引用本文： 王小平, 韦展图, 黄俭, 陈路遥, 胡世锵, 吴玮伟, 屠玉民, 郭胜, 许国泰, 邓志成. 虚拟三维重建术前规划技术在Pilon骨折的应用研究. 中国修复重建外科杂志, 2016, 30(1): 44-49. doi: 10.7507/1002-1892.20160010 复制
Pilon骨折复杂多变，多伴有关节面及干骺端粉碎和压缩，骨折周围软组织少且损伤严重；骨折治疗对复位和固定要求较高，既要求对位对线良好，又要求关节面平整，同时还要维持稳定以利于早期功能锻炼，对创伤骨科医师是极大挑战，尤其是高能量Pilon骨折 [1-3]。术前认真规划是Pilon骨折手术治疗成功的关键，包括手术指征的正确掌握、骨折分型的正确判定、选择合适的手术入路、内固定方法及内固定物等[1-2, 4-9]。随着计算机辅助手术在骨科的应用越来越普遍，外科医师逐渐认识到术前规划的重要性，尤其是在处理严重关节内骨折时[7-10]。2010年7 月－2014年6月，我院对16例Pilon骨折患者应用Mimics软件进行术前规划，为患者制定个体化治疗方案，获较满意临床疗效。报告如下。
1 临床资料
1.1 患者选择标准
纳入标准：① 均由外伤引起Pilon骨折；② 年龄18～60岁，骨骼发育成熟；③ 采用手术治疗的患者。排除标准：① 结合外固定支架治疗的患者；② 开放性骨折；③ 病理性骨折；④ 合并颅脑损伤；⑤ 合并糖尿病等基础性疾病；⑥ 患者依从性差。本研究获南方医科大学附属小榄医院医学伦理委员会批准，患者及家属均知情同意。
1.2 一般资料
本组男12例，女4例；年龄22～53岁，平均36.5岁。左侧10例，右侧6例。致伤原因：交通事故伤4例，高处坠落伤8例，重物砸伤2例，扭伤2例。骨折按国际内固定研究学会/美国矫形创伤学会（AO/OTA）分型：43.B2型2例，43.B3型3例，43.C1型（后Pilon骨折）3例，43.C2型2例，43.C3型6例。合并腓骨骨折9例。受伤至手术时间6～14 d，平均10.2 d。
1.3 设备、软件及患者影像学数据采集
GE Medical System Light Speed16排螺旋CT机（GE公司，美国）； ASG-340医学图像工作站（深圳安科高技术有限公司）；计算机硬件：Windows XP系统，CPU为AMD AthlonⅡX4 630，四核处理器，2.81GHz，硬盘为500 Gb，内存为4 Gb；Mimics10.01三维医学图像重建软件（Materialise公司，比利时）；实体三维建模软件Solidworks 2007（Dassault System S.A.公司，法国）。
患者术前均摄踝关节正侧位X线片和16排螺旋CT检查。CT检查根据定位像选定兴趣区域进行薄层扫描，扫描基本参数：电压120 kV，电流185.46 mAs，像素值大小0.375 mm，512×512矩阵，扫描层间距1.25 mm，所得图像数据均上传至PACS系统图像工作站中存储。螺钉、钢板数字模型按骨科日常使用螺钉、钢板实际尺寸，在Solidworks 2007软件中设计，以*.stl格式保存备用。
1.4 术前处理、三维重建与虚拟手术复位规划
患者入院后给予支具或跟骨牵引制动，抬高患肢，早期使用冰袋冷敷减少渗出，然后使用甘露醇脱水减轻肢体肿胀；出现张力性水疱者（本组4例）保持水疱完整，大水疱抽吸后用聚维酮碘纱布湿敷，待软组织条件改善，出现皮肤皱褶后手术治疗。
从PACS系统中将患者薄层CT扫描断层图像集以*.dicom格式导入Mimics10.01软件进行图像分割，三维重建踝关节骨折图像，生成骨折实体数字模型；进一步对骨折块进行细化分割，对每一骨折块用指定颜色单独显示，建立骨折三维实体模型，去除距骨显示踝关节面以观察胫骨远端关节面骨折、整体骨折线走向，结合X线片、薄层CT扫描、多平面重建（multi-planar reconstruction，MPR）及容积重建（volume reconstruction，VR）结果对患者Pilon骨折进行分型。利用Mimics10.01软件的Simulation手术模块，将健侧胫骨远端作为骨折复位参照模板，根据骨折移位、旋转情况对骨折进行复位，根据主要骨折块形态和移位情况，选择合适种类、形态和长度的内固定物以及确定合适的手术入路。内固定物以*.stl格式导入后，通过调整钢板位置与复位后骨折模型达到最佳匹配状态以模拟手术过程。对比骨折复位后模型及健侧参照模型了解骨缺损情况，对需要植骨的患者，使用Mimics10.01软件设计植骨块，并测量植骨块体积作为术中取骨量参考。见图 1。
