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CT三维重建技术在踝关节骨折术后评估中的应用价值

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・1024・中华创伤骨科杂志2013年12月第15卷第12期ChinJOnhopTrauma,December2013,V01.15,No.12・临床论著・CT三维重建技术在踝关节骨折术后评估中的应用价值张坤陈雁西强敏菲李浩博戴号【摘要】目的分析cT三维重建技术在踝关节骨折术后评估中的应用价值。方法2009年5月至2012年6月收治168例踝关节骨折患者,男99例,女69例;年龄2l。75岁,平均47.5岁;损伤按Lauge.Hansen分型:旋后外旋型(SER)85例,旋后内收型(SAD)32例,旋前外旋型(PER)27例,旋前外展型(PAB)24例;均为闭合性骨折,采用通用手术方案治疗。术后摄踝关节正、侧位x线片及CT片,采用容积重建法内置人物透视显示模式结合多平面重组成像模式观察骨折复位质量及内固定置人情况,并将CT与x线片观察结果进行对比分析。结果术后在SER、SAD、PER及PAB损伤中,x线片分别可见6、1、2、2例患者未达到解剖复位,而CT三维重建图像分别可见36、12、8、3例患者未达到解剖复位,x线和CT在评估SER、SAD、PER及所有患者时差异均有统计学意义(P<0.05o在内固定置人质量评估上,X线片分别可见2、1、0、0例患者螺钉位置欠佳,而cT三维重建图像分别可见8、8、3、4例患者的螺钉位置欠佳,x线和CT在评估SER、SAD及所有患者时差异均有统计学意义(P<0.05)。结论踝关节骨折术后通过CT三维重建图像进行复位质量及内固定置人质量的评估能够获得比x线片评估更加可靠的结果。【关键词】踝关节;骨折;骨折固定术,内;成像,三维Applicationofthree-dimensionalCTreconstructioninpostoperativeevaluationofanklefractureZHANGKun,CHENYan・xi,QIANGMin-fei,eta1.DepartmentofOrthopaedicTrauma,EastHospital,TongiiUniversity,Shanghai200120,ChinaSupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChinaf81271989,81000818)Correspondingauthor:CHENYah—xi,E—mail:cyxton舀i@126.cornToanalyzetheapplicationofthree-dimensionalCTreconstructioninpost—【Abstract】Objectiveoperativeevaluationofanklefracture.MethodsThedataof168patientswithanklefracturefromMaycases2009toJune2012wereanalyzed.AccordingtoLauge.Hansenclassification。therewere85tion-externalofsupina—rotation(SER)pattern,32supination.adduction(SAD)pattern,27pronation—externalrotation(PER)patternoperationswereand24pronation.abduction(PAB)pattern.Theywereallclosedfracturesandconventionalperformedwithin2weeks.Postoperativeantero-posteriorandlateralradiographsand16-sKeeimageswerespiralCTscanstudiedtoevaluatefracturereductionandimplantplacementusingthevolumescansrenderingmodeandmuhiplanarreconstructionmode.TheCTResultswerethencomparedwithradiographs.Radiographsrevealednon—anatomicreductionin6,1,2scanand2patientsingroupsSER,SAD,PERandPABrespectively,whileCTimagesscansdidin36,12,8and3patientsinthe4groupsrespee—ingroupstively.SignificantdifferencesbetweenCTPER,aswellasandradiographswereobservedSER,SADandintheoverallevaluation(P<0.05).Asforimplantplacement,radiographsrevealedpoorimplantationin2,1,0and0patientsingroupsSER,SAD,PERandPABrespectively,whileCTSCanimagesdidin8,8,3and4patientsinthe4groupsrespectively.SignificantdifferencesbetweenCTasscansandradiographswereobservedingroupsSERandSAD,aswellConclusionintheoverallevaluation(P<0.05).Three—dimensionalCTreconstructionmaybemorereliablethanradiographsinthepostoperativeevaluationofreductionandimplantplacementforanklefractures.【Keywords】Ankle;Fractures,bone;Fracturefixation,internal;Imaging,three-dimensionalDOhlO.3760/cma.j.issn.167l-7600.2013.12.003基金项目:国家自然科学基金(81271989,81000818)作者单位:200120上海,同济大学附属东方医院创伤骨科,同济医院医学研究所通信作者:陈雁西,E-mail:cyxtongji@126.COB万方数据中华创伤骨科杂志2013年12月第15卷第12期ChinJOahopTrauma,December2013,V01.15,No.12・1025・踝关节周围损伤是一种常见创伤,其中踝关节骨折约占全身骨折的3.9%,发生率居关节内骨折首位…。随着人口老龄化及城镇交通的繁杂,踝关节骨折的发生率有逐年增多趋势,踝关节骨折治疗的需求及患者对生活质量的高要求成了骨科医生所面临的一项挑战。近年来,诸多学者心{I提出踝关节骨折的治疗应强调解剖复位、坚强固定。手术治疗踝关节骨折也已得到较为广泛的认可和开展,但手术是否都做到了解剖复位和适宜内固定呢?我们通过将CT三维重建图像与x线片进行对比,分析了2009年5月至2012年6月收治的168例踝关节骨折患者术后的解剖复位及内固定置人情况,现报告如下。资料与方法一、一般资料病例纳入标准:①2009年5月至2012年6月期间踝关节骨折并于行手术治疗的患者;②年龄20~75岁,闭合性骨折,且在伤后2周内手术。病例排除标准:①足踝部肿瘤病史;②病理性骨折;③踝关节畸形;④不配合医生完成相关影像学检查的患者。本研究符合纳入标准共176例,其中8例因不配合退出研究,最终纳入168例,其中男99例,女69例;年龄21~75岁,平均47.5岁;左侧58例,右侧110例;致伤原因:扭伤113例,交通伤55例。患者术前均摄踝关节正、侧位x线片,并行16排螺旋CT(GE公司,美国)薄层扫描,扫描条件:层厚0.625mm,螺距1.375,电压120kV,512×512矩阵。根据术前CT三维重建图像观察,损伤按Lauge.Hansen分型:旋后外旋型(SER)85例,其中Ⅱ度4例、Ⅲ度38例、Ⅳ度43例;旋后内收型(SAD)32例,均为Ⅱ度;旋前外旋型(PER)27例,其中Ⅲ度10例、Ⅳ度17例;旋前外展型(PAB)24例,均为Ⅲ度。二、手术方案外踝骨折:SER损伤的患者,部分患者选用外侧重建或解剖锁定钢板,同时加用直径为3.5mm的皮质骨螺钉垂直于骨折线,穿透双层皮质,固定骨折断端;部分患者选用后侧抗滑钢板,远端双皮质固定。SAD损伤的患者选用外侧重建或解剖锁定钢板固定。PAB损伤的患者选用外侧重建或锁定钢板做桥式固定,但必须恢复腓骨长度。PER损伤的患者,骨折线位置较高,选用1/3管型钢板、重建钢板或有限接触动力加压钢板固定。后踝骨折:对于较大的骨折块,选用支撑钢板内固定;对于中等大小的骨折,选用星形板结合螺钉内固定;对于较小的骨折块,选用1~2枚直径为4.0mm的拉力螺钉从后向前内固定。内踝骨万方数据折:在SER、PER、PAB损伤中,内踝骨折选择标准的切开复位内固定术,充分显露骨折断端,清理骨折处嵌入的软组织、血肿或关节内骨折碎块,复位后选用2枚直径为4.0mm的空心钉内固定。