数字骨科3D重建技术辅助空心加压螺钉内固定术治疗GardenⅠ~Ⅱ型股骨颈骨折的临床效果

卢冬焱 曾勉东 杨波 胡汉生 李远辉 尹德龙 邱勤业

[摘要]目的 探讨数字骨科3D重建技术辅助空心加压螺钉内固定术治疗GardenⅠ～Ⅱ型股骨颈骨折临床效果。方法 回顾性分析2011年6月～2019年6月我院收治的44例GardenⅠ～Ⅱ的股骨颈骨折患者临床资料，按手术方案不同分为对照组和观察组，对照组22例在常规X射线及CT阅片后行股骨颈骨折空心加压螺钉内固定治疗;观察组22例术前根据Mimics软件建立骨折模型、分割骨折碎块、模拟手术复位并运用3-matic重建螺钉，在Mimics中最佳螺釘置入角度、螺钉长度后行股骨颈骨折空心加压螺钉内固定治疗。比较两组患者的手术操作时间、总透视次数、术中总失血量、骨折完全愈合时间、术后负重时间以及术后半年Harris髋关节功能评分。结果 观察组手术操作时间短于对照组，总透视次数及术中总失血量少于对照组，差异有统计学意义（P<0.05）;两组骨折完全愈合时间、术后负重时间以及术后半年Harris髋关节功能评分比较，差异无统计学意义（P>0.05）。结论 将数字骨科3D重建技术应用于GardenⅠ～Ⅱ型股骨颈骨折术中，可在术前模拟空心螺钉进钉位置，提前确定螺钉型号及螺钉长度，减少患者的总透视次数、缩短手术操作时间、减少术中总失血量及降低螺钉位置失准发生率。

[关键词]Mimics软件;数字化医学;股骨颈骨折;空心加压螺钉

[中图分类号] R687.3          [文献标识码] A          [文章编号] 1674-4721（2020）9（a）-0092-04

[Abstract] Objective To investigate the clinical effect of digital orthopedics 3D reconstruction technology assisted hollow compression screw internal fixation in treatment of GardenⅠ-Ⅱ femoral neck fractures; Methods A retrospective analysis of 44 patients with GardenⅠ-Ⅱ femoral neck fractures admitted to our hospital from June 2011 to June 2019 was made. They were divided into control group and observation group according to different surgical schemes. The 22 cases in the control group were treated with internal fixation with hollow compression screws for femoral neck fracture after conventional X-ray and CT reading; 22 cases in the observation group were treated before according to Mimics software， a fracture model was established， fracture fragments were segmented， surgical reduction was simulated， and 3-matic reconstruction screws were used. The optimal screw placement angle and screw length in Mimics were followed by internal compression fixation of hollow compression screws for femoral neck fractures. The operation time， total number of fluoroscopy times， total intraoperative blood loss， complete fracture healing time， postoperative weight-bearing time， and Harris hip function scores at half a year after surgery were compared between the two groups. Results The operation time of the observation group was shorter than that in the control group， and the total number of fluoroscopy times and total intraoperative blood loss were less than those in the control group， the differences were statistically significant （P<0.05）. There were no significant differences in complete fracture healing time， postoperative weight-bearing time， and Harris hip function scores at half a year after surgery between the tow groups （P>0.05）. Conclusion Applying digital orthopedic 3D reconstruction technology to GardenⅠ-Ⅱ femoral neck fracture surgery， it can simulate the position of the hollow screw before operation， determine the screw type and screw length in advance， reduce the total number of fluoroscopy times， shorten the operation time， and reduce the total intraoperative blood loss and reduce the incidence of screw position misalignment.

[Key words] Mimics software; Digital medicine; Femoral neck fracture; Hollow compression screw

FNF（femoral neck fracture，FNF）是临床上常见的一种囊内骨折类型，易损伤股内侧回旋支动脉致关节内出血，使关节囊内压力升高，容易导致血流淤滞[1]，增加了股骨头坏死的可能性。世界卫生组织（WHO）报告指出，每年约有170万人患有髋部骨折，预计到2050年这一数字将增加到630万人[2]。FNF约占髋部骨折的60%，是老年人常见的骨质疏松性骨折，且高龄患者长期卧床可引起相关并发症，病死率较高[3]。随着数字骨科临床应用的快速发展[4]，目前常见的基于螺旋CT数据及PACS影像系统的3D重建软件Mimics在骨科领域比较成熟，黄俭等[5]报道了利用MimicsⅤ10.0软件进行三维实体重建在Pilon骨折修复治疗中，可优化术前准备，减低手术风险，缩短手术时间，提高修复的成功率，减少并发症;王才成等[6]报道应用Mimics软件辅助枢椎椎弓根钉置钉，增加了手术的安全性;刘振[7]报道了应用Mimics软件术前模拟髋关节发育不良（DDH）行膝关节置换术（TKA）时的股骨远端截骨，尽可能减少股骨远端截骨量，提高TKA术后关节的稳定性。Mimics软件不但推动了骨科临床工作的发展，也为骨科教学注入了新的活力。我院骨科自2011年起将Mimics软件应用于临床中，收获了良好的临床效果，本研究就该技术在老年人GardenⅠ～Ⅱ型的FNF临床应用进行相关探讨，现报道如下。

