数字化软件测量僵硬性马蹄内翻足相关骨标志性指标的可靠和准确度

doi:10.12307/2022.171

中国组织工程研究 ›› 2022, Vol. 26 ›› Issue (6): 886-891.doi: 10.12307/2022.171

• 数字化骨科Digital orthopedics • 上一篇下一篇

数字化软件测量僵硬性马蹄内翻足相关骨标志性指标的可靠和准确度

刘伟1，李飞1，李璐兵1，王雪1，王成伟2

1新疆医科大学第六附属医院，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830000；2新疆医科大学第三附属医院，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830000

收稿日期:2021-05-22 修回日期:2021-05-25 接受日期:2021-06-24 出版日期:2022-02-28 发布日期:2021-12-07
通讯作者: 王成伟，主任医师，教授，博士生导师，新疆医科大学第三附属医院，新疆维吾尔自治区乌鲁木市 830000
作者简介:刘伟，男，1996年生，湖南省安乡县人，汉族，新疆医科大学在读硕士，主要从事足踝外科方向研究。
基金资助:
国家自然科学基金(81860164)，项目负责人：王成伟

Reliability and accuracy of digital software in measuring osseous markers related to stiff clubfoot

Liu Wei1, Li Fei1, Li Lubing1, Wang Xue1, Wang Chengwei2

1Sixth Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830000, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China; 2Third Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830000, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China

Received:2021-05-22 Revised:2021-05-25 Accepted:2021-06-24 Online:2022-02-28 Published:2021-12-07
Contact: Wang Chengwei, Chief physician, Professor, Doctoral supervisor, Third Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830000, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China
About author:Liu Wei, Master candidate, Sixth Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830000, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China
Supported by:
National Natural Science Foundation of China, No. 81860164 (to WCW)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：
僵硬性马蹄内翻足：踝足关节僵直固定于马蹄内翻位，踝足关节跖屈背伸活动范围< 10°，合并有严重软组织挛缩，或并发骨关节结构异常和(或)神经功能障碍者。
数字化：指将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据，再以这些数字、数据建立起适当的数字化模型，把它们转变为一系列二进制代码，引入计算机内部，进行统一处理。在医学领域中的应用即为数字医学，它主要包括三维重建可视化技术、虚拟仿真技术和3D打印技术，在颌面部、脊柱及髋膝关节等领域应用广泛。

背景：僵硬性马蹄内翻足是复杂的三维异常结构畸形，应用二维平片以及体格检查等难以对僵硬性马蹄内翻足畸形程度进行精准评估。
目的：探讨数字化软件测量僵硬性马蹄内翻足相关指标的可靠性和准确性。
方法：前瞻性选择2018年2月至2021年3月在新疆医科大学第六附属医院就诊的14例(20足)僵硬性马蹄内翻足患者，应用mimics软件根据负重位CT图像重建出负重状态下所需骨骼3D模型，运用3-Matic拟合出所需骨骼的中轴线，使用选择性投射功能获取负重正位、侧位及跟骨轴位图像，进行僵硬性马蹄内翻足相关指标测量。利用3-Matic软件测量法与常规X射线测量法对14例僵硬性马蹄内翻足患者进行相关指标测量，比较两组观察指标的统计学差异。研究已通过新疆医科大学伦理委员会审批，所有患者均签署知情同意书。
结果与结论：①两种方法测量的结果：正位片距骨-跟骨角、距骨-第1跖骨角差异无显著性意义(P > 0.05)，跟骨-骰骨角差异有显著性意义(P < 0.05)；侧位片跟骨-距骨角、胫骨-跟骨角、距骨-第1跖骨角、跟骨-第5跖骨角差异无显著性意义(P > 0.05)；跟骨轴位片胫骨-跟骨角差异无显著性意义(P > 0.05)；②结果说明，应用3-Matic软件测量可以精准生成所需骨骼中轴线，进而实现相关指标的精确测量，测量时可以选择性投射相关骨骼及其中轴线，消除重影干扰，测量结果稳定可靠，观察时具有直观、清晰等优点。

https://orcid.org/0000-0003-0286-0277 (刘伟)

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: 马蹄内翻足, 僵硬性, 3-Matic软件, 数字化

