數字化技術輔助治療復雜脛骨平臺骨折臨床療效

留成勝 謝偉 李旱雨 吳向科 馮繼華 蘭云芬 聶俊 黎高明

[摘要] 目的 探討數字化技術輔助手術和傳統切開復位內固定治療復雜脛骨平臺骨折的臨床療效。 方法 選取2015年12月至2020年3月期間我院收治復雜脛骨平臺骨折患者88例，隨機分為數字化組和傳統組，每組各44例。術前均行CT掃描，數字化組將CT掃描數據導入Mimics軟件進行三維重建，通過模型制定精準手術規劃后行手術，傳統組根據X線和CT影像學資料制定手術方案行手術。比較兩組手術時間、術中出血量、術中透視次數和時間、住院時間、骨折愈合時間、完全負重時間、后傾及內翻角度等。末次隨訪采用膝關節Rasmussen評分和美國特種外科醫院膝關節評分（HSS）對膝關節功能進行評價比較。 結果 數字化組手術時間、術中出血量、術中透視次數和時間、住院時間、骨折愈合時間、完全負重時間、后傾角度、內翻角度較傳統組有明顯優勢，差異均有統計學意義（P<0.05）。數字化組HSS和Rasmessen評分優良率均高于傳統組;兩組HSS評分比較，差異有統計學意義（P<0.05）;兩組Rasmessen評分比較，差異無統計學意義（P>0.05）。 結論 數字化技術輔助手術在治療復雜脛骨平臺骨折中表現出手術創傷小、出血量少、手術時間短、射線暴露少、復位精確性高及功能恢復快等優點。

[關鍵詞] 數字化技術;脛骨平臺;骨折;三維重建

[中圖分類號] R683.1? ? ? ? ? [文獻標識碼] B? ? ? ? ? [文章編號] 1673-9701（2021）35-0085-06

Clinical effect of digital technology assisted treatment in complex tibial plateau fracture

LIU Chengsheng? ?XIE Wei? ?LI Hanyu? ?WU Xiangke? ?FENG Jihua? ?LAN Yunfen? ?NIE Jun? ?LI Gaoming

Department of Orthopaedics，Quzhou Hospital of Traditional Chinese Medicine in Zhejiang Province，Quzhou 324002，China

[Abstract] Objective To explore the clinical effects between the digital technology assisted surgery and the traditional open reduction and internal fixation in the treatment of complex tibial plateau fractures （TPF）. Methods A total of 88 cases of complex TPF were treated in our hospital from December 2015 to March 2020， were randomly divided into the digital group and the traditional group， each group has 44 cases. CT scanning was performed before operation. In the digital group， CT scanning data were input into Mimics software for three-dimensional reconstruction. The operation was performed after making accurate operation plans through the model. As for the traditional group， the operation plan was made according to X-ray and CT imaging data. The operation time，intraoperative hemorrhage volume， the intraoperative frequency and time of fluoroscopy， hospitalization time， fracture healing time，time to full weight bearing， backward inclination and varus angle were compared between the two groups. At the last follow-up，the knee joint function was evaluated and compared with the Rasmussen score of the knee joint and hospital for special surgery knee score （HSS）. Results Compared with the traditional group， the digital group had obvious advantages in terms of the operation time， the intraoperative hemorrhage volume， the intraoperative frequency and time of fluoroscopy， the hospitalization time，the fracture healing time，time to full weight bearing，backward inclination angle and varus angle，with statistically significant differences（P<0.05）.The excellent rates of HSS and Rasmessen scale were both higher in the digital group than those in the traditional group.There was significant difference in HSS score between the two groups while no significant difference was found in Rasmessen score between the two groups（P>0.05）. Conclusion The digital technology assisted surgery has the advantages of less trauma， less bleeding， short operation time， less radiation exposure， high reduction accuracy and quick functional recovery in the treatment of complex TPF.