1资料与方法

1.1一般资料

回顾性分析我院2011年6月～2019年6月收治的44例GardenⅠ～Ⅱ的FNF患者资料，其中男18例，女26例;均符合闭合性损伤，相关神经及血管无明显损伤;平均年龄（76.3±7.3）岁;Garden分型：Ⅰ型FNF 15例，Ⅱ型FNF 29例。按照手术方案不同将其分为观察组和对照组，每组各22例。两组患者的年龄、性别、损伤侧别、病程、Garden分型等术前一般资料进行统计学比较，差异均无统计学意义（P>0.05）（表1），具有可比性。

1.2纳入及排除标准

纳入标准：①患者有明确创伤史，符合GardenⅠ～Ⅱ分型的FNF;②患者均为新鲜的闭合性骨折，且年龄≥65岁;③所有纳入病例骨折前无明显骨骼肌肉系统疾病可独立行走;④所有纳入病例均取得随访，随访时间≥6个月;⑤获得医院医学伦理委员会审核批准。排除标准：①全身多发骨折及肿瘤相关病理性骨折、陈旧性骨折以及髋关节假体周围骨折患者;②有出血倾向以及免疫力低下的患者等;③可影响本研究结果的急慢性疾病者。

1.3方法

1.3.1观察组  术前利用Mimics软件重建FNF三维模型以及复位与手术模拟。入院后完善CT扫描，然后将数据上传到PACS系统中，同时以DICOM图片格式保存在计算机;将数据导入医学影像控制系统Mimics Ⅴ15.0软件（Materialise，比利时）进行图像处理、阈值分析、区域增长及蒙版分割等操作，建立所需FNF的3D数字模型，观察分析FNF相关情况，如骨折段对位对线情况，同时手术模拟演练，利用Mimics软件配套3-matic软件建立三维可视股骨模型，同时对该模型进行多角度三维数据测量，以预估螺钉直径、长度、位置及模拟最佳进钉点，术前做好虚拟上的置钉点标记（图1，封三）。手术方式：麻醉满意后，患者取仰卧位，患肢牵引复位，C型臂透视机辅助透视，见FNF复位良好后，采用股骨近端外侧手术入路充分暴露股骨大转子，在大转子下3 cm左右沿股骨颈长轴按术前做好虚拟上的置钉点标记及螺钉深度呈倒三角位置置入3枚克氏针，C型臂透视机见克氏针位置良及深度均较佳，扩孔后依次选取3枚合适型号的空心螺钉拧入相应钉道，放松牵引架，同时加压3枚螺钉，透视观察骨折复位情况，予碘伏及生理盐水冲洗术野，仔细检查伤口无明显活动性出血，清点手术器械及纱块无误后，逐层缝合手术切口，予弹力绷带充分加压包扎。

1.3.2对照组  按一般影像学资料检查评估后予行股骨颈切开复位空心加压螺钉内固定术。麻醉满意后，患者取仰卧位，患肢牵引复位，C型臂透视机辅助透视，见FNF复位良好后，采用股骨近端外侧手术入路充分暴露股骨大转子，在大转子下3 cm左右沿股骨颈长轴呈倒三角位置置入3枚克氏针，C型臂透视机见克氏针于正侧位均位于股骨颈内，再以克氏针为标准测量深度后扩孔，依次将合适型号的3枚空心螺钉拧入相应钉道，放松牵引架，同时加压3枚螺钉，透视观察骨折复位情况，予碘伏及生理盐水冲洗术野，仔细检查伤口无明显活动性出血，清点手术器械及纱块无误后，逐层缝合手术切口，予弹力绷带充分加压包扎。

1.3.3术后处理  术后按常规运用相关抗生素预防感染及抗凝药物预防血栓形成，加强术后康复及护理，严密监测患者生命体征，预防患者因长期卧床导致肺部感染或形成压疮[8]，术后统一按骨科康复理疗方案进行康复治疗。术后第1天，鼓励患者根据耐受程度进行适当的股四头肌、小腿后肌群及膝关节的屈伸功能锻炼，术后4～5个月患肢即可完全负重。同时，告知患者须按医嘱定期返院或在当地医疗机构进行复查。

1.4评价标准

1.4.1骨折完全愈合评估标准  ①患肢局部無压痛及纵轴叩击痛及无明显反常活动;②X线片显示骨折线模糊，并可见连续性骨痂;③上肢向前平举1 kg重量超过1 min，下肢在不需扶拐辅助下可在平地连续步行达3 min以上，同时步数超过30步以上;④连续2周不变形[9]。

