骨折地图在创伤骨科中的应用

居家宝 陈建海 张一翀 韩帅 马明太 张子宵 张殿英,2,3

作者单位：100044 北京大学人民医院创伤骨科1；100044 北京大学人民医院创伤与神经再生研究所2；300450 天津，北京大学滨海医院骨科3

骨折地图也叫做骨折线分布地图，由Armitage 等［1］于2009 年在国际上率先提出。骨折地图利用计算机软件进行三维重建，将多个病例的骨折线叠加在一个标准的骨骼模型上，利用热图或频率图分析骨折线分布规律，从而描绘骨折线起止、走向、分布及骨折粉碎的情况，有助于骨科医师更为立体地分析骨折特点。骨折地图目前的研究包括Pilon 骨折、后踝骨折、Hoffa 骨折、胫骨平台骨折、肱骨近端骨折等。本文将综述近年来骨折地图的相关研究，回顾骨折地图在创伤骨科领域的应用，探索未来可能的研究方向。

一、骨折地图研究进展

（一）上肢骨折

肩胛骨骨折分类系统与临床实际工作中遇到的骨折类型相关性不强，其手术治疗指征也一直存在争议。2009 年，Armitage 等［1］在国际范围内首次报道了一项有关肩胛骨骨折地图的研究，分析得出骨折易发生在以下三个部位：（1）关节盂突下方肩胛骨外侧缘；（2）肩峰底部与关节盂窝之间的冈盂切迹；（3）关节腔盂肱关节面。这一研究明确了关节盂周围是骨折的常见区域，分析了常见骨折部位与重要的血管神经的毗邻关系，有助于术中暴露骨折部位，优化复位装置和内固定物的选择。这项研究为后续骨折地图的研究开创了先河。

复杂性肱骨近端骨折常用Neer 分型描述，但这一分型基于二维影像，对骨折块移位或成角的描述不够准确［2］。因此，以CT 三维成像为核心的骨折地图是对Neer 分型的有效补充。随着Mochizuki 等［3-4］对肩袖足印区解剖形态的更新，分析肱骨近端骨折线的分布规律以及与肩袖足印区的相对关系对于选择合理的固定方式具有重要意义。2017 年，Hasan 等［5］绘制了48 例肱骨近端骨折的骨折地图，分析骨折特点可知骨折常累及小结节后侧、大结节前侧与肩袖肌腱足印区之间的区域。关节囊内肱骨距骨折比囊外更常见。从肱骨近端前外侧面观，骨折线从关节面边缘垂直延伸到肩袖足印区之间的大结节区域，与干骺端水平分布的骨折线相融合。从后面观，大结节区垂直分布的骨折线向下延伸至小圆肌，肩胛下肌附着于干骺端的区域，累及关节面的骨折主要分布在距离关节面边缘6 ～ 10 mm 的区域内。肩关节前方脱位易导致肱骨头后外侧骨折，而后方脱位导致肱骨头前侧骨折。大结节骨折常呈劈裂型，骨折线常分布在冈上、冈下肌腱附着点之间的区域。干骺端骨折易发生骨折粉碎及移位，本研究不足的是重建图像未行虚拟复位，骨折线的走行描述不够精准，后续研究可弥补其不足。

既往研究提示桡骨头骨折常位于前臂中立位时桡骨头前外侧1/4 的区域，但这一研究基于观察而非临床数据，Leeuwen 等［6］通过分析72 例桡骨头骨折形态，发现Mason 2 型桡骨头骨折常位于前外侧1/4 象限，约77%的骨折线起始于后外侧区域，79% 的骨折线终止于前内侧区域，与之前的观察相一致。这一研究不仅是既往研究的有力佐证，也提示桡骨头及尺骨冠状突对于维持肘关节稳定性，防止肘关节后脱位具有重要意义，桡骨头骨折后行解剖复位有助于恢复肘关节稳定性及关节功能。2016 年，Mellema 等［7］报道了部分关节面内桡骨头骨折的形态特点，与Leeuwen 等［6］研究相一致，骨折线集中分布在桡骨头前外侧1/4 区域。本研究创新点在于分析了不同类型的创伤性肘关节不稳定与骨折线的关系，结果提示骨折线与损伤类型无明确相关性，也说明不同类型的肘关节骨折中，桡骨头骨折具有共同的损伤机制。各种类型的损伤模式，桡骨头骨折可采取相似的手术入路行内固定治疗。