Abstract: BACKGROUND: Stiff clubfoot is a complex three-dimensional abnormal structural deformity. It is difficult to accurately evaluate the deformity degree of stiff clubfoot by two-dimensional plain film and physical examination.
OBJECTIVE: To explore the reliability and accuracy of 3-Matic software in measuring the related indexes of stiff clubfoot.
METHODS: Totally 14 patients (20 feet) with stiff clubfoot were prospectively selected from February 2018 to March 2021 in the Sixth Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University. The 3D model of bone under weight-bearing condition was reconstructed by Mimics software according to the CT images of weight-bearing position. The central axis of the required bone was fitted by 3-Matic. The images of weight-bearing positive position, lateral position and calcaneal axial position were obtained by selective projection function. The related indexes of rigid equinovarus were measured. The related indexes of 14 adult patients with stiff clubfoot were measured by 3-Matic software measurement and routine X-ray measurement, and the statistical differences of the two groups were compared. This study was approved by the Ethics Committee of Xinjiang Medical University. All patients signed the informed consent.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) There was no significant difference between the positive talus-calcaneal angle and the talus-first metatarsal angle measured by the two methods (P > 0.05), but there was significant difference between the calcaneal-cuboid angle measured by the two methods (P < 0.05). There was no significant difference between the two methods in lateral calcaneal-talus angle, tibial-calcaneal angle, talus-first metatarsal angle, and calcaneal-fifth metatarsal angle (P > 0.05). There was no significant difference in the axial tibial-calcaneal angle between the two methods (P > 0.05). (2) It is concluded that the central axis of the required bone can be accurately generated by using 3-Matic software, and then the accurate measurement of related indexes can be realized. The related bone and its central axis can be selectively projected during the measurement, and the ghosting interference can be eliminated. The measurement result is stable and reliable, and has the advantages of intuitive and clear observation.

Key words: clubfoot, rigid, 3-Matic software, digitization

中图分类号:

刘伟, 李飞, 李璐兵, 王雪, 王成伟. 数字化软件测量僵硬性马蹄内翻足相关骨标志性指标的可靠和准确度[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(6): 886-891.

Liu Wei, Li Fei, Li Lubing, Wang Xue, Wang Chengwei. Reliability and accuracy of digital software in measuring osseous markers related to stiff clubfoot[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2022, 26(6): 886-891.

