螺旋CT三维重建测量国人跟骨数据的临床意义

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2014.20.017

摘要/Abstract

摘要：

背景：跟骨为不规则骨，具有复杂的三维立体结构，过往多基于X射线平片进行测量研究，利用螺旋CT三维成像技术进行跟骨相关解剖测量具有明显的技术优势与良好的应用前景，但目前报道较少。
目的：利用螺旋CT三维重建测量国人跟骨的解剖数据并探讨其临床意义。
方法：收集100例成人正常跟骨CT扫描数据，男50例，女50例，将其重建后进一步测量跟骨长、宽、高及Bohler’s角及Gissane’s角，将测量数据与西方人数据进行对比。
结果与结论：中国男性组跟骨长、宽及高分别为(74.60±5.06)，(29.71±2.93)，(45.23±4.46) mm；女性组为(71.48±5.36)，(26.65±3.01)，(42.23±4.49) mm，男性组显著大于女性组(P < 0.05)。男性组Gissane’s角度为(123.3±8.5)°，女性组为(122.7±8.9)°，差异无显著性意义(P > 0.05)。男性组Bohler’s角为(35.98±4.34)°，女性组为(38.31±4.43)°，男性组显著小于女性组(P < 0.05)。国人跟骨全长、宽度及高度显著小于西方人数据(P < 0.05)。中国成人Bohler’s角及Gissane’s角测量数据与西方人比较差异无显著性意义(P > 0.05)。提示中国女性成人跟骨长、宽、高较男性小，跟骨Bohler’s角明显大于男性，不同性别间Gissane’s角无明显差异。与西方人相关数据比较，中国成人的跟骨长、宽、高明显偏小，跟骨Bohler’s角及Gissane’s角则无明显差异。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

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关键词: 组织构建, 骨组织工程, 跟骨, 螺旋CT, 三维成像, 数据测量, 临床应用, 西方人数据, X射线片

Abstract:

BACKGROUND: Calcaneus is a kind of irregular bone, with complicated three-dimensional structure. Calcaneus is often measured with X-ray plain film, while spiral CT three-dimensional imaging is a potent technology for anatomic measurement and has good application prospect. However, little is known about it.
OBJECTIVE: To measure calcaneal anatomic data in Chinese peoples with spiral CT three-dimensional reconstruction and to explore its clinical significance.
METHODS: Calcaneal spiral CT three-dimensional reconstruction in 100 Chinese adults (including 50 males and 50 females) were performed. The length, width, height of calcaneus, and Bohler’s and Gissane’s angles were measured after reconstruction, and compared with the data of westerners.
RESULTS AND CONCLUSION: The mean length, width and height of the Chinese calcaneus were respectively (74.60±5.06) mm, (29.71±2.93) mm and (45.23±4.46) mm in male group, and (71.48±5.36) mm, (26.65±3.01) mm and (42.23±4.49) mm in female group. There were no significant differences between male group and female group in all the above parameters (P > 0.05). There was no significant difference in the Gissane’s angle between the two groups (123.3±8.5° versus 122.7±8.9°; P > 0.05). The Bohler’s angle in male group (35.98±4.34)° was significantly lower than that in female group (38.81±4.43)° (P < 0.05). The length, width and height of Chinese calcaneus were significantly lower than those of westerners (P < 0.05). The Bohler’s angle and Gissane’s angle in Chinese adults showed no statistical significance compared with the westerners (P > 0.05). Experimental findings indicate that, the length, width and height of Chinese calcaneus in female were lower than that in male, but Bohler’s angle is significantly higher than that in male, there was no significant difference in Gissane’s angle between males and females. Compared with the data of westerners, the length, width and height of Chinese adult calcaneus are significantly decreased, and no difference is found in Bohler’s angle and Gissane’s angle.

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Key words: calcaneus, tomography, spiral computed, imaging, three-dimensional, dissection

中图分类号:

R318

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Meng Zhen, Wu Liang, Sun Xiao-liang, Gong Zong-ming, Zhang Lei, Chen Hai-ou. Clinical significance of spiral CT three-dimensional reconstruction for measurement of Chinese calcaneal data[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2014, 18(20): 3207-3211.

