Scarf截骨横行截骨线倾斜角度与拇外翻矫形力度关系的3D骨骼重建分析

doi:10.12307/2021.180

中国组织工程研究 ›› 2021, Vol. 25 ›› Issue (27): 4265-4270.doi: 10.12307/2021.180

• 数字化骨科 digital orthopedics • 下一篇

Scarf截骨横行截骨线倾斜角度与拇外翻矫形力度关系的3D骨骼重建分析

王文成，张兴飞，许亚军

苏州大学附属无锡九院足踝外科，江苏省无锡市 214000

收稿日期:2020-10-12 修回日期:2020-10-14 接受日期:2020-11-19 出版日期:2021-09-28 发布日期:2021-04-10
通讯作者: 许亚军，副教授，苏州大学附属无锡九院足踝外科，江苏省无锡市 214000
作者简介:王文成，男，1995年生，安徽省铜陵市人，汉族，苏州大学附属无锡九院在读硕士，主要从事足踝外科方面的研究。
基金资助:
无锡市卫生健康委科研面上项目经费(MS201902) ，项目负责人：许亚军；苏州大学附属无锡九院研究生科研经费，项目负责人：许亚军

Relationship between inclination angle of the transverse osteotomy line and the strength of hallux valgus orthopedic in Scarf osteotomy: analysis of three-dimensional bone reconstruction

Wang Wencheng, Zhang Xingfei, Xu Yajun

Department of Foot and Ankle Surgery, Wuxi Ninth Hospital, Soochow University, Wuxi 214000, Jiangsu Province, China

Received:2020-10-12 Revised:2020-10-14 Accepted:2020-11-19 Online:2021-09-28 Published:2021-04-10
Contact: Xu Yajun, Associate professor, Department of Foot and Ankle Surgery, Wuxi Ninth Hospital, Soochow University, Wuxi 214000, Jiangsu Province, China
About author:Wang Wencheng, Master candidate, Department of Foot and Ankle Surgery, Wuxi Ninth Hospital, Soochow University, Wuxi 214000, Jiangsu Province, China
Supported by:
the Fund for Scientific Research Project of Wuxi Municipal Health Commission, No. MS201902 (to XYJ); the Research Fund for Graduate Students of Wuxi Ninth Hospital Affiliated to Soochow University (to XYJ)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：
拇外翻：是指拇趾向外偏斜超过正常生理范围的一种进行性的前足畸形，由第一跖骨内侧骨性突起和外翻的拇趾组成，可伴有拇趾旋前。
3D手术模拟：利用患者的CT原始数据进行数字化三维重建，在此基础上编辑、配准，应用仿真手术功能预估截骨的位置、标志及截骨角度，能精确对比术前、术后机体解剖结构变化，并能进行解剖学测量。

背景：Scarf截骨由于是跖骨干部位截骨，矫形力度较大，截骨矫形效果显著，但常因截骨顶点线及截骨角度的改变而使矫形波动较大，导致矫正不足或矫正过度。三维重建软件在三维模型重建、截骨手术模拟及指标测量等方面具有独特优势，因此有必要针对Scarf截骨术中截骨线的倾斜角度对矫形力度的影响进行量化研究。
目的：利用3-matic软件分析Scarf截骨横行截骨线倾斜角度对拇外翻矫形力度的影响。
方法：纳入2018年5月至2020年9月苏州大学附属无锡九院足踝外科收治的14例拇外翻患者共21足，年龄22-76岁。在模拟负重支架辅助下，获得拇外翻患者足部模拟负重CT影像，在Mimics软件中进行三维骨骼模型构建，导入3-matic软件对第1跖骨行模拟Scarf截骨术，调整横行截骨线的不同截骨角度进行模拟截骨，然后进行模拟术后拇外翻相关指标的测量，并与同一个体、同一指标的测量结果进行对比，分析各测量值的变化趋势。
结果与结论：①Scarf截骨横行截骨线倾斜角度对于拇外翻角变化率、第1-2跖骨间夹角变化率、侧位第1-2跖骨间夹角变化率及跖骨头高度变化率有显著影响(P < 0.05)；②同时截骨线倾斜角度在20°-25°区间时侧位第1-2跖骨间夹角及跖骨头高度变化率显著增大，在15°-20°区间时拇外翻角、第1-2跖骨间夹角变化率明显增大；③提示利用计算机辅助技术于术前模拟规划可为拇外翻畸形矫正提供一种个性化、精确化的方式，有利于降低手术并发症如转移性跖骨痛的发生率，增大截骨术式的矫形力度和截骨安全性，提高患者满意度，减少手术医师的学习曲线，对于临床上拇外翻的手术方式提供指导和理论依据。

https://orcid.org/0000-0003-4437-5843 (许亚军)
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

