數(shù)字虛擬手術(shù)輔助股骨骨折畸形愈合力線矯正

苗衛(wèi)華，李康，王宏

(菏澤市立醫(yī)院關(guān)節(jié)外科，山東 菏澤 274000)

股骨骨折畸形愈合會(huì)引起下肢力線異常及旋轉(zhuǎn)畸形，造成膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)應(yīng)力不均，容易加速髖膝關(guān)節(jié)磨損和退變，出現(xiàn)繼發(fā)髖膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎，導(dǎo)致跛行和疼痛，嚴(yán)重影響患者肢體功能，甚至需要行關(guān)節(jié)置換治療，因此，及時(shí)矯正骨折畸形、重建力線具有重要的臨床意義[1]。既往術(shù)前規(guī)劃多利用X線片、CT平掃等二維影像資料，需要術(shù)者利用自身知識(shí)進(jìn)行空間轉(zhuǎn)換，對(duì)術(shù)者技能和經(jīng)驗(yàn)要求較高，或者術(shù)中利用C型臂透視及力線桿對(duì)肢體力線反復(fù)進(jìn)行調(diào)整和確認(rèn)，增加了放射性損傷和手術(shù)時(shí)間[2]。也有作者通過計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航指導(dǎo)骨科手術(shù)操作，但是所需設(shè)備昂貴，在基層醫(yī)院難以開展[3]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和影像技術(shù)迅速發(fā)展，數(shù)字虛擬手術(shù)技術(shù)在骨科領(lǐng)域應(yīng)用日益廣泛。本研究擬探討數(shù)字虛擬手術(shù)對(duì)股骨骨折畸形愈合后行截骨矯正力線手術(shù)療效的影響，現(xiàn)報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2014年12月至2019年12月陳舊性股骨骨折畸形愈合病例5例，其中男2例，女3例，年齡35～68歲，平均(51.20±14.23)歲，左側(cè)股骨2例，右側(cè)股骨3例。致傷原因：摔傷3例，重物砸傷1例，車禍撞傷1例。均為傷后牽引治療或石膏固定，未行手術(shù)治療，骨折畸形愈合，力線異常，雙下肢不等長，跛行步態(tài)，伴膝關(guān)節(jié)疼痛。其中股骨中遠(yuǎn)段3例，中段2例。

1.2 CT數(shù)據(jù)采集及數(shù)字化虛擬手術(shù) 所有5例患者術(shù)前行CT薄層掃描，設(shè)備采用64排螺旋CT，掃描電壓100 kVp，電流400 mA，矩陣512*512，層厚0.625 mm，掃描范圍從股骨頭至踝關(guān)節(jié)中心。將掃描后的DICOM文件導(dǎo)入Mimics 17.0軟件中，選擇骨骼閾值(226-3071)進(jìn)行選取，通過區(qū)域生長，智能分割，3d運(yùn)算等工具分別形成股骨三維模型。以健側(cè)股骨鏡像為模板，確定患側(cè)股骨畸形最明顯部位，以此處作為截骨部位。首先標(biāo)定近、遠(yuǎn)側(cè)骨折節(jié)段軸線，測量二者在冠狀面和矢狀面的夾角，然后測量健側(cè)和患側(cè)股骨頸軸線與后髁連線的夾角，確定遠(yuǎn)側(cè)骨折節(jié)段的旋轉(zhuǎn)畸形角度。根據(jù)測量結(jié)果，設(shè)計(jì)楔形骨塊，近端截骨線垂直于股骨，遠(yuǎn)端截骨線斜行。模擬截骨，股骨分成近側(cè)骨折節(jié)段，楔形骨塊和遠(yuǎn)側(cè)骨折節(jié)段。模擬復(fù)位，隱藏楔形骨塊，以近側(cè)骨折節(jié)段為參照，復(fù)位遠(yuǎn)側(cè)骨折節(jié)段。首先糾正股骨在冠狀面和矢狀面的成角畸形，然后糾正遠(yuǎn)側(cè)骨折節(jié)段的旋轉(zhuǎn)畸形。同時(shí)測量患側(cè)肢體股骨頭至踝關(guān)節(jié)中心力線，保證力線通過膝關(guān)節(jié)中心。記錄楔形骨塊位置、特定解剖標(biāo)志及毗鄰關(guān)系、底邊大小及高度，比如楔形骨塊距離股骨內(nèi)外上髁的距離、與股骨粗線的相互關(guān)系，用于指導(dǎo)手術(shù)治療。