图1
基于Pilon骨折患者（AO/OTA分型43.B2 型）CT数据进行虚拟术前规划工作流程 ⓐ 导入CT薄层数据至Mimics10.01 软件中 ⓑ 骨折块经图像分割后用不同颜色显示 ⓒ 三维数字化重建骨折模型 ⓓ CT 自带VR 重建效果 ⓔ 去除距骨观察关节面骨折移位情况 ⓕ 虚拟手术复位骨折块 ⓖ 骨折虚拟手术复位后整体显示 ⓗ 虚拟植入内固定物 图 2 Mimics10.01 软件重建的Pilon 骨折数字化模型与CT 自带三维VR 重建效果比较（从左至右依次为VR 重建、数字重建、虚拟复位） ⓐ 43.B2 型 ⓑ 43.B3 型 ⓒ 43.C1 型 ⓓ 43.C2 型 ⓔ 43. C3 型
Figure1.
Work flow of virtual preoperative planning based on the CT-scan data for a AO/OTA type 43.B2 Pilon fracture ⓐ The thin slice CT
data were imported to Mimics10.01 software ⓑ The fracture fragments were segmentated in a mask and displayed with different colors ⓒ Threedimensional (3D) digital fracture model was established ⓓ Compared with the volume renderings ⓔ The displaced articular fracture was observed after removal of talus ⓕ Virtual reduction of the fracture fragments was performed ⓖ Overview of fracture after virtual reduction ⓗ Virtual operation of implant in the digital fracture model Fig.2 Comparison of displaced segmented fragment geometries reconstructed by the Mimics10.01 software and the volume renderings (From left to right for volume readering reconstruction, digital reconstruction, and virtual reduction) ⓐ Type 43.B2 ⓑ Type 43.B3 ⓒ Type 43.C1 ⓓ Type 43.C2 ⓔ Type 43.C3
通过术前虚拟三维重建规划，术者对Pilon骨折情况进行了详细了解，利用虚拟重建和规划结果，与患者及家属进行术前交流和沟通；与助手交流手术方法、手术入路和步骤、内固定物的选择、骨折复位的难点和关键点及估算植骨量，以确定最终手术方案。
1.5 手术方法
所有手术均由同一组医师完成。采用蛛网膜下腔阻滞麻醉及持续硬膜外联合麻醉，止血带下操作。手术入路和体位根据患者术前影像学检查和模拟手术选择。本组选择标准的胫骨远端前内侧入路8例，前外侧入路5例，术中行跟骨骨牵引辅助关节面暴露及骨折复位。暴露后，参照术前规划设计，以距骨关节面为关节面复位参照面，直视下复位关节面骨折块后小克氏针临时固定，根据复位后骨缺损严重程度，取自体髂骨植骨填充，采用合适解剖钢板固定胫骨内侧；如胫骨外侧柱不稳定，选用L型锁定钢板进行重建。后Pilon骨折3例，选择胫骨后外侧入路，骨折复位后采用克氏针临时固定，选择锁定T型钢板进行固定。若合并腓骨骨折的后Pilon骨折，通过腓骨外侧纵形切口采用1/3管型接骨板或重建钢板固定腓骨，从腓骨长肌与长屈肌间隙进入完成后Pilon骨折的固定；如同时进行胫骨远端内、外侧柱和腓骨骨折固定，前内侧入路与腓骨外侧入路两切口距离至少7 cm以上，以保护软组织血运。本组患者11例（43.B3型3例，43.C2型2例，43.C3型6例）给予植骨，均取自体髂骨移植，其中10例采用松质骨填塞，1例为大块髂骨移植+松质骨填塞，植骨量为3.5～8.0 mm3。
