青少年胫骨远端三平面骨折的骨折地图绘制与成像分析

doi:10.12307/2025.984

中国组织工程研究 ›› 2026, Vol. 30 ›› Issue (9): 2248-2254.doi: 10.12307/2025.984

• 骨与关节图像与影像 bone and joint imaging • 上一篇下一篇

青少年胫骨远端三平面骨折的骨折地图绘制与成像分析

王泊凯1，2，王志强1，周宏艳2，李骏然2，武一恒1，2，赵洪波2

1华北理工大学附属医院，河北省唐山市 063000；2唐山市第二医院，河北省唐山市 063000

收稿日期:2024-09-21 接受日期:2024-12-14 出版日期:2026-03-28 发布日期:2025-09-06
通讯作者: 赵洪波，博士，主任医师，唐山市第二医院，河北省唐山市 063000
作者简介:王泊凯，男，1997年生，河北省唐山市人，汉族，2021年河北工程大学毕业，医师，主要从事运动医学、小儿骨科方面的研究。
基金资助:

Fracture mapping and imaging analysis of triplane fracture of distal tibia in adolescents

Wang Bokai1, 2, Wang Zhiqiang1, Zhou Hongyan2, Li Junran2, Wu Yiheng1, 2, Zhao Hongbo2

1Affiliated Hospital of North China University of Technology, Tangshan 063000, Hebei Province, China; 2Tangshan Second Hospital, Tangshan 063000, Hebei Province, China

Received:2024-09-21 Accepted:2024-12-14 Online:2026-03-28 Published:2025-09-06
Contact: Zhao Hongbo, MD, Chief physician, Tangshan Second Hospital, Tangshan 063000, Hebei Province, China
About author:Wang Bokai, Physician, Affiliated Hospital of North China University of Technology, Tangshan 063000, Hebei Province, China; Tangshan Second Hospital, Tangshan 063000, Hebei Province, China

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

胫骨远端三平面骨折：三平面骨折，即骨折同时发生在水平面、矢状面和冠状面的一种特殊类型骨折。胫骨远端三平面骨折是青少年特有的一种累及骨骺板的复杂踝关节损伤，发病率占骨骺损伤的6%-10%，占踝部骨骺分离骨折的17%，由于其只发生于胫骨远端骺板闭合期的青少年，因此在临床相对少见。
骨折地图：又称为“骨折线分布图”“骨折地形图”，由ARMITAGE等于2009年在国际上首次提出，该技术是在CT原始资料中提取骨折模型，通过旋转、平移等操作将骨折模型复位，然后通过对齐特定解剖标志将多个病例叠加在一个标准的骨骼模型上以生成骨折地图。目前国内外相关研究已有百余篇，此次研究是目前已知的国内首个将骨折地图技术应用于胫骨远端三平面骨折的研究。

摘要
背景：胫骨远端三平面骨折只发生于骨骺闭合期的青少年，由于其复杂且独特的空间结构，在治疗时十分考验临床医生的经验与理解。近年来骨折地图绘制技术发展迅速，已广泛应用于各部位骨折。
目的：通过骨折地图技术绘制青少年胫骨远端三平面骨折地图，观察横断面骨折线的形态、位置及分布频率，分析胫骨远端三平面骨折特征。
方法：回顾性研究79例胫骨远端三平面骨折患者的病历资料，收集其原始CT资料，通过Mimics 21.0软件获取所需的两个横断面图像，在Photoshop 24.0软件中将患者CT图像复位并拟合到标准模板，描绘并叠加全部骨折线生成骨折地图，然后使用Matlab(r2023b)软件创建热图以显示高密度和低密度骨折区域，分析骨折线分布规律。
结果与结论：①纳入的79例青少年患者中男性占73%，女性占27%；年龄10-15岁，平均(12.8±1.5)岁；②干骺端的骨折线主要集中于后侧；关节面的骨折线则呈现出明显的“Y”型特征，此平面的骨折线又可细分为“Y”字型(18%)、横型(32%)、前内侧切迹型(33%)及其他型(17%)；分区骨折地图显示不同区域通过的骨折线数量存在显著差异(P < 0.01)；③关节面层面“Y”字型特征骨折线的形成可能与下胫腓前、后韧带有关。结果表明，骨折地图可为胫骨远端三平面骨折提供一个直观的视觉框架，并为进一步的影像学分型、内固定物设计、螺钉放置方式等方面提供参考。