1.3 手術(shù)過程 硬膜外麻醉或全麻，平臥位，臀下墊高，不使用止血帶。常規(guī)消毒鋪巾，取股骨外側(cè)切口，切開闊筋膜，自股外側(cè)肌后緣進(jìn)入，將其牽向前方，顯露股骨干。根據(jù)術(shù)前數(shù)字虛擬手術(shù)模擬測量結(jié)果，找到解剖定位標(biāo)志，標(biāo)定截骨線，打入克氏針定位，C型臂透視證實(shí)符合術(shù)前設(shè)計(jì)。在遠(yuǎn)近側(cè)截骨面定位克氏針內(nèi)側(cè)利用擺鋸進(jìn)行截骨，取下截骨塊進(jìn)一步測量，并與術(shù)前計(jì)劃進(jìn)行比較。復(fù)位近、遠(yuǎn)側(cè)骨折節(jié)段，依次矯正冠狀面、矢狀面及旋轉(zhuǎn)畸形，外側(cè)鎖定接骨板固定。為優(yōu)先保證良好的股骨力線，截骨斷面閉合后可能會(huì)有小的間隙，可將取下的楔形骨塊咬成顆粒骨植骨。沖洗干凈創(chuàng)面，逐層閉合切口。

1.4 術(shù)后處理 術(shù)后常規(guī)預(yù)防感染，抗凝治療。術(shù)后次日可扶雙拐下地不負(fù)重行走，功能鍛煉，術(shù)后6周、3個(gè)月、6個(gè)月、1年定期復(fù)查，根據(jù)骨折愈合情況決定負(fù)重力量及去拐時(shí)間。

1.5 療效評(píng)價(jià) 術(shù)前術(shù)后采集雙側(cè)下肢正位全長片，測量股骨冠狀面畸形角度、髖膝踝角(hip-knee-ankle angle，HKA)、機(jī)械軸偏離度(mechanical axis deviation，MAD)。評(píng)估患者術(shù)前、術(shù)后患者美國膝關(guān)節(jié)協(xié)會(huì)評(píng)分(knee society score，KSS)。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 使用SPSS 23.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。術(shù)前術(shù)后比較采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，檢驗(yàn)水準(zhǔn)α值取雙側(cè)0.05，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

所有5例患者手術(shù)順利，術(shù)中截骨結(jié)果與術(shù)前規(guī)劃一致，術(shù)中出血(156.00±38.47)mL，手術(shù)時(shí)間(74.00±11.40)min，無血管神經(jīng)損傷、切口感染等并發(fā)癥。術(shù)后隨訪時(shí)間12～24個(gè)月，復(fù)查X線，骨折均完全愈合，平均愈合時(shí)間為(11.20±4.60)個(gè)月，力線矯正滿意，膝關(guān)節(jié)疼痛消失，步態(tài)恢復(fù)正常，股骨冠狀面畸形、HKA、MAD值較術(shù)前明顯改善，膝關(guān)節(jié)KSS評(píng)分較術(shù)前明顯增高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05，見表1)。

表1 術(shù)前術(shù)后股骨冠狀面畸形角、HKA、MAD值、膝關(guān)節(jié)KSS評(píng)分比較

典型病例為一68歲女性患者，陳舊性股骨干中遠(yuǎn)段骨折畸形愈合(右側(cè))。因摔傷致右股骨中遠(yuǎn)段骨折，于當(dāng)?shù)蒯t(yī)院行長腿石膏固定，未手術(shù)治療，功能鍛煉，逐漸恢復(fù)行走功能，但出現(xiàn)右下肢短縮、內(nèi)翻、跛行，長距離行走后出現(xiàn)膝關(guān)節(jié)疼痛，口服及外用非甾體類抗炎藥無效，為改善膝關(guān)節(jié)功能入院治療。入院后完善檢查，CT重建模擬測量結(jié)果：同健側(cè)相比，股骨冠狀面內(nèi)翻18°，矢狀面成角-5°，股骨前傾角內(nèi)旋15°。設(shè)計(jì)截骨線糾正不同平面畸形，根據(jù)測量結(jié)果指導(dǎo)截骨(見圖1～4)。術(shù)前雙下肢全長X線片示股骨中遠(yuǎn)段畸形愈合，內(nèi)翻畸形，膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間隙變窄，可見骨質(zhì)增生(見圖5)。術(shù)后1年復(fù)查雙下肢全長X線片示患者恢復(fù)良好，骨折順利愈合，力線完全恢復(fù)，膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)疼痛癥狀完全消失，KSS評(píng)分90分(見圖6)。

圖1 術(shù)前股骨畸形三維重建 圖2 根據(jù)測量結(jié)果設(shè)計(jì)楔形截骨塊

圖3 模擬截骨及復(fù)位 圖4 模擬接骨板固定并預(yù)估種類和大小

圖5 術(shù)前下肢全長X線片示股骨中遠(yuǎn)段畸形愈合，內(nèi)翻畸形，膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間隙變窄 圖6 術(shù)后下肢全長X線片示骨折愈合，力線恢復(fù)