SAD损伤的患者选用重建钢板或锁定钢板充当抗滑钢板置于内侧,辅以螺钉固定内踝尖,钢板远端须紧贴内踝骨面。下胫腓联合损伤:术中通过拉钩应力试验判断下胫腓联合损伤,术中将腓骨向外牵拉后下胫腓间隙超过2mm,即可诊断为下胫腓联合损伤,并应用1~2枚直径为3.5mm皮质骨螺钉在胫距关节面顶部上方2~5cm处于踝关节中立位时,从后向前倾斜20。~30。透过3层皮质固定,螺钉可通过钢板也可单独置人,要视腓骨骨折固定情况而定。三、术后影像学评估术后评估通过摄踝关节标准正、侧位x线片及行CT薄层扫描,扫描条件同术前,拆薄处理后原始数据层厚0.625mm,将数据导入数字化骨科临床研究平台系统(Superlmageorthopedicsedition1.0,Cybermed,上海)哺1,采用表面重建法(SHi-faceshadeddisplay,SSD)重建出踝关节周围骨性结构的三维图像,重建间隔0.625mm,应用三维拓扑窄区分割技术将图像中各构成骨分离,采用容积重建法(volumerendering,VR)内置人物透视显示模式重建出相应三维图像,结合自由截面选择的多平面重组成像模式(multiplanarreconstruction,MPR)进行观察。复位质量和螺钉位置的评估由2名临床经验丰富的骨科医生分别完成,意见有分歧时请第3位骨科医生参与评估和决策。评价标准为:若骨折端向任何方向移位或关节面台阶超过2mm,视为非解剖复位;若内置人物钢板置放不适宜,螺钉超过自身长度的30%外露、进入关节腔或穿透关节面,则视为内固定螺钉置入欠佳(图1)。四、数据采集及统计学处理应用SPSSV18.0(PASWStatistics,IBM,美国)统计学软件,对x线和CT评估复位质量与内固定置人情况采用配对四格表r检验,P<0.05认为差异有统计学意义。结果本组患者按预设手术方案进行了相应手术,术中均通过c型臂x线机确认了骨折端的复位与内固定的置放。在复位质量评估上,SER、SAD、PER损伤中,x线与CT评估差异均有统计学意义(P<0.05,表1)。SER损伤中未解剖复位主要表现在后踝骨折处(图2);SAD损伤中未解剖复位主要表现在内踝上部位于胫距关节面转角处,该位置有骨块压缩、移位、关节面缺・1026・中华创伤骨科杂志2013年12月第15卷第12期ChinJOrthopTrauma,December2013,V01.15,No.12损等(图3);PER损伤中未解剖复位的位置主要表现运动依赖于距骨与踝穴内各关节面的密切接触及踝在后踝、内踝骨折处(图4)。PAB损伤中,x线片上仅2例(8.3%)患者未达到解剖复位,而cT三维重建图像上有3例(12.5%)患者未达到解剖复位,其差异无统计学意义(r=0.000,P=1.000,表1),未解剖复位的位置主要表现在腓骨远端骨折处有轻微成角和短缩。x线和CT评估所有患者的复位质量差异有统计学意义(r=48.000,P=0.000,表1)。在内固定置入质量评估上,由于术中均通过了C关节周围韧带的弹性平衡作用以获得适宜的应力分布。若踝关节内或下胫腓联合发生任何微小移位,都可导致关节面应力分布异常及软组织平衡紊乱,Ramsey和Hamiltonf81提出若距骨向外移位1mm,胫距关节接触面积可减少42%。Thordarson等【91提出若腓骨外移或短缩超过2mm或外旋≥5。,关节接触面积可明显减少从而造成关节内应力分布异常,而导致发生创伤性关节炎。目前,诸多学者幢。51基于踝关节的功能解剖及临床实践提出踝关节骨折的治疗强调解剖复位和坚强固定。型臂x线机透视确认,本组未发现钢板置入欠佳的情况,在螺钉固定等细节分析上,SER与SAD损伤中,x线与cT评估差异有统计学意义(P<0.05,表2);在PER与PAB损伤中,评估差异无统计学意义(P>0.05,表2)。x线和CT评估所有患者的内固定置人情况差异有统计学意义(r=18.050,P=0.000,表2)。表1本组患者术后x线和CT评估复位质量的比较二、基于CT三维重建技术的数字化临床路径(clinicalpathway,CP)提出根据上述踝关节骨折治疗原则,我们是否做到了解剖复位和坚强内固定呢?本课题组于2011年提出了基于CT三维重建技术的踝关节骨折数字化临床路径的概念,并在临床上开始广泛应用n01。CP是20世纪80年代美国医疗机构为顺应医院内部和外部环境改变而创造的一种全新医疗服务模式,特指针对某一疾病建立的一套标准化治疗模式与治疗程序。采用CP后,可以避免传统路径使同一疾病在不同条件下出现不同的治疗方案,避免了其随意性,提高了临床疗效及费用等的可评估性。