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计算机辅助术前计划在踝关节骨折手术中的应用价值
来自:成都军区昆明总医院全军创伤骨科研究所  点击:823  发表时间:2016/1/25 12:06:31

 
    对于有明显移位、不稳定的踝关节骨折通常需要手术治疗,旨在恢复踝关节正常解剖结构及提供有效固定。满意复位及牢固内固定是取得良好临床疗效的基础,精确的术前计划是实现上述目标的重要环节。然而,既往术前设计主要依据二维影像学图像,术者无法对复杂骨折类型、断端形态及内固定物放置位置进行准确判断,存在术中复位及内固定操作困难的问题,最终导致骨折愈合不良或畸形愈合、内固定失败及关节功能障碍等。为解决上述问题,我们将计算机虚拟手术设计应用于踝关节骨折术前计划中,通过计算机软件对骨折进行三维重建及虚拟手术操作,术前准确判断骨折类型,并制定术中骨折复位及内固定方案等,以提高手术质量。现回顾临床应用资料,总结经验并评价计算机辅助术前计划的应用价值。报告如下。
  1 临床资料
  1.1 一般资料
  纳入标准:①外伤性踝关节骨折;②新鲜闭合性三踝骨折;③选择切开复位钢板螺钉内固定术;④随访时间≥ 6 个月。排除标准:①伴患侧肢体多处骨折;②伤前合并脑梗死患侧肢体偏瘫后遗症者。2012年1 月- 2014 年1 月,共42 例患者符合选择标准,纳入研究。
  本组男22 例,女20 例;年龄19 ~ 72 岁,平均52 岁。致伤原因:扭伤20例,交通事故伤14例,高处坠落伤8 例。左踝关节23 例,右踝关节19 例。受伤至手术时间5 h ~ 12 d,平均2.5 d。术前均摄踝关节正侧位X 线片及CT 扫描、三维重建,显示均为三踝骨折;根据Lauge-Hansen 分型标准:旋后外旋型Ⅳ度25 例,旋前外旋型Ⅳ度13 例,旋前外展型Ⅲ度4 例。其中11 例伴踝关节脱位,8例伴明显肢体肿胀或张力性水疱。
  1.2 术前设计
  将CT 扫描获得的数据以Dicom 格式导入Superimage虚拟手术软件(上海数倍迪信息技术有限公司),利用快速表面重建功能,建立踝关节可视化三维模型;利用智能分割功能对主要骨折块进行分割;形成虚拟的独立骨折块单元后,判断骨折类型及形态,利用移动功能进行虚拟骨折复位;从器械库调入外踝钢板置于腓骨外侧,根据透视及长度测量功能分析拟植入螺钉长度;对内踝及后踝骨折根据骨折线方向及所测长度,按照一定角度植入螺钉,以完成虚拟手术操作。见图1。
  1.3 手术方法
    入院后伴踝关节脱位者行手法复位,恢复踝关节大致对位关系,并予石膏托外固定(9 例)或跟骨持续骨牵引(2 例),减少骨折脱位对软组织的继发性损害;伴明显肢体肿胀或张力性水疱者,予以患肢抬高、冷敷处理,同时给予药物消肿治疗,待肿胀明显消退或水疱处干燥后手术。
    持续硬膜外麻醉后,患者取平卧位。首先,行外踝骨折切开复位钢板内固定。于腓骨长短肌前侧进入,暴露骨折端,在直视下纠正断端成角及短缩移位,并予以临时固定,依据术前计划植入外踝钢板及螺钉。然后,行内踝骨折切开复位内固定。于内踝处作弧形切口,显露内踝骨折断端,直视下复位,根据术前计划于内踝尖处选择两处进针点,沿内踝轴线打入2 枚导针,透视满意后扩口拧入空心螺钉。最后,行后踝骨折切开复位内固定。本组27例后踝骨折块较大,超过胫骨远端横截面的25%,骨折块存在明显移位,其中13 例后踝骨折向近侧移位不明显,术中内、外踝固定后后踝位置满意,直接于胫骨远端前方作小切口,钝性分离至胫骨远端前方皮质后,根据术前计划选择进针点及进针方向,打入1 ~ 3枚导针至后踝骨块,沿导针拧入空心螺钉;14 例后踝骨折存在明显向近侧短缩移位,关节面不平整,通过踝关节背伸动作仍无法复位,经外踝切口由后踝骨折上方进行推挤或撬拨达骨折复位,然后由前向后经皮打入1 ~ 3 枚空心螺钉固定后踝骨块。