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: 三平面骨折, 胫骨, 青少年, CT, 骨折线, 骨折地图, 骨折热图

Abstract: BACKGROUND: Because of its complex and unique spatial structure, the triplane fracture of the distal tibia only occurs in adolescents with epiphyseal closure, which is a great test for clinicians’ experience and understanding in the treatment. In recent years, fracture mapping technology has developed rapidly and has been widely used in trauma orthopedics.
OBJECTIVE: To draw a triplane fracture map of the distal tibia in adolescents by using fracture mapping technology, observe the shape, location, and frequency of the cross-sectional fracture line, and analyze the characteristics of the triplane fracture of the distal tibia.
METHODS: The medical records of 79 patients with triplane fractures of the distal tibia were retrospectively studied. The original CT image data were collected. The required two cross-sectional images were obtained by Mimics 21.0 software. The patient’s CT images were reset and fitted to the standard template in Photoshop 24.0 software, and all fracture lines were depicted and superimposed to generate a fracture map. The Matlab (r2023b) software was used to create a heat map to show the high-density and low-density fracture areas, and the distribution of fracture lines was analyzed.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) Among the 79 adolescent patients included in this study, 73% were male and 27% were female, with an average age of 12.8±1.5 years (range, 10-15 years). (2) The fracture line of metaphysis mainly concentrated in the posterior side. The fracture line of the articular surface showed obvious “Y” type characteristics. The fracture line of this plane could be subdivided into “Y” type (18%), transverse type (32%), anteromedial notch type (33%) and other types (17%). The zonal fracture map showed that there were significant differences in the number of fracture lines passing through different regions (P < 0.01). (3) The formation of the “Y” shaped fracture line on the articular surface may be related to the anterior and posterior ligaments of the lower tibiofibula. The results show that the fracture map can provide an intuitive visual framework for the triplane fracture of the distal tibia, and provide references for further image classification, internal fixation design, and screw placement.

Key words: triplane fracture, tibia, adolescent, CT, fracture line, fracture map, fracture heat map

中图分类号:

王泊凯, 王志强, 周宏艳, 李骏然, 武一恒, 赵洪波. 青少年胫骨远端三平面骨折的骨折地图绘制与成像分析[J]. 中国组织工程研究, 2026, 30(9): 2248-2254.

Wang Bokai, Wang Zhiqiang, Zhou Hongyan, Li Junran, Wu Yiheng, Zhao Hongbo. Fracture mapping and imaging analysis of triplane fracture of distal tibia in adolescents[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2026, 30(9): 2248-2254.

图/表（结果） 7

2.1 参与者数量分析 纳入胫骨远端三平面骨折患者共 79 例，所有患者CT影像资料完整，全部进入结果分析，无脱落。
2.2 试验流程图 见图2。

2.3 胫骨远端三平面骨折患者年龄与性别分布 纳入的79例患者中男58例，女21例；平均年龄12.8岁(10-15岁)，见图3；左侧骨折39例，右侧骨折40例，合并同侧腓骨骨折27例(34%)。

