虚拟复位内固定在复杂踝关节骨折手术中的应用研究

魏小华，陈文锋，刘雄，刘德俊

1.东莞市第八人民医院骨科医院创伤骨科，广东东莞 523325；2.东莞市第八人民医院放射科，广东东莞 523325

踝关节骨折是下肢骨折的常见类型，其发病率约占全身骨折的9%[1]。踝关节解剖结构复杂，其解剖结构与踝关节功能密切相关。踝关节骨折手术的目的是恢复下肢力线及关节面的平整。手术后骨折处复位欠佳所致的力线偏移及关节面不平会导致术后跛行、疼痛、创伤性关节炎等一系列并发症，影响患者的工作及日常生活。踝关节骨折手术解剖复位可让关节获得匹配，而精确稳固的内固定在不影响骨折愈合的同时可早期行康复锻炼，从而最大程度恢复踝关节功能。

3D打印技术在创伤骨科应用广泛[2]。术前虚拟规划在骨折切开复位内固定术中发挥着重要作用，通过术前计划，术者可了解骨折块的移位和复位顺序及位置，并可明确内固定物的选取及安放位置[3]。在缩短手术时间的同时保证了手术效果。该研究于2018年1月—2020年3月应用数字化骨科技术对28例复杂踝关节骨折患者进行术前虚拟复位及内固定。并与传统方法进行疗效比较，取得良好的手术疗效，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

方便选取于东莞市第八人民医院骨科医院诊断为复杂踝关节骨折的56例患者为研究对象，纳入标准：①年龄18～65岁；②三柱损伤的踝关节骨折[4]及AO-OTA分型中的C型pilon骨折患者；③术前踝关节活动功能无异常。排除标准：①病理性及开放性骨折患者；②有糖尿病、全身系统性疾病服用激素导致骨折及皮肤软组织难愈合患者。所有患者均知晓并同意该研究，两组共纳入患者男36例，女20例；年龄19～65岁，平均年龄（43.7±12.6）岁。该研究经过东莞市第八人民医院伦理委员会批准及同意。56例患者按随机数表法分成研究组（28例）和对照组（28例）。其中研究组男15例、女13例；年龄19～64岁，平均（44.1±12.3）岁；三柱踝关节骨折20例，C型Pilon骨折8例。对照组男21例、女7例；年龄23～65岁，平均（43.2±13.2）岁；三柱踝关节骨折22例，C型Pilon骨折6例。两组患者性别、年龄、骨折类型等一般资料比较差异无统计学意义（P＞0.05）。具有可比性。

1.2 术前虚拟规划

研究组根据患者术前CT扫描Dicom数据，应用MimicsResearch20.0确定轴向，设定合适的阈值，去除无法复位固定的碎小骨块，对剩余骨折块进行分离、颜色标注及去相连伪影后进行虚拟复位，复位完毕后建立三维立体模型并进行3D实体打印，手术者观察实体复位后效果，如复位效果不满意继续进行虚拟复位直至复位满意。待复位效果满意后再选取相应的钢板Dicom数据重建虚拟钢板，应用虚拟构建钢板螺钉对复位骨折进行模拟内固定，此时确定好钢板预弯程度及螺钉位置（图1）。

1.3 方法

对照组按照传统方法，依据患者临床表现，结合X线片和CT技术扫描，根据患者具体骨折情况采取相应的切开复位内固定术。研究组根据术前虚拟规划设计在暴露骨折处后对骨折进行复位，再选取术前规划预弯钢板对骨折处进行内固定（图1）。手术方法按照患者实际骨折情况进行，如腓骨需要复位内固定的骨折，选取合适切口对腓骨进行内固定后再对胫骨进行切开复位内固定。术中内固定完毕后C臂透视其位置，位置满意后，冲洗伤处，消毒缝合皮肤。术后患者常规随访半年。3个月及半年复诊时根据足踝功能评分表（AO-FAS）对患者术后踝关节功能进行评价。

1.4 观察指标

记录术中患者手术时间，并记录术后软组织并发症（皮肤发红、渗出及坏死）情况及骨折复位情况。以Burwell-Charnley放射学标准[5]依据内外后三踝骨折块术后移位距离分为复位良好、复位可及复位欠佳3种结果。术后6个月采用AO-FAS足踝功能评分评价术后踝关节功能:优:90～100分；良:75～89分；可:50～74分；差:50分以下。

