黃熙謀 萬磊 梁篤

1廣州市越秀區(qū)第二中醫(yī)醫(yī)院（廣州510100）；2廣州市正骨醫(yī)院（廣州510045）

股骨頸骨折是骨科常見疾病，骨質(zhì)疏松是引起股骨頸骨折的重要因素。股骨頸骨折AO空心釘內(nèi)固定術(shù)創(chuàng)傷小，固定可靠，愈合率高［1］。然而骨質(zhì)疏松會(huì)增加空心釘內(nèi)固定術(shù)后股骨頸短縮風(fēng)險(xiǎn)及再手術(shù)率［2］，進(jìn)而影響髖關(guān)節(jié)功能［3］。為提高固定強(qiáng)度，學(xué)界對(duì)股骨頸置釘通道進(jìn)行了改良研究［4-5］，但是缺乏針對(duì)不同骨質(zhì)疏松分布模態(tài)的個(gè)體化優(yōu)化。同時(shí)近年來隨著計(jì)算機(jī)輔助術(shù)前規(guī)劃（CAD）以及3D打印技術(shù)在髖外科的應(yīng)用［6］，股骨頸部骨折個(gè)體化精準(zhǔn)手術(shù)得以開展，療效得到了提高。但是3D打印存在成本高、需要切開匹配等缺點(diǎn)，反而失去了空心釘治療采用閉合復(fù)位的優(yōu)勢。自2017年始，本課題組開展了增強(qiáng)與混合現(xiàn)實(shí)醫(yī)療技術(shù)研究［7］，對(duì)于骨量減少的患者，本研究通過采用股骨頸部骨折CT數(shù)據(jù)，創(chuàng)新性的應(yīng)用混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)（mixed reality，MR）進(jìn)行骨質(zhì)疏松MR模型三維重建，通過計(jì)算機(jī)輔助術(shù)前規(guī)劃，優(yōu)化股骨頸置釘通道，盡量增加股骨頸皮質(zhì)支撐，為臨床精準(zhǔn)手術(shù)治療股骨頸部骨折提供新的技術(shù)路線。

1 材料與方法

1.1一般資料2018年3月至2019年2月入院股骨頸骨折患者中，符合本研究納入標(biāo)準(zhǔn)病例共28例，其中男11例，女17例，年齡53～79歲，平均71.3歲。車禍傷3例，高處墜落傷5例，平地摔傷20例。病例來源于廣州市正骨醫(yī)院。28例患者均按完全隨機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)行前瞻性實(shí)驗(yàn)研究，采用隨機(jī)密封抽簽法隨機(jī)單盲分為兩組，A組為CAD+MR優(yōu)化組14例，其中男5例，女9例，Garden分型：Ⅰ型2例，Ⅱ型6例，Ⅲ型3例，Ⅳ型3例。B組為常規(guī)手術(shù)組14例，其中男6例，女8例，Garden分型：Ⅰ型1例，Ⅱ型8例，Ⅲ型3例，Ⅳ型2例。

1.2納入與排除標(biāo)準(zhǔn)納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）符合股骨頸骨折的診斷標(biāo)準(zhǔn)；（2）無神經(jīng)血管損傷；（3）具有手術(shù)指征；（4）患者知情同意；（5）骨質(zhì)疏松。參照中國人骨質(zhì)疏松癥診斷標(biāo)準(zhǔn)專家共識(shí)（第三稿·2014版）［8］，雙能X線骨密度測量（DXA）T值≤-2.0。排除標(biāo)準(zhǔn)：具有手術(shù)禁忌證者。

1.3CAD+MR輔助手術(shù)優(yōu)化方案CAD術(shù)前設(shè)計(jì)、MR混合現(xiàn)實(shí)建模、術(shù)中平板電腦MR匹配。本課題獲得相關(guān)基金資助，通過倫理審核。

1.4試驗(yàn)設(shè)備CT掃描機(jī)：德國SIEMENS公司生產(chǎn)，雙源64排螺旋CT，掃描層厚0.625 mm。MyAR交互式MR醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)：廣州市萬雄科技有限公司開發(fā)。Windows HoloLens全息眼鏡：美國微軟公司生產(chǎn)。Android 8.0平板電腦M2-801w：深圳市華為技術(shù)有限公司生產(chǎn)。