2.4 骨折地图与骨折热图的骨折线分布 关节面层面的骨折地图见图4，在图上可以看出79例患者骨折线叠加后生成的骨折地图呈现明显的“Y”字型，在叠加过程中发现有3种类型的骨折线比较多见，分别为“Y”型、横型、前内侧切迹型，见图5-7。“Y”字型骨折线分别由胫骨轮廓的前侧、后内侧与外侧3个方向通过骨皮质，骨折热图显示外侧的中央位置为骨折线的主要汇聚区；横型骨折线与骨皮质有前侧和后侧2个交点，两侧交点的连线大致垂直于冠状面；前内侧切迹型骨折线与骨皮质的2个交点均位于前内侧隆起区域附近。“Y”型、横型、前内侧切迹型这3种类型共占全部病例的82.3%，各类型合并同侧腓骨骨折人数见图8，4种类型与是否合并同侧腓骨骨折无相关性(P > 0.05)。干骺端层面的骨折地图见图9，骨折线几乎全部出现在胫骨后侧。

2.5 分区骨折地图骨折线分布 分区骨折地图见图10，各区域通过的骨折线数量见图11，骨折线通过骨皮质的位置大多位于1-5区、8-10区以及16-24区之间，可以看到骨折线主要分布在韧带与韧带之间的间隔区，不同区间通过的骨折线数量差异有显著性意义(P < 0.01)，且在6-7区、11-13区几乎没有骨折线通过。

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引言

材料方法

1.1 设计 回顾性病例分析，绘制骨折地图并生成骨折热图，对骨折地图进行分区，描绘骨折线的形态和分布特点。
1.2 时间及地点 研究于2019年1月至2023年12月在唐山市第二医院完成。
1.3 对象 选择2019年1月至2023年12月唐山市第二医院收治的胫骨远端三平面骨折青少年患者79例，其中男58例，女21例；年龄10-15岁，平均(12.8±1.5)岁；左侧39例，右侧40例。所有参与此次研究的患儿法定监护人均知情同意，且得到唐山市第二医院伦理委员会批准[批准号：(2024)伦审第(73)号]。
纳入标准：①年龄10-18岁；②在唐山市第二医院接受过CT扫描且诊断为胫骨远端三平面骨折的患者；③所选层面的骨折线连续地通过骨皮质。
排除标准：①CT资料不全；②存在陈旧性骨折或病理性骨折、合并代谢或其他先天疾病造成的骨折；③合并除胫骨远端三平面骨折和同侧腓骨骨折之外的其他下肢骨折。
1.4 设备和软件 多层螺旋CT机(Ge Revolution 矢量CT，128排256层)。图像处理用 Mimics 21.0软件(比利时Materialise公司)、Photoshop 2023软件(美国Adobe公司)和Matlab(r2023b)软件(美国MathWorks
公司)。图像处理设备：操作系统 Windows 11(version 23H2)，处理器12th Gen Intel(R) Core(TM)i5-1240P CPU，主板 Lenovo LNVNB161216，内存Micron Technology 16 GB (4 800 MHz)，主硬盘UMIS RPJYJ512-MKN1QWY(512 GB)，主显卡Intel(R)IrisXe Graphics。
1.5 方法 从医院数据库中筛选符合条件的胫骨远端三平面骨折患者，以DICOM格式导出CT影像学资料，将DICOM格式的文件导入Mimics 21.0软件中，找到骨骺板上方10 mm的层面(下文简称为干骺端层面)与胫骨远端第一个显示完整胫骨骨皮质轮廓的层面(下文简称为关节面层面)，将这2个层面的图像导入Photoshop 2023软件中，使用提取、旋转、平移操作拼接复位骨折碎块；选择一名未骨折13岁女孩的完整左下肢的CT图像，提取上述2个层面的胫骨轮廓作为模版(模版来自此次研究中纳入的1例右侧胫骨远端三平面骨折患者的左侧胫骨远端CT图像，左侧无骨折等相关损伤，已获得知情同意)；利用COLE等[3]的方法在Photoshop中使用画笔工具描绘出患者骨折线；如果为右侧，则使用镜像反转操作来匹配左侧模版；再通过缩放、旋转、平移操作将图像与标准模版进行叠加并对齐主要解剖标志，最后将79例患者的图像进行叠加，生成骨折地图。将骨折地图导入Matlab(r2023b)软件中，通过数据密度脚本文件生成热图。在关节面的骨折地图中找到胫骨轮廓内最长的一条对角线，以此线段为水平直径作圆并将圆形等分为24个区域；再根据部分所纳入患者的核磁影像及下胫腓联合韧带的解剖学研究[4-11]，画出下胫腓联合前、后韧带在关节面层面上投影的大致位置，生成分区骨折地图。统计79例患者中合并同侧腓骨骨折的例数以及分区骨折地图中各个区域通过骨折线的数量。
1.6 主要观察指标 ①骨折地图与骨折热图中骨折线的聚散程度；②分区骨折地图中骨折线的分区分布情况以及骨折线与下胫腓前、后韧带的位置关系。
1.7 统计学分析 对分区骨折地图进行定量和描述性分析，使用SPSS 26.0软件，采用KS检验数据是否属于正态分布，χ2检验评估统计差异，P < 0.05表示差异有显著性意义。文章统计学方法已经过唐山市第二医院生物统计学专家审核。