图/表（结果） 2

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引言

近十几年来，随着科技的发展，不仅医学影像学、内固定及微创技术越来越多的被应用于临床，而且更多的跟骨骨折患者追求更高的治疗效果，因此跟骨骨折保守治疗应用逐渐减少，手术治疗已得到较为广泛的应用。但是较多的患者却因为术中内固定物选择不良导致较多跟骨骨折畸形愈合。近几年来，数字骨科学技术快速发展，可以藉此应用全新技术手段对跟骨的解剖学参数进行更新，进而为国人跟骨骨折的解剖复位标准及畸形愈合矫形术提供科学、客观的参考数据，并对国人跟骨钢板的研究及设计提供参考数据。

跟骨是人体最大的跗骨，其外形复杂，有4个关节面，其特殊解剖形态的完整性对维持足部正常的关节功能、维持足弓的支持形态，以及保证负重时下肢应力的正常传递具有重要的意义。随着国内交通及建筑业的快速发展，跟骨骨折呈现增多的趋势。现在临床上使用的跟骨内固定产品大多为进口器械或仿制进口，因此临床工作中常发现跟骨钢板偏大，尤其部分女性患者常无合适钢板可用。因此精确地跟骨解剖学测量具有十分重要的意义。以前国内外的大部分学者对跟骨的解剖学测量大多是通过对X射线平片的测量或解剖尸体进行实体测量^[1]。但因尸体来源较少，故实际临床应用最多的是测量侧位X射线平片，可测量跟骨长度、高度，尤其重要的是可测量Bohler’s角及Gissane’s角，其可用于评判骨折严重程度^[2]。但X射线平片是二维图片，常因为拍摄角度问题或人体体位问题造成测量误差，并且人工测量误差极大^[3]。

目前螺旋CT于临床上的应用日益广泛。利用螺旋CT进行扫描不需要患者变换不同体位，并且可以通过多平面重建进而获得其他平面的图像信息，这样不仅可以减少患者不必要的疼痛和潜在的X射线辐射危险^[4]。而且可以通过专业计算机软件对图像进行处理，进行图像任意角度的旋转，使得骨关节面完全暴露，并且软件中自带测量工具极大的减小了人工测量所带来的测量误差^[5]。目前国内也有一部分学者进行相关方面的研究，但更多的是应用三维成像技术进行指导疾病诊断、手术方法的选择及愈后功能判断等^[6]。

应用螺旋CT三维成像技术进行跟骨解剖数据测量的相对较少。故文章就是基于此对中国成人正常跟骨进行螺旋CT三维成像测量，统计正常国人跟骨的形态数据并与西方人的数据相比较，以期为制造适合国人跟骨骨折的内固定产品提供客观解剖学依据。

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材料方法

1 对象和方法 Subjects and methods

设计：对比观察试验。

时间及地点：病例来自于2012年3月至2013年9月苏州大学附属第三人民医院(常州市第一人民医院)骨一科。

对象：保留正常跟骨的患者100例，其中男50例，女50例；年龄21-65岁，平均44.5岁。

诊断标准：X射线平片检查未发现跟骨骨折者。

纳入标准：①进行X射线平片检查为踝关节周围骨折，但跟骨正常者。②对试验方案知情同意，且得到医院伦理委员会批准者。

排除标准：患有骨关节炎、足踝部畸形及肿瘤等病变者。

方法：

螺旋CT三维重建方法：采用德国西门子16排螺旋CT 扫描，管电压120 kV，管电流200 mA，主要参数设置为：螺距1.6，层厚4.0-5.0 mm，层厚重建为2.0-3.0 mm。患者取仰卧位，扫描完成后将原始数据导入mimics软件进行重建，具体为采用多平面重建(冠状位斜冠位和矢量位)和表面遮掩显示法。

数据测量：利用Mimics图像分析软件进行测量。应用三维空间点、线二元素的组合式测量技术进行跟骨解剖学测量。为加强测量的精确性，其中跟骨全长、跟骨高、Bohler's角均采用内外侧同时测量，取其平均数作为最终结果。