而数字化的骨外科CP即注:SER:旋后外旋型损伤,SAD:旋后内收型损伤,PER:旋前外旋型损伤PAB:旋前外展型损伤是将基于人工智能的CT三维重建技术融人到疾病的术前诊断、术中辅助及术后评估中。目前,CT三维重表2本组患者术后x线和cT表现评估内固定置人情况的比较分型例数内面歪运五‰内面歪趸五1CT丽宜,值P值内固定适宜内固定不适宜内固定适宜内固定不适宜一建技术在关节内骨折术前诊断中的应用价值已经得到充分的肯定和更为广阔的应用[11-12],但在术后评估中的应用价值尚无相关研究报道。三、CT三维重建技术在踝关节骨折术后评估中的应用价值~本研究通过基于CT图像后处理技术的VR成像结合内固定物提取显示模式和自由选择截面的MPR注:SER:旋后外旋型损伤,SAD:旋后内收型损伤,PER:旋前外旋型损伤PAB:旋前外展型损伤显像模式等技术手段对168例患者影像学数据进行了深入地观察分析。在复位质量评估上,根据术后x线与CT检查结果对比分析,在评估SER、SAD、PER讨论及所有患者时差异均有统计学意义(P<0.05);在差异无统计学意义的PAB中,x线片上仅2例(8.3%)患者未达到解剖复位,CT三维重建图像上发现有3例(12.5%)患者未达到解剖复位。从上述结果可见,x一、踝关节的功能解剖与骨折的治疗原则踝关节由胫骨远端、腓骨远端、距骨及下胫腓联合复合体、内侧三角韧带复合体、外侧韧带复合体组成。踝关节为人体内的承重关节,在正常步态中承受人体质量1.5倍的负荷,运动状态下可承受超过人体体质量5.5倍的负荷。在维持踝关节的稳定上,腓骨拮抗距骨外移,后踝拮抗距骨后移,内踝深部的三角韧带拮抗距骨外旋,若关节内骨折面积超过25%,即可出现踝关节不稳"]。在生理状态下,踝关节的正常线片上能发现的未解剖复位病例通过CT图像后处理也能发现,而反之则不能。CT图像后处理技术在评估踝关节骨折术后的复位质量上,具有较大的应用价值,从而能够尽早地发现畸形愈合并进行早期干预。同时,通过CT图像后处理技术评估,我们也发现在踝关节骨折的复位过程中,尤其要重视后踝骨折和内踝万方数据华创伤骨科杂志2013年I2JJ第15卷第12期ChinJOrthopTraunm,I)et・ember2013.V01.15.Nm12)27图1腓骨远端螺钉未拧到位,钉尾外露超过30%(a);内踝后方螺钉置人位置偏后,螺钉大部分外露(b);下胫腓固定螺钉置人角度偏后,螺钉未进人胫骨远端(c);胫骨远端螺钉穿透胫距关节面(d)图2女性患者,63岁,Lauge—HansenSERIV型骨折:术后踝关节正位x线片示胫骨远端关节面平整(a);侧位x线片示骨折端、对位对线理想(b);CT三维VR图像示后踝骨块复位欠佳,骨块下坠,台阶超过2mm,内踝骨折块复位欠佳(c);CT矢状位MPR图像示后踝内部die.punch骨折块未复位,台阶超过2mm(d)图3男性患者,25岁,Lauge-H。。。。。SADII型骨折:术后踝关节正位x线片示胫骨远端关节面平整(a);侧位x线片示骨折端对位对线理想(b);CT三维VR图像示内踝上部胫距关节面转角处die-punch骨折块未复位,裂隙、台阶超过2mm,后踝骨折块复位欠佳(c);CT冠状位MPR图像示胫距关节面连续性欠佳,die.punch骨折块未复位(d)骨折靠近胫距关节面转角处的die.punch骨折块的复位及有效的固定支撑。在内固定置入质量评估上,根据术后x线与CT检查结果对比分析,评估SER、SAD及所有患者时差异有统计学意义(P<0.05),因此术后CT图像后处理技术与x线片在内固定置入质量的评价上存在差异。在差异无统计学意义的PER、PAB损伤的共51例患者中,x线片上未见内固定置入不适宜,而在CT三维重建图像上可清晰发现7例(13.7%)患者内固定置入不适宜。具体分析我们也发现,x线片上能发现的内固定置入不适宜的患者通过cT图像后处理也能发现,反之则不能。由此可见,通过CT图像后处理技万方数据)28中华创伤7蹦译l杂志2013年12门第15卷第12期ChinJOrthopTrauma.D”rrebel2013.、图4男性患者,45岁,Lauge.HansenPERⅣ型骨折:术后踝关节正位x线片示胫骨远端关节面平整(a);侧位x线片示骨折端对位对线理想(b);CT三维VR图像示后踝骨折块复位质量欠佳,楔形骨块被螺钉顶出,骨块向后爆裂移位(c);CT三维VR图像示胫骨远端关节面结构紊乱,多处裂隙、台阶形成(d)术较传统的x线可发现更加隐匿的内固定置入不适宜。本研究中内固定置入不适宜主要体现在螺钉的置人问题上,具体表现为螺钉未拧到应有的深度、螺钉置人太表浅、螺钉置人方向有误、螺钉击穿关节腔等。在手术中,临床医生应重视上述问题。