图/表（结果） 4

参考文献

[1] DAVE M, RANKIN J, PEARCE M, et al. Global prevalence estimates of three chronic musculoskeletal conditions: club foot, juvenile idiopathic arthritis and juvenile systemic lupus erythematosus. Pediatr Rheumatol Online J.2020;18(1):49.
[2] MAI CT, ISENBURG JL, CANFIELD MA, et al. National population-based estimates for major birth defects, 2010-2014. Birth Defects Res. 2019; 111(18):1420-1435.
[3] WANG H, BARISIC I, LOANE M, et al. Congenital clubfoot in Europe: A population-based study. Am J Med Genet A. 2019;179(4):595-601.
[4] ANSAR A, RAHMAN AE, ROMERO L, et al. Systematic review and meta-analysis of global birth prevalence of clubfoot: a study protocol. BMJ Open. 2018;8(3):e019246.
[5] PETERSON N, PRIOR C. Correction of the Neglected Clubfoot in the Adolescent and Adult Patient. Foot Ankle Clin. 2020;25(2):205-220.
[6] Ferreira RC, Costa MT, Lotti C, et al.Minimally Invasive Surgery Using the Circular External Fixator to Correct Neglected Severe Stiff Equinocavus Foot Deformities. Foot & Ankle Orthopaedics. 2018; 3(3):1-8.
[7] 秦泗河,张永红,臧建成,等.Ilizarov技术治疗成人僵硬型马蹄内翻足临床诊疗专家共识(2019版)[J].中华骨与关节外科杂志,2019, 12(11):841-847.
[8] 刘旻,张永红.僵硬性马蹄足畸形的诊断与治疗[J].实用骨科杂志, 2015,21(11):1011-1014.
[9] 牟朋林,杨建惠,刘志奎.儿童僵硬型马蹄内翻足的治疗策略[J].中国骨科临床与基础研究杂志,2019,11(1):20-24.
[10] RIGANTI S, COPPA V, NASTO LA, et al. Treatment of complex foot deformities with hexapod external fixator in growing children and young adult patients. Foot Ankle Surg. 2019;25(5):623-629.
[11] AJMERA A, JAIN S, SINGH AK, et al. Simultaneous lateral column shortening along with differential distraction by Joshi’s external stabilization system for rigid neglected clubfoot correction. J Pediatr Orthop B. 2019;28(6):579-585.
[12] AKINCI O, AKALIN Y. Medium-term results of single-stage posteromedial release and triple arthrodesis in treatment of neglected clubfoot deformity in adults. Acta Orthop Traumatol Turc. 2015;49(2):175-183.
[13] BINA S, PACEY V, BARNES EH, et al. Interventions for congenital talipes equinovarus (clubfoot). Cochrane Database Syst Rev. 2020;5:CD008602.
[14] 刘核达, 赵明明, 杨宗宇, 等. 三关节融合联合软组织平衡技术治疗成人重度僵硬型高弓马蹄内翻足效果分析[J]. 中国骨与关节损伤杂志,2018,33(10):102-104.
[15] PIERZ KA, LLOYD JR, SOLOMITO MJ, et al. Lower extremity characteristics in recurrent clubfoot: Clinical and gait analysis findings that may influence decisions for additional surgery. Gait Posture. 2020; 75:85-92.
[16] GOYAL N, BARIK S, SINGH V, et al. Assessment of severity of clubfoot in walking children by combined multiple tools: A new classification system. Foot (Edinb). 2020;45:101718.
[17] GOZAR H, DERZSI Z, CHIRA A, et al. Finite-element-based 3D computer modeling for personalized treatment planning in clubfoot deformity: Case report with technique description. Medicine (Baltimore). 2018; 97(24):e11021.
[18] KAMATH SU, AUSTINE J. Radiological assessment of congenital talipes equinovarus (clubfoot): Is it worthwhile? Foot (Edinb). 2018;37:91-94.
[19] GALVEZ M, ASAHI T, BAAR A, et al. Use of Three-dimensional Printing in Orthopaedic Surgical Planning. J Am Acad Orthop Surg Glob Res Rev. 2018;2(5):e071.