1.6 术后处理
引流根据术中具体情况而定，手术完成快、术中止血带使用时间短、组织肿胀不严重者（本组14例）可不用引流；切口使用负压引流管患者（本组2 例），术后切口引流量＜ 20 mL后拔除引流管。术后厚敷料加压包扎或辅助小腿石膏托或踝托固定防止马蹄足挛缩，抬高患肢，并脱水、消肿、预防感染治疗；术后24 h开始足趾主动活动，48 h踝关节主动活动。抗生素使用24～48 h，术后肿胀明显、出现张力性水疱、切口渗出较多、伤口愈合相对缓慢者，必要时适当延长抗生素使用；术后14～16 d伤口拆线。根据患者耐受情况、骨折严重程度及复查X线片情况决定术后部分负重行走时间，一般早期（术后2～5 d后）以主动屈伸踝关节和距下关节为主；术后8～12周开始逐步负重锻炼。影像学检查提示骨折骨性愈合后可完全负重行走。患者术后均行X线片、薄层CT扫描及MRP重建观察关节面骨折块复位情况和内固定螺钉的布局。
1.7 疗效评价指标
术后1～3 d，1、3、6个月，1年及1年半随访摄踝关节正侧位X线片。术后3 d在PACS影像工作站上，采用Burwell-Charnley影像学评价标准[11]判定骨折复位质量。末次随访时踝关节功能采用美国矫形足踝协会（AOFAS）踝与后足评分标准[12]进行评定。
2 结果
2.1 Pilon骨折数字化重建模型
对比CT自带的VR重建效果，利用Mimics10.01软件重建的Pilon骨折数字化解剖重建模型，各个骨折块经分割后以不同颜色显示，每个骨折块都可单独处理。术者可根据需要对骨折块进行组合、立体显示、多角度观察，判断骨折严重程度、骨折块移位情况、明确骨折类型，并可精确测量骨折块大小，以及对骨折块进行移动翻转虚拟复位。见图 2。
2.2 术后随访及临床疗效
本组手术时间70～130 min，平均87.8 min；术中失血量30～150 mL，平均71.9 mL。术后切口均Ⅰ期愈合。16例均获随访，随访时间8～18个月，平均11.6个月。术后3 d根据Burwell-Charnley影像学评价标准判定骨折复位质量，16例关节面均获解剖复位，无内固定物进入关节腔内。X线片复查示骨折均于术后3～6个月愈合，平均3.7个月。随访期间无内固定物松动、断裂等并发症发生。末次随访时，踝关节功能按AOFAS踝与后足评分标准评定为71～100分，平均92.3分；获优10例，良5例，可1例，优良率93.8%。末次随访时X线片示骨折复位无丢失。见图 3。
图3
患者，男，28 岁，高处坠落伤致右侧Pilon 骨折（AO/OTA 分型43.C3 型）
ⓐ 术前正侧位X 线片 ⓑ 术前CT 及CT 三维重建示胫骨远端、关节面严重粉碎 ⓒ 术前Mimics10.01 软件三维数字化重建虚拟手术复位后见关节面粉碎严重、关节面大块骨缺损 ⓓ 、ⓔ 根据骨缺损情况设计植骨块，计算植骨量为7.38 mm3 ⓕ 选择右侧胫骨远端前外侧锁定钢板固定，下方采用排钉技术植钉，内侧块使用小T 型钢板固定 ⓖ 术后3 d 正侧位X 线片及CT 示骨折解剖复位，胫骨远端关节穹窿缺损部位骨块位置良好，关节面平整 ⓗ 术后3 d 三维重建示关节穹窿与术前虚拟规划重建情况高度吻合
Figure3. A 28-year-old male patient with right tibial Pilon fracture (AO/OTA type 43.C3) caused by falling from heightⓐ Preoperative anteroposterior and lateral radiographs ⓑ Preoperative CT scan and CT 3D reconstruction, showing joint comminution, shortening, and displacement of the majority fragments ⓒ Virtual reconstruction, showing a big