关键词: 拇外翻, 数字化技术, Scarf截骨, 三维重建, 截骨角度

Abstract: BACKGROUND: Scarf osteotomy is an osteotomy of the metatarsal shaft, and the orthopedic force is strong, and the effect of osteotomy is significant, but the orthopedic often fluctuates greatly due to the change of the vetex line of the osteotomy and the angle of the osteotomy, causing undercorrection or overcorrection. Three-dimensional reconstruction software has unique advantages in three-dimensional model reconstruction, osteotomy simulation and index measurement. Therefore, it is necessary to quantify the influence of the osteotomy angle of the Scarf osteotomy line on the strength of orthopedic.
OBJECTIVE: To analyze the influence of the inclination angle of the transverse osteotomy line on the strength of hallux valgus correction during Scarf osteotomy using 3-matic software.
METHODS: From May 2018 to September 2020, 14 patients diagnosed with hallux valgus were admitted to the Department of Foot and Ankle Surgery, Wuxi Ninth Hospital, Soochow University, with 21 feet, aged 22 to 76 years old. With the aid of a simulated weight-bearing stent, the simulated weight-bearing CT images of the feet of patients with hallux valgus were obtained. Three-dimensional bone model was constructed in Mimics software, imported in 3-matic software to simulate Scarf osteotomy of the first metatarsal, adjust the different osteotomy angles of the transverse osteotomy line to simulate osteotomy. The relevant indexes of postoperative hallux valgus were measured, and compared with the measurement results of the same individual and the same index. The changing trend of each measured value was analyzed.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) The inclination angle of the transverse osteotomy line of Scarf osteotomy has significant differences with the hallux valgus angle change rate, first-second intermetatarsal angle change rate, lateral intermetatarsal angle change rate and metatarsal head height change rate (P < 0.05). (2) At the same time, the change rate of lateral intermetatarsal angle and metatarsal head height increased significantly when the inclination angle of the osteotomy line was in the range of 20°-25°, and the change rate of hallux valgus angle and intermetatarsal angle was significantly increased in the range of 15°-20°. (3) It is concluded that using computer-assisted technology for preoperative simulation planning to provide a personalized and precise method for the correction of hallux valgus deformity, which is beneficial to reduce the incidence of surgical complications such as metastatic metatarsalgia, and increase the intensity of osteotomy orthopedic and the safety of osteotomy, improve patient satisfaction, reduce the learning curve of surgeons, and provide guidance and theoretical basis for clinical surgical treatment of hallux valgus.

Key words: hallux valgus, digital technology, Scarf osteotomy, three-dimensional reconstruction, osteotomy angle

中图分类号:

王文成, 张兴飞, 许亚军. Scarf截骨横行截骨线倾斜角度与拇外翻矫形力度关系的3D骨骼重建分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(27): 4265-4270.

Wang Wencheng, Zhang Xingfei, Xu Yajun. Relationship between inclination angle of the transverse osteotomy line and the strength of hallux valgus orthopedic in Scarf osteotomy: analysis of three-dimensional bone reconstruction[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2021, 25(27): 4265-4270.

