BMC Musculoskelet Disord：跟骨骨折经皮距支撑骨螺钉置入的三维模拟
2023-09-23 医路坦克 MedSci原创 发表于内蒙古
在跟骨骨折中，经皮螺钉固定(PSF)目前被认为是较好的选择，但在手术中螺钉难以准确地插入支撑骨(ST)。在本研究中，通过模拟操作过程，计算出螺杆的理想进入点、角度、直径和长度。
跟骨骨折是跗骨最常见的外伤性损伤，约75%的跟骨骨折伴有关节内骨块移位。跟骨骨折的手术治疗可以恢复关节的一致性，并获得患者预后的最佳改善。然而，关节内骨折由于其复杂的性质、技术挑战、破坏性并发症和难以康复，是一种具有挑战性的损伤治疗。既往研究表明，一些微创手术方法，如球囊跟骨成形术、关节镜辅助复位固定、经皮螺钉固定等，不仅具有与切开复位和内固定相同的复位质量和功能效果，而且可以减少术后并发症的发生率。同时，经皮螺钉固定(percutaneous screw fixation, PSF)是一种较好的选择，它不仅可以提供牢固的固定，而且可以将对周围组织的损伤降到最低，从而缩短手术时间和住院时间，减少术中出血量、术后疼痛和并发症发生率，特别是对于Sanders II型骨折和少数Sanders III型骨折。将螺钉从外侧跟骨置入支撑骨(ST)是必要的。ST螺钉固定可以保持解剖复位、稳定固定和距后关节面(PTAS)的早期活动范围，同时防止骨折块移位。
PSF治疗移位的跟骨关节内骨折的主要挑战是放置螺钉，通过在ST中心实现固定来保持复位，而不穿过距下关节或跟骨内侧皮质或影响重要的内侧结构。我们在跟骨标本上模拟了从PTAS外侧缘(4mm)、跟骨前突(APC)外侧缘(4mm)和跟骨结节外侧缘(6mm)向ST内置入三颗螺钉(图1)。之前有关于ST螺钉的研究，但缺乏对螺钉轨迹和尺寸的讨论。
本研究的目的是通过三维模拟的方法确定跟骨螺钉的理想插入点、最大固定直径、长度和准确角度。
方法：回顾性收集180例成人跟骨CT扫描，将每位患者的CT扫描图像导入Mimics软件建立跟骨模型。分别在距骨后关节面(PTAS)外侧、跟骨前突(APC)外侧边缘和跟骨粗隆处放置虚拟螺钉，计算螺钉的轨迹和大小。
结果：PTAS螺钉的平均最大直径为42.20±3.71 mm。APC最佳螺钉轨迹中点与跗骨窦最低点的垂直距离为10.67±1.84 mm, APC最佳螺钉轨迹中点与跟骰关节的垂直距离为5 mm ~ 19.81±2.08 mm。APC螺钉的平均最大长度为44.69±4.81 mm，螺钉与跟骨冠状面从近端到远端夹角为4.72°±2.15°至20.52°±3.77°。跟骨结节螺钉最大直径的最佳位置位于跟腱末端外侧缘。跟骨粗隆螺钉平均最大直径为4.46±0.85 mm，螺钉平均最大长度为65.31±4.76 mm。我们发现三个螺钉的平均最大直径和最大长度存在性别差异。
在跟骨标本上模拟三颗螺钉及螺钉x线透视。(A1-A3) APC克氏针轨迹。(B1-B3) PTAS克氏针轨迹。(C1-C3)跟骨结节克氏针轨迹。(D1-D3)跟骨标本内置入3枚螺钉
模型中虚拟PTAS螺杆的测量。(A, B)分别从不透明3D模型的外侧和内侧观察。螺钉没有穿透皮质骨。(C, D)从半透明3D模型调整到最佳螺钉长度。(E)角α:距下会聚角。(F)角β:前倾角
模型中虚拟APC螺钉的测量。(A) 6颗螺钉的入钉点为最近端和最远端安全位置。螺钉中间的红色点是理想的进入点。(B)在最佳进入点放置三颗螺钉。(C) L1:从最佳入点到跗窦外侧缘最低点的垂直距离。(D) L2:跟骰关节面至最远插入轨迹中点的长度。(E)角度γ: APC螺钉与跟骨水平面之间的前倾角度。(F)角度δ: APC螺钉与跟骨冠状面夹角
模型中虚拟跟骨结节螺钉的测量。(A)从半透明跟骨模型调整至最佳螺钉长度和直径。(B)跟骨结节外侧缘为最佳入路点。(C)角度θ:螺钉与跟骨水平面的夹角。(D)角度π:螺钉与跟骨矢状面夹角
跟骨的轴向视图和螺钉的垂直视图。(A)跟骨轴位。(B) PTAS螺钉垂直视图。(C) APC螺钉垂直视图。(D)跟骨轴位显示螺钉穿过内侧骨皮质。(E, F)螺钉穿过跟骨标本的骨皮质
不同性别的比较:APC螺钉的平均长度，L1, L2，角度γ和δ
不同性别的比较:螺丝直径，螺丝长度，角θ和π
结论：本研究为经皮螺钉固定跟骨骨折提供了有效的定位方法。为了更安全、更有效地置入螺钉，我们建议进行个体化的术前三维重建模拟。需要进一步的生物力学研究来验证螺钉的功能。
3D simulation of percutaneous sustentaculum tali screw insertion in calcaneal fractures.pdf
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