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

讨论

3.1 胫骨远端三平面骨折好发年龄 三平面骨折一般发生于10-18岁的青少年[12]，这一时期胫骨远端骺板正在逐步闭合，随着骨化中心的不断骨化扩大，到一定程度时，在骨骺干侧端软骨内成骨逐渐停止，形成骨骺终板，当先期钙化带残留或完全消失时，提示骨骺发育终止，即骨骺与干骺端的发育达到成熟阶段[13-14]。这一过程首先发生在骺板近中心处，随后沿胫骨后部向外侧继续闭合，并在胫骨前外侧结束，整个闭合过程大约需要18个月[15-16]。此次研究纳入的病例中，女性患者多于男性，这也与BROWN等[17]在研究中的报告一致，这可能与女性骺板闭合较早有关。骨骺的逐步闭合决定了胫骨远端三平面骨折特征也成为目前普遍认可的观点，但PRIJS等[2]的研究并不支持这一观点，他们的研究结果表明，在不同年龄组青少年的骨折地图中，并未观察到骨折线的位置随着年龄的增长而向骨骺闭合方向移动的现象。
3.2 关节面的骨折线特征 胫骨远端关节面的分区骨折地图如图10所示，骨折线通过骨皮质的位置大多位于1-5区、8-10区以及16-24区。下胫腓前韧带由胫骨下端外缘斜向下外，与水平线约成40°角，附着于外踝的前面及附近的粗糙骨面上，覆盖胫骨及腓骨的前结节，其纤维与胫骨骨膜相融合，韧带的上下缘相对向外下方汇聚，因而韧带呈多角形
状[10-11]；下胫腓后韧带与下胫腓前韧带相比结构紧凑，呈水平走向[9]；通过分区骨折地图可以明确观察到，在6-7区、11-13区几乎没有骨折线通过，这些区域刚好处于下胫腓前、后韧带在此平面的投影位置，且这些区域分布在“Y”字型骨折线下半部分的左右两侧，因此推测，下胫腓前、后韧带与胫骨远端三平面骨折的特征“Y”字型骨折线的形成可能具有相关性。DIAS等[18]在一项研究中将 Tillaux骨折与三平面骨折相类比，发现在外旋力作用下胫腓前韧带撕脱胫骨远端前外侧尚未融合的骨骺，再过度外旋时，则引起三平面骨折，这一发现同此次研究的结论一致。
3.3 关节面三种特殊类型骨折线的成因分析 “Y”型骨折线在横断面上将胫骨分为内侧骨折碎块、前外侧骨折碎块以及后外侧骨折碎块三部分，内侧三角韧带以及外侧下胫腓前、后韧带的投影刚好分别落在这三部分骨折碎块上，当踝关节发生超出其生理范围的活动时，上述韧带会受到牵拉[19]，“Y”型骨折线的成因可能是胫骨远端受到来自上述3条韧带3个不同方向牵拉力的相互作用；在横型骨折线的骨折地图中可以看到，部分骨折线类似于“Y”字型骨折线的上半部分，此种类型骨折线成因可能是内侧三角韧带与外侧的下胫腓前、后韧带相互作用，且此种作用力远大于下胫腓前、后韧带两者间的作用力，因此形成横型骨折线；前内侧切迹型骨折线与骨皮质的两个交点均位于前内侧隆起附近，此区域也被称为Kump’s bump区域[20]，该位置是胫骨远端骨骺最早闭合的区域[21-22]，也被认为是三平面骨折不会累及的区域，此次研究中前内侧的骨折线也大多横跨此区域，骨折线分别在Kump’s bump区域两侧通过骨皮质。