[20] MORASIEWICZ P, BURZYNSKA K, ORZECHOWSKI W, et al. Three-dimensional printing as a technology supporting the treatment of lower limb deformity and shortening with the Ilizarov method. Med Eng Phys. 2018;57:69-74.
[21] GANESAN B, YIP J, AL-JUMAILY A, et al. A novel 3D evaluation method for assessing bone to bone relationships in clubfoot.Eur Rev Med Pharmacol Sci. 2019;23(5):1882-1890.
[22] 刘永. Mimics软件三维重建在临床骨科疾病中的应用[J]. 中医临床研究,2020,12(9):127-130.
[23] JAVAID M, HALEEM A. Impact of industry 4.0 to create advancements in orthopaedics. J Clin Orthop Trauma. 2020;11(Suppl 4):S491-S499.
[24] 张文举, 张宇, 徐善强, 等. 个体化治疗对高弓马蹄内翻足畸形的疗效分析[J]. 中国骨与关节损伤杂志,2017,32(10):1045-1047.
[25] 王文成, 张兴飞, 许亚军. 数字化技术在踇外翻治疗中的应用[J]. 中国组织工程研究,2021,25(12):1911-1916.
[26] 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.
[27] 张兴飞, 李慧民, 许亚军. 3-matic软件测量负重状态平足指标的可行性分析[J]. 中国数字医学,2020,15(3):24-27.
[28] KANG S, PARK SS. Lateral Tibiocalcaneal Angle As a Determinant for Percutaneous Achilles Tenotomy for Idiopathic Clubfeet. J Bone Joint Surg Am. 2015;97(15):1246-1254.
[29] 黄坚汉, 蒙诗景, 夏丽伟, 等. Ilizarov技术治疗成人僵硬马蹄内翻足[J]. 临床骨科杂志,2018,21(5):113-115.
[30] KNUPP M, BARG A, BOLLIGER L, et al. Surgical Treatment of Overcorrected Clubfoot Deformity. JBJS Essent Surg Tech. 2014;3(1):e4.
[31] ZARGARBASHI R, ABDI R, BOZORGMANESH M, et al. Anterior Distal Hemiepiphysiodesis of Tibia for Treatment of Recurrent Equinus Deformity Due to Flat-Top Talus in Surgically Treated Clubfoot. J Foot Ankle Surg. 2020;59(2):418-422.
[32] Van Bosse HJP. Challenging clubfeet: the arthrogrypotic clubfoot and the complex clubfoot. J Child Orthop. 2019;13(3):271-281.
[33] 张问广, 陈后平, 任冲, 等. 32例马蹄内翻足复发或畸形残留的原因分析[J]. 贵州医药,2018,42(9):1124-1125.
[34] 张戈, 郑超, 卢虹旭, 等. Carroll手术治疗先天性马蹄足术后复发的相关危险因素分析[J]. 第三军医大学学报,2018,40(14):1311-1315.
[35] KANG MS, HWANG IY, PARK SS. Radiographic Prognostic Factors for Selective Soft Tissue Release After Ponseti Failure in Young Pediatric Clubfoot Patients. Foot Ankle Int. 2018;39(6):712-719.
[36] GRAF AN, KUO KN, KURAPATI NT, et al. A Long-term Follow-up of Young Adults With Idiopathic Clubfoot: Does Foot Morphology Relate to Pain? J Pediatr Orthop. 2019;39(10):527-533.
[37] SHABTAI L, HEMO Y, YAVOR A, et al. Radiographic Indicators of Surgery and Functional Outcome in Ponseti-Treated Clubfeet. Foot Ankle Int. 2016;37(5):542-547.
[38] MISHIMA K, KITOH H, MATSUSHITA M, et al. Early radiographic risk factors for rigid relapse in idiopathic clubfoot treated with the Ponseti method. Foot Ankle Surg. 2018;24(6):509-513.
[39] MILLER CP, GHORBANHOSEINI M, EHRLICHMAN LK, et al. High Variability of Observed Weight Bearing During Standing Foot and Ankle Radiographs. Foot Ankle Int. 2017;38(6):690-693.
[40] Widhe T, Berggren L. Gait analysis and dynamic foot pressure in the assessment of treated clubfoot. Foot Ankle Int. 1994;15(4):186-190.
[41] Shelton TJ, Singh S, Bent Robinson E, et al. The Influence of Percentage Weight-Bearing on Foot Radiographs. Foot Ankle Spec. 2019;12(4):363-369.
[42] 张树, 王智, 张建中. 负重CT在足踝疾病诊疗中的应用[J].足踝外科电子杂志,2017,4(2):62-65.

