基于三维CT解剖重建距下关节撑开植骨融合术治疗陈旧性跟骨骨折畸形愈合临床观察

谢坤南，毕若杰，马姗姗，孙昌俊，李力更

唐山市第二医院，河北唐山063000

跟骨骨折是临床常见的骨折类型之一，占全身骨折的1%～2%，其中60%～75%跟骨骨折伴有距下关节损伤[1-2]。由于跟骨解剖结构复杂，部分跟骨骨折无法早期实施切开复位内固定，从而发展为陈旧性骨折并伴有严重畸形，极大地影响患者生活质量[3]。既往陈旧性跟骨骨折畸形愈合通常采取截骨矫形术治疗，术者仅凭术前影像学资料进行粗略设计，难以保证术中截骨精准性。近年来，随着数字仿真建模技术发展，数字虚拟技术在疾病诊断、治疗和基础实验研究中得到广泛应用。3D打印技术可为手术方案制定、手术模拟提供个性化评估，虽然能够解决上述问题[4]，但目前其在临床上的应用并不广泛，还需要进一步推广。基于三维CT解剖重建距下关节撑开植骨融合术通过专业计算机软件对跟骨骨折CT图像进行三维重建，获取虚拟截骨后的相关解剖学参数并与健侧进行对比和拟合，引导骨折解剖复位，恢复关节面平整，从而达到更佳的治疗效果[5]。本研究对比观察了基于三维CT解剖重建距下关节撑开植骨融合术与3D打印辅助下矫形术治疗陈旧性跟骨骨折畸形愈合的临床效果。现报告如下。

1 资料与方法

1.1 临床资料 选择2017年1月—2019年5月唐山市第二医院收治的陈旧性跟骨骨折畸形愈合患者86例。纳入标准：①经X线检查证实为陈旧性跟骨骨折畸形愈合；②单侧骨折；③Stephens CT分型为Ⅱ、Ⅲ型。排除标准：①存在凝血功能紊乱或活动性内出血者；②足部存在感染病灶、皮肤溃烂或全身急慢性感染者；③合并骨外露、骨髓炎、退行性关节炎等骨关节疾病者；④精神行为异常者。按随机数字表法随机将患者分为观察组、对照组，每组43例。观察组男26例、女17例，年龄(37.39±5.72)岁，BMI(19.58±3.40)kg/m2，初次受伤至本次手术时间(15.27±6.15)个月，骨折部位：左足27例、右足16例，初始治疗方法：简单石膏托外固定35例、闭合复位经皮撬拨克氏针内固定6例、切开复位钢板内固定2例，Stephens CT分型：Ⅱ型38例、Ⅲ型5例；对照组男28例、女15例，年龄(36.74±6.05)岁，BMI(20.36±2.66)kg/m2，初次受伤至本次手术时间(14.98±5.83)个月，骨折部位：左足29例、右足14例，初始治疗方法：简单石膏托外固定32例、闭合复位经皮撬拨克氏针内固定8例、切开复位钢板内固定3例，Stephens CT分型：Ⅱ型36例、Ⅲ型7例。两组临床资料具有可比性。本研究经唐山市第二医院医学伦理委员会批准，所有研究对象知情同意。

1.2 手术方法 所有患者入院后完善术前相关检查。对照组予3D打印辅助下矫形术治疗，观察组予基于三维CT解剖重建距下关节撑开植骨融合术治疗。

对照组术前采集双侧跟骨CT薄层扫描图像，以Dicom格式输入Mimics18.0软件，重建跟骨、距骨、骰骨三维模型。对骨折块图像分割、虚拟复位，并通过健侧镜像实施三维配准。复位满意后，制作卡位模块，并以卡位模块为主体制作钉道导航模块。保留跟骨复位模型与钉道导航模块以stl格式保存，然后导入MakerBot软件。由Replicator 2X 3D打印机按1∶1打印出跟骨骨折畸形愈合复位仿真模型，并在模型上模拟复位操作，以此选择合适长度的钢板、螺钉并确定其位置和角度。患者入手术室后，取侧卧位，连续硬膜外麻醉完全后，牵开腓骨肌肌腱，自跟结节至跟骰关节凿除外侧壁，用骨刀凿平或摆锯去除膨隆的跟骨外侧壁，显露距下关节。依据术前3D打印的仿真模型寻找原始骨折线，用骨刀凿开陈旧骨折线，纠正跟骨内外翻畸形。撬起复位塌陷的关节面骨块，恢复距下关节面平整。采用跟骨外侧壁填塞植骨或自体髂骨植骨修复，恢复跟骨长度、宽度、高度。选取合适跟骨钢板置于跟骨外侧壁，并予螺钉固定。经C型臂X线机透视，确定钢板、螺钉固定和骨折复位满意后，闭合切口。

