基于计算机辅助系统对三维CT重建成像的股骨转子间骨折分型的临床研究

赵 飞 姚忠军,* 张 弥

1.十堰市太和医院手外、足踝、显微骨科 (湖北 十堰 442000)2.湖北医药学院附属人民医院皮肤科 (湖北 十堰 442000)

骨科疾病中股骨转子间骨折是高发疾病之一，通常骨折线的位置从股骨基底一直到小转子水平之上，常见的发病群体为中老年人[1-2]。目前临床中关于该患者的治疗以早期手术内固定为首先方式，但由于手术需要按照股骨转子间骨折分型来进一步评估骨折的严重程度并确定内固定物，所以对骨折分型的评估至关重要[2-3]。X线无法细致评估股骨转子间骨折的损伤细节，不利于手术内固定物的确定，且由于创伤后髋部呈现为肿胀导致X线拍摄受限。三维CT重建成像能够量化评估股骨转子间骨折类型、位置移动方向与严重程度，但对于股骨转子间骨折分型还需结合计算机辅助系统进一步准确评估[4-5]。计算机辅助系统在骨科疾病中应用广泛，主要是通过图像识别、分析技术让计算机对医学影像展开自主判断与分析，确定影像中病变或异常位置，对骨折分型评估有一定的辅助作用，但对具体骨折分型的研究报道较少。故本研究基于计算机辅助系统对三维CT重建成像的股骨转子间骨折分型展开分析，以期为临床治疗提供参考方向。

1 资料与方法

1.1 一般资料选取2016年1月至2018年12月我院收治的股骨转子间骨折128例患者。纳入标准：髋部外伤史，伤后髋部肿痛、髋关节活动受限，确定为单纯股骨转子骨折者；年龄≥60岁；采用CT检查同时能够观察到清楚的横断面图像者。排除标准：合并股骨颈或股骨干骨折者；CT检查图像模糊或未进行CT检查者；出现其他位置骨折者；髋关节与下肢有畸形者；病理性骨折者；髋部肿瘤病史者。128例股骨转子间骨折中男78例，女50例；平均年龄(68.18±5.63)岁；致伤原因：摔伤56例，交通伤62例，高处坠落伤10例；就诊时间1～9h，平均时间(4.82±3.28)h；左侧79例，右侧49例；股骨转子部六部分分型：二部分26例、三部分28例、四部分24例、五部分22例、六部分28例。本研究所有入选患者均为自愿参与，且签署知情同意书。本研究经我院伦理委员会批准。

1.2 方法

1.2.1 三维CT重建成像 所有患者采用仰卧位，采用螺旋CT机在骨折区域并扩大2cm位置扫描，把扫描结果上传到工作站，采用薄层重建进行多平面重建(multiplannar reconstruction，MPR)、表面重建图像(surface shadeddisplay shadeddisplay，SSD)得到CT三维重建图像，并根据需要进行多角度图像存储。

1.2.2 计算机辅助系统 采用计算机辅助系统先对三维重建图像处理，应用高斯滤波器算法对图像预处理，减少三维CT重建图像中原有的不良参数。同时应用距离正侧化水平集算法图像中的ROI区域展开良好地划分，然后应用Ccanny边缘检测算法鉴别图像中的股骨轮廓与骨折线，按照股骨转子间骨折的分型通过差异性的视角方向把各自的部分划分开。最后对比损伤图像与正常图像，将计算量与误差率控制到最小。