[Key words] Digital technology; Tibial plateau; Fracture; Three-dimensional reconstruction

脛骨平臺骨折為關節內骨折，占膝關節周圍骨折的26.1%，近年來發病率呈逐年增加趨勢[1]。高能損傷導致復雜脛骨平臺骨折，關節面損傷嚴重，干骺端粉碎移位，常合并周圍軟組織損傷[2]。臨床上以手術治療為主，由于復雜骨折失去解剖復位標志，骨折解剖復位和固定難度大，治療棘手[3-4]，治療中易出現傷口感染、骨折復位不良、關節僵硬及創傷性關節炎等并發癥[5]。隨著數字化技術的發展，快速骨折三維模型構建，術前模擬手術復位，可完善術前計劃，確保手術順利完成[6-7]。本研究采用數字化技術和傳統切開復位內固定治療復雜脛骨平臺骨折患者，回顧性分析這些患者臨床資料，比較兩種治療方式療效，探討數字化技術輔助治療優勢，同時為臨床治療方式選擇提供參考，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2015年12月至2020年3月我院收治的復雜脛骨平臺骨折88例作為研究對象，所有納入者均簽署知情同意書，且該研究通過本院醫學倫理委員會批準。男54例，女34例，年齡18～68歲，平均（42.1±12.3）歲。均為閉合性骨折，均常規行X線及CT檢查，明確診斷為復雜脛骨平臺骨折。根據隨機數字表法分為數字化技術組（數字化組）和傳統切開復位內固定組（傳統組），每組各44例。數字化組男26例，女18例，平均年齡（43.5±12.3）歲;致傷原因：交通事故傷22例，摔傷8例，高處墜落傷12例，重物壓傷2例;骨折按Schatzker分型：Ⅴ型20例，Ⅵ型24例。傳統組男28例，女16例，平均年齡（40.8±10.5）歲;致傷原因：交通事故傷20例，摔傷10例，高處墜落傷8例，重物壓傷6例;骨折按Schatzker分型：Ⅴ型26例，Ⅵ型18例。兩組術前一般資料比較，差異無統計學意義（P>0.05），具有可比性。見表1。

納入標準[4，8]：①新鮮、閉合骨折;②Schatzker分型為Ⅴ型和Ⅵ型;③年齡16～70歲，骨骺已閉合;④無血管、神經損傷;⑤隨訪資料完整，隨訪時間>6個月。排除標準[4，8]：①兒童、陳舊性、開放性骨折和病理性骨折者;②合并既往膝關節畸形或活動障礙者;③合并重要臟器損傷者;④多種內科疾病不能耐受手術或麻醉者;⑤合并同側股骨干骨折者。

1.2 方法

1.2.1 數字化技術? 完善脛骨平臺CT數據，采用螺旋CT掃描，數據以Dicom格式導入Mimics17.0軟件（Materiaise′s interactive medical image control system，交互式醫學影像控制系統，比利時）進行三維重建，觀察分析骨折特點、類型。通過軟件測量工具對脛骨平臺后傾角、內翻角、骨折塌陷深度、骨塊移位距離、脛骨平臺增寬大小進行精準測量。見圖1～7。在三維模型上進行手術模擬，確定骨折復位順序，復位高度，測量復位后后傾角和內翻角數據，同時設計鋼板植入位置，觀察螺釘方向和分布及測量螺釘長度。見圖8～11。

1.2.2 手術方法及術后處理? 數字化技術組患者采用連續硬膜外麻醉或全身麻醉，仰臥位，膝關節屈曲30°～45°。采用膝關節前外側和內側聯合切口，皮瓣寬度大于7 cm，外側切口骨膜下剝離部分脛前肌，內側切口注意保護鵝足腱和膝內側副韌帶。根據術前規劃和手術演示進行骨折復位，首先復位骨折簡單一側，內側平臺骨塊大多較完整，通過內側切口復位內側平臺和后柱骨折，克氏針臨時固定，檢查力線及高度恢復滿意，內側平臺和后柱固定根據術前設計放置重建鋼板或內側柱解剖型鋼板和植入螺釘。通過外側切口切開外側半月板脛骨韌帶，懸吊半月板，脛骨髁前外側開窗，直視下復位平臺外側關節面，開窗復位通道植入同種異體骨或自體髂骨并夯實，骨盆復位鉗擠壓內外側平臺，恢復平臺寬度，克氏針臨時固定，“C”型臂X光機透視骨折復位滿意，放置脛骨近端外側解剖型鋼板及植入螺釘固定。檢查膝關節伸直位及屈曲30°下內外翻應力試驗陰性，重建外側半月板脛骨附著處，逐層縫合，關閉切口，并常規放置負壓引流管。傳統切開復位內固定組患者采用連續硬膜外麻醉或全身麻醉，仰臥位，膝關節屈曲30°～45°。采用膝關節前外側和內側聯合切口，顯露骨折處，先復位骨折簡單側，塌陷骨折處關節囊切開，注意避免半月板損傷，直視下復位，根據C型臂X光機透視結果調整骨折復位、鋼板位置、高度和螺釘長度、數目。術后予預防感染、鎮痛及抗凝等對癥處理，抬高患肢，1周內使用彈性繃帶，術后第1天行肌肉等長收縮，1～2 d開始指導膝關節被動功能鍛煉，第24～48小時，拔除負壓引流管，3～4 d開始膝關節主動屈伸功能鍛煉，同時配合膝關節功能訓練機（Continuous passive motion，CPM）鍛煉，6周后扶雙拐逐步開始不負重行走，12周后根據骨折愈合情況扶拐部分負重，逐漸增加負重重量，骨折愈合后完全負重。術后1、2、3、6個月復查，之后每3個月復查1次。

