數字骨科3D重建技術輔助空心加壓螺釘內固定術治療GardenⅠ~Ⅱ型股骨頸骨折的臨床效果

盧冬焱 曾勉東 楊波 胡漢生 李遠輝 尹德龍 邱勤業

[摘要]目的 探討數字骨科3D重建技術輔助空心加壓螺釘內固定術治療GardenⅠ～Ⅱ型股骨頸骨折臨床效果。方法 回顧性分析2011年6月～2019年6月我院收治的44例GardenⅠ～Ⅱ的股骨頸骨折患者臨床資料，按手術方案不同分為對照組和觀察組，對照組22例在常規X射線及CT閱片后行股骨頸骨折空心加壓螺釘內固定治療;觀察組22例術前根據Mimics軟件建立骨折模型、分割骨折碎塊、模擬手術復位并運用3-matic重建螺釘，在Mimics中最佳螺釘置入角度、螺釘長度后行股骨頸骨折空心加壓螺釘內固定治療。比較兩組患者的手術操作時間、總透視次數、術中總失血量、骨折完全愈合時間、術后負重時間以及術后半年Harris髖關節功能評分。結果 觀察組手術操作時間短于對照組，總透視次數及術中總失血量少于對照組，差異有統計學意義（P<0.05）;兩組骨折完全愈合時間、術后負重時間以及術后半年Harris髖關節功能評分比較，差異無統計學意義（P>0.05）。結論 將數字骨科3D重建技術應用于GardenⅠ～Ⅱ型股骨頸骨折術中，可在術前模擬空心螺釘進釘位置，提前確定螺釘型號及螺釘長度，減少患者的總透視次數、縮短手術操作時間、減少術中總失血量及降低螺釘位置失準發生率。

[關鍵詞]Mimics軟件;數字化醫學;股骨頸骨折;空心加壓螺釘

[中圖分類號] R687.3? ? ? ? ? [文獻標識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1674-4721（2020）9（a）-0092-04

[Abstract] Objective To investigate the clinical effect of digital orthopedics 3D reconstruction technology assisted hollow compression screw internal fixation in treatment of GardenⅠ-Ⅱ femoral neck fractures; Methods A retrospective analysis of 44 patients with GardenⅠ-Ⅱ femoral neck fractures admitted to our hospital from June 2011 to June 2019 was made. They were divided into control group and observation group according to different surgical schemes. The 22 cases in the control group were treated with internal fixation with hollow compression screws for femoral neck fracture after conventional X-ray and CT reading; 22 cases in the observation group were treated before according to Mimics software， a fracture model was established， fracture fragments were segmented， surgical reduction was simulated， and 3-matic reconstruction screws were used. The optimal screw placement angle and screw length in Mimics were followed by internal compression fixation of hollow compression screws for femoral neck fractures. The operation time， total number of fluoroscopy times， total intraoperative blood loss， complete fracture healing time， postoperative weight-bearing time， and Harris hip function scores at half a year after surgery were compared between the two groups. Results The operation time of the observation group was shorter than that in the control group， and the total number of fluoroscopy times and total intraoperative blood loss were less than those in the control group， the differences were statistically significant （P<0.05）. There were no significant differences in complete fracture healing time， postoperative weight-bearing time， and Harris hip function scores at half a year after surgery between the tow groups （P>0.05）. Conclusion Applying digital orthopedic 3D reconstruction technology to GardenⅠ-Ⅱ femoral neck fracture surgery， it can simulate the position of the hollow screw before operation， determine the screw type and screw length in advance， reduce the total number of fluoroscopy times， shorten the operation time， and reduce the total intraoperative blood loss and reduce the incidence of screw position misalignment.

[Key words] Mimics software; Digital medicine; Femoral neck fracture; Hollow compression screw

FNF（femoral neck fracture，FNF）是臨床上常見的一種囊內骨折類型，易損傷股內側回旋支動脈致關節內出血，使關節囊內壓力升高，容易導致血流淤滯[1]，增加了股骨頭壞死的可能性。世界衛生組織（WHO）報告指出，每年約有170萬人患有髖部骨折，預計到2050年這一數字將增加到630萬人[2]。FNF約占髖部骨折的60%，是老年人常見的骨質疏松性骨折，且高齡患者長期臥床可引起相關并發癥，病死率較高[3]。隨著數字骨科臨床應用的快速發展[4]，目前常見的基于螺旋CT數據及PACS影像系統的3D重建軟件Mimics在骨科領域比較成熟，黃儉等[5]報道了利用MimicsⅤ10.0軟件進行三維實體重建在Pilon骨折修復治療中，可優化術前準備，減低手術風險，縮短手術時間，提高修復的成功率，減少并發癥;王才成等[6]報道應用Mimics軟件輔助樞椎椎弓根釘置釘，增加了手術的安全性;劉振[7]報道了應用Mimics軟件術前模擬髖關節發育不良（DDH）行膝關節置換術（TKA）時的股骨遠端截骨，盡可能減少股骨遠端截骨量，提高TKA術后關節的穩定性。Mimics軟件不但推動了骨科臨床工作的發展，也為骨科教學注入了新的活力。我院骨科自2011年起將Mimics軟件應用于臨床中，收獲了良好的臨床效果，本研究就該技術在老年人GardenⅠ～Ⅱ型的FNF臨床應用進行相關探討，現報道如下。