3.4 胫骨远端三平面骨折的受伤机制与分型 青少年胫骨远端三平面骨折是一种累及骨骺板的复杂踝关节损伤，发生于胫骨远端骺板闭合期的青少年，因此也被称为“过渡期骨折”，但不是所有青少年的胫骨远端骨折均是三平面骨折，因此假设该特殊类型骨折具有一定规律，此次研究纳入的患者也均经过CT扫描并确诊为胫骨远端三平面骨折。青少年胫骨远端三平面骨折的受伤机制与解剖学因素密切相关，其中包括青少年的骨骼尚未完全成熟，骨骼的密度和强度相对较低等[23-25]。胫骨在日常活动中承受的生物力学负荷也是导致三平面骨折的关键因素[26]，当外力作用于下肢时，特别是在跳跃、急停或转身等动态活动中，胫骨受到的扭转和弯曲应力显著增加[13]。三平面骨折并不属于Salter-Harris分型，而是一种骨骺损伤类型。目前临床中最常用的分型为根据骨折碎块数量进行分型，分为二部分型、三部分型和四部分型[27]。除此之外还可根据骨骺损伤位置以及骨折线与踝关节的关系分型[28-29]，但这两种分型方式均是基于冠状面CT图像的分型。此次研究选取了2个横断面层面，制作骨折地图并生成热图，在骨折地图的制作过程中，发现骨骺端的关节面层面有3种特征性分布的骨折线，并将其单独呈现，对提出新的分型将有所帮助。青少年胫骨远端三平面骨折由于其复杂性及罕见性，目前国内外对此种骨折的研究较少，此文也是目前已知的国内首个将骨折地图技术应用于胫骨远端三平面骨折的
研究。
3.5 骨折地图绘制技术的应用 骨折地图绘制技术由ARMITAGE等[30]于2009年首次提出并应用于肩胛骨骨折的研究，对生成的骨折地图进行分析得出结论：肩胛骨骨折好发于关节盂下方的外侧缘以及冈盂切迹，并提出手术入路应基于特定骨折模式与关键神经和血管位置的相关性，以便保证内固定物放置的安全性以及优化复位效果。骨折地图绘制技术的核心是大量骨折模型的叠加[31]，该研究第一次通过“大数据”直观地描述了骨折线的形态学分布，开创了骨折地图研究的先河。骨折地图类研究是基于解剖形态学的研究，通过大量病例叠加，探寻骨折情形是否存在一定规律以及模式。既往国内外的骨折地图研究，均通过此方法发现了具有明显特征及分布规律的骨折线，发现或印证了骨形态的生理性薄弱，此类研究已形成固定模式。
邓朝阳等[32]收集了133例胫骨平台骨折患者的病历资料，使用Mimics 17.0和Matlab(r2023b)软件中 9.0软件对原始CT数据进行处理，对生成胫骨平台骨折地图进行分析得出结论：①胫骨外侧平台骨(81.8%)多于内侧平台(31.4%)；②骨折线主要集中在外侧平台内侧并延续至胫骨结节、Gerdy结节交界区(75.9%)和髁间嵴(71.5%)。这与YAO等[33]和KERSCHBAUM等[34]的研究结果相似。
骨折地图绘制技术也可应用于形状不规则骨，蒋代翔等[35]通过绘制跟骨骨折的骨折地图并使用E-3D软件生成热图，发现了跟骨骨折的3条弧形带状高发区。SHI等[36]在跟骨骨折地图的研究中发现支持带的骨折碎块并不是“恒定”的；CHO等[37]在髌骨骨折地图的研究中发现，粉碎性髌骨骨折以主要关节水平骨折线为主，其次为垂直和水平骨折线；WANG等[38]发现髌骨骨折的前、后侧骨折线分布特征和区域也不完全相同。
