数字化三维重建模拟辅助手术治疗过伸性胫骨平台骨折

留成胜，谢 伟，段 媛，李旱雨，聂 俊，吴向科，冯继华，毛晓晖

2017年10月～2019年9月，我科采用数字化三维重建模拟辅助手术治疗16例过伸性胫骨平台骨折患者，疗效良好，报道如下。

1 材料与方法

1.1 病例资料本组16例(18膝)，男11例，女5例，年龄19～68岁。均为闭合骨折。行X线及CT检查明确诊断为过伸性胫骨平台骨折，骨折Schatzker分型：Ⅴ型7膝，Ⅵ型 11膝。致伤原因：交通事故伤10例，摔伤2例，高处坠落伤3例，重物压伤1例。合并伤：腰椎骨折3例，同侧腓骨头颈部骨折4例。伤后至手术时间为3～14 d。

1.2 术前三维重建模拟采用螺旋CT扫描，完善患者胫骨平台CT数据。数据以Dicom格式导入Mimics 17.0软件进行三维重建，通过软件测量工具测量胫骨平台后倾角和内翻角，同时对骨折塌陷深度、骨折块移位距离进行精准测量。在Mimics软件的三维重建模型上模拟手术，确定骨折复位顺序及高度，复位后测量胫骨平台后倾角和内翻角，确定钢板置入位置。根据模拟骨折复位、内固定情况等制定手术方案。

1.3 手术方法根据术前制定的方案进行手术。硬膜外麻醉或全身麻醉。患者仰卧位，膝关节屈曲30°～45°。做膝关节前外侧和内侧联合切口，两切口距离>7 cm，前外侧切口骨膜下剥离部分胫骨前肌，内侧切口注意保护鹅足腱和膝内侧副韧带。根据术前数字化三维重建模型中测量的骨折块移位、前方皮质及内侧皮质塌陷数据，关节面外侧缘完整的患者选择胫骨平台关节线为参照点，关节面外侧缘粉碎性骨折的患者选择胫骨结节或相对外缘完整部位为参照点，再次测量各数据。使用撑开复位钳或者多枚克氏针撑开前方及内侧塌陷压缩骨折实现骨折复位，纠正胫骨平台后倾角和内翻角。比较复位前后数据与三维重建模拟复位前后数据，避免出现复位不足。C臂机透视确认骨折复位满意后，放置3.5 mm胫骨近端内、外侧解剖型钢板，并用螺钉固定。放置引流管，关闭切口。

1.4 术后处理给予预防感染、镇痛及抗凝等对症处理。术后24～48 h拔除引流管。术后第1天行肌肉等长收缩，1～2 d开始指导患者膝关节被动功能锻炼；术后3～4 d开始膝关节主动屈伸功能锻炼，在无痛或轻微疼痛下行膝关节最大范围屈伸活动，每天3～4次，每次约20 min，以后逐渐增加锻炼时间。出院后嘱患者1个月内膝关节屈曲达120°，伸直达0°；2个月开始扶拐部分负重，3～4个月完全负重。

1.5 观察指标与疗效评价① 记录手术时间、术中出血量及术后并发症发生情况。② 观察术后骨折复位、固定及愈合情况。③ 测量术后胫骨平台后倾角及内翻角。④ 采用膝关节Rasmussen和HSS评分评价术后骨折愈合及膝关节功能。

2 结果

手术时间51～139(92.5±24.4)min，术中出血量30～190(85.0±39.0)ml。切口均一期愈合。患者均获得随访，时间6～29个月。随访期间均未发生内固定物松动、断裂等并发症。1例术后出现创伤性关节炎，行走时疼痛，休息时无疼痛，上下楼梯需扶拐，予口服非甾体类药物及氨基葡萄糖片后症状减轻，随访1年症状消失。骨折均愈合，时间 11～17(14.0±1.5)周。胫骨平台后倾角及内翻角：术后第2天、6个月、末次随访时均较术前改善，差异均有统计学意义(P<0.05)；术后各时间段比较差异均无统计学意义(P>0.05)；见表1。术后6个月，膝关节Rasmussen评分12～18(16.3±1.4)分，HSS评分69～95(87.8±5.0)分；采用HSS评分评价膝关节功能：优14膝，良3膝，可1膝，优良率为17/18。末次随访时，膝关节活动度：伸直-5°～5°，屈曲120°～140 °。

表1 手术前后胫骨平台后倾角、内翻角比较

典型病例见图1～3。

3 讨论

3.1 过伸性胫骨平台骨折的特点过伸性胫骨平台骨折临床报道少见，Firoozabadi et al[1]认为，Schatzker分型、OTA/AO分型及Moore分型均未明确阐述这类骨折损伤的特点及机制，他认为过伸性胫骨平台骨折的特点是胫骨平台后倾角丢失，前方皮质压缩合并内翻畸形，后方皮质张力性骨折;骨折线贴近关节面，复位难度大，同时复位后内固定把持力差，容易造成治疗失败；而且在过伸性损伤中，腘血管损伤、骨筋膜室综合征及腓总神经损伤的并发症发生率高于非过伸性损伤。我们认为，治疗过伸性胫骨平台骨折的关键是恢复胫骨平台后倾角和内翻角，同时进行前方或前内侧压缩骨质的重建和有效支撑固定。由于过伸性胫骨平台骨折复杂，制定详细的术前规划以及个性化手术治疗是手术成功的关键。