1資料與方法

1.1一般資料

回顧性分析我院2011年6月～2019年6月收治的44例GardenⅠ～Ⅱ的FNF患者資料，其中男18例，女26例;均符合閉合性損傷，相關神經及血管無明顯損傷;平均年齡（76.3±7.3）歲;Garden分型：Ⅰ型FNF 15例，Ⅱ型FNF 29例。按照手術方案不同將其分為觀察組和對照組，每組各22例。兩組患者的年齡、性別、損傷側別、病程、Garden分型等術前一般資料進行統計學比較，差異均無統計學意義（P>0.05）（表1），具有可比性。

1.2納入及排除標準

納入標準：①患者有明確創傷史，符合GardenⅠ～Ⅱ分型的FNF;②患者均為新鮮的閉合性骨折，且年齡≥65歲;③所有納入病例骨折前無明顯骨骼肌肉系統疾病可獨立行走;④所有納入病例均取得隨訪，隨訪時間≥6個月;⑤獲得醫院醫學倫理委員會審核批準。排除標準：①全身多發骨折及腫瘤相關病理性骨折、陳舊性骨折以及髖關節假體周圍骨折患者;②有出血傾向以及免疫力低下的患者等;③可影響本研究結果的急慢性疾病者。

1.3方法

1.3.1觀察組? 術前利用Mimics軟件重建FNF三維模型以及復位與手術模擬。入院后完善CT掃描，然后將數據上傳到PACS系統中，同時以DICOM圖片格式保存在計算機;將數據導入醫學影像控制系統Mimics Ⅴ15.0軟件（Materialise，比利時）進行圖像處理、閾值分析、區域增長及蒙版分割等操作，建立所需FNF的3D數字模型，觀察分析FNF相關情況，如骨折段對位對線情況，同時手術模擬演練，利用Mimics軟件配套3-matic軟件建立三維可視股骨模型，同時對該模型進行多角度三維數據測量，以預估螺釘直徑、長度、位置及模擬最佳進釘點，術前做好虛擬上的置釘點標記（圖1，封三）。手術方式：麻醉滿意后，患者取仰臥位，患肢牽引復位，C型臂透視機輔助透視，見FNF復位良好后，采用股骨近端外側手術入路充分暴露股骨大轉子，在大轉子下3 cm左右沿股骨頸長軸按術前做好虛擬上的置釘點標記及螺釘深度呈倒三角位置置入3枚克氏針，C型臂透視機見克氏針位置良及深度均較佳，擴孔后依次選取3枚合適型號的空心螺釘擰入相應釘道，放松牽引架，同時加壓3枚螺釘，透視觀察骨折復位情況，予碘伏及生理鹽水沖洗術野，仔細檢查傷口無明顯活動性出血，清點手術器械及紗塊無誤后，逐層縫合手術切口，予彈力繃帶充分加壓包扎。

1.3.2對照組? 按一般影像學資料檢查評估后予行股骨頸切開復位空心加壓螺釘內固定術。麻醉滿意后，患者取仰臥位，患肢牽引復位，C型臂透視機輔助透視，見FNF復位良好后，采用股骨近端外側手術入路充分暴露股骨大轉子，在大轉子下3 cm左右沿股骨頸長軸呈倒三角位置置入3枚克氏針，C型臂透視機見克氏針于正側位均位于股骨頸內，再以克氏針為標準測量深度后擴孔，依次將合適型號的3枚空心螺釘擰入相應釘道，放松牽引架，同時加壓3枚螺釘，透視觀察骨折復位情況，予碘伏及生理鹽水沖洗術野，仔細檢查傷口無明顯活動性出血，清點手術器械及紗塊無誤后，逐層縫合手術切口，予彈力繃帶充分加壓包扎。

1.3.3術后處理? 術后按常規運用相關抗生素預防感染及抗凝藥物預防血栓形成，加強術后康復及護理，嚴密監測患者生命體征，預防患者因長期臥床導致肺部感染或形成壓瘡[8]，術后統一按骨科康復理療方案進行康復治療。術后第1天，鼓勵患者根據耐受程度進行適當的股四頭肌、小腿后肌群及膝關節的屈伸功能鍛煉，術后4～5個月患肢即可完全負重。同時，告知患者須按醫囑定期返院或在當地醫療機構進行復查。

1.4評價標準

1.4.1骨折完全愈合評估標準? ①患肢局部無壓痛及縱軸叩擊痛及無明顯反常活動;②X線片顯示骨折線模糊，并可見連續性骨痂;③上肢向前平舉1 kg重量超過1 min，下肢在不需扶拐輔助下可在平地連續步行達3 min以上，同時步數超過30步以上;④連續2周不變形[9]。