3 討 論

股骨骨折是臨床常見的骨折，其發(fā)生率較高，如果不能得到及時(shí)正確的治療，容易出現(xiàn)股骨內(nèi)外翻或旋轉(zhuǎn)畸形。股骨骨折一旦出現(xiàn)畸形愈合，往往會(huì)造成肢體冠狀位、矢狀位、旋轉(zhuǎn)對(duì)線異常，進(jìn)而繼發(fā)髖、膝關(guān)節(jié)應(yīng)力不均，造成關(guān)節(jié)退變，功能障礙，甚至需要行全膝關(guān)節(jié)置換。雖然股骨骨折畸形愈合是一個(gè)棘手的問題，但是相關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)道較少[4]。

新鮮股骨骨折斷端游離，骨折線清晰，軟組織相對(duì)正常，解剖標(biāo)志容易確定，通過牽引、移動(dòng)并利用軟組織袖套可以輕松復(fù)位和固定，一般力線恢復(fù)滿意，功能良好。陳舊性股骨骨折部位骨折線已經(jīng)愈合消失，并有骨痂形成和重塑，很難找到原骨折部位，因此矯正畸形的難度大大增加。矯正骨折畸形的關(guān)鍵在于測量股骨畸形不同節(jié)段軸線及相對(duì)角度，參照正常股骨解剖參數(shù)，確定其最大畸形部位，設(shè)計(jì)合適的截骨線，進(jìn)行精確的移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)局部畸形和整體力線的矯正[5]。有研究表明，股骨鎖定接骨板在股骨截骨矯形手術(shù)中表現(xiàn)出較高的可靠性，雖然其固定強(qiáng)度不如髓內(nèi)釘大，但是操作簡單，力線矯治滿意，必要時(shí)可在股骨前方或內(nèi)側(cè)增加接骨板予以增強(qiáng)固定[6-8]。在陳舊性股骨骨折畸形愈合的病例中，截骨后斷端髓腔不規(guī)則甚至是封閉的，髓內(nèi)釘固定很難實(shí)現(xiàn)中心固定，力線矯治往往不充分，而且控制股骨遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)不如接骨板可靠[9]。

Mimics軟件是一種交互式醫(yī)學(xué)影像軟件，可以簡單、高效地實(shí)現(xiàn)三維圖像的重建、測量、分析以及數(shù)字化虛擬手術(shù)，在臨床實(shí)踐中得到了愈來愈廣泛的應(yīng)用。數(shù)字化虛擬手術(shù)在骨科領(lǐng)域的發(fā)展尤為迅速，重建的骨折結(jié)構(gòu)模型能夠根據(jù)手術(shù)要求進(jìn)行分割、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)，虛擬復(fù)位以及內(nèi)固定物虛擬固定，繼而提高手術(shù)操作精度、縮短手術(shù)時(shí)間，降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)以及減少手術(shù)后并發(fā)癥[10-12]。

本研究通過建立股骨骨折畸形愈合數(shù)字模型，從不同的角度和方位對(duì)骨折畸形進(jìn)行觀察和測量，通過測量健側(cè)股骨解剖參數(shù)，作為患側(cè)骨折畸形愈合矯治的參考依據(jù)，準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)了虛擬截骨、復(fù)位和內(nèi)固定，矯正陳舊股骨骨折在冠狀面、矢狀面的成角畸形和橫斷面的旋轉(zhuǎn)畸形，用于指導(dǎo)手術(shù)操作，術(shù)中C型臂透視檢查力線滿意，避免了反復(fù)調(diào)整和重復(fù)截骨，節(jié)省了手術(shù)時(shí)間，減少了術(shù)中出血以及放射性損傷，術(shù)后患者膝關(guān)節(jié)疼痛消失，步態(tài)恢復(fù)正常，復(fù)查影像學(xué)結(jié)果證實(shí)骨折均完全愈合，力線矯正滿意，股骨冠狀面畸形、HKA、MAD值較術(shù)前明顯改善，膝關(guān)節(jié)KSS評(píng)分較術(shù)前明顯提高。

精確恢復(fù)下肢力線是影響髖膝關(guān)節(jié)功能的關(guān)鍵因素，而數(shù)字虛擬手術(shù)可以進(jìn)行精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，多次模擬，反復(fù)演練，為保證臨床治療效果提供了可靠的保證。數(shù)字虛擬手術(shù)是一種簡便、可靠的術(shù)前輔助規(guī)劃工具，如果進(jìn)一步結(jié)合3D打印截骨導(dǎo)板，將使骨折畸形矯正手術(shù)變得更加精確、微創(chuàng)和簡便，相比較傳統(tǒng)的二維術(shù)前規(guī)劃展現(xiàn)出明顯優(yōu)勢[13-14]。但是數(shù)字虛擬手術(shù)和現(xiàn)實(shí)手術(shù)環(huán)境依然存在一定程度的差異，需要臨床醫(yī)生不斷摸索和提高，實(shí)現(xiàn)數(shù)字虛擬手術(shù)和現(xiàn)實(shí)手術(shù)的完美融合。