尺骨骨折Mayo 分型的依据包括移位、粉碎程度和半脱位／脱位。2017 年，Lubberts 等［8］分析了78 例不同Mayo 分型的尺骨鹰嘴骨折的骨折线分布特点。总体而言，骨折线起始于滑车切迹的内侧缘，集中终止于冠状突基底。按照不同Mayo 分型分析无移位及轻微移位的骨折及伴有后方脱位的骨折线走行于冠状突基底；移位骨折及伴前方脱位的骨折线较为无序和分散地分布于滑车切迹。冠状突对维持肘关节稳定性具有重要意义，其骨折常导致创伤性肘关节不稳定［9］。Mellema 等［10］通过分析110 例尺骨冠状突的骨折形态，发现不同类型的创伤性肘关节不稳定有着与之对应的冠状突骨折形态。Mayo Ⅰ型骨折与肘关节骨折脱位恐怖三联征相关联，Ⅱ型骨折与后内侧旋转不稳定相关，Ⅲ型骨折与尺骨鹰嘴骨折相对应，这与O’Driscoll等通过临床经验绘制出的骨折形态相一致。后续研究提示Ⅰ型骨折骨折块较少，骨折块体积小，关节面累及范围小，前内侧关节面及基底部骨折块较多，Ⅲ型骨折基底部骨折块最多，骨折累及关节面的范围最大［11］。上述研究有助于骨科医生根据骨折特点预测肘关节面内骨折部位及骨折粉碎情况，为设计手术方案和选择内固定装置提供重要参考。

桡骨远端关节面内骨折临床预后较差，手术治疗的比例逐渐增高，而术前对于骨折形态的分析对手术方案的制定具有重要价值。2013 年，Bain 等［12］分析了桡骨远端关节面内两部分骨折的形态特点，骨折易累及韧带间区域，骨折线主要分布在背侧、掌侧及桡骨茎突三个区域，Lister 结节区域较少受累。这一研究的价值在于提出骨韧带复合体的概念，有助于预测骨折形态及相关的复合损伤。2018 年，Misir 等［13］描绘了34 例C3 型桡骨远端骨折的骨折地图，骨折线主要集中在桡腕关节的中央区域并向桡背侧延伸，约23%的骨折线累及下尺桡关节，骨折粉碎区域与主要骨折线分布区域相似，常累及桡腕关节的舟骨及月骨窝。此外，还包括其他几个次要的骨折部位：Lister 结节区，下尺桡关节的尺侧区域，掌侧区域及累及舟骨窝和桡骨茎突的桡侧区域，该研究与Bain 等［12］的研究结论相似。最近一项关于桡骨远端关节面内骨折地图的研究得出骨折线呈“倒T”型分布于桡骨远端关节面，骨折线将桡骨远端划分为三部分，从热图可以看出，相较于关节面中央区域，桡骨茎突及掌骨桡侧关节面等骨性凸起区域较少受累［14］。

舟骨骨折移位常导致骨折不愈合及畸形愈合，形成创伤性骨关节炎。斜行骨折线平行于舟骨作用力的方向，被认为是不稳定的骨折。Luria 等［15］报道了舟骨骨折的形态特点，与传统观念不同的是，该研究发现舟骨腰部骨折并非垂直于舟骨长轴，而呈斜形分布，与长轴成角56 °。这项研究的价值在于发现并非所有的舟骨骨折都可以沿长轴进行固定，术前应结合三维影像资料分析骨折形态，依据不同的骨折线走行制定个体化的内固定方案。