1.4.2采用髖關節Harris評分標準評估髖關節功能? 總分為100分，其中90～100分提示為優，80～89分提示為良，70～79分提示為中，70分以下提示為差[10]。

1.5觀察指標

兩組患者手術操作時間、術中總出血量、總透視次數、骨折完全愈合時間，以及術后負重時間及術后半年Harris評分，對兩組患者術后患側髖關節功能進行詳細的比較研究。

1.6統計學方法

采用SPSS 24.0統計學軟件進行數據分析，計量資料用均數±標準差（x±s）表示，兩組間比較采用t檢驗;計數資料采用率表示，組間比較采用χ2檢驗，以P<0.05為差異有統計學意義。

2結果

44例患者均順利完成手術，觀察組手術操作時間短于對照組，總透視次數和術中總失血量少于對照組，差異有統計學意義（P<0.05）;兩組骨折完全愈合時間、術后負重時間及術后半年Harris評分比較，差異無統計學意義（P>0.05）（表2）。

3討論

FNF是指破壞股骨頸骨的連續性。由于其特殊的解剖結構，在骨折過程中血管的供應經常受損，從而導致骨折的骨不連和股骨頭壞死[11-12]。對老年FNF的治療中，如何有效避免老年人FNF骨折后骨不連和股骨頭壞死一直是FNF研究的重點，相關文獻報道，骨折末端的過渡活動會損害新的血管，導致愈傷組織區域缺血，阻礙愈傷組織的礦化和骨化，并使愈傷組織發展為纖維軟骨，進而形成骨折骨不連[13]。因此，骨折端對線及復位程度與內固定的穩定性和愈合速度密切相關。同時，還可以避免進一步損傷關節囊內動脈，盡可能保留股骨頭的殘余血液供應[14-15]。FNF的治療包括保守治療、閉合或開放復位復位固定、髖關節置換術等。對于無移位的GardenⅠ～Ⅱ型老年FNF的手術治療中，對股骨頭血液供應損傷相對較小的空心加壓螺釘內固定術逐漸成為首選，同時該術式還具有創傷小、預后好等優勢[16-17]。文獻報道，空心加壓螺釘內固定術，因具有較強的抗剪切和抗旋轉能力倒三角實心空心加壓螺釘結構，大大增加了股骨頸的穩定性，有效提高了骨折愈合率[18-19]。

本研究中，觀察組主管醫生利用建立的3D股骨模型更加生動的向患者及其家屬展示了FNF的相關情況，詳細講解術中采用的手術方式及術中、術后可能發生的相關并發癥，使患者及其家屬充分了解相關病情，大大提高了患者的治療依從性及對醫生的信任度。44例患者均獲得隨訪，隨訪6個月，兩組患者術后FNF均愈合完全，兩組骨折完全愈合時間、術后負重時間比較，差異無統計學意義（P>0.05）。提示老年FNF患者的治療是一長期的、綜合的立體化治療，絕大多數老年患者合并骨質疏松癥，骨折完全愈合所需時間較長，同時長期臥床，加重骨質疏松癥程度，導致完全負重時間延長，因此老年FNF患者均提倡手術結合規范抗骨質疏松藥物治療。本研究結果顯示，兩組患者術后半年的Harris髖關節功能評分比較，差異無統計學意義（P>0.05），提示經科學的術后康復功能鍛煉，數字三維重建輔助FNF空心加壓螺釘內固定術與傳統的FNF切開復位空心加壓螺釘內固定術均可取得良好的療效。本研究結果還顯示，觀察組手術操作時間短于對照組，總透視次數和術中總失血量少于對照組，差異有統計學意義（P<0.05）。提示應用數字化三維建模技術，為患者制定訂個體化的術前規劃，在實際操作中根據術前設計，提高置釘的精確度和安全性，避免發生動脈、神經損傷等嚴重并發癥，最大限度地降低了手術的難度和風險，明顯減少了總透視次數，進而減少術者與患者雙方的輻射暴露;同時也明顯縮短了手術操作時間，使得傷口暴露時間及術中總出血量明顯減少，進而降低傷口感染及其他相關的并發癥發生率，提高手術治療效果。

隨著數字化三維建模技術的發展，其在骨科手術規劃、手術操作、康復、教學培訓等領域發揮著越來越重要的作用，盡早建立并完善相關技術的培訓系統，早日形成完善的效果評估體系，及時增進?？婆嘤栣t生的專業知識，完善術前規劃，制訂并完成更為合理、優化的手術方案，可明顯提高手術操作實踐能力，繼而縮短骨科?？漆t師的培養周期[20]。

綜上所訴，將數字骨科3D重建技術應用于GardenⅠ～Ⅱ型FNF中，充分考慮患者個體差異，科學制定個體化的治療方案，精準醫學再一次發展及延伸，使醫患雙方共同獲益，醫生能更加系統、合理的實施精準的治療方案，從而使患者獲得良好的治療效果。

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（收稿日期：2020-03-03）