1.5 CAD+MR輔助手術(shù)優(yōu)化流程

1.5.1建立三維MR模型CAD+MR優(yōu)化組組患者手術(shù)前均行常規(guī)X線片及CT薄層掃描、常規(guī)三維重建檢查。采用DICOM格式數(shù)據(jù)在MyAR系統(tǒng)中完成MR混合現(xiàn)實(shí)動(dòng)態(tài)重建，獲得骨質(zhì)疏松三維MR模型，并按健側(cè)鏡像進(jìn)行虛擬復(fù)位（圖1）。

1.5.2CAD設(shè)計(jì)在重建MR模型三維數(shù)據(jù)上進(jìn)行CAD設(shè)計(jì)，按以下原則確定個(gè)性化空心釘置釘通道：（1）空心釘螺紋部分必須超過遠(yuǎn)端骨折線，以發(fā)揮對(duì)骨折兩端加壓作用；（2）平行股骨頸長軸置釘，或低角度平行壓力骨小梁方向置釘；（3）空心釘螺紋尖端到達(dá)股骨頭軟骨下5 mm左右；（4）依據(jù)皮質(zhì)支撐理論，3枚螺釘盡量分散，后方螺釘盡量貼近股骨頸后方皮質(zhì)，下方螺釘盡量貼近下方皮質(zhì)，以獲得堅(jiān)強(qiáng)支撐，防止步行以及坐位轉(zhuǎn)為立位時(shí)股骨頭后傾和內(nèi)翻趨勢。在CAD系統(tǒng)中完成空心釘位置設(shè)計(jì)、空心釘長度測量、空心釘進(jìn)入角度設(shè)計(jì)等一系列術(shù)前規(guī)劃（圖2）。

圖1 股骨頸骨折MR模型虛擬復(fù)位 圖2 CAD輔助空心釘釘?shù)涝O(shè)計(jì)Fig.1 Virtual reduction of MR model of femoral neck fractureFig.2 CAD of cannulated screws

1.5.3術(shù)前匹配主刀醫(yī)生在術(shù)前使用Android8.0 M2-801w，在MyAR系統(tǒng)中對(duì)MR混合現(xiàn)實(shí)三維數(shù)據(jù)與患者3D打印個(gè)體化標(biāo)本進(jìn)行識(shí)別、匹配后，確定空心釘位置設(shè)計(jì)、空心釘長度測量、空心釘進(jìn)入角度等設(shè)計(jì)是否合理、安全，并進(jìn)行修正完善（圖3）。

圖3 術(shù)前CAD模型匹配與校準(zhǔn)Fig.3 Preoperative CAD model matching and calibration

1.6手術(shù)方式為排除干擾因素，本實(shí)驗(yàn)28例患者均由同一醫(yī)師主刀完成，硬腰聯(lián)合麻醉后上牽引床，C型臂X線機(jī)透視下進(jìn)行骨折閉合復(fù)位，確認(rèn)復(fù)位滿意后，取常規(guī)外側(cè)入路。

CAD+MR優(yōu)化組患者以術(shù)中C臂機(jī)透視定位為主參照系統(tǒng)，MR混合現(xiàn)實(shí)三維數(shù)據(jù)為輔助內(nèi)固定參照系統(tǒng)，術(shù)者佩戴HoloLens全息眼鏡，根據(jù)CAD+MR術(shù)前規(guī)劃提供的混合現(xiàn)實(shí)空心釘路徑數(shù)據(jù)，手持電鉆將克氏針經(jīng)過置釘通道置入股骨頸，確定空心釘置入的最佳位置和空心釘置入的最佳角度。確定空心釘置入的安全區(qū)或絕對(duì)和相對(duì)危險(xiǎn)區(qū)，按MR混合現(xiàn)實(shí)內(nèi)固定方案進(jìn)行操作，以避免空心釘穿入髖關(guān)節(jié)，置入預(yù)先測量好直徑與長度的空心釘。

1.7實(shí)驗(yàn)指標(biāo)術(shù)中采用手術(shù)時(shí)間指標(biāo)進(jìn)行評(píng)定。因術(shù)中出血量均較小，不進(jìn)行對(duì)比。術(shù)后6個(gè)月復(fù)查采用髖關(guān)節(jié)功能Harris評(píng)分。

1.8統(tǒng)計(jì)學(xué)方法采用SPSS 25.0軟件分析數(shù)據(jù)，手術(shù)時(shí)間以及術(shù)中出血量屬于符合正態(tài)分布的計(jì)量資料，以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示并采用兩獨(dú)立樣本均數(shù)t檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Harris評(píng)分采用秩和檢驗(yàn)，檢驗(yàn)水準(zhǔn)取α=0.05。

