后踝骨折对关节面损伤程度影响的三维形态学

本文原载于《中华创伤杂志》年第2期

后踝骨折占踝关节骨折的14%～44%[1]。后踝骨折常伴发于内外踝骨折，单独后踝骨折较罕见[2]。根据Lauge–Hansen分型[3]，旋后外旋型损伤(SER)Ⅲ、Ⅳ度及旋前外旋型损伤(PER)Ⅳ度常合并后踝骨折。根据AO/OTA分型[4]，A3型主要表现为后内侧骨折块，常见于旋后内收损伤；在B3或C型中则主要是后外侧骨折块[5,6]。后踝骨折在手术指征选择上可作为单一创伤独立评估，其治疗方案的选择依赖于精准的后踝骨折块占胫骨远端关节面面积的比值评估，但由于后踝骨折形态学的多样性，其手术指征确立依然存在较大的争议。目前，CT三维重建技术在关节内骨折中的应用价值已得到较为充分的肯定，诸多学者提出CT应成为关节内创伤的常规检查项目[7,8,9]。因此，本研究目的包括：(1)基于CT三维重建技术创建一项后踝骨折对关节面损伤程度影响的评估方法；(2)应用组内相关系数(ICC)验证本测量方法的可靠性及可重复性；(3)将后踝骨折对关节面损伤程度影响的三维评估结果与X线测量结果做对比性研究，论证三维测量模式的临床意义。若取得预期结果，可为新建或修订后踝骨折的手术指征提供参考。

1　临床资料与方法

1.1　一般资料

选择年5月–年3月收治的例踝关节周围损伤伴后踝骨折患者，其中男79例，女59例；年龄21～78岁，平均47.8岁。致伤原因：扭伤91例，交通伤47例。左侧58例，右侧80例。收集创伤后踝关节正、侧位X线片及16排螺旋CT薄层扫描数据(DICOM3.0格式)。CT扫描条件：美国通用电器(GE)16排螺旋CT，层厚0.mm，螺距1.，电压kV，矩阵×。根据CT三维重建图像观察，按Lauge–Hansen分型[3]:SER94例，其中Ⅲ度41例，Ⅳ度53例；PER39例，均为Ⅳ度；旋前外展型损伤(PAB)5例，均为Ⅲ度。根据损伤部位，三踝骨折95例，外踝伴后踝骨折43例。本组所有影像学检查项目均源自患者常规诊疗流程。

1.2　测量方法与数据采集

应用传统测量技术[10–11]，在X线片上进行后踝骨折块对胫骨远端关节面损伤面积比值的二维测量：采用院内PACS系统，在DICOM格式的踝关节侧位片上，连接胫骨远端关节面前缘与后缘边界点，后踝骨折块在连接线上的投影占总长度的比值即为后踝骨折块涉及胫骨远端关节面面积的比例(图1)。

应用三维测量技术进行相关测量[12,13]：将16排螺旋CT扫描薄层原始数据(层厚0.mm)导入数字化骨科临床研究平台系统(superImageorthopedicsedition1.0，中国Cybermed公司)，采用表面重建法(SSD)重建踝关节周围骨性结构的三维图像，重建间隔0.，应用三维拓扑窄区分割技术将图像中各构成骨分离(图2)，隐藏距骨，翻转胫骨远端关节面；应用三维曲线描边技术标定后踝骨折块及剩余胫骨远端关节面的曲面边界，该软件系统可自动计算出边界内曲面的面积；最后，人工计算后踝骨折块涉及胫骨远端关节面的比值(图3)。

上述两类测量方法由2名具有15年和4年临床经验的足踝外科医师分别独立完成测量，记录侧位X线片及CT三维图像上的测量数据及比值结果。用ICC分析评价测量的信度，信度测试的预计目标ICC为0.8，95%CI长度为0.2，同时分析2名观察者间信度。在两类预设测量方案实施前，测量者对测量技术、测量解剖标志点、测量流程进行标准化设计，主测量者间隔4周后重复测量相关数据，用于评估观察者内信度。

1.3　统计学分析

应用SPSSV18.0统计软件，正态分布的计量数据以±s表示，X线片及CT三维测量结果采用配对样本t检验；测量的信度采用ICC进行评价，P0.05为差异有统计学意义。

