基于CT三维重建的外踝骨折形态解剖学特征

朱俊锟，兰树华，黄淑明，叶方

（丽水市中心医院 骨科，浙江 丽水 323000）

基于CT三维重建的外踝骨折形态解剖学特征

朱俊锟，兰树华，黄淑明，叶方

（丽水市中心医院 骨科，浙江 丽水 323000）

目的：测量和研究外踝骨折线及骨折块的形态学参数及其几何分布，为设计理想的外踝内固定材料提供依据和参考。方法：收集2012年2月-2016年4月间53例外踝不稳定性骨折患者，采用三维CT重建图像并利用PACS软件对外踝骨折线前缘尖顶距（ATD）、棘尖顶距（CTD）、后缘尖顶距（PTD）、骨折块近段双面夹角（p-CA）、远端双面夹角（d-CA）进行几何测量及统计学分析。结果：在95%信心水准下，外踝骨折块ATD为（2.97±0.03）cm，CTD为（4.52±0.07）cm，PTD为（3.17±0.11）cm，p-CA为（103.20±1.94）°，d-CA为（78.50± 1.78）°，p-CA变异系数为9.86，d-CA变异系数为11.90。骨折区域密集分布在外踝关节面上方一个倒“V”型带状区域。结论：外踝骨折线的前侧起始点的变异度相对较小，而近段及后侧变异度较大。外踝骨折块前外侧面与后外侧面的夹角呈现递减趋势，近段夹角变异度较小，而远端较大。

踝关节；骨折；形态学特征；CT三维重建

踝部骨折是下肢常见多发的骨折，约占全身骨折的9%[1]。踝部骨折的患者集中在男性青壮年和老年女性两个群体，其形成机制与暴力负荷及骨质量之间的平衡点有关。老龄化趋势使得踝部骨折的发生越来越倾向于高龄女性人群，甚至有学者认为，踝部骨折正逐渐成为第二种“髋部骨折”，从而演变为骨质疏松性骨折的典型表现[2]。在临床上，最为广泛应用的Lauge-Hansen分型中占比最大的旋后外旋型（supination external rotation，SER）骨折常常累及外踝，而踝部骨折患者中因为踝关节不稳需要进行外踝内固定的病例，远超过单纯不稳定的内踝及后踝骨折[3]。

研究[4]表明，在踝关节中立位施加载荷时，踝关节应力主要集中在踝关节中部及前外侧。外踝骨折往往是骨折线远端累及关节面而近端呈螺旋型分布；经典的分型界定了外踝骨折的大致形态，但目前无精确的研究对外踝骨折的形态学进行定量分析。

传统外踝远端的解剖型内固定材料往往包容性较差，无法达到理想的强度而使得术后早期功能锻炼存在一定的风险[5]。为了设计更为理想的新型外踝内固定材料，对骨折块进行立体固定，有必要对该部位骨折的解剖学特征进行相应的研究。由于数字化技术的发展，骨科医师在术前评估及基础研究方面具备了简便高效的影像学手段[6]。本研究利用影像学手段描述外踝骨折的骨折线解剖分布以及骨折块的形态学特点。

1 资料和方法

1.1 一般资料 对2012年2月至2016年4月期间收住本院的53例不稳定的外踝关节骨折患者行CT三维重建，并测量相应数值。纳入标准：外踝骨折线移位2mm以上，且骨折累及范围为踝关节面6 cm以内。排除标准：年龄小于18岁，有先天畸形、骨关节炎、风湿性关节炎、踝关节结核、陈旧性踝关节骨折病史，影像学表现外踝尖部骨折长径小于1 cm的撕脱性骨折。53例患者中，男29例，女24例，年龄21～68岁，平均（45.5±5.66）岁。根据Lauge-Hansen分型进行分组：SER 38例，其中男16例，女22例；旋前外旋型（PER）8例，其中男5例，女3例；旋前外展型（PA）4例，其中男1例，女3例；旋后内收型（SA）3例，其中男2例，女1例。每位患者的外踝骨折的分型由4位研究组成员按照相关的影像学标准分别独立判定[7]。所有被纳入的患者影像学资料的测量数据由2位研究组成员独立取得，以此作为统计学分析的依据。