defect at the joint surface ⓓ , ⓔ Virtual surgical reconstruction of bone grafting and the volume of grafted bone (7.38 mm3) ⓕ A anterolateral distal tibial plate and T-shaped locking plate were used ⓖ Anteroposterior and lateral radiographs and CT-scan at 3 days after operation, showing that an anatomic reduction was obtained, and big defect of the articular surface was reconstructed with autogenous iliac bone graft ⓗ 3D volume renderings of the distal articular surface at 3 days after operation was highly comparable to the virtual reconstruction
3 讨论
重建高度粉碎关节内骨折是骨科医师的重大挑战，类似于完成复杂的三维立体拼图[4, 6]。骨折发生后，由于肢体肌肉的作用、骨折块的移位和骨折块间的相互嵌插、中间软组织嵌顿等因素，术者难以在术中对这些骨折块迅速重新定位和恢复相互解剖关系。因此，术前治疗获得手术部位详细准确的信息是个性化、精确化、微创化治疗的前提。X线片检查是骨折诊断的重要组成部分，能为临床医师提供良好的二维成像，但由于胫骨远端关节面大部分结构被骨质投影重叠，很难反映清晰的骨折移位细节和关节面状况，临床医师难以准确判断骨折分型和指导手术治疗。CT三维重建技术目前已较普及，大大弥补了X线片的不足，对提高骨折复位和固定疗效起到良好推动作用，但普通的三维CT图像只能反映骨折表面情况，对于骨折内在细节则无法显示或显示不足 [4, 6, 13-15]。传统修复术中，医师是根据患者Pilon骨折的X线片和CT图像进行术前模拟，但这种方案依赖于医师临床经验和技能，而且这种虚拟手术无法被参与手术的每一位成员共享。
三维术前规划的本质就是寻找最佳虚拟术式以引导临床术式顺利完成的过程。本研究应用Mimics软件基于Pilon骨折患者的薄层CT重建图像，可精确反映骨折内部结构变化，清楚显示骨折块之间的位置关系，通过健侧胫骨远端的三维模型镜像，对各骨折块模拟复位，复位后的三维模型与钢板、螺钉三维实体模型拟合完成虚拟手术，为手术医师提供术前反复演练的机会，这对手术医师选择合适的内固定材料、制定个性化手术方案、增强术中医师的熟练程度具有积极意义，有利于提高手术质量和治疗效果。
本研究初步探讨了采用虚拟重建技术对Pilon骨折进行术前规划的一般流程和关键问题，在优化手术方式、临床手术教学等方面有较大应用价值。结果显示，这种新的术前规划方法与真实手术过程基本相符，提高了Pilon骨折的手术成功率及骨折愈合率，更能满足Pilon骨折治疗的精确化、个性化需求。虚拟重建技术可作为Pilon骨折术前规划的常规项目。
注意事项：① 虚拟环境中对骨折块的复位及固定均在骨表面操作而不受任何限制；但真实术中由于视野所限，以及骨折块之间软组织附着等因素而使复位、固定受限，术前模拟与术中实际情况的差异限制了虚拟手术在临床中的进一步应用。当出现此情况时，我们建议术者术前需准备多套手术应急方案，对Pilon骨折进行个性化手术治疗。② Pilon骨折重建固定方式一般按先腓骨后胫骨的原则[7-10, 15]，但重建顺序并非固定，我们建议术者应先对较容易复位及固定的骨折给予固定，以获得良好复位，再复位固定复杂骨折，以获得最佳的固定效果和缩短手术时间，减少手术并发症。③ 严重粉碎的干骺端骨折不需要完全解剖复位，只需维持干骺端、关节面的力线良好，骨折断端采用桥接钢板技术固定，最大限度保存骨折块血运和软组织瓣的活力。④ 术者应对Pilon骨折的手术干预掌握一定度，不能为了追求关节面的绝对平整及干骺端骨折的完全解剖复位，而毫无意义扩大对骨折块间软组织的剥离和显露，增加对软组织的损伤；也不能为了追求绝对牢固固定而过度增加内固定钢板、螺钉的植入，增加止血带的使用时间和次数以及延长手术时间，导致手术并发症增高[4, 6, 13-14, 16-19]。