2　结果

在例踝关节侧位X线片上，33例由于骨折块较小、骨折线细微或胫腓骨远端影像重叠紊乱而无法识别后踝骨折(图4)；在CT三维重建图像上，13例由于后踝骨折块呈严重粉碎性或伴缺损，亦无法实现精准可重复性的面积测量(图5)，且上述关于X线片及CT图像无法实现有效测量的患者中，6例无法完成两种影像学评估，故本组共98例患者按预设测量方案实现有效的X线片及CT三维测量并进行对比性分析，其中CT三维测量模式耗时(8.3±2.1)min。本组测量数据提示：在X线片上，后踝骨折块占关节面面积的比值为(16.2±7.2)%(5.8%～32.7%)，CT三维重建图像测量比值为(29.6±10.1)%(12.9%～55.0%)(t＝14.，P0.05)，且CT三维测量值均大于X线片测量值。在侧位X线片上，后踝骨折块占关节面比值10%、15%、20%、25%、30%、35%及40%的患者分别为74例(76%)、46例(47%)、28例(29%)、17例(17%)、3例(3%)、0例及0例，CT三维重建图像上分别为98例(%)、94例(96%)、76例(78%)、61例(62%)、43(44%)、33(34%)及20例(20%)(图6)。在观察者内及观察者间一致性ICC检验中，X线片的观察者内ICC为0.，CT三维为0.；X线片的观察者间ICC为0.，CT三维为0.，CT三维测量结果的观察者内及观察者间一致性均高于X线片测量结果(表1)。典型病例见图7。

3　讨论

3.1　后踝的功能解剖

踝关节为人体重要的承重关节，在正常步态中承受人体体重1.5倍的负荷，在运动状态下可承受超过人体体重5.5倍的负荷，其功能和稳定由一系列复杂的骨骼和韧带结构共同构成。在矢状位上，胫骨穹窿凹面向下，穹窿后唇向远端延伸，从而形成后踝，即Volkmann结节的骨性解剖结构基础。在维持踝关节的稳定上，后踝拮抗距骨后移，若关节内骨折面积25%时，即可出现踝关节不稳[15]。此外，后踝是下胫腓联合复合体重要的组成部分。下胫腓联合后韧带倾斜地走行于后踝与腓骨后侧，对踝关节的稳定至关重要。Ogilvie–Harris等[16]通过一项尸体研究，证实下胫腓联合后韧带提供了42%的下胫腓联合稳定度。故当后踝骨折时，下胫腓联合的稳定将受到破坏。

3.2　后踝骨折的手术指征争议

目前，在后踝骨折的手术指征选择上存在较大的争议。McLaughlin[17]在年首次提出，当后踝骨折块涉及胫骨远端关节面10%时，不会发生距骨半脱位；当涉及10%～25%时，20%的患者易发生半脱位；若涉及胫骨远端关节面25%时，发生距骨向后半脱位可能性极大，应该手术治疗。此后，诸多学者将关节面损伤25%作为后踝骨折手术指征的金标准[18,19,20,21,22]。此外，也有学者提出其他手术指征，如Nelson和Jensen[23]早在年即发现8例后踝骨折块涉及关节面33%的患者中，仅2例经切开复位内固定及1例行牵引治疗及石膏固定，获得了满意的疗效，从而提出当后踝骨折涉及胫骨远端关节面33%时，应行切开复位内固定治疗。Jaskulka等[24]提出，后踝骨折涉及关节面的大小与创伤后骨关节炎的发病率存在明显相关性，后踝骨折块涉及胫骨远端关节面20%均应手术治疗。Langenhuijsen等[10]认为，在侧位X线片上后踝骨折涉及关节面≥10%时，若内、外踝复位固定后仍存在移位≥1mm，则需要行复位固定治疗。Abdelgawad等[25]采用后外侧入路治疗12例后踝骨折患者，手术指征为后踝骨折块涉及胫骨远端关节面30%且闭合复位后移位依然2mm。Michelsen等[26]认为，对于腓骨复位固定后后踝骨折块仍移位2mm时，需行解剖复位。可见，后踝骨折治疗方案的选择依赖于精准的形态学量化指标。本研究结果显示，后踝骨折块占关节面比值25%的患者侧位X线片上有17例(17%)，CT三维图像上有61例(62%)。如将关节面损伤25%作为后踝骨折的手术指征，选择不同的测量技术，则需行手术治疗的患者数量相差近3倍。此外，若以其他比例作为手术指征，两种影像学技术的评估结果亦存在较大差异。