观察组术前通过双源64排螺旋CT采集跟骨骨折薄层CT扫描图像，以Dicom格式导入Mimics14.0软件，选择修正编辑后将相邻骨块分离为独立掩码模块，重建骨折三维模型。患者入手术室后，取侧卧位，硬膜外麻醉或全身麻醉完全后，于跟骨骨折处皮肤行改良外侧扩大“L”形切口，起始自外踝上，沿跟腱前缘纵行向下至足背皮肤与足底皮肤相交处，呈钝角拐向前方至第五跖骨基底部近侧1 cm处。逐层分离至跟骨，锐性剥离骨膜，向上掀起皮瓣，采用3或4枚直径2.0 mm的克氏针由切口分别钻入外踝、距骨颈、骰骨，并折弯克氏针，牵开皮瓣。使用撑开器撑开距下关节后关节面，以刮匙彻底清除距下关节后关节面残留的关节软骨和软骨下硬化骨。结合关节面塌陷范围，于髂骨翼取一大小合适的楔形骨块或采用同种异体骨块，修整关节塌陷和内外翻畸形，嵌入撑开距下关节间隙内实施结构性植骨，周围植入松质骨，矫正跟骨内外翻，修复跟骨高度及足弓，采用1或2枚空心钉导针固定距下关节，自跟骨负重面后侧经导针植入距骨体。C型臂X线机透视位置满意后，置入直径6.5 mm的空心钉，适度加压，确保跟骨外侧缘贴近距骨，同时将松质骨骨屑置入植骨块外侧和距下关节。最后经C型臂X线机透视，内固定位置合适后，无张力下闭合切口。

两组术后切口常规换药，常规应用抗菌药物。术后24 h行足趾被动功能锻炼，术后7 d实施患肢主动功能锻炼。术后8周复查X线片，结合骨折愈合情况，适度加强患肢功能锻炼直至负重行走。

两组麻醉、手术和护理均由同一团队完成。

1.3 指标观察

1.3.1 手术一般情况 收集两组手术时间、术中出血量、术后下床时间、住院时间。其中，术后下床时间指健侧负重，患侧不负重，能扶拐下床的时间。

1.3.2 疼痛创伤应激和氧化应激相关指标 分别于术前和术后12、24 h，采集空腹肘静脉血10 mL，3 000 r/min离心10 min、离心半径8 cm，留取上层血清，-80 ℃保存。待标本成批后，分别检测疼痛创伤应激和氧化应激相关指标。疼痛创伤应激相关指标包括β-内啡肽(β-EP)、P物质、前列腺素E2(PGE2)，氧化应激相关指标包括丙二醛(MDA)、总抗氧化能力(TAC)、脂质过氧化物(LPO)、羟基自由基(OH)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)。其中，血清β-EP、P物质、PGE2、TAC、GSH-Px检测采用ELISA法，试剂盒购自上海通蔚实业有限公司；血清MDA检测采用硫代巴比妥酸法，试剂盒购自上海康朗生物科技有限公司；血清LPO、OH检测采用比色法，试剂盒购自北京望升伟业科技发展有限公司。所有操作严格按试剂盒说明进行。

1.3.3 跟距影像学参数 分别于术前和术后3、6个月，采用双源64排螺旋CT扫描跟骨侧位、轴位图像，通过内置角度测量功能测量跟距影像学参数，包括距骨倾斜角、Peries角、Gissane角、B(o)hler角、跟骨丘部高度、跟骨水平长度、跟骨轴长度、跟骨宽度。

1.3.4 足部功能 分别于术前和术后3、6个月，采用美国足踝外科协会(AOFAS)Maryland评分系统评价足功能。AOFAS Maryland评分系统包括疼痛，功能和自主活动、支撑情况，最大步行距离、地面步行、反常步态、前后活动、后足活动、踝—后足稳定性、足部对线等9项，总分100分。其中，90～100分为优，75～89分为良，50～74分为可，<50分为差。计算足部功能优良率。

1.3.5 并发症 术后随访6个月，统计随访期间并发症情况，如切口感染、持久性轻微足跟痛、皮缘坏死等。

2 结果

2.1 两组手术一般情况比较 见表1。

表1 两组手术一般情况比较

2.2 两组手术前后疼痛创伤应激和氧化应激相关指标比较 见表2、3。

表2 两组手术前后氧化应激相关指标比较

表3 两组手术前后疼痛创伤应激相关指标比较

2.3 两组手术前后跟距影像学参数比较 随访6个月，观察组失访2例，对照组失访3例，剔除失访患者。两组术前和术后3、6个月跟距影像学参数比较见表4。

表4 两组手术前后跟距影像学参数比较

2.4 两组手术前后足部功能比较 两组手术前后AOFAS Maryland评分比较见表5。观察组与对照组术后3个月足部功能优良率分别为90.24%(37/41)、90.00%(36/40)，术后6个月分别为92.68%(38/41)、92.50%(37/40)。两组术后3、6个月足部功能优良率比较差异均无统计学意义(χ2分别为0.113、0.154，P均>0.05)。