图1 患者，女，61岁，左膝过伸性胫骨平台骨折，采用数字化三维重建模拟辅助手术治疗 A.术前X线片，显示左侧胫骨平台后倾角-5°，内翻角80°；B.术前数字化三维重建模型，测量胫骨平台后倾角-5.89°，内翻角79.61°；C.术前模拟手术，模拟复位后测量胫骨平台后倾角7.92°，内翻角86.72°；D.术后2 d X线片，显示胫骨平台后倾角良好；E.术后6个月X线片，显示胫骨平台后倾角及内翻角良好；F.钢板拆除后X线片，显示骨折愈合，胫骨平台后倾角及内翻角良好 图2 患者，男，61岁，右膝过伸性胫骨平台骨折，采用数字化三维重建模拟辅助手术治疗 A.术前X线片，显示右侧胫骨平台后倾角-8°；B.术后2 d X线片，显示胫骨平台后倾角良好；C.术后6个月X线片，显示胫骨平台后倾角良好，复位无丢失，骨折愈合良好；D.术后12个月X线片，显示胫骨平台后倾角良好，复位无丢失，骨折愈合良好

3.2 数字化三维重建模拟辅助手术以往的手术在处理过伸性胫骨平台骨折复位时，是通过经验复位和C臂机透视复位[2-3]，但这存在复位不良或复位过度的风险，且复位质量与术者的经验以及术者对术中透视影像的评估密切相关。将数字化技术应用于骨科手术中，术前可对骨折进行三维重建、数据测量、模拟手术，并对手术方案、内固定位置等进行反复模拟，实现了计算机辅助规划手术与手术技术优化[4-6]。Mimics软件是目前应用广泛和成熟的医学三维图像处理软件[7]。本研究通过CT扫描胫骨平台获取数据后，在Mimics软件中获取数字化三维重建模型，并在模型上模拟手术获得数据，实际手术时，可将复位前后数据与三维重建模拟复位前后数据进行比较，避免出现复位不足。我们认为数字化三维重建模拟辅助手术治疗过伸性胫骨平台骨折有如下优点：① 数字化三维重建技术可实现术前全面评估，更直接观察骨折形态，更全面掌握骨折具体细节，确定骨折移位、压缩、粉碎程度。② 可在数字化三维重建模型上模拟复位，测量需要纠正的胫骨平台后倾角和内翻角，术中可根据术前数据指导手术，实现微创、精准化复位、个性化手术。而且术前可反复模拟手术，使得术中操作更加娴熟，节约手术时间。③ 术中根据术前规划进行复位，可实现精准复位，减少术中透视次数和术中出血，缩短手术时间，保护骨折端血运，降低创伤性关节炎发生率。④ 数字化三维重建模型直观、立体，患者术前可了解骨折情况，利于医患进行手术方案沟通和交流。⑤ 通过对数字化三维重建模型的观察、分析并模拟手术，可有效缩短低年资医师学习曲线。

图3 患者，男，48岁，左膝过伸性胫骨平台骨折，采用数字化三维重建模拟辅助手术治疗 A.术前X线片，显示左侧胫骨平台粉碎性骨折，过伸损伤，前方皮质压缩塌陷，胫骨平台后倾角-5°；B.术前数字化三维重建模型，测量胫骨平台后倾角-5.49°；C.术前模拟手术，模拟复位后测量胫骨平台后倾角8.57°；D.复位前后模型叠加三维重建图像及复位撑开高度测量；E.术后2 d X线片，显示胫骨平台复位良好，胫骨平台后倾角良好；F.术后2个月X线片，显示胫骨平台后倾角良好，复位无丢失，骨折线模糊；G.术后6个月X线片，显示胫骨平台后倾角良好，复位无丢失，骨折愈合良好；H.术后12个月X线片，显示胫骨平台骨折复位无丢失，骨折愈合良好，胫骨平台后倾角良好

3.3 治疗体会① 在数字化三维重建模型上测量骨折塌陷深度、骨折移位距离，同时设置参照点，可通过同一参照点测量复位前后数据差值，得到需复位的骨折塌陷深度、骨折移位距离数据；粉碎性骨折患者可选择多个参照点，以减少测量误差。② 在模拟手术及术中测量数据的参照点选择上，我们的经验是，对于关节面外侧缘完整的患者参照点选择在关节线，对于关节面外侧缘粉碎性骨折的患者参照点选择在胫骨结节或在相对外缘完整部位。③ 在数字化三维重建模型上模拟手术时，通过对撬棒、骨刀等复位工具插入深度的精准测量，术中骨折复位时可避免撬棒、骨刀插入过深造成关节面进一步损伤。我们建议，复位时联合使用宽骨刀和多枚克氏针协助撬拨复位，也可以采用“松土法”“抖动法”实现骨折复位。④ 可在数字化三维重建模型上测量前方压缩皮质解剖复位时需复位的高度，预估骨质丢失严重患者所需的植骨量。对于复位后骨缺损高度>1.5 cm或者老年骨质疏松患者，建议行自体髂骨结构性植骨；对于复位后骨缺损高度0.5～1.5 cm的患者，可选用同种异体骨进行植骨；对于复位后骨缺损高度<0.5 cm者，可不植骨。⑤ 本研究采用3.5 mm胫骨近端内、外侧解剖型钢板进行固定，能满足患者早期功能锻炼的目的，随访过程中复位无丢失，术后第2天、6个月、末次随访时胫骨平台后倾角5°～10°，与张毅杰 等[8]报道的结果相似。⑥ 本研究中1例出现创伤性关节炎，分析原因可能由于胫骨平台关节面粉碎，关节软骨损伤严重，术中虽解剖复位，但软骨再生能力差，软骨下骨裸露导致关节退变加速。