1.3 觀察指標及評價標準

統計并對比兩組患者手術時間、術中出血量、術中透視次數和時間、住院時間、骨折愈合時間、完全負重時間、后傾及內翻角度等。術后第2天及1、2、3、6、12個月拍攝X線檢查。采用膝關節Rasmussen評分[9]評價術后X線片上骨折復位效果，總分18分，評分18分為優，12～17分為良，6～11分為可，<6分為差。采用美國特種外科醫院膝關節評分（Hospital for special surgery knee scores，HSS）評價膝關節功能[10]，總分100分，評分≥85分為優，70～84分為良，60～69分為可，<59分為差。優良率=（優+良）例數/總例數×100%。

1.4 統計學方法

采用SPSS 23.0統計學軟件（IBM公司，美國）進行統計學分析。計量資料采用Shapiro-Wilk檢驗正態性，手術時間、術中出血量、術中透視次數和時間、住院時間、骨折愈合時間、完全負重時間、后傾及內翻角度等計量資料采用（x±s）表示，兩組計量資料比較采用兩獨立樣本t檢驗。膝關節Rasmussen評分和美國特種外科醫院膝關節評分（HSS）等級資料采用秩和檢驗。兩組術前一般資料比較采用χ2檢驗。檢驗水準α數值采用雙側0.05，P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組患者各項指標比較

患者均獲得隨訪，隨訪時間6～57個月。數字化組手術時間（189.82±30.42）min、術中出血量（237.05±65.80）mL、術中透視次數（4.18±1.22）次、術中透視時間（16.85±4.22）min、住院時間（13.55±3.10）d、骨折愈合時間（16.59±1.62）周、完全負重時間（17.05±1.94）周、后傾角度（8.23±1.51）°、內翻角度（86.54±1.71）°，與傳統組（211.82±40.56）min、（315.59±94.25）mL、（6.14±1.88）次、（24.00±7.79）min、（16.23±3.46）d、（18.05±2.59）周、（19.41±2.50）周、（6.40±1.79）°、（87.93±2.68）°比較，差異均有統計學意義（P<0.05）。見表2～3。

2.2 兩組患者臨床療效比較

傳統組末次隨訪HSS膝關節評分59～95分，平均為（84.36±8.53）分;Rasmessen脛骨平臺骨折復位放射學評分為5～18分，平均為（15.09±2.96）分。數字化組末次隨訪HSS膝關節評分68～97分，平均（89.77±6.20）分;Rasmessen脛骨平臺骨折復位放射學評分為14～18分，平均（16.68±1.13）分。數字化組在HSS和Rasmessen評分優良率方面均高于傳統組，兩組HSS評分比較，差異有統計學意義（P=0.014）。見表4。兩組Rasmessen評分比較，差異無統計學意義（P=0.086）。見表5。

2.3 典型病例

患者，男，36歲，因“交通事故傷致左膝腫痛、畸形伴活動受限1 h余”入院。查體：左膝腫脹，外翻屈曲畸形，廣泛壓痛，可及骨擦音及異常活動，膝關節活動受限。術前X片示：左側脛骨平臺粉碎性骨折。入院診斷：左側脛骨平臺骨折（Schatzker Ⅵ型）。術前行CT掃描，CT掃描數據導入Mimics軟件進行三維重建，通過模型觀察分析、模擬手術制定精準手術方案后行手術。術后膝關節穩定，屈伸功能良好。見圖1～13。

