瓣，用于在近端無血管的情況下替換腕舟骨近端極。而在國內，曹冉等[40]對一例腕舟骨腰部骨折患者選擇行3D打印部分腕舟骨置換術，同時對舟骨周圍韌帶進行了重建，術后隨訪12周，發現患處臨床癥狀消失，腕關節運動功能恢復良好。目前國內外3D打印舟骨假體技術運用到腕舟骨骨折的報道較少，這或許是受限于技術與成本等。

3 小結與展望

計算機輔助技術的發展，在腕舟骨骨折術前診斷、術前規劃設計、手術術式及定位方式上為臨床醫生提供了更加多元化的選擇，為解決復雜的臨床情況提供了新的思路。雖然它們或是受限于昂貴的造價、較低的產能，或是其本身就具有一些明顯的不足，或與臨床具體情況不一致，或是仍處于起步發展階段，需要大量臨床試驗數據來證明其切實有效，但是隨著成像技術、AI智能領域、生物工程技術的發展，計算機輔助技術必然會給臨床醫生帶來極大的便利，也會為患者帶來更好的醫療體驗。

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（收稿日期：2024-12-27）（本文編輯：陳韻）