其余15例后踝骨折块小于胫骨远端横截面的25%,且对位良好,关节面平整, 不予螺钉内固定。本组8 例术前已明确下胫腓联结构破坏者,所有骨折复位内固定完成后,仍存在内侧踝穴增宽及下胫腓联合明显分离,或术中透视踝穴虽对位良好,但下胫腓应力试验(Hock 试验)示腓骨远端在矢状位和冠状位任何一个平面位移>3 mm,行下胫腓螺钉固定,采用1 ~ 2枚3.5 mm 全螺纹皮质骨螺钉,于下胫腓联合上方2 ~ 4 cm 向前倾斜30°,从腓骨外侧经钢板螺孔向胫骨方向植入,固定3 层骨皮质。
  1.4 术后处理
  术后石膏固定患肢踝关节于90°中立位,以保护软组织;常规预防性应用抗生素3 ~ 4 d。术后第2天开始行主动足趾屈伸锻炼, 2 ~4 周拆除石膏后行踝关节功能训练;下胫腓螺钉于术后12 周取出,并开始逐渐负重行走锻炼。
  1.5 疗效评价指标
  记录本组手术时间。术后第2 ~ 4 天摄踝关节正侧位X 线片及CT 扫描、三维重建,对骨折复位质量(包括关节面平整度及踝穴对称性)以及内固定质量进行评价。出院后定期随访,根据患者临床症状、体征及影像学资料评估术后并发症发生情况,包括术后切口感染、骨折复位后再移位、骨不连、内固定物松动断裂等。末次随访时,按改良Baird-Jackson踝关节评分系统[8] 评定,包括踝关节疼痛、踝关节稳定性、行走能力、跑步能力、工作能力、踝关节活动范围以及踝关节影像学检查中距骨移位、距骨倾斜以及踝穴间隙的变化;总分100 分,其中96 ~ 100 分为优,91 ~ 95 分为良,81 ~ 90分为可, 0 ~ 80 分为差。
  2 结果
  本组均按照术前计划顺利完成手术;手术时间76 ~ 120 min,平均93.7min。术后1 例发生外踝切口裂开,经积极扩创及清洁换药后切口Ⅱ期愈合;其余切口均Ⅰ期愈合。患者术后均获随访,随访时间9~ 27 个月,平均14.6 个月。术后X 线片及CT 检查显示,踝关节骨折获解剖复位,腓骨骨折对位、对线及长度纠正,踝穴对称,未见内侧踝穴增宽;下胫腓联合处胫腓骨匹配,间隙对称;后踝骨折处关节面平整,未见明显台阶形成;钢板螺钉植入位置及角度满意,未发现螺钉穿透关节面或下胫腓联合。末次随访时,X 线片示3 例(7.1%)患者踝关节有退行性改变,主要表现为踝关节关节间隙轻度狭窄。见图2。
  术后6 ~ 8 周患侧踝关节活动度达到或接近健侧;骨折愈合时间为11 ~ 17 周,平均13.1 周。35例于术后12 ~ 18 个月取出内固定物。随访期间未见骨折延迟愈合、骨不连、畸形愈合及内固定失效等并发症发生。末次随访时,根据Baird-Jackson 踝关节评分系统评定,获优24 例,良13 例,可5例,优良率88%。
  3 讨论
  由于踝关节解剖形态及其损伤机制的复杂性,踝关节骨折手术治疗对于骨科医师来说仍然是一个挑战。术前对骨折类型认识不足、判断失误及手术方法选择不当,均可能导致术中不能满意复位骨折并行有效内固定。Ovaska 等对踝关节骨折术后早期发现复位不良且需手术翻修的79 例患者进行了研究,其中47 例(59%)与下胫腓复位不良有关,其次是腓骨短缩及内踝复位不良。杨云峰等报道踝关节骨折术后可能出现踝关节外翻畸形、下胫腓联合分离及骨关节炎,主要与术前计划不足,未对骨折进行完整而准确评估,以致不能制定有针对性手术方案有关。
  为了有效解决主要依据二维影像学图像进行术前计划的局限性,计算机虚拟手术设计已被应用于骨科临床,通过计算机软件基于CT 数据重建的可视化三维骨折模型,不仅能任意视角观察骨折区域,还能进行虚拟手术复位及内固定操作,预估手术难度,显著提高手术计划的准确性及完整性,同时还能让手术小组每一位成员对骨折类 型及术前计划有立体、直观认识,使各成员之间配 合更默契,有助于减少手术时间、出血量及医源性损伤,提高手术准确率及降低术后并发症发生率等。