图/表（结果） 2

参考文献

[1] 白子兴,李晏乐,曹旭含,等. 拇外翻有限元模型:研究进展及未来方向[J].生物医学工程与临床,2019,23(5):607-612.
[2] 温建民. 拇外翻诊断与治疗方法选择的探讨[J].中国骨伤,2018, 31(3):199-202.
[3] 彭建光,王强,李旗.踇外翻患者Scarf截骨术对第一跖骨旋转的影响25例报告[J].中国骨与关节杂志,2018,7(12):933-936.
[4] ZAMBELLI R, BAUMFELD D. Intraoperative and Postoperative Evaluation of Hallux Valgus Correction: What Is Important? Foot Ankle Clin. 2020; 25(1):127-139.
[5] ROSE B, BOWMAN N, EDWARDS H, et al. Lengthening Scarf osteotomy for recurrent hallux valgus. Foot Ankle Surg. 2014;20(1):20-25.
[6] TÓTH K, HUSZANYIK I, KELLERMANN P, et al. The effect of first ray shortening in the development of metatarsalgia in the second through fourth rays after metatarsal osteotomy. Foot Ankle Int. 2007;28(1): 61-63.
[7] KARATAGLIS D, DINLEY RJ, KAPETANOS G. Comparative study between Wilson and Mitchell metatarsal osteotomies for the treatment of hallux valgus in adults. Acta Orthop Belg. 2001;67(2):149-56.
[8] 孙超,王智,张树,等.第1跖骨远端斜行截骨术治疗拇僵硬的回顾分析[J].中华骨与关节外科杂志,2018,11(2):96-101.
[9] 高宪斌,蔡水华.Scarf截骨术治疗中重度拇外翻畸形[J].临床骨科杂志,2017,20(6):762.
[10] 孙卫东,吴寿长,温建民.拇外翻术后拇外翻角和第1-2跖骨间角X射线测量方法评价[J].中国组织工程研究,2013,17(4):678-682.
[11] MISKEJ M,KUBÁLEK J,BUZEK D. Scarf osteotomy for the treatment of hallux valgus deformity. Achievements and complications. Acta Chir Orthop Traumatol Cech. 2010;77(1):52-57.
[12] DE VIL JJ, VAN SEYMORTIER P, BONGAERTS W, et al. Scarf osteotomy for hallux valgus deformity: a prospective study with 8 years of clinical and radiologic follow-up. J Am podiatr med assoc. 2010;100(1):35-40.
[13] FAKOOR M, SARAFAN N, MOHAMMADHOSEINI P, et al. Comparison of Clinical Outcomes of Scarf and Chevron Osteotomies and the McBride Procedure in the Treatment of Hallux Valgus Deformity. Arch Bone Jt Surg. 2014;2(1):31-36.
[14] BORRELLI AH, WEIL LS. Modified Scarf bunionectomy: our experience in more than 1000 cases. J Foot Surg. 1991;30:609-612.
[15] MOLLOY A, WIDNALL J. Scarf osteotomy. Foot Ankle Clin. 2014;19(2): 165-180.
[16] XIONG Y, SHEN B, HAO C, et al. Transfer of abductor hallucis tendon combined with Scarf osteotomy versus single Scarf osteotomy in moderate to severe hallux valgus deformity: a comparative retrospective cohort study. BMC Musculoskelet Disord. 2019;20(1):455.
[17] KAUFMANN G, HOFER P, BRAITO M, et al. Effect of Akin Osteotomy on Hallux Valgus Correction After Scarf Osteotomy With Hallux Valgus Interphalangeus. Foot Ankle Int. 2019;40(10):1182-1188.
[18] KAUFMANN G, HOFMANN M, ULMER H, et al. Outcomes after Scarf osteotomy with and without Akin osteotomy a retrospective comparative study. J Orthop Surg Res. 2019;14(1):193.
[19] MARUDANAYAGAM A, APPAN SV. Scarf osteotomy with or without proximal phalangeal osteotomy for severe hallux valgus deformity. J Orthop Surg (Hong Kong). 2014;22(1):39-41.
[20] 吕志宇,赵义荣,俞春生,等.三维可视化技术在Chevron手术治疗拇外翻术前规划中的应用探讨[J].中国临床解剖学杂志,2017, 35(1):94-97.
[21] O’BRIAIN DE, FLAVIN R, KEARNS SR. Use of a geometric formula to improve the radiographic correction achieved by the Scarf osteotomy. Foot Ankle Int. 2012;33(8):647-654.
[22] DAVIES MB, BLUNDELL CM, MARQUIS CP, et al. Interpretation of the Scarf osteotomy by 10 surgeons. Foot Ankle Surg. 2011;17(3):108-112.
[23] SAMARAS D, GOUGOULIAS N, VARITIMIDIS S, et al. Midterm experience of Scarf osteotomy as a new technique in a General Orthopaedic Department. Foot (Edinb). 2019;40:68-75.
[24] JASTIFER JR, COUGHLIN MJ, SCHUTT S, et al. Comparison of radiographic and anatomic distal metatarsal articular angle in cadaver feet. Foot Ankle Int. 2014;35(4): 389393.
[25] 张鹏,钟宗雨,金泽亚,等.基于足负重位CT影像应用Mimics软件测量踇外翻相关指标[J].中华解剖与临床杂志,2018,23(1):7-13.
[26] ZHONG Z, ZHANG P, DUAN H, et al. A Comparison Between X-ray Imaging and An Innovative Computer-aided Design Method Based on Weightbearing CT Scan Images for Assessing Hallux Valgus. J Foot Ankle Surg. 2021;60(1):6-10.
[27] GENG X, SHI J, CHEN W, et al. Impact of first metatarsal shortening on forefoot loading pattern: a finite element model study. BMC Musculoskelet Disord. 2019;20(1):625.
[28] 刘卫刚,汪勇刚,马亮,等.改良Scarf截骨术治疗拇外翻的临床疗效[J].临床骨科杂志,2020,23(1):75-77.
[29] 李刚,孟祥虹,王植.双足负重与非负重位数字化X线摄影对拇外翻畸形角度测量的对比研究[J].实用医学影像杂志,2019,20(3): 224-226.
[30] ZHANG YZ, LU S, ZHANG HQ, et al. Alignment of the lower extremity mechanical axis by computer-aided design and application in total knee arthroplasty. Int J Comput Assist Radiol Surg. 2016;11(10):1881-1890.