1.2 测量方法 根据外踝骨折块的解剖学及形态学基础，设定外踝骨折块前缘顶部与外踝尖部的距离为前侧顶尖距（ATD），骨折线与外踝嵴部相交点到外踝尖部距离为纵向顶尖距（CTD），骨折线后缘顶部与外踝尖部的距离为后侧顶尖距（PTD），从计算机断层扫描三维重建系统（PCS）数据库调取三维重建图像数据并使用软件中的测量工具箱对外踝A、C、T、P 4点进行标记，并利用医学影像与归档系统（picture archiving and communication systems， PACS）软件对ATD、CTD、PTD的解剖学特征进行直观测量，见图1。另设定骨折块前外侧面与后外侧面夹角为CA；使用横断位的二维断层扫描影像，以胫距关节面作为横截面，测量所得的夹角为近端夹面角（p-CA），在关节面远端1 cm截取横断面测量所得的夹角为远端夹面角（d-CA），测量方法见图2-3。

图1 计算机三维扫描重建图像显示外踝骨折块各个方向的测量标志点

图2 计算机二维扫描重建图像显示测量近端外踝夹面角（p-CA）

图3 计算机二维扫描重建图像显示测量远端外踝夹面角（d-CA）

1.3 统计学处理方法 采用SPSS19.0统计软件进行统计学分析。利用参数估计而不是假设检验模型对外踝总体进行统计推断，同时进行方差分析和变异系数的比较。

2 结果

外踝骨折块的3个测量参数中，ATD变异度最小而PTD较大，d-CA变异度大于p-CA。具体影像学所测量的结果及统计学数据归纳，见表1。

表1 根据研究样本测量所得外踝骨折线及骨折块相关影像学数值及统计学推断结果

利用测量标记点ACP，对标记的外踝骨折线进行直观几何叠加绘图，得出外踝骨折线的空间概率图（见图4）。从图中可以看出，外踝骨折线密集分布在跨越前缘到后缘距离外踝尖部2～5 cm范围形成的一个弧形骨折带，外踝嵴往往是弧形带的顶端，整个弧形带如同“飞来去器”的形状。外踝骨折块则如同一块不规则的四棱锥。

图4 利用三维重建测得的骨折线分布数据对外踝骨折空间概率进行的模拟叠加绘图

3 讨论

本研究对外踝骨性关节的解剖形态做了几何形态学的描述，而解剖形态学的变化于分析创伤机制以及骨折分型有着重要的意义。随着数字科技的发展，CT三维重建已经成为骨折诊断以及治疗决策的有效工具，也将细化和发展经典的基于X线平片的分类系统。虽然有学者[8]认为髓内钉内固定治疗外踝骨折有着微创的优势，但目前主流的意见仍然偏重于钢板解剖复位[9]，甚至在粉碎性骨折病例当中使用克氏针张力带辅助强化固定。体外模拟正常步态的生物力学实验表明：如果内固定放置妥当，术后早期进行负重功能锻炼，不会引起骨折移位、内固定失效以及再骨折的发生[10-11]，因此符合踝部力学重建原理的内固定材料将为踝关节功能康复提供良好的保证。

我们的样本骨折分型分布证实SER在外踝骨折病例当中占优势地位，而SA及PA类型的骨折病例数较少。

利用统计学的原理，对外踝骨折线的空间分布进行直观的描绘，可以看出，外踝骨折线如同土星的光环一样分散在关节平面上方一个斜行区域。由于外旋型损伤在外踝骨折当中的统计学优势地位，外踝骨折的大部分都呈现一个完整的斜面，这个斜面的横断面为偏心的椭圆，远端骨折块围绕椭圆的轴心向远端及后侧移位。