Pilon骨折复杂多变，多伴有关节面及干骺端粉碎和压缩，骨折周围软组织少且损伤严重；骨折治疗对复位和固定要求较高，既要求对位对线良好，又要求关节面平整，同时还要维持稳定以利于早期功能锻炼，对创伤骨科医师是极大挑战，尤其是高能量Pilon骨折 [1-3]。术前认真规划是Pilon骨折手术治疗成功的关键，包括手术指征的正确掌握、骨折分型的正确判定、选择合适的手术入路、内固定方法及内固定物等[1-2, 4-9]。随着计算机辅助手术在骨科的应用越来越普遍，外科医师逐渐认识到术前规划的重要性，尤其是在处理严重关节内骨折时[7-10]。2010年7 月－2014年6月，我院对16例Pilon骨折患者应用Mimics软件进行术前规划，为患者制定个体化治疗方案，获较满意临床疗效。报告如下。
1 临床资料
1.1 患者选择标准
纳入标准：① 均由外伤引起Pilon骨折；② 年龄18～60岁，骨骼发育成熟；③ 采用手术治疗的患者。排除标准：① 结合外固定支架治疗的患者；② 开放性骨折；③ 病理性骨折；④ 合并颅脑损伤；⑤ 合并糖尿病等基础性疾病；⑥ 患者依从性差。本研究获南方医科大学附属小榄医院医学伦理委员会批准，患者及家属均知情同意。
1.2 一般资料
本组男12例，女4例；年龄22～53岁，平均36.5岁。左侧10例，右侧6例。致伤原因：交通事故伤4例，高处坠落伤8例，重物砸伤2例，扭伤2例。骨折按国际内固定研究学会/美国矫形创伤学会（AO/OTA）分型：43.B2型2例，43.B3型3例，43.C1型（后Pilon骨折）3例，43.C2型2例，43.C3型6例。合并腓骨骨折9例。受伤至手术时间6～14 d，平均10.2 d。
1.3 设备、软件及患者影像学数据采集
GE Medical System Light Speed16排螺旋CT机（GE公司，美国）； ASG-340医学图像工作站（深圳安科高技术有限公司）；计算机硬件：Windows XP系统，CPU为AMD AthlonⅡX4 630，四核处理器，2.81GHz，硬盘为500 Gb，内存为4 Gb；Mimics10.01三维医学图像重建软件（Materialise公司，比利时）；实体三维建模软件Solidworks 2007（Dassault System S.A.公司，法国）。
患者术前均摄踝关节正侧位X线片和16排螺旋CT检查。CT检查根据定位像选定兴趣区域进行薄层扫描，扫描基本参数：电压120 kV，电流185.46 mAs，像素值大小0.375 mm，512×512矩阵，扫描层间距1.25 mm，所得图像数据均上传至PACS系统图像工作站中存储。螺钉、钢板数字模型按骨科日常使用螺钉、钢板实际尺寸，在Solidworks 2007软件中设计，以*.stl格式保存备用。
1.4 术前处理、三维重建与虚拟手术复位规划
患者入院后给予支具或跟骨牵引制动，抬高患肢，早期使用冰袋冷敷减少渗出，然后使用甘露醇脱水减轻肢体肿胀；出现张力性水疱者（本组4例）保持水疱完整，大水疱抽吸后用聚维酮碘纱布湿敷，待软组织条件改善，出现皮肤皱褶后手术治疗。
从PACS系统中将患者薄层CT扫描断层图像集以*.dicom格式导入Mimics10.01软件进行图像分割，三维重建踝关节骨折图像，生成骨折实体数字模型；进一步对骨折块进行细化分割，对每一骨折块用指定颜色单独显示，建立骨折三维实体模型，去除距骨显示踝关节面以观察胫骨远端关节面骨折、整体骨折线走向，结合X线片、薄层CT扫描、多平面重建（multi-planar reconstruction，MPR）及容积重建（volume reconstruction，VR）结果对患者Pilon骨折进行分型。利用Mimics10.01软件的Simulation手术模块，将健侧胫骨远端作为骨折复位参照模板，根据骨折移位、旋转情况对骨折进行复位，根据主要骨折块形态和移位情况，选择合适种类、形态和长度的内固定物以及确定合适的手术入路。内固定物以*.stl格式导入后，通过调整钢板位置与复位后骨折模型达到最佳匹配状态以模拟手术过程。对比骨折复位后模型及健侧参照模型了解骨缺损情况，对需要植骨的患者，使用Mimics10.01软件设计植骨块，并测量植骨块体积作为术中取骨量参考。见图 1。