引言

马蹄内翻足是最常见的先天性畸形之一，统计表明每1 000名活产儿中就有2例患儿，其中80%出生在发展中国家[1-4]。男性先天性马蹄内翻足的患病率高于女性(2.0-2.5倍)，约一半患者畸形是双侧的，如果不治疗或者治疗不当，马蹄内翻足会随着时间的推移而恶化，逐渐演变成僵硬性马蹄内翻足[5]，而严重的创伤、烧伤、腿部筋膜间室综合征、周围神经损伤和中枢神经系统损伤亦是造成僵硬性马蹄内翻足的重要原因[6]，僵硬性马蹄内翻足主要临床表现为踝足关节僵直固定于马蹄内翻位，踝足关节跖屈背伸活动范围<
10°，合并有严重软组织挛缩，或并发骨关节结构异常和(或)神经功能障碍[7]。僵硬性马蹄内翻足的病理改变决定了保守治疗(包括支具、康复手法、物理治疗)很难取得疗效，甚至会加重病情发展，只能选择手术治疗[8]。僵硬性马蹄内翻足治疗的目的是矫正所有畸形的特征，尽可能恢复足部的生理形态和功能，恢复跖行足[5，9]，而僵硬性马蹄内翻足的最佳手术治疗方案还未明确，目前被国际上广泛应用的手术治疗方案主要为：软组织手术、骨性截骨融合手术、外固定器矫正以及上述手术方案相结合的联合治疗方案[6，10-14]，如何在术前对僵硬性马蹄内翻足畸形程度精确地评估、术前矫形手术方案设计、术中手术方案的实施和术后疗效评估是手术成功的关键。
目前主要通过对僵硬性马蹄内翻足患者行体格检查、步态分析、平片等进行诊断及手术方式的设计[15-16]。僵硬性马蹄内翻足是一种复杂的三维异常结构畸形，应用二维平片以及体格检查等难以对僵硬性马蹄内翻足的畸形程度进行精准评估，难以进行更为精确的个性化手术设计。僵硬性马蹄内翻足相关骨性标志指标的精确测量，对于僵硬性马蹄内翻足畸形的矫形及术式的选择尤为重要[17]，马蹄内翻足患者在X射线片上行相关指标测量较易产生误差[18]，随着数字化技术在足踝外科领域的逐渐应用，三维重建技术、3D打印技术、有限元仿真技术、生物力学分析技术、数字化测量等技术越来越被足踝外科医师所熟知并逐步实施于临床[19-22]，使足踝外科疾病的诊断、手术方案的设计以及教学等领域正朝往更精准化、个体化、专业化的方向发展[13，19，23-24]。近年来，已有学者将数字化软件测量技术应用于扁平足和踇外翻的诊断与评估中[25-27]，并认为数字化软件测量是一种精准可靠且优于X射线片测量的测量方法，但僵硬性马蹄内翻足的畸形程度较扁平足和拇外翻更为严重也更加复杂，目前国内外对于僵硬性马蹄内翻足相关骨性标志指标使用数字化软件测量的相关报道较为稀缺，此次研究拟利用数字化软件(3-Matic软件)测量僵硬性马蹄内翻足相关骨性标志指标，并与X射线平片测量法比较，探讨应用数字化软件测量僵硬性马蹄内翻足相关骨性标志指标的价值。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 设计两种方法测量马蹄内翻足相关骨性标志指标的比较，组间比较采用配对t检验，前瞻性研究。
1.2 时间及地点病例选取2018年2月至2021年3月在新疆医科大学第六附属医院就诊的僵硬性马蹄内翻足患者。
1.3 对象选取的僵硬性马蹄内翻足患者均行负重位X射线检查及负重位薄层CT扫描。
1.3.1 纳入标准 ①按Diméglio分类方法Type Ⅲ型(重度)以上；②既往行保守治疗无效或效果欠佳者；③双下肢除患处外无其余软组织、关节及骨骼的病变；④告知患者此次研究所需的检查项目、目的及意义，患者表示理解并签署知情同意书。
1.3.2 排除标准 ①年龄< 18岁的患者；②患足有骨折病史或手术史；③拒绝参加此次试验者。
研究共纳入患者14例(20只足)，其中男 9例(13 足)，女5例(7足)；年龄41-58岁，平均45.8岁；左足5例，右足3例，双足6 例。研究已通过新疆医科大学伦理委员会审批，所有患者均签署知情同意书。
1.4 设备德国西门子X射线机(Multix Fusion Max)；德国西门子双源 CT(Somatom Definition Flash)。
1.5 方法
1.5.1 X射线片检查使用德国西门子X射线机由同1名影像专业主任医师拍摄患足标准负重正侧位和跟骨轴位X射线片。摄片参数：电压60 kV，电流6 mA。
1.5.2 CT检查使用德国西门子双源 CT对僵硬性马蹄内翻足患者行CT扫描，CT 扫描时将自行设计的负重装置放置于CT床正中，患者仰卧位于装置上，踝关节保持中立位，根据患者身体质量，给予负重装置施加身体质量相同的质量，从足底部往人体长轴方向进行加压，模拟出负重的效果，对患侧胫腓骨及全足进行薄层扫描，扫描参数：电压120 kV，电流强度240 mA，扫描的层厚为0.600 mm，共获取间隔
0.600 mm、重建厚度0.600 mm、平面分辨率512×512的二维断层图像823张，保存为 DICOM(Digital Imaging and Communi
cations in Medicine)格式的文件。
1.5.3 常规X射线测量方法(为平片组) 由1名足踝外科主任医师对每一张X射线片均标记出测量指标相关的解剖标志，在患者负重正位X射线片上分别画出距骨轴线、跟骨轴线、骰骨轴线、第1跖骨轴线以及第5跖骨轴线。在患者负重侧位X射线片上分别画出跟骨轴线、距骨轴线、胫骨轴线、第1跖骨轴线、第5跖骨轴线。在患者负重跟骨轴位X射线片上分别画出胫骨轴线和跟骨轴线。再对每一张X射线片使用量角器进行相关角度测量，每个指标均测量3次，每次测量均间隔1周以上，测量结果取平均值。
1.5.4 数字化软件测量方法(为数字化软件组)
(1)数据导入：将获取的DICOM文件导入Materialise mimics 21.0(Materialise，比利时)软件中，完成图像输入后，确定图像方位，完成CT数据导入。在mimics软件中，根据不同的灰度值进行阈值分割(Thresholding)，设定最小阈值为213，最大为3 071，使用区域增长(regional growth)，将患肢骨性结构分离出来，再使用图像编辑(Edit Masks)和区域增长功能，对跟骨、距骨、胫骨、骰骨、第1跖骨和第5跖骨所对应的每一层蒙板进行手动添加、填充和擦除等操作获得每个部位的骨骼蒙板，再对所需骨骼蒙板逐一进行3D重建(calculate 3D from mask)，模型质量选择High，其余参数均为默认值，获得跟骨、距骨、胫骨、骰骨、第1跖骨和第5跖骨3D模型，并以不同颜色标记，将所有3D模型以STL(Stereolithography)文件格式保存，分别输入Geomagic Wrap 2017(Raindrop，美国)软件中，检查模型的交错面、细小通道、噪点等，并修复三角面片的网格结构，利用网格医生、减少噪声、删除钉状物、平滑等功能优化骨骼模型的表面，利用曲面重建功能建立跟骨、距骨、胫骨、骰骨、第1跖骨和第5跖骨6块骨骼曲面模型，所得各个部分的曲面模型以STL格式文件保存，导入3-matic软件，见图1。

