论文《数字化虚拟技术在膝内翻胫骨截骨的应用》-仁创编译转载

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　　摘要目的：探讨并评价数字化虚拟技术在膝内翻胫骨截骨术中的临床应用和疗效。方法：2015年1月至2017年1月对收治的8例膝内翻胫骨畸形患者进行系统性回顾分析，利用整个胫骨CT平扫数据在计算机上进行数字化虚拟设计三维建模，并设计术前截骨角度及制定手术方案，手术规划和模拟手术，指导胫骨畸形截骨矫正手术治疗。结果：在手术过程中见到的畸形情况与虚拟三维重建图像及数字化虚拟胫骨模型一致，术前的模拟手术减少了手术的操作时间,达到更佳的手术效果。结论：数字化虚拟计算机技术可以从各个方向反映患者下肢畸形的三维结构，可以模拟截骨矫正手术过程，大大缩短了手术时间，并发症少，提高了手术精确度。

　　关键词膝内翻;数字化;三维重建

　　膝内翻在临床上非常常见，由于下肢力线发生改变，常常导致双下肢不等长、跟痛症、骨关节炎等并发症，引起下肢跛行和关节处疼痛等[1]。手术成功的关键是完成胫骨畸形的准确矫正[2]。传统方法往往是根据术者的经验依据术前X线片和二维CT进行测量和矫正，失误翻修率高，效果欠佳。近十年来数字化技术、计算机导航和机器人技术等广泛应用于外科手术中，然而在膝关节胫骨截骨手术中的应用很少，本研究通过数字化计算机三维重建技术，术前在计算机中重建膝内翻胫骨畸形的三维可视状态，并进行术前模拟手术设计，可以保证膝内翻胫骨畸形精准矫正，值得在临床上推广应用。

　　1资料和方法

　　1.1一般资料本组共8例膝内翻患者，其中男4例，女4例，年龄15～33岁，平均20.2岁，畸形角度最小18°，最大角度35°，平均角度约22.3°。本组研究中患者进行双下肢胫骨正侧位X线片及胫骨全长CT扫描检查。通过三维重建技术和数字化虚拟技术，对膝内翻胫骨截骨术进行术前模拟。1.2数字化虚拟模型制作设备采用湘雅常德医院影像科双源64排螺旋CT，扫描范围从膝关节至胫骨远端内外踝水平行全胫骨扫描。将扫描后的三维重建数据导入Mimics22.0软件中，在计算机上从各个平面精确测量和模拟截骨(图1)。手术方案根据每个患者胫骨畸形的个性化情况和特点进行胫骨截骨畸形矫正术，同时患者及家属可以通过计算机虚拟胫骨畸形图片深入了解病情和手术相关风险，通过3D打印数字化模型也有利于培养年轻骨科医生的逻辑思维和手术学习。1.3手术方法的制定与模拟8例患者的手术均为同一位医生主刀，麻醉成功后，仰卧位，消毒铺巾，患肢大腿根部上气囊止血带。在小腿外侧畸形平面切开长约10cm切口，逐层分离至胫骨畸形处，以3D打印胫骨畸形数字化模型作为参照物，首先根据胫骨畸形的模拟胫骨截骨的平面和方向个性化状态进行截骨，然后旋转骨块至合适位置后进行钢板螺钉固定，术中测量整个下肢的力线情况，在C型臂透视辅助下再次确定胫骨畸形矫正是否满意和内固定位置情况。通过3D打印数字化模型和数字化虚拟技术完成术前及术中年轻骨科医生的培养和教学。准确记录在数字化虚拟技术辅助下的膝内翻胫骨畸形矫正精准度、整个手术时间、出血量和C型臂透视的情况等指标(图2)。

　　2结果

　　对患者平均随访19个月(10～45个月)，8例膝内翻胫骨畸形矫正手术患者均在术后3～5个月获得骨性愈合，无1例出现血管神经损伤及双下肢不等长、膝内翻复发等严重并发症。根据数字化虚拟技术，本组研究中所有患者术中畸形情况与计算机三维重建情况一致，术后再次进行计算机三维重建，发现胫骨畸形截骨矫正满意，相比于常规手术，术中出血量、整个手术时间和C型臂透视的情况差异有统计学意义(P<0.05)。

　　3讨论

　　膝内翻畸形在临床上非常常见，常常继发于其他疾病，治疗的方法根据患者的年龄、畸形程度等方面可考虑不同的治疗方法，目前治疗膝内翻胫骨截骨的主要问题包括以下两点：如何确定胫骨畸形矫正术的截骨平面;如何按照术前设计进行胫骨畸形精准、个性化截骨。传统胫骨畸形截骨矫正手术存在精准度差、并发症多等风险，原因在于主要依靠手术医生的经验和二维影像学资料，无法做到从三维空间的各个结构上进行矫正[3]，由于胫骨截骨精准度差，下肢力线很难恢复，因而双下肢不等长、胫骨畸形愈合、骨不连等并发症时有发生[4-5]。虽然三维CT重建技术的发展日新月异，然而对于胫骨畸形程度的深入理解仍存在困难，更无法精确进行截骨矫正手术。因此如何通过数字化虚拟技术进行胫骨畸形矫正是目前研究的热点问题。数字化虚拟技术近年来蓬勃发展，目前已广泛应用于骨科手术领域，然而在胫骨畸形矫正方面的研究仍在初级阶段，张斌[6]通过计算机辅助快速成型技术打印出儿童胫骨畸形模型并应用于术前模拟和术中矫正，取得了不错的临床效果;杨宇[7]应用3D打印技术制作出导航模板，为胫骨畸形矫正提供了一种新的思路和方法。在本研究中，通过数字化虚拟技术，可以从各个方向观察膝内翻胫骨畸形的情况，并在计算机上进行虚拟设计，模拟个性化手术的畸形矫正方案，在3D打印模型中进行术前模拟、教学和医患沟通，与传统的术前影像学资料，包括X线片、CT等，具有不可比拟的优势，另外本研究结果表明本组患者术中畸形情况与计算机三维重建情况一致，术后再次进行计算机三维重建，发现胫骨畸形截骨矫正满意，相比于常规手术，术中出血量、整个手术时间和C型臂透视的情况差异有统计学意义(P<0.05)。综上所述，数字化虚拟计算机技术可以从各个方向反映患者下肢畸形的三维结构，可以模拟截骨矫正手术过程，大大缩短了手术时间，减少并发症，提高了手术精确度，值得进一步在临床上推广。

　　作者：王穗源 吴文欣 周天宝 张朝跃

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