四、本研究的局限性尽管本研究应用了目前尚未普及的数字化CT三rotationanklefractures:stability2010,468:243—251.akeyissue.ClinOflhopRelatRes,【3】SooHooNF,KrenekL,EaganmJ,eta1.Complicationratesfollowingopenreductionandinternalfixationofanklefractures.JBoneJointSurgAm,2009,91:1042—1049.[4】ThomasG,WhalleyH.ModiC.Earlymobilizationofoperativelyfixedanklefractures:asystematicreview.FootAnkleInt,2009,30:666—674.维图像处理软件系统进行了相关评估,但所应用的功能模块在目前主流的CT图像后处理工作站上均已成为基本配置,如GE、西门子、飞利浦等系统均可进行相应的图像分析。为达到本研究中的图像效果,建议采用螺旋CT扫描后原始图像拆薄处理层厚为0.50~1.25[5]姜保国.踝关节骨折治疗进展.中华创伤杂志,2008,24:321—322.[6]陈雁西,邵志民.数字化骨科临床研究平台的构建及应用.中华骨科杂志,2009,29:993—999.【7]RaaschWG,LarkinJJ,DraganichLF.Assessmentoftheposteriormalleolusasarestrainttoposteriorsubluxationoftheankle.JBonemm。其次,本研究并非多中心研究结论,JointSurgAm,1992,74:1201—1206.故在踝关节骨折的复位及内固定技术上仅能代表本研究小组的临床技能水平。综上,踝关节骨折术后通过CT图像后处理技术进行复位质量及内固定置人质量的评估能够获得比传统x线评估更加可靠的结果,从而有效地辅助临床医生提高手术技能,改善复位质量及内固定置人精准度,同时也可更加科学、客观地制定术后康复计划,最终提高临床疗效。参考文献Koval[8】RamseyPL,HamiltonW.Changesintibiotalarbylateraltalarareaofcontactcausedshih.JBoneJointSurgAm,1976,58:356—357.[9]ThordarsonDB,MotamedS,HedmanT,eta1.Theeffectoffibularonmalreduetioncontactpressuresinananklefracturemalunionmodel.JBoneJointSurgAm,1997,79:1809・1815.【10]陈雁西,俞光荣.踝关节骨折的治疗策略与数字化临床路径.中华骨科杂志,2011,31:275.284.[11]FayadLM,JohnsonP,FishmanEK.MultidetectorCTofmuscu.10skeletaldiseaseinthepediatricpatient:principles,techniques。andclinicalapplications.Radiographics,2005,25:603—618.[12】ChenYX,LuXL,BiG,eta1.Three—dimensionalmorphologicalcharacteristicsmeasurementofanklejointbasedMedoncomputedtomog—KJ,LufieJ,ZhouW,eta1.Anklefracturesintheelderly:onrapbyimage3912—3918.post—processing.ChinJ(Eng),2011。124:whatyougetdependswhereyouliveandwhoyousee.JOflhopTrauma,2005,19:635—639.(收稿日期:2013-06一01)[2]GougouliasN,KhannaA,SakellariouA,eta1.Supination-external(本文编辑:张宁)万方数据CT三维重建技术在踝关节骨折术后评估中的应用价值

作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):

张坤, 陈雁西, 强敏菲, 李浩博, 戴号,

200120 上海,同济大学附属东方医院创伤骨科,同济医院医学研究所中华创伤骨科杂志

Chinese Journal of Orthopaedic Trauma2013,15(12)

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