(2)确定轴线：在3-matic软件中，使用创建线(Create line)功能，方法选择拟合轴线(Fit inertia axes)，根据所选物件体积和形状将物件分割为无数截面，通过计算机自动计算生成所有截面的中心点，然后将所有中心点计算并联合生成中轴线。按此方法选择第1跖骨，通过计算生成第1跖骨轴线。使用相同方法继续逐一生成跟骨、距骨、胫骨、骰骨和第5跖骨轴线，见图2。

(3)角度的测量：根据3-matic中数据导入后的全局坐标系建立水平位、冠状位及矢状位3个平面，按照X射线片投射方位，将水平位平面按人体长轴方向向前旋转15°得到足正位平面，直接使用矢状位平面得到足侧位平面，将冠状位平面以人体长轴方向向前旋转45°得到跟骨位平面。将距骨轴线、跟骨轴线、骰骨轴线、第1跖骨轴线以及第5跖骨轴线分别投影到足正位平面、侧位平面和跟骨轴位平面，见图3-5。

利用3-Matic上角度测量功能，选择以线和线(line to line)为条件，分别测量出足正位平面、侧位平面和跟骨轴位平面上的僵硬性马蹄内翻足相关指标，见图6，由同1名足踝外科主任医师完成所有患肢的测量，每个指标均测量3次，每次测量均间隔1周以上，测量结果取平均值。

1.6 主要观察指标足正位、侧位、轴位片的距骨-跟骨角、跟骨-骰骨角、距骨-第1跖骨角、跟骨-距骨角、跟骨-第5跖骨角、胫骨-跟骨角测量结果。
1.7 统计学分析比较上述两种方法对僵硬性马蹄内翻足相关骨性标志指标的测量结果。数据和图表的分析制作采用IBM SPSS Statistics 26.0统计学软件进行。服从或近似服从正态分布的计量资料以x±s表示，组间比较采用配对t检验，检验水准α值取双侧0.05，以P < 0.05为差异有显著性意义。

