2.1   术前术后测量指标统计分析   见表1。术前术后测量指标进行配对t检验，结果发现术后距骨第1跖骨角、距骨倾斜角较术前无统计学差异，说明单纯的骨性手术对于这2个指标无矫正作用；正位距骨第1跖骨角只有Evans联合MDCO组较术前有统计学差异，说明对于前足外展的矫正，Evans截骨矫正效果显著，而Scarf截骨对于前足外展无矫正作用；跟骨倾斜角、内侧足弓角、外侧足弓角、足内外侧长度差值以及跟骨外翻及外移距离较术前明显改变，说明无论Evans联合MDCO术还是Scarf截骨对于以上指标均产生影响，见表2。







2.2   Evans联合MDCO组与不同Scarf截骨角度组的比较   对于术前术后有统计学差异的指标进行分析，以Evans联合MDCO组为对照组，将Scarf不同截骨角度组分别与之对比，发现两种术式对于跟骨倾斜角、内外侧足弓角的矫正无统计学差异，说明无论Evans联合MDCO组还是Scarf不同截骨角度组对于以上指标的影响相同。两种术式对于足内外侧长度差值统计学有显著差异，Scarf组差值均大于Evans联合MDCO组，说明Evans联合MDCO矫形后可以更好地满足足内外侧柱等长的目的。对于跟骨外翻的矫正以及截骨端接触面积，Scarf组优于Evans联合MDCO组，见表3。



2.3   Scarf截骨不同角度之间的比较    对于跟骨倾斜角、内侧足弓角、外侧足弓角、跟骨外翻角及外移距离，各Scarf组之间无统计学差异，认为Scarf截骨角度对于这些指标无影响。对于内外侧长度的差值，Scarf截骨角度为75°时较其他角度具有明显差异，且Scarf为75°时均小于其他组，说明Scarf截骨角度为75°时更能满足内外侧柱等长的目的。对于截骨端接触面积，Scarf各组间有明显统计学差异，且随着Scarf角度的增大，截骨端接触面积逐渐减小，见表4，图7。

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平足是多因素引起的足踝部结构异常，特征性表现为足弓低平、前足外展及后足外翻[1]，当平足伴有疼痛等症状时即为平足症，胫后肌失能是最常见的原因。平足的保守治疗包括支具固定、康复训练[2]、矫形鞋垫或足弓垫等[3-4]，通过这些手段改善力线、调整异常张力、缓解疼痛[5-6]。对于保守治疗失败的症状性平足需要手术治疗。平足的治疗目的在于消除症状、矫正畸形、改善足部功能、延缓或者避免关节炎及畸形等病程的进展。Evans术式通过在跟骰关节近端约1.5 cm设计截骨面并平行于跟骰关节面[7]，截骨后撑开外侧柱达到纠正前足外展的目的。跟骨内移截骨术(medial displacement calcaneal osteotomy，MDCO)通过将跟骨结节截骨后内移纠正后足外翻[8]。传统的术式(TCT)通过这两种术式的组合达到纠正前足外展及后足外翻的目的，是最常用的骨性联合术式[9]。
Scarf截骨术式是一种新型的三维立体矫正术式，便于早期负重及减少并发症[10]。对骨科医生来说最大的挑战是怎样在纠正足部畸形的同时尽可能地保留后足的运动功能[11]，传统的手术设计根据足印分析、X射线平片、CT、MRI及体格检查等进行手术方式的选择及手术方案的设计[12]，但通过这些二维的影像图像难以对平足的三维结构异常进行充分评估和手术方案的个体化设计。近些年随着计算机辅助技术[13]、数字骨科领域的发展，以及对个体化治疗的重视[14]，数字化技术扮演了越来越重要的角色[15]，为术者从三维空间认识平足的病理改变及个体化手术设计提供了一定的基础。OKA等[16]发现截骨导板手术模拟的误差在1.0 mm及1°以内，但是利用数字化技术对平足手术方案设计的相关研究还比较缺乏[17-18]。该研究拟利用Mimics软件及3-matic软件进行平足的三维重建及术前模拟，为个体化治疗提供参考。通过3-matic的模拟手术操作模块对2种手术方式进行模拟，以Evans联合MDCO术式为标准，分析最佳的Scarf截骨角度设计。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