2 結(jié)果

2.1CAD+MR優(yōu)化組與常規(guī)手術(shù)組手術(shù)時(shí)間與術(shù)中出血量比較28例患者均由同一醫(yī)師主刀完成，為精確判斷CAD+MR優(yōu)化對(duì)手術(shù)時(shí)間的影響，將手術(shù)時(shí)間分為閉合復(fù)位時(shí)間和內(nèi)固定時(shí)間，由臺(tái)下助手記錄各段手術(shù)時(shí)間。CAD-MR優(yōu)化組與常規(guī)手術(shù)組的閉合復(fù)位時(shí)間無明顯差異（P＞0.05）,但內(nèi)固定時(shí)間，CAD-MR優(yōu)化組更短，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＜0.05）。見表1。

表1 CAD-MR優(yōu)化組與常規(guī)手術(shù)組手術(shù)時(shí)間Tab.1 CAD-MR optimization group and routine operation group operation time x± s，min

2.2CAD+MR優(yōu)化組與常規(guī)手術(shù)組手術(shù)療效比較CAD+MR優(yōu)化組14例患者與常規(guī)手術(shù)組14例患者手術(shù)后骨折均解剖復(fù)位，內(nèi)固定位置良好。也獲得，術(shù)后半年時(shí)髖關(guān)節(jié)功能Harris評(píng)分CAD+MR優(yōu)化組平均（92.16±15.27）分，常規(guī)手術(shù)組平均（83.77±13.27）分，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=-4.216，P＜0.05）。

3 討論

3.1股骨頸骨折空心釘內(nèi)固定術(shù)研究的“痛”點(diǎn)目前學(xué)界一般認(rèn)為空心釘內(nèi)固定是治療股骨頸骨折的有效方式，空心釘?shù)膬?yōu)點(diǎn)有：骨折端可獲得良好的加壓，3枚空心釘立體固定具有很高的強(qiáng)度及抗旋轉(zhuǎn)和抗剪力能力；有較大的壓力峰值負(fù)荷、較少的移位和較多的能量吸收等［9-10］。對(duì)于老年尤其是骨質(zhì)疏松患者來說，空心釘內(nèi)固定一般用于有關(guān)節(jié)置換禁忌癥的病人以及傳統(tǒng)方法固定失敗的患者，但因?yàn)楣堑馁|(zhì)量差內(nèi)固定物及植入物在骨內(nèi)把持力相對(duì)較差易出現(xiàn)松動(dòng)、脫出等情況而最終導(dǎo)致治療的失敗，空心釘內(nèi)固定其失效率達(dá)20%～42%［11］。為增加固定強(qiáng)度，F(xiàn)ILIPOV等［12］于2010年報(bào)道了一種新的股骨頸骨折空心釘固定方法：雙平面雙支撐空心釘固定（biplane double-supported screw fixation），因前后位相構(gòu)型形似“F”而又稱為“F”技術(shù)，該方法中三枚空心釘分布于與股骨頭頸冠狀面相交叉的兩個(gè)平而，平行于股骨頸長軸的上、中位空心釘首先旋入、擰緊，實(shí)現(xiàn)術(shù)中對(duì)骨折斷端的加壓，而下位空心釘以大的傾斜角度自股骨干外側(cè)皮質(zhì)打入，增強(qiáng)空心釘把持力的同時(shí)，使得負(fù)荷可以成功的從股骨頭傳遞到股骨干。可見，如何有效優(yōu)化三根空心釘?shù)臉?gòu)型和分布是實(shí)現(xiàn)堅(jiān)強(qiáng)固定的關(guān)鍵點(diǎn)［13］。

3.2CAD+MR混合現(xiàn)實(shí)的發(fā)展與輔助個(gè)體化手術(shù)優(yōu)勢混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)（mixed reality，MR）應(yīng)用于臨床手術(shù)中，能為術(shù)者提供“透視眼”效果。醫(yī)師在術(shù)中將骨骼MR模型調(diào)出來，利用導(dǎo)航技術(shù)嵌入式匹配將模型定位在患者身上。術(shù)者可以通過MR眼鏡來準(zhǔn)確定位病灶，從而輔助精準(zhǔn)手術(shù)實(shí)施。COELHO等［14］在SPINE（2018）雜志的一篇研究結(jié)果中表明：16位經(jīng)驗(yàn)豐富的脊柱外科醫(yī)生采用混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)，評(píng)估三維模型在平面解剖、病理診斷、以及影像學(xué)相關(guān)方面的作用，混合現(xiàn)實(shí)模型提供了一個(gè)高效的觀察工具，能加強(qiáng)脊柱外科醫(yī)生對(duì)三維解剖的理解能力，并能在安全的環(huán)境中改善和縮短外科醫(yī)生的學(xué)習(xí)曲線。