测量项目：①跟骨全长(线CE)：跟骨结节向后最突出点至跟骰关节面内、外侧中点之间的距离，取其平均数。②跟骨高(线AD)：跟骨内、外丘部的高度平均值。③跟骨宽(线HI)：跟骨粗隆部的宽度。④Bohler’s角(∠BAF的补角)：以跟骨后关节面后上缘内、外侧点为顶点，分别连接骰骨关节面内、外上缘和跟骨结节后上缘内、外侧点连线的交角的平均值。⑤Gissane’s角(∠AGB)：跟骨沟分别连接跟骨前突和跟骨后关节面后上缘连线的交角。因跟骨内外侧测量方式基本相同，故只选择跟骨外侧面示例(图1，2)。

主要观察指标：测量国人跟骨长、宽、高及Bohler’s角及Gissane’s角，将测量数据与西方人数据相比较。

统计学分析：统计学处理者为孟振，应用SPSS 17.0统计软件包处理数据，计数资料以x(_)±s表示，数据比较采用t 检验，P < 0.05表明两样本差异有显著性意义。

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讨论

3.1 跟骨形态特征测量及临床意义跟骨骨折是最常见的跗骨骨折，占全身骨折的2%，其病因多样，但约75%的跟骨骨折为高处坠落伤^[8-9]。足跟着地，身体重力通过距骨作用于跟骨，形成垂直压力，距骨前外侧突楔入跟骨交叉角(Gissane’s角)部位，因此跟骨骨折常导致跟骨宽度变大，高度变小，长度基本不变^[10]。梅炯等^[11]通过研究尸体标本发现跟骨全长与跟骨高度有一定比例，即跟骨高/跟骨长>1/2，跟骨骨折后由于骨折块压陷, 则跟骨高/跟骨长<1/2，并且压陷越重，比值越小，骨折的治疗就应首先满足这种比例关系。因此，仔细了解跟骨的解剖学特征、恢复正常的跟骨形态是提高跟骨骨折疗效的重要手段。本文中应用螺旋CT采集正常国人足部断层图像信息，进而将原始数据导入mimics软件进行重建，应用分割技术将跟骨单独提取出来进行测量研究。只要精确地选取跟骨重建图像上的解剖标志点，由这些点相连导出的线段及角度的测量具有很高的精确度和惟一性，为进一步加强数据的精确性，跟骨全长、高度、Bohler’s角均采用跟骨内外侧面同时测量，

取其平均值作为最终结果。本文发现中国男性组跟骨全长、宽度及高度分别为(74.56±4.16)，(27.56±3.45)，(45.16±3.89) mm；女性组分别为(71.34±4.67)，(23.45±3.78)，(42.67±3.92) mm，以上项目两组间比较差异均有显著性意义(P < 0.05)，国内其他学者应用CT重建测量研究跟骨全长、宽度及高度分别为(72.88±4.19)，(25.10±2.63)，(45.10±2.89) mm^[12]，测量结果与本文基本相同。研究发现国人跟骨长度、宽度及高度较西方人有明显差异，并且男女之间差异也相对明显，由此表明跟骨长度、宽度及高度有明显的性别差异及种族特异性。在日常手术中应注意恢复跟骨宽度及高度，恢复足弓高度，进而合适的内固定材料的选择是十分重要的。

