数字虚拟手术辅助股骨骨折畸形愈合力线矫正

苗卫华，李康，王宏

(菏泽市立医院关节外科，山东 菏泽 274000)

股骨骨折畸形愈合会引起下肢力线异常及旋转畸形，造成膝关节内外侧应力不均，容易加速髋膝关节磨损和退变，出现继发髋膝关节骨关节炎，导致跛行和疼痛，严重影响患者肢体功能，甚至需要行关节置换治疗，因此，及时矫正骨折畸形、重建力线具有重要的临床意义[1]。既往术前规划多利用X线片、CT平扫等二维影像资料，需要术者利用自身知识进行空间转换，对术者技能和经验要求较高，或者术中利用C型臂透视及力线杆对肢体力线反复进行调整和确认，增加了放射性损伤和手术时间[2]。也有作者通过计算机辅助导航指导骨科手术操作，但是所需设备昂贵，在基层医院难以开展[3]。随着计算机技术和影像技术迅速发展，数字虚拟手术技术在骨科领域应用日益广泛。本研究拟探讨数字虚拟手术对股骨骨折畸形愈合后行截骨矫正力线手术疗效的影响，现报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2014年12月至2019年12月陈旧性股骨骨折畸形愈合病例5例，其中男2例，女3例，年龄35～68岁，平均(51.20±14.23)岁，左侧股骨2例，右侧股骨3例。致伤原因：摔伤3例，重物砸伤1例，车祸撞伤1例。均为伤后牵引治疗或石膏固定，未行手术治疗，骨折畸形愈合，力线异常，双下肢不等长，跛行步态，伴膝关节疼痛。其中股骨中远段3例，中段2例。

1.2 CT数据采集及数字化虚拟手术 所有5例患者术前行CT薄层扫描，设备采用64排螺旋CT，扫描电压100 kVp，电流400 mA，矩阵512*512，层厚0.625 mm，扫描范围从股骨头至踝关节中心。将扫描后的DICOM文件导入Mimics 17.0软件中，选择骨骼阈值(226-3071)进行选取，通过区域生长，智能分割，3d运算等工具分别形成股骨三维模型。以健侧股骨镜像为模板，确定患侧股骨畸形最明显部位，以此处作为截骨部位。首先标定近、远侧骨折节段轴线，测量二者在冠状面和矢状面的夹角，然后测量健侧和患侧股骨颈轴线与后髁连线的夹角，确定远侧骨折节段的旋转畸形角度。根据测量结果，设计楔形骨块，近端截骨线垂直于股骨，远端截骨线斜行。模拟截骨，股骨分成近侧骨折节段，楔形骨块和远侧骨折节段。模拟复位，隐藏楔形骨块，以近侧骨折节段为参照，复位远侧骨折节段。首先纠正股骨在冠状面和矢状面的成角畸形，然后纠正远侧骨折节段的旋转畸形。同时测量患侧肢体股骨头至踝关节中心力线，保证力线通过膝关节中心。记录楔形骨块位置、特定解剖标志及毗邻关系、底边大小及高度，比如楔形骨块距离股骨内外上髁的距离、与股骨粗线的相互关系，用于指导手术治疗。

1.3 手术过程 硬膜外麻醉或全麻，平卧位，臀下垫高，不使用止血带。常规消毒铺巾，取股骨外侧切口，切开阔筋膜，自股外侧肌后缘进入，将其牵向前方，显露股骨干。根据术前数字虚拟手术模拟测量结果，找到解剖定位标志，标定截骨线，打入克氏针定位，C型臂透视证实符合术前设计。在远近侧截骨面定位克氏针内侧利用摆锯进行截骨，取下截骨块进一步测量，并与术前计划进行比较。复位近、远侧骨折节段，依次矫正冠状面、矢状面及旋转畸形，外侧锁定接骨板固定。为优先保证良好的股骨力线，截骨断面闭合后可能会有小的间隙，可将取下的楔形骨块咬成颗粒骨植骨。冲洗干净创面，逐层闭合切口。

1.4 术后处理 术后常规预防感染，抗凝治疗。术后次日可扶双拐下地不负重行走，功能锻炼，术后6周、3个月、6个月、1年定期复查，根据骨折愈合情况决定负重力量及去拐时间。

1.5 疗效评价 术前术后采集双侧下肢正位全长片，测量股骨冠状面畸形角度、髋膝踝角(hip-knee-ankle angle，HKA)、机械轴偏离度(mechanical axis deviation，MAD)。评估患者术前、术后患者美国膝关节协会评分(knee society score，KSS)。

1.6 统计学处理 使用SPSS 23.0统计软件进行统计学分析。术前术后比较采用配对样本t检验，检验水准α值取双侧0.05，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

所有5例患者手术顺利，术中截骨结果与术前规划一致，术中出血(156.00±38.47)mL，手术时间(74.00±11.40)min，无血管神经损伤、切口感染等并发症。术后随访时间12～24个月，复查X线，骨折均完全愈合，平均愈合时间为(11.20±4.60)个月，力线矫正满意，膝关节疼痛消失，步态恢复正常，股骨冠状面畸形、HKA、MAD值较术前明显改善，膝关节KSS评分较术前明显增高，差异有统计学意义(P<0.05，见表1)。