3 討論

3.1 數字化技術輔助治療在復雜脛骨平臺骨折中的優勢

X線和CT檢查可為手術入路選擇、手術方案制定提供參考，但非常依賴醫師臨床經驗，遇到復雜骨折，治療效果往往不夠理想[11]。數字化技術對復雜脛骨平臺骨折進行三維重建，模型立體360°直觀觀察，展現骨折間相互位置及毗鄰關系，全面、準確評估骨折特點和碎片移位程度[12]。對骨折進行模擬復位，模擬內固定物植入等操作，不斷完善和改進手術方案，實現手術技術優化[13]，有利于經驗不足、操作不熟練的醫生熟悉疾病診治;通過模擬復位，進行預手術，可提高手術精準性，縮短手術時間，有效縮短手術學習曲線，減少射線暴露量，降低手術風險[14-15]。借助數字化技術術前對鋼板進行塑形，設計鋼板放置高度和位置，觀察螺釘置入位置、螺釘最大長度、方向，有效避免無效支撐和螺釘穿入關節腔[16]。鋼板與骨骼良好匹配，可獲得更佳固定效果和生物力學性能[17]。通過手術模擬提高手術熟練度，減少手術創傷，術中出血量，使得復雜手術變得相對簡單，提高手術安全性[18]。數字化技術讓疾病變得具有直觀性和易懂性，便于患者解讀手術方案，和諧醫患關系[19]。同時數字化技術具有計算機屏幕上設想、模擬手術、反復修正、設計最佳手術方案，實現安全、精確、微創手術[20-21]，而且對術后康復有明確的指導意義等優點[22]。

3.2 數字化技術操作標準和操作體會

①將數據導入Mimics17.0軟件，對圖像進行配準、分割與標識。運用軟件分割模塊中的閾值轉換工具提取指定范圍內的數據點集合構成一個遮掩層，提取骨骼遮掩層;運用遮掩層編輯工具（Edit Masks，Multiple slice Edit），區域增長換算工具（Region growing）及布爾運算工具（Boolean operations）逐步進行圖像處理，得到骨骼的新Mask層;然后運用Calculate 3D計算模型，構建骨骼三維模型。②模擬骨折復位與內固定，運用Move、Rotate工具平移、旋轉、翻轉等操作復位骨折達到解剖復位;通過導入菜單（Import project）導入鋼板原始數據，采用擬合、配準工具對骨折進行內固定操作。③流程簡易，軟件操作簡單，通過Mimics軟件重建模型僅需數分鐘至數十分鐘，適用于急診手術。數字化技術通過三維模型觀察、分析、模擬手術，減少3D打印昂貴費用，且不增加醫療費用[23]。④通過三維重建模型分析受傷機制，結合MRI明確韌帶損傷情況。⑤評價模擬復位質量，可行健側三維重建，采用軟件鏡像功能，擬合模型進行判斷。⑥模擬鋼板固定，分析固定強度，采用軟件切割功能，實現直觀觀察;聯合使用2.7 mm或3.5 mm T型或L型鋼板進行堅強固定。⑦鋼板塑形方法：旋轉復位后的三維模型，放置鋼板面與電腦屏幕垂直，1∶1三維模型進行鋼板預彎塑形，截屏圖像打印，再次驗證。本研究均采用該方法，術中鋼板與骨面貼合度高，固定牢靠。⑧出現術中復位與術前計劃不一致時，檢查骨折復位質量，往往存在復位不良，減少術中“走彎路”。

3.3 數字化技術輔助手術與傳統切開復位內固定治療復雜性脛骨平臺骨折療效比較

本研究中兩種治療方法比較，數字化技術輔助手術不僅表現出減小手術創傷、減少出血量、縮短手術時間、減少射線暴露次數、提高復位精確性等，而且骨折愈合時間和完全負重時間更早，術后HSS膝關節評分更好，功能恢復更快，這些優勢在統計學存在差異。Duncan等[24]報道數字化技術減少患者和外科醫生接觸輻射的時間。本研究認為這些優勢特點與手術創傷小、手術時間短、復位質量高、術中組織剝離少血供破壞小、骨折堅強固定和力學穩定等因素相關。此外數字化技術術前預估骨折缺損區面積，植骨量大小，設計鋼板植入位置、螺釘分布、固定范圍，減少骨折反復復位、固定造成骨折愈合環境的破壞，或復位不足、過度復位以及鋼板螺釘固定不牢靠后期功能鍛煉造成骨折再塌陷，同時減少關節僵硬和創傷性關節炎的發生率。

綜上所述，與傳統切開復位內固定相比較，數字化技術輔助手術表現出手術創傷小、出血量少、手術時間短、射線暴露少、復位精確性高、骨折愈合快、降低并發癥及促進膝關節功能快速恢復等優點，是骨折復位與重建一種安全可行的治療方法，值得臨床推廣使用。

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（收稿日期：2021-03-13）

[基金項目] 浙江省醫藥衛生科技計劃項目（2019PY090）