图1
基于Pilon骨折患者（AO/OTA分型43.B2 型）CT数据进行虚拟术前规划工作流程 ⓐ 导入CT薄层数据至Mimics10.01 软件中 ⓑ 骨折块经图像分割后用不同颜色显示 ⓒ 三维数字化重建骨折模型 ⓓ CT 自带VR 重建效果 ⓔ 去除距骨观察关节面骨折移位情况 ⓕ 虚拟手术复位骨折块 ⓖ 骨折虚拟手术复位后整体显示 ⓗ 虚拟植入内固定物 图 2 Mimics10.01 软件重建的Pilon 骨折数字化模型与CT 自带三维VR 重建效果比较（从左至右依次为VR 重建、数字重建、虚拟复位） ⓐ 43.B2 型 ⓑ 43.B3 型 ⓒ 43.C1 型 ⓓ 43.C2 型 ⓔ 43. C3 型
Figure1.
Work flow of virtual preoperative planning based on the CT-scan data for a AO/OTA type 43.B2 Pilon fracture ⓐ The thin slice CT
data were imported to Mimics10.01 software ⓑ The fracture fragments were segmentated in a mask and displayed with different colors ⓒ Threedimensional (3D) digital fracture model was established ⓓ Compared with the volume renderings ⓔ The displaced articular fracture was observed after removal of talus ⓕ Virtual reduction of the fracture fragments was performed ⓖ Overview of fracture after virtual reduction ⓗ Virtual operation of implant in the digital fracture model Fig.2 Comparison of displaced segmented fragment geometries reconstructed by the Mimics10.01 software and the volume renderings (From left to right for volume readering reconstruction, digital reconstruction, and virtual reduction) ⓐ Type 43.B2 ⓑ Type 43.B3 ⓒ Type 43.C1 ⓓ Type 43.C2 ⓔ Type 43.C3
通过术前虚拟三维重建规划，术者对Pilon骨折情况进行了详细了解，利用虚拟重建和规划结果，与患者及家属进行术前交流和沟通；与助手交流手术方法、手术入路和步骤、内固定物的选择、骨折复位的难点和关键点及估算植骨量，以确定最终手术方案。
1.5 手术方法
所有手术均由同一组医师完成。采用蛛网膜下腔阻滞麻醉及持续硬膜外联合麻醉，止血带下操作。手术入路和体位根据患者术前影像学检查和模拟手术选择。本组选择标准的胫骨远端前内侧入路8例，前外侧入路5例，术中行跟骨骨牵引辅助关节面暴露及骨折复位。暴露后，参照术前规划设计，以距骨关节面为关节面复位参照面，直视下复位关节面骨折块后小克氏针临时固定，根据复位后骨缺损严重程度，取自体髂骨植骨填充，采用合适解剖钢板固定胫骨内侧；如胫骨外侧柱不稳定，选用L型锁定钢板进行重建。后Pilon骨折3例，选择胫骨后外侧入路，骨折复位后采用克氏针临时固定，选择锁定T型钢板进行固定。若合并腓骨骨折的后Pilon骨折，通过腓骨外侧纵形切口采用1/3管型接骨板或重建钢板固定腓骨，从腓骨长肌与长屈肌间隙进入完成后Pilon骨折的固定；如同时进行胫骨远端内、外侧柱和腓骨骨折固定，前内侧入路与腓骨外侧入路两切口距离至少7 cm以上，以保护软组织血运。本组患者11例（43.B3型3例，43.C2型2例，43.C3型6例）给予植骨，均取自体髂骨移植，其中10例采用松质骨填塞，1例为大块髂骨移植+松质骨填塞，植骨量为3.5～8.0 mm3。