讨论

随着社会经济、文化以及数字医疗技术的发展，数字化技术在僵硬性马蹄内翻足评估方面的价值逐步体现，GANESAN等[21]使用MATLAB软件进行编程，建立了基于CT图像的重度马蹄内翻足三维模型，并评估了足部各骨骼相对于踝关节的排列情况，客观地测量了重度马蹄内翻足患者足部各骨骼相对于踝关节的相对位置与方向，用来判定和分类马蹄内翻足的严重程度。GOZAR等[17]运用有限元建模和三维模拟技术对1例3岁男性马蹄内翻足患者按最佳生理应力状态行术前手术方案设计，成功矫正了患者足部畸形，说明了基于复杂图像处理、有限元和三维模拟的先进数字化技术在为马蹄内翻足畸形和假体测试的个性化治疗选择方面提供了有效的临床决策支持。MORASIEWICZ等[20]运用3D打印技术为1例6岁下肢畸形患者打印出畸形骨折的3D模型，建立了术前模拟手术方案且将Ilizarov外固定装置应用于该患者，结果显示患肢实际延长值和轴向矫正值比预期值低4.1%，取得良好效果，认为3D打印技术是一种可以用来支持Ilizarov技术，而且对年轻或经验较少的医师来说缩短了对外固定技术的学习周期。
数字化技术在僵硬性马蹄内翻足评估及治疗中的应用，使足踝外科医生对僵硬性马蹄内翻足畸形的认知不断更新完善，为了更深入了解僵硬性马蹄内翻足复杂的空间结构和行更精确的个性化手术方案设计，需要对其相关骨性标志指标进行更全面、更精确的测量。僵硬性马蹄内翻足相关骨性标志指标的术前及术后精准测量，对僵硬性马蹄内翻足术前评估、术前手术方案设计和术后疗效评估具有重要意义[28-29]，精确的术前评估以及术前手术方案的设计，可以很大程度上减少术后并发症的发生[30-35]。僵硬性马蹄内翻足相关骨性标志指标在X射线片上测量时，由于骨骼结构的相互重叠和畸形骨骼不规则排列，在区分不同骨骼和确定解剖标志时需要更加丰富的阅片经验和临床经验，在确定解剖标志、划分骨骼轴线和行相关指标测量时的人为主观因素影响较大。KAMATH等[18]研究表明，不同观察者对同一马蹄内翻足X射线片测量时结果有显著差异，同一观察者对同一马蹄内翻足X射线片测量时，测量结果之间也存在显着差异。在3-matic软件中，运用投射功能可以直接将骨骼及其中轴线选择性投射到所需平面，将复杂的骨骼结构清晰体现出来，且中轴线的建立、骨骼及轴线的投射以及相关指标的测量均使用3-matic软件客观的完成相关指令，得到测量结果，减少了主观因素的影响，不同观察者使用相同命令测量时结果完全一致；同一观察者在不同时间使用相同命令测量时测量结果也完全一致，说明3-matic软件测量僵硬性马蹄内翻足相关指标时，具有比X射线片测量更好的稳定性。
此次研究发现在正位片上对跟骨-骰骨角使用两种方法测量的结果有统计学差异，主要原因为：拍摄负重正位X射线片时，部分患足踝关节呈严重跖屈、前足重度内收及明显的足部高弓而且骰骨体积较小[36-37]，在X射线片上被其余骨骼遮挡、重叠更加严重，导致骰骨解剖标志以及中轴线确定起来更加困难[38]，只能经验性确定中轴线，主观因素影响较大，从而导致正位X射线片上跟骨-骰骨角准确性较差，而运用3-matic软件辅助测量可以完全避免其余骨骼对骰骨产生重叠效果的影响，因此利用3-matic软件测量的准确性和可靠性明显优于X射线测量法。在其余指标的测量上，两种测量方法无统计学差异，其主要原因为：跟骨、距骨、胫骨、第1跖骨以及第5跖骨体积较大，且在X射线片上轮廓较骰骨更易分辨，并且由同一名足踝外科主任医师对每张患足X射线片标记出测量指标相关的解剖标志，刻画出相关指标所需轴线，所以其余指标的测量较为准确。MILLER等[39]认为足部负重X射线片比非负重X射线片能提供更全面的功能定位评估，双足僵硬性马蹄足患者站立较为困难，需要借助外力才能勉强站立，双足负重较使用辅助支具模拟负重CT时负重较少；单足僵硬马蹄内翻足患者重心往健侧偏移[40]，在拍摄负重位X射线片时，患足负重较健侧少，此次研究在拍摄负重位CT时患者平躺从足底往身体施加反作用力，患足在可获得较站立时更大负重。SHELTON等[41]研究表明在足部拍摄负重X射线片时，随着负重增加达到25%体质量以上时的表现与负重达到100%体质量时的X射线片没有差异[42]。张鹏等[26]对30例(36足)拇外翻患者应用3-matic软件测量拇外翻相关指标时认为3-matic软件测量法的准确度和可靠性明显优于常规X射线测量法，与此次研究的结论相契合。
此次研究目前不足之处在于：首先，研究纳入的样本量较少；其次，行负重位CT扫描时，患者处于平躺状态，负重由足底向身体施加，下肢肌肉处于放松状态，并未模拟出真正站立时双下肢负重的生理状态；再者，数字化软件测量法完全掌握需要一定时间的学习周期，由负重CT的DICOM文件转换为可使用的STL文件的过程需要在mimics软件中花费大量时间对每层CT图像手动添加、填充和擦除等操作获得每个部位的骨骼蒙板，相对于X射线片的直接阅片，数字化软件测量法前期准备时间更长；利用数字化软件自动拟合轴线虽然降低了人为确定轴线产生的误差，但根据数字化软件拟合轴线的原理，三维重建足踝模型的精准程度决定了轴线的稳定程度，三维模型重建时需要实验者手动进行蒙版编辑与重建，由于部分马蹄内翻足患者患足存在少量骨赘、韧带的骨化以及籽骨融合并入足部骨骼，重建时需要去除以上多余骨块，如果未手动去除干净，则会增加软件本身的误差，而且拍摄足部负重CT时，患者受到的辐射量远大于拍摄X射线片。
作者在接下来的研究中将采集更多僵硬性马蹄内翻足负重位CT数据，并拍摄僵硬性马蹄内翻足负重位MRI，获取足部软组织数据，根据负重位MRI软组织数据、三维模型数据完成僵硬性马蹄内翻足的有限生物力学分析，并行尸体标本研究验证其有效性，结合此次研究所得相关骨性指标数据设计出更为精确的个性化3D打印个性化导板为僵硬性马蹄内翻足患者指导更精准的骨性手术联合软组织手术的个体化治疗方案，应用数字化技术行术前模拟截骨手术，确定最佳手术方案，于术后再应用此方法评估矫形效果，推动僵硬性马蹄内翻足的个体化精准医疗的发展，提高手术疗效以及患者满意度。
此次研究发现，应用数字化软件对僵硬性马蹄内翻足相关指标的3次测量结果完全相同，而运用X射线片测量方法测量时的3次结果不全相同，数字化软件测量的表现更稳定、更精确。相对于重影较多的X射线片，数字化软件可以选择所需骨块，隐藏其余骨块，更直观、清楚地测量相关指标，也能通过任意角度旋转、放大及缩小等方式对僵硬性马蹄内翻足进行全方位了解，对僵硬性马蹄内翻足的骨骼的空间排列、畸形位置以及骨骼形态等方面的细节直接观察相对于X射线片的抽象理解更加形象、生动。通过统计分析表明，运用数字化软件对僵硬性马蹄内翻足相关指标测量是可行的。因此，使用数字化软件测量出僵硬性马蹄内翻足相关骨性指标对僵硬性马蹄内翻足的畸形程度进行精准评估以及进行精确的个性化手术方案设计是可行的，数字化软件测量方法是一种可行、可靠、精准而且稳定的测量方法。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