1.1    设计   观察性病例分析。组间比较采用配对t检验统计分析方法。
1.2   时间及地点   实验于2018年5月至2019年6月在苏州大学附属无锡市第九人民医院完成。
1.3   对象
1.3.1   一般资料   2018年5-9月在苏州大学附属无锡市第九人民医院门诊就诊的平足患者，筛选符合平足诊断标准的患者7例12只平足，采集负重状态CT数据，利用Mimics软件重建平足负重状态三维骨骼模型。其中2例2足的CT数据因伪影严重被排除，共纳入7例10只柔性平足，男5例7足，女2例3足，年龄24-51岁，平均(33.50±11.02)岁，体质量指数(22.48±2.74) kg/m2。
纳入标准：平足患者以足部疼痛就诊，体格检查发现站立时足弓低平或消失、后足外翻、前足外展，非负重时足弓基本正常。由2名足踝外科医生根据专科检查及影像学资料对平足进行诊断。
排除标准：①先天性畸形：如先天性垂直距骨、跗骨联合等；②肿瘤、神经肌肉源性病变等；③足踝部创伤及手术史；④关节不稳定、过度肥胖者；⑤不同意参加此研究者。
该研究通过苏州大学附属无锡市第九人民医院伦理委员会审核(编号：KT2019015)，在征求患者同意情况下进行。
1.3.2   设备和软件   数字X射线摄影仪设备(西门子，德国)；双源螺旋CT(西门子，德国)；联想笔记本电脑：Windows 10家庭版64位操作系统，内存8 G；足踝部负重CT扫描辅助支架(自制)：框架、电子秤、扳手、约束带；Mimics 20.0软件和3-matic12.0软件(Materialise公司，比利时)；SPSS 22.0软件(IBM公司，美国)。
1.4   平足负重状态三维骨骼模型重建
1.4.1   足踝部负重CT数据采集   利用自主设计的足踝部负重CT扫描辅助支架(图1，实用新型专利，专利号：ZL 2018 2 1575535.1)进行CT数据采集，受检者平卧于CT检查台上，双侧踝关节、膝关节屈曲，均置于90°位，足置于支架活动底板的电子秤上，膝关节大腿部置于负重CT辅助支架活动顶板下方。固定小腿与负重CT辅助支架，通过活动扳手及加压板上方的螺母调节活动顶板与活动底板之间的距离，使电子秤读数为患者的体质量，然后进行平扫。每位受检者在进行负重足踝部CT扫描期间未诉特殊不适。

采用苏州大学附属无锡市第九人民医院放射科双源螺旋CT进行扫描，起于踝关节上方> 10 cm，止于跖骨头以远。扫描条件：西门子双源CT(SOMATOM Definition Flash CT，Germany)，扫描参数：100 kV，150 mAs和290 mAs，层厚0.5 mm，连续扫描，扫描时间15-20 s，获得CT图像约540张，将CT扫描数据以DICOM格式导入移动硬盘储存备份。
1.4.2   CT数据的导入   将DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine)数据导入个人笔记本电脑上的Mimics 20.0软件，完成对图像的检测后，确定图像的空间方位，完成数据导入。
1.4.3   阈值分割   Mimics软件图像分割的基础是根据不同组织的灰度值进行阈值分割，将不同组织区分开，阈值的选取是图像分割的关键，阈值过小，与分割组织无关的噪点就会增多，增加分割的难度；阈值过大，相关的组织就会部分缺失。由于不同个体的骨折密度存在差异，该研究在软件自带骨骼阈值Bone(CT，226-3 071 HU)的基础上适当调整，找到便于分割的阈值，利用图像编辑(edit)、区域增长(region growth)等功能，分割足踝部各骨骼，并以不同颜色区分，其中第2-5跖骨连同1-3楔骨作为同一个整体。经手动操作填补缺损区，删除噪点，光滑处理，获得每个部位的骨骼蒙版(mask)，见图2。