1.6 术后处理
引流根据术中具体情况而定，手术完成快、术中止血带使用时间短、组织肿胀不严重者（本组14例）可不用引流；切口使用负压引流管患者（本组2 例），术后切口引流量＜ 20 mL后拔除引流管。术后厚敷料加压包扎或辅助小腿石膏托或踝托固定防止马蹄足挛缩，抬高患肢，并脱水、消肿、预防感染治疗；术后24 h开始足趾主动活动，48 h踝关节主动活动。抗生素使用24～48 h，术后肿胀明显、出现张力性水疱、切口渗出较多、伤口愈合相对缓慢者，必要时适当延长抗生素使用；术后14～16 d伤口拆线。根据患者耐受情况、骨折严重程度及复查X线片情况决定术后部分负重行走时间，一般早期（术后2～5 d后）以主动屈伸踝关节和距下关节为主；术后8～12周开始逐步负重锻炼。影像学检查提示骨折骨性愈合后可完全负重行走。患者术后均行X线片、薄层CT扫描及MRP重建观察关节面骨折块复位情况和内固定螺钉的布局。
1.7 疗效评价指标
术后1～3 d，1、3、6个月，1年及1年半随访摄踝关节正侧位X线片。术后3 d在PACS影像工作站上，采用Burwell-Charnley影像学评价标准[11]判定骨折复位质量。末次随访时踝关节功能采用美国矫形足踝协会（AOFAS）踝与后足评分标准[12]进行评定。
2 结果
2.1 Pilon骨折数字化重建模型
对比CT自带的VR重建效果，利用Mimics10.01软件重建的Pilon骨折数字化解剖重建模型，各个骨折块经分割后以不同颜色显示，每个骨折块都可单独处理。术者可根据需要对骨折块进行组合、立体显示、多角度观察，判断骨折严重程度、骨折块移位情况、明确骨折类型，并可精确测量骨折块大小，以及对骨折块进行移动翻转虚拟复位。见图 2。
2.2 术后随访及临床疗效
本组手术时间70～130 min，平均87.8 min；术中失血量30～150 mL，平均71.9 mL。术后切口均Ⅰ期愈合。16例均获随访，随访时间8～18个月，平均11.6个月。术后3 d根据Burwell-Charnley影像学评价标准判定骨折复位质量，16例关节面均获解剖复位，无内固定物进入关节腔内。X线片复查示骨折均于术后3～6个月愈合，平均3.7个月。随访期间无内固定物松动、断裂等并发症发生。末次随访时，踝关节功能按AOFAS踝与后足评分标准评定为71～100分，平均92.3分；获优10例，良5例，可1例，优良率93.8%。末次随访时X线片示骨折复位无丢失。见图 3。
图3
患者，男，28 岁，高处坠落伤致右侧Pilon 骨折（AO/OTA 分型43.C3 型）
ⓐ 术前正侧位X 线片 ⓑ 术前CT 及CT 三维重建示胫骨远端、关节面严重粉碎 ⓒ 术前Mimics10.01 软件三维数字化重建虚拟手术复位后见关节面粉碎严重、关节面大块骨缺损 ⓓ 、ⓔ 根据骨缺损情况设计植骨块，计算植骨量为7.38 mm3 ⓕ 选择右侧胫骨远端前外侧锁定钢板固定，下方采用排钉技术植钉，内侧块使用小T 型钢板固定 ⓖ 术后3 d 正侧位X 线片及CT 示骨折解剖复位，胫骨远端关节穹窿缺损部位骨块位置良好，关节面平整 ⓗ 术后3 d 三维重建示关节穹窿与术前虚拟规划重建情况高度吻合
Figure3. A 28-year-old male patient with right tibial Pilon fracture (AO/OTA type 43.C3) caused by falling from heightⓐ Preoperative anteroposterior and lateral radiographs ⓑ Preoperative CT scan and CT 3D reconstruction, showing joint comminution, shortening, and displacement of the majority fragments ⓒ Virtual reconstruction, showing a big defect at the joint surface ⓓ , ⓔ Virtual surgical reconstruction of bone