数字化软件测量僵硬性马蹄内翻足相关骨标志性指标的可靠和准确度

Reliability and accuracy of digital software in measuring osseous markers related to stiff clubfoot

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表（结果） 4

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]	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.
[2]	马超, 王飞, 刘晓民, 王子昀, 许奎, 杨文东, 冯伟. 应用体表地形图量化腰椎间盘突出症腰型客观化指标：下腰曲线弹性固定转折点的三维成角[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(6): 924-928.
[3]	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.
[4]	熊峰, 李琨, 周书宇, 王鹏, 党业兴, 李志军, 张少杰. 学龄前期儿童行寰椎椎弓根或侧块螺钉内固定的可行性[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(36): 5804-5809.
[5]	郑海英, 郭秀娟, 侯雪阳, 张磊, 张思庆, 李会, 惠瑞宗, 耿海霞. 改良数字化再定位导板和咬合导板辅助Le Fort Ⅰ型截骨上颌骨精准定位[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(32): 5097-5102.
[6]	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.
[7]	吴雪海, 王星, 张少杰, 徐雪彬, 史君, 王铁英, 李志军. 有限元模型建立青少年骶椎腰化的验证分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(27): 4283-4288.
[8]	刘建友, 贾中伟, 牛佳伟, 曹鑫杰, 张栋, 魏杰. 构建股骨3D数字化模型提出一种新的股骨颈前倾角测量方法[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(24): 3779-3783.
[9]	王文成, 张兴飞, 许亚军. 数字化技术在踇外翻治疗中的应用[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(12): 1911-1916.
[10]	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.
[11]	张宾, 李军, 张俊花, 孙丽华, 刘玉三, 崔彩云. 3D打印数字化外科导板在上前牙种植中的应用效果评价[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(22): 3521-3526.
[12]	黄亚婷, 左恩俊. 基于虚拟现实技术在口腔修复中应用的数字化牙合架[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(22): 3594-3601.
[13]	吴铮, 任静, 万建杉, 孙嵘, 武成聪, 刘克廷, 刘涛, 欧华. 步态周期下半月板损伤对膝关节生物力学性能的影响[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(21): 3299-3303.
[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]	孙黎波, 兰玉燕, 周航宇, 胡芸. 数字化赝复体在兔腭瘘修复中的应用[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(14): 2192-2196.