1.4.4   三维模型重建   逐一选中蒙版，运行“计算三维模型”按钮，设置模型质量为High quality，其余相关参数均设置为默认值。获得胫腓骨远端、距骨、跟骨、舟骨、骰骨、第1跖骨、第2-5跖骨和1-3楔骨的三维模型，并以不同的颜色区分标记，以.mcs格式保存文件，见图3A。
1.5   截骨术前测量   在MIMICS软件中，标记矢状面上第2跖骨头及基底最宽处的最低点，降低阈值，建立包括皮肤及足底平板在内的足部整体三维模型，将足部各部分骨骼模型及足部整体三维模型和标记点导入到3-matic软件，根据足部整体模型足底平板上的三点确定足底平面，以第2跖骨的2个标记点和垂直于足底为条件确定矢状面，以垂直于足底平面和矢状面并经过跟骨最低点为条件得到冠状面。利用软件自带的选择性投射功能，选择所需的骨骼进行不同平面的投照，获得类似于足踝部负重正位片、侧位片及后足冠状位片的二维草图。再利用软件自带的边界识别及中点识别功能确定距骨、第1跖骨、胫骨、跟骨的轴线，然后在二维草图上测量侧位片的距骨第1跖骨间角、距骨倾斜角、跟骨倾斜角、内外侧足弓角度及足内外侧柱长度；正位片距骨第1跖骨间角；后足冠状位片跟骨外翻角、跟骨外移距离。对每个三维模型测量3次，取平均值，测量时间间隔1周以上。3次测量结果取平均值作为术前的平足客观指标，见图3。

1.6   截骨手术模拟
1.6.1   Evans截骨   在3-matic软件中标记跟骰关节的跟骨关节面，利用软件自带的适应功能确定跟骰关节面a，设定移动方向为以垂直于平面a向跟骨近端移动，移动距离设置为1 cm得到截骨面1，执行截骨命令，完成截骨操作，得到两部分跟骨，前方记为跟骨1，后方记为跟骨2。将截骨远端楔形撑开，使跟骨1，2外侧壁距离约1 cm，内侧壁紧贴，测得跟骨截骨端的夹角α。然后将舟骨、植骨、楔骨以及骰骨旋转同样的角度α，完成Evans截骨，读取截骨端面积S1，见图4。

1.6.2   MDCO截骨   复制足底平面1，标记跟骨外侧壁，确定跟骨外侧壁切面。将复制的足底平面进行旋转，设定角度为45°，然后根据与跟骨外侧壁的交角再次旋转，使二者垂直，最终得到截骨面2，同时满足垂直于跟骨外侧壁并且与足底平面呈45°。移动截骨面2于跟骨结节跟腱止点前方，对骨块2进行截骨操作，得到跟骨中间骨块2和最后方骨块3，将骨块3沿着截面2的方向内移1 cm，完成MDCO截骨。最后进行布尔操作(Boolean Intersection)，计算出跟骨骨块3内移之后与前方的跟骨骨块2的接触部分，显示出MDCO部位的截骨端接触面积，见图5。

1.6.3   Scarf截骨术   参照拇外翻的截骨相关研究拟从30°-120°之间每隔15°[19]，共7组模拟截骨术式进行截骨研究，术中发现跟骨长轴上结节最后方至跟骨跟骰关节面上方夹角多数小于30°，因此排除30°组，保留6组Scarf截骨。根据跟骨外侧壁切面，得到外侧平面草图，在草图上画出跟骨长轴，设定Scarf截骨线，2个角度均设置为45°，调整Scarf截骨线的位置，前方截骨线位于距骨外侧突下方，后方截骨线位于跟骨结节与后关节突之间，得到截骨面，完成Scarf截骨，将后方骨块沿截骨面方向内移1 cm。最后进行布尔操作(Boolean Intersection)，计算出内移之后截骨端的接触面积。然后分别进行截骨角度为60°，75°，90°，105°，120°，维持截骨线与跟骨跖侧、背侧皮质交界的位置不变，调整截骨角度，截骨及内移方法相同，见图6。