临床上，Bohler’s角及Gissane’s角常被用作判断跟骨骨折严重程度及跟骨骨折治疗效果的重要指标^[13-14]。Bohler’s角减小表明跟骨称重面及后关节面有压缩、下陷。当然，也有部分学者认为Bohler’s角与骨折的严重程度及预后无明确相关性^[15]。国内王一民^[16]通过应用有限元分析发现Bohler’s角可作为临床上判定跟骨骨折严重程度和评估跟骨骨折治疗效果的一项指标，且术中应尽可能将Bohler’s角恢复致正常，若复位困难时应至少复位到减少15°以内。刘峻滔^[17]研究表明Bohler’s角减少超过2/5，将会对踝关节的应力分布造成显著影响，故应努力将Bohler’s角恢复至正常角度的60%。同样有作者称Gissane’s角的改变与临床结果无关^[18]，但同时有作者认为Gissane’s角是通过影响关节面的形状来应先跟骨骨折的疗效，即跟距后关节面为椭圆型，Gissane’s角减小时跟距关节面对和不良，而Gissane’s角角度增大时跟距关节对和相对较好^[19]。因而跟骨骨折应尽可能恢复Gissane’s角正常，Gissane’s角稍大其预后扔可接受，Gissane’s角小于正常则应予以纠正。本文中男性组Gissane’s角度分别为(123.3±8.5)°，女性为(122.7± 8.9)°，差异无显著性意义(P > 0.05)。中国人Bohler’s角及Gissane’s角度分别为(35.2±5.4)°，(122.9±8.7)°，西方人为(35.5±5.9)°，(121.5±8.2)°，二者之间差异无显著性意义(P > 0.05)。但国人男性组Bohler’s角为(35.98±4.34)°，女性组为(38.31±4.43)°，比较差异有显著性意义(P < 0.05)，本文结果与陈雁西^[20]的研究结果基本相同。结果表明Gissane’s角无明显的种族特异性，也无性别差异，Bohler’s角不具有种族特异性，但具有性别差异。因此国内内固定物的设计也应遵循人体解剖学特点，区分男女不同，尽可能与国人跟骨特点相匹配。

3.2 螺旋CT三维重建优势及临床意义以前跟骨的解剖学测量一般依靠测量X射线片或尸体解剖，但是目前尸体标本获取十分困难，X射线片则可能因为机器照射角度、患者足部体位等而造成测量的较大误差。螺旋CT是最近十几年发展起来的新技术，具有扫描连续、层薄、重建图像质量高，无失真现象等优点^[21-23]。跟骨图像的三维重建是以二维图像为基础的，二维图像提供的原始数据越充分，则重建出的三维图像失真度就越小^[24-26]。李西成等^[12]通过测量40例成人跟骨干标本发现标本测量和螺旋CT三维成像测量所得结果基本一致，说明跟骨的螺旋CT三维成像与跟骨标本的大小是基本一致的，二者具有良好的统一性。本文应用螺旋CT首先不会受制于患者体位问题和照射问题，而且三维重建后的测量则应用软件自带测量工具，从而减少了测量中的人工误差。因此可于术前行CT检查，指导术中内固定器材的大小、长短、宽窄以及跟骨各个不同部位螺钉所需的长度的选择。

目前国人的跟骨内固定产品多采用进口产品或国内仿制，本文研究发现中国成年人跟骨长度、宽度及宽高较西方成人明显偏小，差异有显著性意义(P < 0.05)；Bohler’s角及Gissane’s角基本相同，差异无显著性意义(P > 0.05)。近年来跟骨骨折手术治疗应用逐年增加，患者对生活质量的要求越来越高，因此内固定物的正确选择及跟骨的解剖复位恢复生物力学稳定性至关重要。因而在临床上就可以跟据螺旋CT测量正常成人的跟骨，建立成人跟骨数据库，继而指导跟骨解剖形钢板的研制和临床应用；术前螺旋CT三维重建测量结果可为术中钢板和易断螺栓尺寸的选择提供参考依据。并且跟骨外形复杂，CT三维重建显示跟骨全面、清晰、无重叠、遮盖及伪影情况，对跟骨各个关节面显示较好^[27-28]。

近几年来数字化骨科发展迅速，数字化骨科是计算机技术与骨科临床紧密结合的一门新型数字化医学学科，即以计算机通过CT采集的二维断层图像信息进行三维重建^[29-30]。本文就应用数字化技术，获得清晰地跟骨三维图像，同时为加强测量的精确性，其中跟骨全长、跟骨高、Bohler’s角均采用内外侧同时测量，取其平均数作为最终结果，从而避免单侧测量造成不必要的误差。临床医生基于此可在术前充分了解患者解剖特点，预先确定内固定物的种类大小，使手术更迅速、准确、安全。

本文的不足在于标本数量太少，不足以代表拥有13亿人口的中国人特点，应该收集全国各地不同地区人口的影像资料。另外跟骨解剖结构复杂，本文仅测量跟骨的最长、后宽及最高，测量数据相对较少。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

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