（二）下肢骨折

不稳定的股骨粗隆间骨折内固定失败率高，并发症较多，而完整的股骨外侧壁对于股骨粗隆间骨折内固定的稳定性具有重要价值。2017 年，张英琪等［16］通过分析股骨近端外侧壁骨折特征发现：大多数A2 型粗隆间骨折会累及外侧壁，而所有的A3 型骨折均累及外侧壁。A2 型骨折线大多数位于外侧壁的边缘，骨折线从外侧壁前上方向后下方延伸，在后缘中部绕至股骨后壁，而A3 型骨折的骨折线无明显规律，分布散乱。这一研究帮助外科医生加深对股骨外侧壁骨折形态的理解，为生物力学实验模型提供建模依据。

冠状面上累及股骨髁的骨折称之为Hoffa 骨折，是一种不稳定的关节面内骨折。通过手术行解剖复位及坚强内固定后，早期行功能锻炼有助于恢复膝关节功能。Xie 等［17］通过描绘Hoffa 骨折的骨折地图发现，骨折更常累及股骨外侧髁。在轴位，外侧髁骨折线及粉碎区域集中于中间1/3的区域，从前外侧向后内侧延伸，而内侧髁骨折线分布较为无序。在矢状位，骨折线从前上方穿行至后上方，关节面粉碎骨折常位于外侧髁，且集中分布在关节面的负重区域。

胫骨平台骨折是一类复杂的关节面内骨折，Molenaars等［18］通过描绘127 例胫骨平台骨折在轴位上骨折线的分布特点，可分为4 种类型：（1）外侧劈裂型骨折伴或不伴粉碎；（2）后内侧骨折；（3）胫骨结节骨折；（4）胫骨嵴骨折。根据次要骨折线的分布特点，4 种常见的骨折又可进一步分为不同的亚型。后内侧骨折线呈现出与后方股骨髁轴线平行、斜行、垂直等方向的变化。平行和斜行骨折线有助于区分后内侧与后侧剪切型骨折。相较于分型而言，复杂性胫骨平台骨折对于骨折特点的描述更有利于外科医师间的相互交流，设计手术方案和选择合理的手术入路。此外，Chen 等［19］描绘了不同Schatzker 分型的骨折线走行特点。根据骨折线与胫骨结节和后交叉韧带止点连线的夹角，Schatzker Ⅰ型及Ⅱ型骨折可进一步分为单纯前外侧骨折，单纯后外侧骨折和复杂骨折。骨折塌陷区域呈现簇状分布，Schatzker Ⅲ型骨折压缩程度明显小于其他类型的骨折，Ⅳ型骨折压缩程度最为明显［19］。 McGonagle 等［20］描绘了261 例胫骨平台的骨折地图发现，外侧平台最常见的骨折形式为矢状面骨折，占所有胫骨平台骨折的50%，尽管矢状面骨折也是内侧平台常见的骨折形式，但内侧平台的骨折线分布较为分散和无序。Molenaars 等［21］通过描绘127 例胫骨平台的骨折地图发现，约30% 的骨折存在后内侧骨折块，后内侧骨折线与冠状面成角约44°，近85%的骨折成角小于68°，这一结果提示标准的前外侧钢板固定对于后内侧骨折块的固定是不充分的。该研究对于选择合理的固定物和固定方向具有指导意义。尽管后内侧骨折块形态异质性较大，但Schatzer Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ型骨折的骨折块形态没有明显差异。

Pilon 骨折占下肢骨折的1% ～ 10%，C3 型骨折承重关节面损伤严重，手术治疗难度较大。Cole 等［22］绘制了Pilon 骨折骨折线分布及粉碎区域的骨折地图，发现大多数骨折线累及胫腓关节，位于腓骨切迹的中间1/3，并向前后方延伸，呈“Y”型分布。95%的骨折存在粉碎骨折块，粉碎区域主要集中在踝穴顶，并从中间区域向腓骨切迹延伸，与骨折线分布区域相一致。此外，踝穴前外侧1/4 区域也是较为常见的骨折粉碎区域。

后踝骨折的治疗一直存在争议，部分研究提示大于25%的关节面受累时应行手术内固定，但平片对于关节面受累比例的判断准确性不足。Mangnus 等［23］描绘了后踝骨折的骨折地图，发现骨折线集中分布在后外侧，骨折块从大到小呈谱系式变化，且部分骨折线延伸至内踝。按照Haraguchi 分型，约67%的骨折线为后外侧斜行走向，骨折块较大，即Haraguchi Ⅰ型，16%的骨折块呈小贝壳型，为Ⅲ型骨折，Ⅰ型骨折线和Ⅲ型骨折线是谱系式变化中的两个端点。Ⅱ型骨折线向内踝延伸，呈现出截然不同的走行特点。