1.5 统计方法

采用SPSS 20.0统计学软件进行数据分析，符合正态分布的计量资料采用（±s）表示，组间比较独立样本t检验；计数资料采用频数和百分比（%）表示，组间比较进行χ2检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组患者手术时间比较

研究组手术时间（86.3±6.0）min低于对照组手术时间（90.0±6.1）min，差异有统计学意义(t=2.288，P=0.030)。

2.2 两组患者术后骨折复位及切口并发症情况比较

应用Burwell-Charnley骨折复位放射学评价研究组术后骨折复位质量良好例数26例，复位质量可2例，对照组复位质量良好20例，复位质量可2例，欠佳6例，两组复位质量优良率（良好+可对比欠佳）差异有统计学意义(χ2=4.667，P=0.030)，见表1。在切口并发症发生中，研究组2例患者出现切口处皮肤发红，后经换药后全部一期愈合，对照组3例出现皮肤发红，3例出现切口周围发红+渗出，伤口处渗出经换药后延期愈合，2例出现周围皮肤组织坏死，后经负压吸引后切口延期愈合，对照组皮肤软组织并发症高于研究组，差异有统计学意义(χ2=4.383，P=0.040)，见表2。

表1 两组患者复位质量对比Table 1 Comparison of reduction quality between the two groups of patients

表2 两组患者术后软组织并发症对比Table 2 Comparison of postoperative soft tissue complications between the two groups of patients

2.3 两组患者术后随访观察指标比较

研究组术后半年AOFAS足踝功能评分(93.3±4.3)分高于对照组（91.7±5.7）分。但差异无统计学意义(t=1.186，P=0.240)。

3 讨论

踝关节是人体负重最大的关节，维持该关节的稳定、适宜的活动度对下肢的正常活动至关重要[6]。当发生骨折、脱位或韧带损伤时，踝关节稳定结构遭到破坏，关节功能也相应受损。此时距骨易发生移位，距骨每向外移位1 mm，胫距关节的有效负重面积将减少20%～40%，如向外移位5 mm，则可减少80%[7]。2 mm及以上的腓骨短缩会造成胫距关节接触特性的显著改变[8]。

踝关节骨折手术传统观念侧重手术入路、骨折及骨质缺损等情况，对钢板贴合度及螺钉等内植物的规格及位置等力学因素重视度不够，骨折个体化治疗亦强调钢板和骨折部位匹配程度[9]。对于踝关节骨折尤其是粉碎性踝关节骨折，骨折的解剖复位和内固定的精准安放是术后恢复效果的主要保证[10]。踝关节骨折的解剖复位仍是手术医生的挑战，踝关节术后功能的恢复与踝关节能否获得解剖复位及精确的内固定密切相关。解剖复位可让关节获得匹配，而精确稳固的内固定在降低踝关节手术损伤的同时可早期行康复锻炼。否则将大大增加术后并发症，如伤口皮肤坏死及踝关节术后僵硬、创伤性关节炎等发生的可能性。

数字化骨科技术目前是骨科研究热点，在模型打印、内固定物导航设计[11]、术前虚拟复位内固定等方面应用较广泛[12]。许思亮等[13]应用以健侧镜像为复位模板的3D打印技术辅助手术切开复位内固定治疗桡骨远端骨折，手术组患者住院时间、术中出血量、手术时间及术后VAS评分均优于对照组（P<0.05）。表明较传统手术，3D打印辅助下桡骨远端骨折复位内固定具有精准化及个性化等特点。宋远征等[14]应用3D打印术前虚拟仿真技术指导复杂髋臼骨折的手术治疗，其研究组手术时间、术中出血量、术中透视次数等指标均小于对照组（P<0.05），结果显示术前虚拟仿真技术能减小手术难度，降低手术风险。

目前骨科3D打印的应用方法主要为使用骨折3D模型作为术者观察骨折移位情况及钢板预成型的模板，在实体模型上进行骨折块复位、钢板预弯及固定等术前模拟操作。朱仲廉等[15]应用3D打印技术辅助手术治疗38例踝关节骨折患者，发现3D打印辅助手术治疗组患者术中手术时间、出血量等及术后骨折临床愈合时间显著优于传统研究组（P<0.05）。梁周等[16]应用3D打印结合虚拟手术设计治疗复杂Pi lon骨折38例，研究发现3D打印组在手术时间（70.56±10.18）min、出血量、钢板一次性成功放置率、复位满意度等方面均优于对照组（P<0.05）。王小平等[17]应用虚拟三维重建术前规划技术应用于Pilon骨折，在16例Pilon骨折手术患者中，平均手术时间87.8 min，平均失血量71.9 mL，术后患者切口均Ⅰ期愈合，末次随访AOFAS踝关节功能评分平均92.3分。表明虚拟三维重建术前规划技术应用于Pilon骨折治疗临床可行性好，有利于术前术者对Pilon骨折进行深入理解和制订手术计划。