1.6.4   截骨术后测量   测量方法及测量指标同术前测量。另外对于两种截骨术式均测量截骨矫形之后的截骨端接触面积。每个截骨术后的三维模型测量3次，测量时间间隔1周以上，取平均值作为术后的平足客观指标。
1.7   主要观察指标   ①侧位距骨第1跖骨角、距骨倾斜角、跟骨倾斜角、内侧足弓角、外侧足弓角；②正位距骨第1跖骨角、足内外侧柱长度；③后足力线位足跟外翻角、足跟外移距离；④截骨端接触面积。
1.8   统计学分析   测量结果输入Excel 2016中备用，应用SPSS 22.0软件进行数据的统计分析。采用配对t检验的统计分析方法，分析术前术后以及不同手术组的平足测量指标。文章统计学方法通过苏州大学附属无锡市第九人民医院研究所审核。

平足症的治疗主要依据JOHNSON-STROM和MYERSON提出的分型选择治疗方法[20-21]，鉴于足踝部的负重功能及下肢力线的重要性[22]，足踝外科医生希望最大限度地保留关节功能，对于症状性平足建议尽早采取措施，防止或者延缓不可逆的关节损害的发生[23]。EVANS[7]认为正常足内外侧柱等长，强调足部畸形矫正时需要恢复内外侧等长的关系，在平足矫形中延长外侧柱对于后期功能恢复及减少并发症具有重要意义。该术式通过跟骨截骨延长外侧柱，保留了距下关节和跟骰关节的活动度，直接矫正前足外展畸形。SCHLEUNES等[24]研究认为，外侧柱与Cotton截骨术联合矫正在成人二期平足矫形方面具有优势。BAXTER等[25]研究认为该术式对于后足的外翻有一定的矫形作用，强调了平足矫形中应先行Evans术式再行MDCO，防止后足外翻的过度矫正。但是Evans矫正后足外翻能力有限，不能充分矫正跟腱的致畸力量，也不能完全矫正后足力线，因此Evans术式多需要联合MDCO来共同矫正前足外展及后足外翻[26]。该研究按照经典的Evans截骨术式，在跟骰关节近端截骨，截骨端楔形撑开，发现前足外展畸形明显矫正。另外，由于该术式截骨要求截骨面在跟骨前中关节面之间穿行，有可能造成关节面的破坏，在研究中确实发现跟骰关节近端1 cm截骨，对于跟骨前中关节面连续的患者，必然会造成截骨后损伤关节面，与FEDERICO等[27]的研究一致。
Scarf截骨术最早见于拇外翻的矫正[28]，后来应用于跟骨截骨矫正平足畸形[29]，WEIL等[30]回顾性分析研究了Scarf截骨矫形的平足患者，认为该术式可以有效矫正平足畸形，并且不会增加跟骰关节炎的发生率。SAUNDERS等[31]对于Scarf术式与Evans术式的临床效果进行分析，认为两种术式的远期疗效无明显差异，但是Evans组使用的移植物体积较大，并且内固定去除率较高，术后Scarf组患者愈合速度加快，骨不连少。Scarf以其并发症低、术后可早期负重、截骨愈合速度快等优点得到了足踝外科医生的青睐，但是关于Scarf截骨角度是否影响矫形效果，目前未见相关研究，只是在拇外翻的矫形中部分学者进行了研究。因此，该研究参考Scarf截骨在拇外翻中的应用，探索截骨角度是否会影响矫形效果，并与传统的Evans联合MDCO术式对比，以期为临床治疗提供参考。因为平足患者均伴有不同程度的跟骨外翻，而跟骨截骨时垂直于跟骨外侧壁，截骨后沿截骨面方向移动，即沿垂直于跟骨外侧壁的方向移动，均伴随一定程度的跟骨下移，理论上来讲该术式在矫正跟骨外翻的同时会增加跟骨高度及跟骨倾斜角，发挥部分纠正足弓的作用，但是对于跟骨的倾斜角及足弓高度的改变是否对平足产生影响，未见报道。在该研究中发现无论是跟骨内移截骨还是Scarf截骨后的内移均造成了术前术后跟骨倾斜角、足弓角度的改变。研究发现，跟骨内移过程中伴随的下移距离与跟骨外翻呈正相关，外翻越严重，截骨内移之后的下移越多，足弓高度增加越多。但是单纯的Scarf截骨内移，对于前足的外展无矫形作用。相比较而言，Evans截骨之后的前足旋转造成足水平面上的改变，对于前足外展有明显的矫正作用。