表5 两组手术前后AOFAS Maryland评分比较

2.5 两组并发症情况 观察组术后发生持久性轻微足跟痛1例，术后并发症发生率为2.44%(1/41)；对照组术后发生切口感染1例、皮缘坏死1例，术后并发症发生率为5.00%(2/40)。两组术后并发症的发生率比较差异无统计学意义(χ2=0.001，P>0.05)。

3 讨论

跟骨在足部功能中扮演重要角色，其特殊解剖形态的完整性对维持后足正常的关节功能，确保负重时下肢应力正常传递和保护足纵弓功能具有重要作用[6-7]。由于跟骨解剖结构复杂，部分跟骨骨折无法早期实施切开复位内固定，从而发展为陈旧性骨折并伴有严重畸形。陈旧性跟骨骨折畸形愈合会引起一系列继发性病理变化，如距下关节面塌陷、跟骨高度丢失、跟骨内外翻等，可诱导足运动轴改变，从而引起足跟部各关节和踝关节关系紊乱，出现相应的症状和功能障碍[8-9]。3D打印技术是目前骨科领域的研究热点。通过3D打印机打印的仿真模型能够清晰地呈现陈旧性跟骨骨折畸形愈合部位的解剖信息，从而提高手术精准度，降低手术风险。但3D打印技术的手术模拟与实际操作存在一定差距。因此，选择合理有效的治疗手段仍是目前陈旧性跟骨骨折畸形愈合的研究重点。

近年来，数字化三维重建及其后处理技术被逐渐用于骨科疾病的诊断和治疗。张学胜等[10]认为，陈旧性髌骨骨折畸形愈合采用CT薄层扫描和三维重建，不仅能精准界定髌骨骨折面，模拟骨折复位内固定，引导精确截骨、复位及内固定过程，还能解决截骨部位定位困难、复位效果不理想等一系列问题。与3D打印技术比较，基于三维CT解剖重建距下关节撑开植骨融合术具有以下优势：①利用Mimics软件实施三维重建，可提高畸形跟骨结构数字化与可视化，有助于降低手术盲目性，并通过任意分割、剖切跟骨复杂的三维结构，从而为手术方案制定提供科学的依据[11]；②撑开距下关节，可充分显露距骨下方和跟骨上方压缩的关节软骨面，有利于提高手术操作的清晰度[12-13]；③植入楔形髂骨或采用同种异体骨块，有助于减轻足部疼痛，加快足部功能及解剖结构恢复。

本研究比较了基于三维CT解剖重建距下关节撑开植骨融合术与3D打印辅助下矫形术治疗陈旧性跟骨骨折畸形愈合的临床效果，结果发现，两组术中出血量、术后下床时间、住院时间比较差异均无统计学意义，但观察组手术时间更长，可能与入路方式、髂骨植骨修整等因素有关。有学者指出，手术创伤可引起体内多种因子水平改变，而β-EP、P物质、PGE2作为反映疼痛应激程度的常用指标，与创伤程度密切相关[14-15]。同时，创伤和疼痛在一定程度上还会诱发机体氧化应激，导致氧化损伤指标水平出现波动，主要表现为MDA、LPO、OH水平升高，TAC、GSH-Px水平降低[16-17]。本研究结果发现，与3D打印辅助下矫形术比较，基于三维CT解剖重建距下关节撑开植骨融合术的早期创伤较大，可能与手术时间较长、对患者影响较大有关，但后者术后24 h疼痛应激和氧化应激恢复速度较前者快，提示基于三维CT解剖重建距下关节撑开植骨融合术不会增加陈旧性跟骨骨折畸形愈合患者手术创伤，具有一定安全性。本研究还发现，两组术后3、6个月距骨倾斜角、跟骨丘部高度、跟骨水平长度、跟骨轴长度、Peries角、Gissane角、B(o)hler角均高于术前，跟骨宽度均低于术前，并且观察组与对照组效果相当。这主要归因于基于三维CT解剖重建距下关节撑开植骨融合术通过CT三维重建，不仅可直接观察内侧载距突关节面塌陷情况，直观了解涉及距下关节面骨折块相关情况，还可通过跟骨入路清楚显露距下关节，提高结构性植骨位置准确性及与距下关节接触面紧密率，有助于矫正跟骨内外翻，恢复跟骨高度及足弓，最大限度恢复跟骨形态及关节面，进而改变跟距影像学参数。本研究还发现，基于三维CT解剖重建距下关节撑开植骨融合术后3、6个月足部功能改善与3D打印辅助下矫形术效果相当，二者并发症的发生率均较低。进一步证实基于三维CT解剖重建距下关节撑开植骨融合术对陈旧性跟骨骨折畸形愈合的治疗有效性，加之大多数医院具备CT设备，推广应用优势明显，在基层医院或无3D打印技术医院，是一种改善陈旧性跟骨骨折畸形愈合患者足部畸形外观及恢复足部正常功能的可行方法。

综上所述，基于三维CT解剖重建距下关节撑开植骨融合术治疗陈旧性跟骨骨折畸形愈合安全有效，有望成为治疗陈旧性跟骨骨折畸形愈合的理想术式。