我们选取了ATD、CTD、PTD作为描述对象，并以此对外踝骨折线进行模拟绘图。绘图结果直观地反映了外踝骨折块的解剖学特征，以及外踝骨折线分布的概率情况。可以看出，在上述3组数据当中，ATD的变异度较小而PTD变异度较大。由此可见，不同病例的外踝骨折起点较为类似而骨折螺旋线的顶点因暴力扭矩方向的不同而差异显著。依据外踝的解剖学资料，以外踝骨棘为界分为前外侧面和后外侧面。外踝的这两个侧面在不同的横断位上的夹角是不同的，由胫距关节水平上的钝角缓慢地移行到远端的锐角，同时外踝骨棘线在逐渐向远端延伸的过程中消失在尖部，与两个侧面融为一体，成为不规则的球面。对于外踝骨折块的前外侧面和后侧面夹角的统计学分析表明，近端夹角差异度要大于远端夹角的差异度，由于差异度之间的差别很小，本研究结果仍然需要进一步研究证实。

本研究获取的外踝骨折块的解剖形态数据为相应内固定的设计奠定了基础。对于一个统计学上典型的外踝骨折块来说，它可以看作是弧形球面的尖部以及被外踝骨棘分割成两个平面的不规则棱锥。我们通过不同维度的标志点将这个棱锥的几何范围描绘出来。骨折块的前外和后侧面可以视为内固定有效包容的区域。因为在大部分病例中，骨折线并不会经过钢板螺钉孔可能通过的区域。由于外踝的骨折块往往在矢状位上呈现不稳定的倾向，通常的做法是打入一枚前后位螺钉。但是单纯使用金属螺钉甚至可吸收螺钉进行内固定，在踝关节骨折的治疗当中并非主流意见；即使采用金属钢板进行常规内固定[12]，在采用更激进的主动康复疗法的时候，内固定失效的病例并不少见[13]。在特殊情况下，对于骨质疏松及极度粉碎性骨折的病例而言，将多个轴向的力学稳定性整合到一个内固定系统当中，其表观力学强度有望获得明显提升[14]。

本研究将外踝骨折的影像学与解剖学特征进行了统计学描述，相关结果的取得对于设计多角度固定的内固定材料、生物力学实验的造模以及进一步的临床对照研究有着重要的意义。

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（本文编辑：丁敏娇）

Morphologic characteristics of the lateral ankle fragment: A 3-D computer tomography based study

ZHU Junkun, LAN Shuhua, HUANG Shuming, YE Fang. Department of Orthopedics, Lishui Central Hospital, Lishui, 323000

Objective: To evaluate the morphological characteristics of the lateral malleolar fracture line and associated fragment geometry for the design of novel internal fixation. Methods: A retrospective analysis of 3-D computed tomography data of lateral ankle fracture cases from February 2012 to April 2016 was conducted. The anterior tip distance (ATD), crest tip distance (CTD), posterior tip distance (PTD), the proximal cross angle (p-CA), and distal cross angle (d-CA) were measured as morphologic assessments in the Picture Archiving and Communication System (PACS). Results: Based on the recognition of the lateral ankle fracture by CT reconstruction, at a confidence interval of 95%, the fragment was described with ATD (2.97±0.03) cm, CTD (4.52±0.07) cm, PTD (3.17±0.11) cm, p-CA (103.20±1.94)°, d-CA (78.50±1.78)°. The coefficient of variation (CV) of p-CA was calculated 9.86, and the CV of d-CA arrived at 11.90. Conclusion: The anterior initiation site of lateral fracture line is relatively invariable in comparison with proximal and posterior frontier. The double facet cross angle of the fragment appears decrescent along axis of distal fibula while distal cross angle is found slightly variable, compared with proximal data. The discovery obtained from this series could be helpful in the modeling of prospective biomechanical researches and developing novel fixation.

ankle； fracture； morphology characteristics； 3-D computed tomography

R602

A

10.3969/j.issn.2095-9400.2016.10.006

2016-05-12

浙江省科技厅公益技术研究社会发展项目（2013C332 23）。

朱俊锟（1978-），男，浙江丽水人，主治医师，硕士。

兰树华，主任医师，Email：lsh2681225@163.com。