引言

拇外翻是指拇趾向外侧偏斜超过正常生理范围的一种进行性的前足畸形，由第一跖骨内侧骨性突起和外翻的拇趾组成，可伴有拇趾旋前，临床上非常多见，文献报道达20%-50%，男女比例1∶(9-15)，多与遗传相关[1]。目前有症状的拇外翻多采用手术截骨矫形治疗，其术式达200余种[1-2]。由于Scarf截骨术是在跖骨干部位截骨，对跖骨间夹角改善明显，对拇外翻畸形特别是中重度拇外翻的矫形力度显著，因此在临床上应用广泛。但是由于Scarf截骨术有3条截骨线，截骨线较复杂，其矫形作用是在三维平面上进行的[3-4]，术者在行截骨术式时常因截骨角度和截骨位置的改变导致矫正不足或矫正过度，影响手术效果，增加了疾病的复发率和手术并发症如转移性跖骨痛的发生率，而术后转移性跖痛症是患者复诊的主要原因之一。
通常第1跖骨的短缩由于破坏足的静力平衡和动力平衡，跖骨短缩与转移性跖骨痛的发生呈明显正相关[5-7]，而第1跖骨过长则与拇僵硬的发展关系密切[8]。行Scarf截骨术时不可避免会造成骨量丢失，导致跖骨的短缩，进而引起跖骨头的抬高。高宪斌等[9]认为Scarf截骨水平臂截骨方向需与第1跖骨干跖侧面平行，通常与水平面成20°角，这样跖骨头在推移后能有一定程度的压低，从而避免籽骨痛或转移性跖骨痛的发生。由于传统拇外翻手术的参考依据主要依赖于X射线片的观察测量，传统的测量方法无法针对截骨角度对跖骨头压低程度的影响进行量化，难以制定精确的手术方案，依据经验截骨矫形效果波动大，会提高畸形的复发率和术后并发症的发生率。
随着计算机技术和医学的发展，数字化技术与骨科相互渗透，数字化技术对于骨科手术的发展创新正产生剧烈冲击。由于数字化技术克服了传统研究方法的诸多缺陷，且其可靠性得到有效验证，近些年在足踝外科中被逐渐推广应用，为足踝部矫形特别是拇外翻、扁平足等复杂矫形手术的无创化、可视化研究提供了新思路、新方向。
现如今，随着有限元分析、3D打印等数字化技术在足踝外科领域的应用愈加广泛，通过模拟手术方案、评估手术疗效、制作手术导航模板等诸多方式为临床拇外翻的诊治提供了新的方式。此次研究通过建立拇外翻患者足部骨骼三维模型，利用软件行术前规划模拟截骨，调整截骨线不同截骨角度并进行拇外翻相关指标的测量，将截骨线倾斜角度对于拇外翻畸形矫形力度的作用进行量化，进而探讨Scarf截骨术中截骨线倾斜角度对于矫形力度的影响。
对2018年5月至2020年9月间在苏州大学附属无锡九院足踝外科就诊的14例拇外翻患者共21只患足进行足部负重CT平扫，所获得的医学数字图像数据导入Mimics 20.0及3-matic 12.0软件中进行三维可视化研究，现报道如下。
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