（三）脊柱及髋臼骨折

胸腰段骨折占脊柱骨折的90%，Reith 等［24］通过分析1 445 例椎体骨折的病例发现，骨折主要集中在T12、L1、L2 椎体。同济医科大学的研究团队描绘了174 例T12-L1椎体骨折的骨折地图，通过轴位、矢状位、冠状位等层面观察分析得出骨折线环形分布在椎体的上前1/3。3D 图像显示骨折线集中在椎体的上前1/3，在椎体的前缘呈环形楔状分布。此外，T12 骨折线分布较为集中和有序，L1、L2骨折线较为分散，但骨折线都主要集中在椎体的前上1/3［25］。这一研究阐明了胸腰段椎体压缩性骨折的形态特点和流行病学特征，对现行的骨折分类系统起到补充作用。

髋臼双柱骨折常由高能量外伤所致，Yang 等［26］通过分析71 例髋臼骨折的骨折地图得出，约66%的髋臼骨折累及前柱，骨折线斜行走行于髂前上棘和坐骨棘之间，而62%的前柱骨折线从髂骨脊延伸至髋臼脊，39%的后柱骨折线横穿后壁，上述高频骨折线形成一个Y 型区域，该研究有助于明确伴有移位骨折的关键区域，指导手术方案。四边形板骨折是髋臼骨折中常见的骨折类型，常伴有骨折移位和髋关节脱位。Yang 等［27］通过分析髋臼四边形板骨折的形态特点，发现主要骨折线可大致分为三组：（1）四边形板上边界的横行骨折线；（2）垂直于弓状线的内侧骨折线；（3）从上方延伸到后方的后柱骨折线。近一半的骨折累及四边形板上方，骨折线呈前后走行。此外，骨折线形成一个类似于“手枪”样的形状。这一研究有助于理解复杂的髋臼骨折，设计更为合理的手术入路及内固定方式。

二、展望

在大数据时代的背景下，骨折地图利用可视化手段清晰的描绘了骨折部位和骨折形态，有助于设计手术入路和选择内固定装置，但骨折地图仍存在不足之处。首先，由于解剖变异，部分三维重建图像并不能完美的与标准模板相吻合，描绘的骨折线与真实的骨折线有所偏差。骨折线分布热图是将骨折线坐标化，然后分析某一区域内骨折线分布频率，但将线转化为若干个点的方法无法做到精准拟合，受限于热图方法学不足。此外，热图技术中额外的噪音影响了数据的真实性。因此，有相关研究摒弃了热图技术，采用K 均值聚类算法分析主要骨折线的分布规律，这一方法避免了从线到点转化过程中的数据缺失［28］。

其次，骨折地图的描绘需要CT 数据，而大多数简单骨折或保守治疗的患者未行CT 检查，这些研究排除了非手术治疗的患者。因此，所描绘的骨折地图并没有涵盖所有类型的骨折资料，骨折地图的描绘是不够全面和完整的。骨折地图可分为二维和三维地图，二维地图只能分析某一断面上骨折线的走向和分布，而三维地图可以更为立体直观的分析骨折的形态特点，对手术方案的设计具有重要意义，但三维地图耗费时间，技术要求更高。

此外，骨折地图很难全面评估患者情况。例如，后纵韧带对于椎体稳定性的维持具有重要作用，其完整性协助制定手术方案，而骨折地图很难描绘软组织受损情况。骨折地图仅对形态加以描绘，缺少对生物力学稳定性的研究。因此，将有限元分析和骨折地图相结合，不仅可以描绘骨折形态特点，而且还可以分析骨折的生物力学特征，有助于制定合理的手术方案。部分研究分析了骨折形态与骨折愈合的相关性，而大部分研究缺少相关研究，未来可以更多的关注骨折形态与临床结局之间的联系。