1.4.2采用髋关节Harris评分标准评估髋关节功能  总分为100分，其中90～100分提示为优，80～89分提示为良，70～79分提示为中，70分以下提示为差[10]。

1.5觀察指标

两组患者手术操作时间、术中总出血量、总透视次数、骨折完全愈合时间，以及术后负重时间及术后半年Harris评分，对两组患者术后患侧髋关节功能进行详细的比较研究。

1.6统计学方法

采用SPSS 24.0统计学软件进行数据分析，计量资料用均数±标准差（x±s）表示，两组间比较采用t检验;计数资料采用率表示，组间比较采用χ2检验，以P<0.05为差异有统计学意义。

2结果

44例患者均顺利完成手术，观察组手术操作时间短于对照组，总透视次数和术中总失血量少于对照组，差异有统计学意义（P<0.05）;两组骨折完全愈合时间、术后负重时间及术后半年Harris评分比较，差异无统计学意义（P>0.05）（表2）。

3讨论

FNF是指破坏股骨颈骨的连续性。由于其特殊的解剖结构，在骨折过程中血管的供应经常受损，从而导致骨折的骨不连和股骨头坏死[11-12]。对老年FNF的治疗中，如何有效避免老年人FNF骨折后骨不连和股骨头坏死一直是FNF研究的重点，相关文献报道，骨折末端的过渡活动会损害新的血管，导致愈伤组织区域缺血，阻碍愈伤组织的矿化和骨化，并使愈伤组织发展为纤维软骨，进而形成骨折骨不连[13]。因此，骨折端对线及复位程度与内固定的稳定性和愈合速度密切相关。同时，还可以避免进一步损伤关节囊内动脉，尽可能保留股骨头的残余血液供应[14-15]。FNF的治疗包括保守治疗、闭合或开放复位复位固定、髋关节置换术等。对于无移位的GardenⅠ～Ⅱ型老年FNF的手术治疗中，对股骨头血液供应损伤相对较小的空心加压螺钉内固定术逐渐成为首选，同时该术式还具有创伤小、预后好等优势[16-17]。文献报道，空心加压螺钉内固定术，因具有较强的抗剪切和抗旋转能力倒三角实心空心加压螺钉结构，大大增加了股骨颈的稳定性，有效提高了骨折愈合率[18-19]。

本研究中，观察组主管医生利用建立的3D股骨模型更加生动的向患者及其家属展示了FNF的相关情况，详细讲解术中采用的手术方式及术中、术后可能发生的相关并发症，使患者及其家属充分了解相关病情，大大提高了患者的治疗依从性及对医生的信任度。44例患者均获得随访，随访6个月，两组患者术后FNF均愈合完全，两组骨折完全愈合时间、术后负重时间比较，差异无统计学意义（P>0.05）。提示老年FNF患者的治疗是一长期的、综合的立体化治疗，绝大多数老年患者合并骨质疏松症，骨折完全愈合所需时间较长，同时长期卧床，加重骨质疏松症程度，导致完全负重时间延长，因此老年FNF患者均提倡手术结合规范抗骨质疏松药物治疗。本研究结果显示，两组患者术后半年的Harris髋关节功能评分比较，差异无统计学意义（P>0.05），提示经科学的术后康复功能锻炼，数字三维重建辅助FNF空心加压螺钉内固定术与传统的FNF切开复位空心加压螺钉内固定术均可取得良好的疗效。本研究结果还显示，观察组手术操作时间短于对照组，总透视次数和术中总失血量少于对照组，差异有统计学意义（P<0.05）。提示应用数字化三维建模技术，为患者制定订个体化的术前规划，在实际操作中根据术前设计，提高置钉的精确度和安全性，避免发生动脉、神经损伤等严重并发症，最大限度地降低了手术的难度和风险，明显减少了总透视次数，进而减少术者与患者双方的辐射暴露;同时也明显缩短了手术操作时间，使得伤口暴露时间及术中总出血量明显减少，进而降低伤口感染及其他相关的并发症发生率，提高手术治疗效果。

随着数字化三维建模技术的发展，其在骨科手术规划、手术操作、康复、教学培训等领域发挥着越来越重要的作用，尽早建立并完善相关技术的培训系统，早日形成完善的效果评估体系，及时增进专科培训医生的专业知识，完善术前规划，制订并完成更为合理、优化的手术方案，可明显提高手术操作实践能力，继而缩短骨科专科医师的培养周期[20]。

综上所诉，将数字骨科3D重建技术应用于GardenⅠ～Ⅱ型FNF中，充分考虑患者个体差异，科学制定个体化的治疗方案，精准医学再一次发展及延伸，使医患双方共同获益，医生能更加系统、合理的实施精准的治疗方案，从而使患者获得良好的治疗效果。

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（收稿日期：2020-03-03）