随着骨折地图绘制技术应用范围越来越广的同时，新的骨折地图绘制技术也不断出现。KAHMANN等[39]尝试使用计算机算法绘制骨折地图，通过线性最小二乘优化将一个完整的模板连续转换到每个断裂试样上，检测模板中的碎片边缘，然后将它们叠加以生成骨折地图，发现此种绘制方法出现的偏差在可以接受的范围内，且速度比人工绘制快23倍。MA等[40]提出了一种适用于皮质骨在压缩应力作用下的表面骨折路径预测方法，通过纳米压痕阵列获取截面硬度地图，通过分析高低硬度区域可以预测骨折线路径。
3.6 优势与局限性
此次研究的优势所在：①运用二维骨折地图技术，使三平面骨折复杂难懂的空间结构中的骨折线呈现于二维水平层面上。SCHNEIDMUELLER等[41]的研究表明，即使使用X射线检查结果对三平面骨折进行诊断时，同时拥有横截面及正位图像比单纯拥有正位图像的诊断准确率要高出29.7%，因此，掌握横断面骨折线分布规律将有助于提升诊疗效果；②此次研究将骨折地图与热图相结合，骨折地图易于观察骨折线的走形及位置，热图则能通过密度差别来直观地展示骨折线的聚集程度；③通过对骨折地图进行分区，直接展示不同分区通过骨折线数量的差异性。
此次回顾性研究也存在一些局限性：首先，部分患者胫骨解剖差异较大，在进行定位叠加时难以避免的出现误差，导致部分骨折地图个例在叠加时不能完美地与模版相吻合；其次，只纳入了连续通过骨皮质骨折线，未能展示少数未通过骨皮质的骨折线对骨折地图特征的影响；最后，由于三平面骨折独特的空间结构，目前的技术还不能生成三平面骨折的三维骨折地图，还需要医工联合的持续探索以及生物力学等方面的进一步研究。
3.7 总结 综上所述，与单纯CT三维重建相比，骨折地图与热图能够直观地将多个患者的影像学数据呈现在一个骨骼模型上。此次研究通过骨折地图绘制技术发现青少年胫骨远端三平面骨折在干骺端的骨折线主要聚集于后侧；关节面骨折线则呈明显的“Y”字型分布且根据骨折线的具体走行及其与骨皮质的交点又可分为3种特殊类型及其他型；在分区骨折地图中，不同区域通过的骨折线数量有显著差异，且下胫腓前、后韧带与关节面层面的特征“Y”字型骨折线形成可能存在相关性。目前手术治疗胫骨远端三平面骨折的螺钉放置策略主要为垂直胫骨长轴，此次研究中的二维骨折地图有助于临床医生进一步了解胫骨远端三平面骨折横断面的骨折线分布规律和骨折特点，并可以在进一步的影像学分型、内固定物设计、螺钉放置方式等方面提供参考。

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

青少年胫骨远端三平面骨折的骨折地图绘制与成像分析

Fracture mapping and imaging analysis of triplane fracture of distal tibia in adolescents

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