grafting and the volume of grafted bone (7.38 mm3) ⓕ A anterolateral distal tibial plate and T-shaped locking plate were used ⓖ Anteroposterior and lateral radiographs and CT-scan at 3 days after operation, showing that an anatomic reduction was obtained, and big defect of the articular surface was reconstructed with autogenous iliac bone graft ⓗ 3D volume renderings of the distal articular surface at 3 days after operation was highly comparable to the virtual reconstruction
3 讨论
重建高度粉碎关节内骨折是骨科医师的重大挑战，类似于完成复杂的三维立体拼图[4, 6]。骨折发生后，由于肢体肌肉的作用、骨折块的移位和骨折块间的相互嵌插、中间软组织嵌顿等因素，术者难以在术中对这些骨折块迅速重新定位和恢复相互解剖关系。因此，术前治疗获得手术部位详细准确的信息是个性化、精确化、微创化治疗的前提。X线片检查是骨折诊断的重要组成部分，能为临床医师提供良好的二维成像，但由于胫骨远端关节面大部分结构被骨质投影重叠，很难反映清晰的骨折移位细节和关节面状况，临床医师难以准确判断骨折分型和指导手术治疗。CT三维重建技术目前已较普及，大大弥补了X线片的不足，对提高骨折复位和固定疗效起到良好推动作用，但普通的三维CT图像只能反映骨折表面情况，对于骨折内在细节则无法显示或显示不足 [4, 6, 13-15]。传统修复术中，医师是根据患者Pilon骨折的X线片和CT图像进行术前模拟，但这种方案依赖于医师临床经验和技能，而且这种虚拟手术无法被参与手术的每一位成员共享。
三维术前规划的本质就是寻找最佳虚拟术式以引导临床术式顺利完成的过程。本研究应用Mimics软件基于Pilon骨折患者的薄层CT重建图像，可精确反映骨折内部结构变化，清楚显示骨折块之间的位置关系，通过健侧胫骨远端的三维模型镜像，对各骨折块模拟复位，复位后的三维模型与钢板、螺钉三维实体模型拟合完成虚拟手术，为手术医师提供术前反复演练的机会，这对手术医师选择合适的内固定材料、制定个性化手术方案、增强术中医师的熟练程度具有积极意义，有利于提高手术质量和治疗效果。
本研究初步探讨了采用虚拟重建技术对Pilon骨折进行术前规划的一般流程和关键问题，在优化手术方式、临床手术教学等方面有较大应用价值。结果显示，这种新的术前规划方法与真实手术过程基本相符，提高了Pilon骨折的手术成功率及骨折愈合率，更能满足Pilon骨折治疗的精确化、个性化需求。虚拟重建技术可作为Pilon骨折术前规划的常规项目。
注意事项：① 虚拟环境中对骨折块的复位及固定均在骨表面操作而不受任何限制；但真实术中由于视野所限，以及骨折块之间软组织附着等因素而使复位、固定受限，术前模拟与术中实际情况的差异限制了虚拟手术在临床中的进一步应用。当出现此情况时，我们建议术者术前需准备多套手术应急方案，对Pilon骨折进行个性化手术治疗。② Pilon骨折重建固定方式一般按先腓骨后胫骨的原则[7-10, 15]，但重建顺序并非固定，我们建议术者应先对较容易复位及固定的骨折给予固定，以获得良好复位，再复位固定复杂骨折，以获得最佳的固定效果和缩短手术时间，减少手术并发症。③ 严重粉碎的干骺端骨折不需要完全解剖复位，只需维持干骺端、关节面的力线良好，骨折断端采用桥接钢板技术固定，最大限度保存骨折块血运和软组织瓣的活力。④ 术者应对Pilon骨折的手术干预掌握一定度，不能为了追求关节面的绝对平整及干骺端骨折的完全解剖复位，而毫无意义扩大对骨折块间软组织的剥离和显露，增加对软组织的损伤；也不能为了追求绝对牢固固定而过度增加内固定钢板、螺钉的植入，增加止血带的使用时间和次数以及延长手术时间，导致手术并发症增高[4, 6, 13-14, 16-19]。