  但是目前临床应用的软件大多操作步骤复杂、费时,且需要经过专业培训才能掌握应用方法,存在较大局限性。本研究中采用的Superimage 虚拟手术软件则在以上方面存在一定优势。将骨折部位Dicom数据导入该软件后,利用其快速表面重建功能,可建立踝关节可视化三维模型;利用鼠标控制该三维模型的旋转、平移及缩放等,能进行任意视角观察。此外,该软件能通过自由智能分割功能,将三维图像中不同骨骼及主要骨折块标记分割成独立的虚拟团块,通过移动或隐藏功能对各单元进行进一步细致观察,明确骨折线走行及骨块间相互关系。另外应用软件的移动功能能对各个骨折块进行虚拟复位操作,通过不同角度观察骨折复位效果,纠正成角、分离、旋转及短缩等移位,恢复踝关节解剖形态。该软件还自带了器械库功能,在完成骨折复位之后,可选取相应的内固定材料进行虚拟内固定;通过不同角度观察判断钢板放置位置及螺钉植入方向,利用软件测量功能测量植入螺钉长度,为内固定材料的选择提供了客观依据。利用该软件还可进行虚拟手术,为实际手术操作提供指导,最终实现手术设计的个体化及精确化。本组42 例踝关节骨折患者术前均进行了计算机虚拟手术操作,制定了个性化手术方案。术中在C 臂X 线机透视下,根据术前手术设计顺利完成骨折复位及内固定操作。
    对于不稳定性踝关节骨折的手术目的现已达成共识,即通过手术恢复踝关节内侧、外侧以及下胫腓联合的稳定性,纠正腓骨长度和对位,恢复下胫腓对位关系,防止腓骨短缩移位及由此引起的踝穴增宽、距骨外移、倾斜。本组患者均涉及内、外踝及下胫腓前后联合,属不稳定性踝关节骨折脱位。根据术前手术设计,本组外踝及内踝分别行腓骨远端钢板固定及空心螺钉内固定;27 例后踝骨折块较大,超过胫骨远端横截面的25%,满意复位后采用由前向后经皮空心螺钉固定。8 例术前即发现下胫腓联合明显对位不良,术中采用下胫腓应力试验证实三踝固定后仍存在不稳,采用1 ~ 2 枚全螺纹下胫腓螺钉固定。术后复查X 线片及CT 显示,踝关节骨折均获得解剖复位,内、外踝及后踝骨折对位、对线良好,未见短缩、旋转及分离移位,关节面平整;下胫腓对位良好,腓骨未见旋转,踝穴对称。所有内固定物位置满意,后踝螺钉及下胫腓螺钉均获得理想的固定位置及角度。
  精确的骨折复位及内固定操作是获得满意临床疗效的基础。本组术后6 ~ 8 周患侧踝关节活动度达到或接近健侧,术后骨折均获骨性愈合,愈合时间平均为13.1 周。术后1 例发生外踝切口愈合不良,通过积极清洁换药治疗后,切口获Ⅱ期愈合。术后随访过程中未见踝关节骨折再移位、骨不连、畸形愈合、内固定物松动或断裂等并发症发生。末次随访Baird-Jackson 踝关节评分优良率达88%。仅有3例X 线片显示有踝关节的退行性改变,主要表现为踝关节关节间隙轻度狭窄。
  综上述,通过计算机辅助术前设计,可以在术前明确踝关节骨折复位方法、内固定物放置位置、螺钉进针点及方向等,对术中可能出现的问题进行全面评估、分析,进而提出对策,减少手术创伤,避免术中意外情况的发生,提高手术安全性及手术质量,有利于骨折愈合及患者术后康复。但本研究也存在一定不足:首先是研究样本量少,需要进一步积累病例;其次,缺少对照组,有待行前瞻性对照研究,使其优越性更具说服力;再者,虚拟手术过程中仅对骨组织进行了虚拟操作,而忽略了骨骼附着的肌肉、韧带及关节囊等软组织,使虚拟手术与术中情况仍存在一定差距,需进一步完善计算机软件解决该问题。
 
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