3.3　后踝骨折的常规评估方法

上述国际上常用的后踝骨折手术指征的确定均基于侧位X线片的二维测量模式而设计，但局限性较大，且难以精准量化后踝骨折对关节面的损伤程度。首先，踝关节骨折后，踝周不同程度肿胀或患者疼痛不配合，摄踝关节侧位X线片常难以建立标准的侧位摄片视角，导致测量时对后踝骨折线的定位存在较大偏差；其次，侧位X线片上后踝骨折线易与腓骨远段影像重叠，导致后踝骨折线难以分辨，测量的可重复性和精准度较低；最后，通过X线片上的二维投影长度测量结果难以准确评估三维曲面真实的损伤程度。随着对X线片局限性的了解，诸多学者开始应用CT图像评价后踝骨折对关节面的损伤程度。Ferries等[27]在常规X线片和CT图像上测量25例后踝骨折块的大小，结果显示54%的患者X线片与CT测量结果不符，由此论证了应用侧位X线片测量后踝骨折块的大小可靠性较低。vandenBekerom等[28]进行包含8项生物力学及10项临床研究的系统评价，发现在X线上测量后踝骨折块的大小作为内固定手术指征尚存在较大争议，并建议应用CT图像来评价后踝骨折块的大小。Haraguchi等[29]基于横断位CT图像，将后踝骨折块的形态分为三类，并测量了骨折块面积占胫骨穹窿横断面的百分比：第一类为后外侧斜型，此类型占比最大，为总数的67%，特征为后外侧角的后踝楔形骨折块，面积平均占11.7%；第二类为向内侧横向延伸型，特点为骨折线由腓切迹延伸至内踝，面积平均占29.8%；第三类为小片剥脱型，特点为胫骨穹窿后唇1片或多片剥脱的小骨折块，面积占比过小，难以测量。横断位CT图像的应用一定程度上提高了后踝骨折形态的可观察性，但是，基于横断位CT图像的测量模式亦难以精准评估后踝骨折对关节面的损伤程度。首先，横断位CT图像的角度截取受影像科医师制约，临床医师通常仅能浏览已确定视角的CT图像；其次，横断位图像的层面选取具有主观性，即使相邻层面的后踝骨折形态亦存差异；第三，横断位CT图像展示的胫骨穹窿平面包含了内踝截面，以该平面作为胫骨远端关节面进行面积测量会造成后踝骨折块占比减小；最后，基于横断位CT图像的测量，其实质仍然是二维。理论上，任何含有量化指标的研究均需建立在科学、精准的测量评估方法学基础上，若测量的方法学不具备可重复性及可靠性，研究结果则失去了应有的参考价值。

3.4　后踝骨折的三维测量模式及其临床意义

过去，胫骨远端关节面面积的三维测量较难实现，主要原因在于：(1)踝关节周围骨性结构较多，胫骨远端关节面受周围骨性结构阻挡，难以在直视下观察；(2)胫骨远端关节面为一曲面，而曲面面积的测量，即使是在尸体骨骼上，也是一项技术难题。本研究中，笔者应用三维智能拓扑窄区分割技术将三维重建后的胫骨远端SSD图像单独提取，再翻转关节面，实现了关节面的直视下观察；再应用三维曲线描边技术手工标定后踝骨折块及剩余胫骨远端关节面的曲面边界，通过计算机自动计算出边界内该曲面的面积，每例患者完成一次三维测量平均耗时约8.3min。三维测量体系最大的优势是具有可靠性及可重复性，笔者应用ICC进行了相关验证，CT三维测量结果的观察者内/间一致性检验均高于X线片测量模式，ICC为0./0.。在此可重复性较高的测量体系下，后踝骨折块占胫骨远端关节面比值平均为29.6%，X线片为16.2%，CT三维重建图像上的测量结果高于X线片约13%，可见在侧位X线片上测量后踝骨折占关节面的比值会低估其实际损伤程度。后踝骨折对关节面损伤程度影响的客观精准评估，对实现同一观察指标的精准比对、制定评价标准、不同学者间进行学术交流、实现多中心的研究合作至关重要。

3.5　本研究的局限性

本研究排除了33例X线片上骨折块较小、骨折线细微或胫腓骨远端影像重叠紊乱而无法识别后踝骨折的患者，故ICC较高。此外，少量患者的CT三维重建图像因后踝骨折的关节面粉碎或缺损而难以实现曲面测量，在今后的研究中可通过测量健侧胫骨远端关节面的相关参数来评价患侧损伤程度。尽管本研究应用了目前尚未普及的数字化CT三维重建图像处理软件系统进行相关评估，国内同行开展类似工作有一定难度，但本研究结果已经证实了传统测量技术评估后踝骨折对关节面损伤程度的局限性。

总之，本研究创建了一项基于CT三维重建技术的后踝骨折对关节面损伤程度影响的精准评估方法，且论证了该方法的可靠性和可重复性。同时，本研究证实了采用传统的侧位X线片评估后踝骨折块的大小会低估其实际损伤程度，影响手术指征的选择。目前，笔者正在用科学、客观、精准的后踝骨折形态学评估方法，结合多中心、大样本的临床病例资料，进一步研究论证、修订后踝骨折的手术指征，最终提高该类创伤的临床疗效。

参考文献（略）

（收稿日期：-12-02）

（本文编辑：向勇）

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