目前學(xué)界已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，骨科醫(yī)生臨床仍在遵循幾十年前的工作流程，使用數(shù)十張二維透視圖像鉆穿復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，如骨盆［15］。尤其對(duì)于一些新開展的經(jīng)皮微創(chuàng)手術(shù)，三維解剖結(jié)構(gòu)關(guān)系復(fù)雜，即使最富有的經(jīng)驗(yàn)手術(shù)醫(yī)生也需小心處理，在對(duì)比CT或X片的同時(shí)安排透視引導(dǎo)和手術(shù)，花費(fèi)大量時(shí)間并且不安全。在患者手術(shù)時(shí)體位變化時(shí)，術(shù)者還需要在腦海中重構(gòu)病灶的三維圖像，依賴術(shù)者專業(yè)經(jīng)驗(yàn)，其中仍會(huì)存在一定的視覺漏洞造成的手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。而新型MR成像技術(shù)，可以讓術(shù)者直觀地看到患者的病灶三維形態(tài)，很好地解決了上述問題，明顯減少了手術(shù)時(shí)間及X射線透視的使用次數(shù)，這對(duì)患者及術(shù)者的健康都是有利的。CAD+MR手術(shù)技術(shù)的開展，使一些從前高難度的手術(shù)變得易于開展，如脊柱經(jīng)皮螺釘技術(shù)，以前可能需要在X線或者導(dǎo)航的引導(dǎo)下定位，現(xiàn)在可以利用CAD+MR展開手術(shù)［7］。

3.3CAD+MR輔助股骨頸骨折空心釘內(nèi)固定術(shù)的經(jīng)驗(yàn)與不足對(duì)于骨質(zhì)疏松性股骨頸骨折患者來說，因其骨小梁傳導(dǎo)機(jī)制破壞，患者存在自身個(gè)體化的生物力學(xué)應(yīng)力傳導(dǎo)缺陷［16］。因此針對(duì)不同骨質(zhì)疏松分布模態(tài)，進(jìn)行空心釘構(gòu)型個(gè)體化優(yōu)化，能為臨床精準(zhǔn)手術(shù)治療股骨頸部骨折提供一條新的技術(shù)方案。在本實(shí)驗(yàn)中，采用混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行股骨頸部骨折手術(shù)優(yōu)化，CAD+MR優(yōu)化組手術(shù)閉合復(fù)位時(shí)間與常規(guī)手術(shù)組差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。但是內(nèi)固定時(shí)間低于常規(guī)手術(shù)組；術(shù)后半年髖關(guān)節(jié)功能Harris評(píng)分CAD+MR優(yōu)化組優(yōu)于，常規(guī)手術(shù)組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。對(duì)于骨質(zhì)疏松患者來說，頸部骨折空心釘內(nèi)固定術(shù)采用CAD+MR輔助手術(shù)優(yōu)化可以明顯縮短內(nèi)固定所需的手術(shù)時(shí)間，從而降低高齡患者的手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)與并發(fā)癥。另一方面，優(yōu)化的股骨頸置釘通道，增加了股骨頸皮質(zhì)支撐，提高了療效。

本課題尚需要進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量進(jìn)行評(píng)估。CAD+MR技術(shù)的應(yīng)用依賴于術(shù)前設(shè)計(jì)，術(shù)中骨折端相對(duì)位置若復(fù)位不滿意，則無法順利按術(shù)前設(shè)計(jì)進(jìn)行手術(shù)。所以對(duì)于骨折復(fù)位要求比較高，這是目前臨床應(yīng)用的瓶頸。從另一方面說，復(fù)位好對(duì)于術(shù)后功能恢復(fù)更為有利。所以，對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)生來說，要評(píng)估閉合復(fù)位的難度，并衡量這部分時(shí)間花費(fèi)的利弊。未來，隨著軟硬件設(shè)備的開發(fā)以及研究的進(jìn)展，MR技術(shù)與其他計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)技術(shù)（比如機(jī)器人技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)等）結(jié)合進(jìn)行術(shù)中即時(shí)三維追蹤將成為可能，這也是課題組下一步研究的方向。