此类3D应用方法虽使用简便，但大部分研究未进行骨折的虚拟复位及内固定，亦无生成虚拟的骨折复位模型。无法对虚拟复位内固定后实体模型进行评估。该研究通过CT扫描获得骨折及钢板的Dicom数据，重建骨折进行虚拟复位，并应用重构虚拟内固定装置对复位骨折进行虚拟内固定，以指导术中钢板预弯程度及内固定物放置位置，使内固定物的预弯程度和放置位置更加精确。在该研究中，研究组手术时间平均为（86.3±60）min，较其他研究手术时间大致相同[16-17]；研究组的手术时间明显少于对照组，而骨折复位优良率明显高于对照组（P＜0.05），说明应用数字化骨科技术对踝关节骨折进行术前虚拟复位内固定在缩短手术时间的同时降低手术切口并发症，提高骨折复位质量。考虑其主要原因为术前虚拟复位内固定为踝关节骨折切开复位内固定术前的一次模拟手术，对于术者可较大程度地在术前明确骨折移位情况，熟悉骨折复位步骤及内固定安置效果；术中反复多次的钢板预弯会降低钢板强度，增加钢板失效风险，重复操作亦会延长手术操作时间，从而增加手术后并发症的发生率[18]。而术前虚拟规划中无需多次预弯钢板即可对钢板进行正确预成型，术中也无需对钢板进行重新塑性及调整螺钉位置和方向。在缩短手术操作时间的同时也减少了术中C臂X光机透视次数。尽管术中预弯内固定装置偶尔也需要微调，但相比术中塑形，预先塑形钢板在有效节省手术时间的同时能提高塑形的精确度。术中重塑钢板突出的末端容易摩擦刺激软组织，而预先塑性的钢板明显有助于降低该风险，从而降低术后软组织并发症的发生。

在Pilon骨折中，由于受伤旋转力量、肢体肌肉及下胫腓联合韧带的牵拉作用，骨折块经常发生移位及嵌插，造成胫骨关节面不平。术者难以在术中对骨块的移位和复位顺利有全面而系统的认识。而骨折的复位情况常需术中直视加C臂X线多角度照射的方法对骨折进行复位观察，但在胫距关节面骨折的Pilon骨折中，由于胫距关节面间隙小，术中难以直视关节面复位情况，且患肢摆放不规范常导致透视效果不理想，不能准确观察复位后胫距关节面，且相对于CT，术中C臂X光机不能显示骨折复位后的所有细节，如胫距关节面及腓骨内侧壁的平整[19]。而在踝关节术前模拟规划这一过程中，术者可直接观察虚拟复位后胫距关节面情况，如关节面欠平整可再次虚拟复位，直至胫距关节面达到复位要求。术前虚拟复位可让术者全面地认识及了解骨折的移位情况及复位顺序和位置，使少复位欠佳的情况较少发生，该研究中研究组复位效果优于对照组也验证了该结论。需要注意的是虚拟复位内固定规划中因未考虑骨折周围软组织情况，但在真实手术中操作时需考虑软组织遮盖附着等因素影响，故术前复位时需计划好骨折端及钢板放置处暴露问题。且严重干骺端骨折不需完全解剖复位，只需维持干骺端、关节面的力线良好即可，不可一味追求对骨折的解剖复位而忽略对软组织的损伤，从而增加术后并发症的发生率[17]。

综上所述，踝关节骨折术前应用虚拟复位内固定技术相当于对手术进行一次“预演”，在虚拟复位内固定中术者对骨折移位程度及复位方法有一次准确的判断，也对内固定贴合程度及安放位置有较直观的了解，能较大程度地节约手术时间，提高手术安全性。后期研究方向主要为以健侧肢体为模板的踝关节骨折微创手术治疗方案，在恢复患肢力线及关节面平整度的同时尽量减少软组织的刺激，为患者提供更加精确化及个体化的踝关节骨折手术方案。