材料方法

1.1 设计拇外翻三维模型仿真截骨手术模拟设计及参数分析试验。
1.2 时间及地点于2018年5月至2020年9月在苏州大学附属无锡九医院完成。
1.3 对象收集2018年5月至2020年9月在苏州大学附属无锡九院足踝外科就诊的拇外翻患者的术前影像学数据，共纳入14例患者共21足，女12例，男2例，年龄(48.36±19.68)岁。
纳入标准：①年龄>18岁；②诊断为拇外翻的患者；③影像学资料清晰，且患者同意将影像学资料用于三维可视化研究。
排除标准：①有既往足部创伤史、手术史者；②有类风湿性关节炎、痛风病史者；③第1跖楔关节不稳定患者。
1.4 设备和软件 CT扫描与图像重建 CT机为SIEMENZ 128排螺旋CT，扫描参数：螺旋扫描模式，层厚 0.5 mm；
120 kV，250-300 mA，扫描范围包括全足至踝关节。Mimics 20.0软件(比利时，Materialise公司)，3-matic 12.0软件(比利时，Materialise公司)，SPSS 24.0软件。
1.5 方法
1.5.1 三维模型重建利用辅助支架对拇外翻患者足部进行负重模拟，对双下肢施加患者体质量相同的垂直压力，以足底部位装置水平面视为患者站立位时的水平地面，应用
SIEMENZ 128排螺旋CT以层厚0.5 mm扫描获取拇外翻患者足部模拟负重CT影像，将层厚为0.5 mm的薄层数据以
DICOM(Digital Imaging and Communi cations in Medicine)格式导入Mimics软件，完成对图像不同方位的检测后，进行数据导入。在Mimics软件中，根据不同组织的灰度值进行阈值分割、编辑，分割足踝部各部位骨骼，并以不同的颜色区分。经手动操作填补缺损区、删除噪点、光滑处理等操作，获得每个部位的骨骼蒙版，生成第1-2跖骨、近节趾骨的三维模型，并以不同的颜色区分标记(图1)。

1.5.2 截骨手术模拟利用Mimics软件拟合区域功能分析计算生成第1-2跖骨和近节趾骨中心线(即轴线)[9](图2)，以.mcs格式保存文件。将文件导入3-matic软件中，在软件中根据足底装置平面生成水平面和矢状面。标记第1跖骨跖骨头上跖骨轴线的中心点，模拟水平截骨线与第1跖骨轴线在横截面上成0°，5°，10°，15°，20°，25°，30°，35°，40°，45°共10个截骨角度，10种工况(图3A)。水平截骨线与纵向截骨线夹角为60°，横行截骨线长度为30 mm，截骨线顶点位于跖骨干与跖骨颈交界处(图3B)，将截骨面分割后形成的远端骨块推移4 mm，得到模拟术后三维模型(图4)，为了避免平片上的重影现象，利用软件的选择性投射功能，选择所需的骨骼进行不同平面的投照，分别将第1跖骨骨块与跖、趾骨轴线投影于水平面与矢状面二维草图上模拟X射线正侧位片投照影像(图5)。

1.5.3 参数测量根据通过第1跖骨头中心标记点和第1跖骨基底部中心点的连线，生成截骨后跖骨中心轴线[10]，记录截骨后水平面草图投影上拇外翻角(hallux valgus angle，HVA)、第1-2跖骨间夹角的变化，矢状面草图投影上侧位第1-2跖骨间夹角(侧位第1-2跖骨间夹角)、跖骨头高度的变化(图6)，定义与平片上的定义相同。