表1 术前术后股骨冠状面畸形角、HKA、MAD值、膝关节KSS评分比较

典型病例为一68岁女性患者，陈旧性股骨干中远段骨折畸形愈合(右侧)。因摔伤致右股骨中远段骨折，于当地医院行长腿石膏固定，未手术治疗，功能锻炼，逐渐恢复行走功能，但出现右下肢短缩、内翻、跛行，长距离行走后出现膝关节疼痛，口服及外用非甾体类抗炎药无效，为改善膝关节功能入院治疗。入院后完善检查，CT重建模拟测量结果：同健侧相比，股骨冠状面内翻18°，矢状面成角-5°，股骨前倾角内旋15°。设计截骨线纠正不同平面畸形，根据测量结果指导截骨(见图1～4)。术前双下肢全长X线片示股骨中远段畸形愈合，内翻畸形，膝关节内侧间隙变窄，可见骨质增生(见图5)。术后1年复查双下肢全长X线片示患者恢复良好，骨折顺利愈合，力线完全恢复，膝关节内侧疼痛症状完全消失，KSS评分90分(见图6)。

图1 术前股骨畸形三维重建 图2 根据测量结果设计楔形截骨块

图3 模拟截骨及复位 图4 模拟接骨板固定并预估种类和大小

图5 术前下肢全长X线片示股骨中远段畸形愈合，内翻畸形，膝关节内侧间隙变窄 图6 术后下肢全长X线片示骨折愈合，力线恢复

3 讨 论

股骨骨折是临床常见的骨折，其发生率较高，如果不能得到及时正确的治疗，容易出现股骨内外翻或旋转畸形。股骨骨折一旦出现畸形愈合，往往会造成肢体冠状位、矢状位、旋转对线异常，进而继发髋、膝关节应力不均，造成关节退变，功能障碍，甚至需要行全膝关节置换。虽然股骨骨折畸形愈合是一个棘手的问题，但是相关的文献报道较少[4]。

新鲜股骨骨折断端游离，骨折线清晰，软组织相对正常，解剖标志容易确定，通过牵引、移动并利用软组织袖套可以轻松复位和固定，一般力线恢复满意，功能良好。陈旧性股骨骨折部位骨折线已经愈合消失，并有骨痂形成和重塑，很难找到原骨折部位，因此矫正畸形的难度大大增加。矫正骨折畸形的关键在于测量股骨畸形不同节段轴线及相对角度，参照正常股骨解剖参数，确定其最大畸形部位，设计合适的截骨线，进行精确的移动和旋转实现局部畸形和整体力线的矫正[5]。有研究表明，股骨锁定接骨板在股骨截骨矫形手术中表现出较高的可靠性，虽然其固定强度不如髓内钉大，但是操作简单，力线矫治满意，必要时可在股骨前方或内侧增加接骨板予以增强固定[6-8]。在陈旧性股骨骨折畸形愈合的病例中，截骨后断端髓腔不规则甚至是封闭的，髓内钉固定很难实现中心固定，力线矫治往往不充分，而且控制股骨远端旋转不如接骨板可靠[9]。

Mimics软件是一种交互式医学影像软件，可以简单、高效地实现三维图像的重建、测量、分析以及数字化虚拟手术，在临床实践中得到了愈来愈广泛的应用。数字化虚拟手术在骨科领域的发展尤为迅速，重建的骨折结构模型能够根据手术要求进行分割、移动、旋转，虚拟复位以及内固定物虚拟固定，继而提高手术操作精度、缩短手术时间，降低手术风险以及减少手术后并发症[10-12]。

本研究通过建立股骨骨折畸形愈合数字模型，从不同的角度和方位对骨折畸形进行观察和测量，通过测量健侧股骨解剖参数，作为患侧骨折畸形愈合矫治的参考依据，准确实现了虚拟截骨、复位和内固定，矫正陈旧股骨骨折在冠状面、矢状面的成角畸形和横断面的旋转畸形，用于指导手术操作，术中C型臂透视检查力线满意，避免了反复调整和重复截骨，节省了手术时间，减少了术中出血以及放射性损伤，术后患者膝关节疼痛消失，步态恢复正常，复查影像学结果证实骨折均完全愈合，力线矫正满意，股骨冠状面畸形、HKA、MAD值较术前明显改善，膝关节KSS评分较术前明显提高。

精确恢复下肢力线是影响髋膝关节功能的关键因素，而数字虚拟手术可以进行精准设计，多次模拟，反复演练，为保证临床治疗效果提供了可靠的保证。数字虚拟手术是一种简便、可靠的术前辅助规划工具，如果进一步结合3D打印截骨导板，将使骨折畸形矫正手术变得更加精确、微创和简便，相比较传统的二维术前规划展现出明显优势[13-14]。但是数字虚拟手术和现实手术环境依然存在一定程度的差异，需要临床医生不断摸索和提高，实现数字虚拟手术和现实手术的完美融合。