对于平足患者，负重与否具有较大的空间及生物力学差异[32]，KIMURA等[33-34]研究认为，与全负重相比，部分负重及非负重状态的二维形态类似。因此模拟手术强调负重状态三维模型。对于有条件的医院，负重CT采集数据最为可靠，有助于了解足踝部生物力学变化[35-36]，可靠性更高[37]，然而目前多数医院无负重CT设备，需要借助特定装置模拟[38]。虽然模拟负重改变了足部的正常受力状态，但是在解释平足的空间位置关系及手术分析方面，较非负重状态明显具有优势，更能说明平足的空间位置改变情况。
在3-matic软件中可以进行平足的骨性手术模拟，可对同一模型反复操作，截骨术后可进行平足相关指标的测量分析，做到术前心中有数，减少手术时间，提高手术的准确度，实现个体化治疗[39]。该研究的不足之处在于：首先，与普通平片相比，CT扫描辐射剂量大，在CT扫描、计算机建模过程中存在误差，建模过程及手术模拟耗时较长，但是与预期达到的个体化治疗目标相比还是非常有价值的；其次，该研究样本数量较少，不能充分说明全部的平足手术的普遍现象。该研究目的是为了分析Scarf截骨的可行性及最佳截骨角度，因此术中对于截骨位置的选择及截骨后的旋转、内移操作未进行个体化设计。鉴于没有大样本的负重状态平足的正常及异常指标分析作为参照，该研究只进行了术前术后3-matic中的改变量，以此作为截骨矫正力度的衡量。另外，该研究没有进行临床验证及生物力学分析，在截骨移动过程中没有软组织参与，后期希望根据现学者的研究基础上，加入韧带、肌腱等软组织因素[40]，进行有限元分析[41]，使术前模拟更为精准，通过临床验证具体的效果。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

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文题释义：

Scarf截骨术：是纠正扁平足外翻的有效术式，是一种三维立体的矫形技术，但是截骨角度对于矫形力度的影响如何，尚无明确研究。
数字医学：手术模拟是数字医学的一部分，始于工业用途，目前在骨科领域广泛应用，可以做到反复模拟，便于分析不同截骨角度对于矫形的影响。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

扁平足表现为足弓塌陷、后足外翻、前足外展畸形，无论是保守治疗还是手术治疗，个体化的治疗手段都是当前的研究热点。已有较多研究通过个性化设计3D打印鞋垫恢复足弓形态、代偿足弓功能。对于出现症状的扁平足患者，往往需要手术干预，手术方案大体上包括骨性手术和软组织手术。鉴于数字化技术在骨科领域的广泛应用，可以通对平足患者进行手术模拟，分析手术效果，设计个性化截骨方案以及截骨导航模板。由于足踝部肌腱、韧带等结构众多而复杂，有限元技术在足踝部的优化应用还有待进一步探索完善。 

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

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