1.6 主要观察指标 ①HVA；②第1-2跖骨间夹角；③侧位第1-2跖骨间夹角；④跖骨头高度。
1.7 统计学分析采用SPSS 24.0统计学软件进行统计分析，计算计量资料中各指标的平均变化率，并进行分析比较，P < 0.05为差异有显著性意义。

讨论

目前临床治疗有症状的拇外翻主要是通过截骨手术来实现矫正，由于第1-2跖骨间夹角和拇外翻角增大被认为是大多数拇外翻最主要的病理改变，所以截骨术多是针对改善第1-2跖骨间夹角和HVA进行的。跖骨干截骨术由于截骨线较长，对第1-2跖骨间夹角及HVA的矫形力度较大，可允许高达20°的第1-2跖骨间夹角校正[11]，多用于治疗中重度拇外
翻[12-13]。目前跖骨干截骨术式最常见的为Scarf截骨术，Scarf最早于1984年由BORRELLI和WEIL命名[14-15]，是治疗拇外翻特别是中重度拇外翻一种行之有效的方法，在临床治疗中应用广泛[16]；同时，根据远端趾骨关节角的大小可考虑联合Akin截骨术[17-19]。由于Scarf截骨术有3条截骨线，构成复杂，不仅可提供第1跖骨的横向移位，也可用于压低或抬高跖骨头、延长或短缩第1跖骨，甚至能提供跖骨头的轴向旋转[20-21]，由于其矫形力度大，矫形功能全面，因此得到大多数足踝外科医师的青睐。但是，目前拇外翻的手术治疗多凭借主刀医师的经验制订手术方案，由于Scarf截骨构成复杂，对于足踝外科医师手术操作的要求较高，需要积累一定的临床手术经验，因此延长了足踝外科医师的学习曲线[22-23]。
此次研究通过应用基于模拟足部负重CT平扫所获得的影像数据，并导入计算机软件，所获得的数字化重建模型可直观便捷地了解拇外翻患者的影像学表现，同时利用软件选择性投射等功能介绍了一种全新的拇外翻指标测量方式。在足部三维骨骼模型的基础上对截骨线倾斜角度进行调整，进行拇外翻足的模拟手术截骨等可重复性、无创化操作，使足踝外科医师能够对截骨线倾斜角度改变与截骨后跖骨头位置变化的关系有精准立体地认识。
此次研究利用患者CT影像数据，生成三维骨骼模型，在计算机软件中模拟Scarf截骨手术，立体、直观、便捷地实现了临床矫形术式的数字化研究，为拇外翻等复杂矫形手术的无创化、可视化研究提供了新思路、新方向。拇外翻相关指标的测量对于拇外翻的术前评判及手术方案的制定至关重要。JASTIFER等[24]通过传统的尸体解剖研究发现常规 X射线片测量结果比尸体标本实际测量值小；而张鹏
等[25]利用Mimics、3-matic等三维重建软件通过测量基于负重CT影像的拇外翻相关指标，并与X射线片测量结果进行对比，证实了计算机软件测量的可靠性及精准性，为拇外翻的数字化研究提供了可靠的基础。通过计算机辅助重建测量可以利用骨块的旋转、隐藏、缩放、分割等功能进行骨块的观察、调整和测量，能避免骨块的旋转、重叠等对于测量结果准确性的影响，提高测量结果的精确度，减少测量误差[26]。
Scarf截骨术的矫形作用非常全面，但对于术者的操作也具有挑战性，应当对其给予足够的重视，须得有足够充分的术前规划。转移性跖骨痛是拇外翻重建手术最常见的并发症，通常会降低患者的满意度。一直以来，第一跖列的缩短被认为是引起转移性跖骨痛的主要原因。由于在行Scarf截骨操作时，锯片的摆动、骨质量差等因素会不可避免地短缩第1跖骨，其缩短量有时可达8-10 mm。GENG等[27]研究发现第一跖列的足底压力随着缩短长度的增加而逐渐减小；而中央及外侧跖列的足底压力增加，术后转移性跖骨痛的风险显著增加；当中央跖列的负载率超过55%临界值时，会导致转移性跖骨痛的发生。该实验表明当第1跖骨缩短量在
6 mm以内时，中央跖列的负载率达到54.8%；当第1跖骨缩短量超过8 mm时，中央跖列的负载率达到59.5%，超过负载率的临界值，导致转移性跖骨痛的发生。此时，如将第一跖骨的远端进一步下压3 mm，中央跖列的负载率再次下降到47.6%，其足底压力分布可得到显著恢复，表明可通过适当地下推截骨远端骨块来弥补跖骨短缩导致的负重功能的失衡。不仅如此，由于负重功能的恢复和纠正，可避免第2跖骨再行Weil截骨，减少创伤及截骨后骨不连等一系列并发症，也可省去内固定材料固定所带来的额外费用。因此，在行Scarf截骨术前，作者认为必须对截骨术进行模板化处理，即制定准确的术前计划以确保进行正确的畸形矫正，调整截骨线倾斜角度的大小，使跖骨头达到适宜程度的降低，防止术后转移性跖骨痛等并发症的发生[28]。
此次研究通过调整Scarf截骨术横行截骨线的倾斜角度，测量发现其截骨线倾斜角度在20°-25°区间时侧位第1-2跖骨间夹角及跖骨头高度的变化最明显，跖骨头能达到一定程度的压低，弥补跖骨短缩所造成的负重失衡。虽然继续增大截骨线倾斜角度超过30°时能进一步压低跖骨头，但跖骨头下推的程度变化逐渐缓慢，其对于第1跖列负重功能的改善作用非常有限，不仅如此，一味地增大倾斜角度所带来的负面影响也会随之增大。首先，随着水平截骨线的倾斜角度增大，远端骨块在推移相同距离时，HVA和第1-2跖骨间夹角相较于倾斜角度为0°时逐渐增大，其对于HVA和第1-2跖骨间夹角的改善明显减弱，表明其对于畸形的矫正力度也随之减弱；其次，由于倾斜角度的增大，骨块间调整固定后截骨端的剪切力也随之增大，截骨端的稳定性减小，不利于截骨端的愈合；此外，若截骨线倾斜角度过大，会导致跖骨头压低过多，使第1跖列的负载率明显增大，负重过多，引起籽骨痛或第1跖骨头痛。因此，为了降低术后并发症的发生率和畸形的复发率，需在相对安全可控的状况下进行截骨线截骨角度的调整，既使矫形效果达到最优化，也可避免术后并发症的发生，以产生积极有利的结果，提高患者的满意度。因此，在临床上行Scarf截骨术时，建议在传统Scarf截骨术式的基础上调整横行截骨线的倾斜角度为25°左右，这样跖骨头可有一度程度的下推，弥补跖骨短缩造成的负重功能失衡，在此基础上，可避免行第2跖骨Weil截骨术，减少手术部位的创伤，降低术后并发症的发生率。
由于在负重位情况下前足发生形态改变，足横弓增宽，前足负重情况也随之改变，因此拇外翻足的真正畸形程度只有在负重状态下才能表现出来[29]。此次研究对重建拇外翻患者足部负重位三维模型进行术前模拟截骨，其结果能够为临床Scarf截骨术治疗拇外翻提供一定参考，提高了Scarf截骨术的精确度和手术安全性，缩短术者的学习曲线，避免因术前设计失误而影响矫形疗效[30]。随着数字化技术在足踝外科领域的飞速发展，计算机辅助设计在足踝矫形中深入研究，能为术前规划、术中辅助、术后评估提供数字化手段，有效提高截骨精确度，提供更为精确的参数和依据[20]。如今，3D 打印技术的不断普及以及截骨导航模板在术中的指导应用，将对足踝部的复杂矫形手术提供切实可行的帮助。此外，在术前医患沟通中利用软件中三维可视化图像进行术前规划手术方式的告知，便于向患者及其家属交代病情及手术方案，有助于患者理解手术相关并发症的发生风险，避免医患矛盾的发生。当然，利用软件模拟截骨手术前，需要足踝外科医生具备一定计算机软件的操作能力，经过一段时间的学习和掌握，在数字医学临床深入应用的浪潮中增加自身的知识储备。
此次研究也存在一些局限性和不足之处：首先，由于目前国内放射仪器条件的限制，负重CT影像多是利用模拟负重扫描支架辅助下所获取的，考虑到腿部肌肉(小腿三头肌)、足踝部韧带等软组织在负重状态下对足部的力学影响，无法做到完全模拟站立状态的负重，获取的CT影像与真实负重数据存在一定差异；其次，此次研究针对的是骨性手术对于拇外翻矫形力度的影响，排除了软组织对于手术矫形效果的影响，因此手术模拟缺乏肌腱、韧带等软组织的整体作用；再者，样本量相对较小，未对性别年龄差异进行评估，后续还应继续增加样本量，以提高研究的论证强度。在今后的进一步研究中，将在此次研究基础上重建足部三维有限元模型，在有限元模型的基础上深入研究截骨角度对于截骨效果的影响。
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

Scarf截骨横行截骨线倾斜角度与拇外翻矫形力度关系的3D骨骼重建分析

Relationship between inclination angle of the transverse osteotomy line and the strength of hallux valgus orthopedic in Scarf osteotomy: analysis of three-dimensional bone reconstruction

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表（结果） 2

参考文献

相关文章 15

引言

材料方法

讨论

文章快阅

延伸阅读

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	魏国强, 李云峰, 王一, 牛晓芬, 车丽芳, 王海燕, 李志军, 史国鹏, 白灵, 莫凯, 张晨晨, 许阳阳, 李筱贺. 非均匀材料股骨在不同负荷情况下的生物力学分析[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(9): 1318-1322.
[2]	袁景, 孙效虎, 陈慧, 乔永杰, 王立新. 成人继发性膝外翻畸形股骨远端的数字化测量与分析[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(6): 881-885.
[3]	易新容, 贾富全, 何鑫, 张少杰, 任小燕, 李志军. 基于薄层CT扫描参数建立呼和浩特地区8-16岁男性青少年颈椎骨龄的方程式[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(6): 954-958.
[4]	高毅, 马越, 赵泽宇. 医学影像测量分析负重站立位足部骨骼的自身调节能力[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(6): 959-962.
[5]	邓朝阳, 杨朝晖. 胫骨平台骨折线的三维模型分析[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(3): 334-339.
[6]	汪震, 胥义, 涂意辉. 采用奇异值分解法定位膝关节置换过程中髓内杆的入针点[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(18): 2828-2833.
[7]	李雨帆, 林明玥, 王晨鑫, 张瑞, 李玉宝, 陈立, 邹琴. 显微CT在兔胫骨骨髓炎建模过程中的应用[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(18): 2874-2880.
[8]	李景莲, 张洪飞, 闫加鹏, 周甲彬, 于浩. 经S1椎弓根拉力螺钉固定骶髂关节分离的钉道分析[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(15): 2337-2341.
[9]	李晨杰, 吕林蔚, 宋阳, 刘静娜, 张春秋. 预紧力作用下钛合金人工假体界面骨小梁形态参数测量与统计分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 516-520.
[10]	韩世翀, 李昌, 刑海洋, 葛文龙, 王刚. 胫骨近端关节外骨折两种内固定方式的有限元分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(15): 2329-2333.
[11]	康朋, 张方新, 买合木提·亚库甫, 魏伟涛, 伊力哈木·托合提, 艾尔肯·阿木冬. 3D手术模拟测量Crowe Ⅳ型发育性髋关节发育不良的真实髋臼形态[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(36): 5749-5754.
[12]	武利兵, 许阳阳, 和雨洁, 王海燕, 高尚, 恩和吉日嘎拉, 李筱贺, 李志军. 三维数字化测量肾结石的解剖学病因及临床意义[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(29): 4662-4666.
[13]	许阳阳, 张凯, 李志军, 张云凤, 苏宝科, 王星, 王利东, 王一丹, 和雨洁, 李琨, 王海燕, 李筱贺. 12-15岁青少年腰椎椎弓根螺钉置入最佳选择的形态学分析[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(21): 3321-3328.
[14]	凌观汉, 李永斌, 潘学文, 林衡锋, 何科, 李远春, 陆柏宇, 陈昌林. 中日友好医院分型股骨头坏死腓骨植入治疗的三维有限元分析[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(18): 2817-2822.
[15]	张帅, 欧阳建元, 彭雪莲, 王松, 王清. 髂骨翼宽度与高度对L₅椎弓根置钉遮挡的三维CT评估[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(18): 2873-2878.