1.2.3 图像分析 图像质量控制：图像分析为2名高年资医生完成，比较计算机辅助系统对三维CT重建下股骨转子部六部分分型。

股骨转子分为六部分分型[6]：二部分骨折：(1)骨折线按照转子间线，包括大转子与小转子，但两者并未发生位移骨折的完全性骨折；(2)大转子中见骨折线，但仍未发生骨折块位移的不完全性骨折；(3)小转子中见骨折线，但仍未发生骨折块位移的不完全性骨折。三部分骨折：(1)基于二部分骨折中，大转子见破裂，且合并移位骨折块；(2)基于二部分骨折中，小转子见破裂，且合并位移骨折块。四部分骨折：基于三部分骨折中，大转子与小转子皆合并破裂，且伴位移骨折块。五部分骨折：(1)基于四部分骨折基础中，前外侧壁见破裂，且伴位移骨折；(2)基于四部分骨折中，破裂发生在后外侧壁，且伴位移骨折。六部分骨折：基于四部分骨折基础中，破裂出现在前外侧壁与后外侧壁两个位置中，均见移位骨折块。

1.3 统计学方法所有数据资料均采用SPSS 20.0软件进行统计分析，计数资料采用[n(%)]的方式表示，计数资料组间比较采用χ2检验。P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 计算机辅助系统对三维CT重建成像与医师独立诊断、联合诊断结果分析计算机辅助系统联合医师共同诊断股骨转子间骨折分型符合率为99.22%，计算机辅助系统诊断股骨转子间骨折分型符合率为89.06%，医生诊断股骨转子间骨折分型符合率为97.66%，见表1。

表1 计算机辅助系统对三维CT重建成像与医师独立诊断、联合诊断结果分析[n(%)]

2.2 计算机辅助系统与医师独立诊断总符合率比较医师独立诊断诊断符合率为97.66%，计算机辅助系统诊断符合率为89.06%，两者差异具有统计学意义(P＜0.05)，见表2。

表2 计算机辅助系统与医师独立诊断总符合率比较(例)

2.3 计算机辅助系统联合医师与医师独立诊断总符合率比较医师独立诊断诊断符合率为97.66%，计算机辅助系统联合医师诊断符合率99.22%，两者差异无统计学意义(P＞0.05)，见表3。

表3 计算机辅助系统联合医师与医师独立诊断总符合率比较(例)

2.4 典型病例分析女性，跌倒致伤，72岁，患者外旋短缩畸形及疼痛，侧位X线片提示股骨转子间骨折(图1A)；三维CT重建图像显示股骨转子间粉碎性骨折，骨折表现为四部分(图1B)；计算机辅助系统分割，各个骨块由具有差异性的颜色标注(图1C)。

图1 计算机辅助系统对三维CT重建成像

3 讨论

股骨转子间骨折是我国骨科中的高发疾病，中老年人作为骨质疏松高发案群体，其转子间骨折发病率较高，针对该类群体，早期手术至关重要[7-8]。但由于该类患者手术需要采用X线、CT三维重建等影像学手段来进一步辅助进行骨折分类、诊断病情，从而为制定手术方案与确定内固定装置提供有效的参考[9-10]。CT三维重建是骨科疾病中广泛应用的术前检查，与二维影像差异性显著，三维图像可直观显示骨折位置，股骨转子部骨折六部分骨折分型是在CT三维重建图像基础中充分显示股骨转子部三维结构分为的六个部分骨折分型，与传统骨折分型(如AO、EcansI型)比较，有明显的优势[11-12]。

随着目前计算机技术水平的提升，在骨科不同疾病中广泛应用计算机技术，以提高骨科疾病的诊治水平，计算机辅助系统是目前的新兴技术，能够对三维CT重建成像的股骨转子间骨折分型有更好地评估[13-14]。本研究通过股骨转子间骨折分的三维CT重建成像后，应用计算机辅助系统的图像预处理、图像分割、纹理检测、区域划分及图像分类来经进一步得出骨折分型。图像预处理可降低三维CT图像中的干扰信息，增强推向质量，将当中损伤的特征信息进一步展示，提高特征信息的可检测性，进一步降低运算难度，增强特征抽取、图像分割、匹配及辨别的准确性。在图像预处理阶段，计算机辅助系统中的高斯滤波器可针对图像实现平滑的降噪处理，因为通常三维CT重建图像易由于不同强度的随机信号所影响，一般图像的噪声存在脉冲噪声、高斯噪声等，滤波可减少噪声对图像的影响。图像分割的效果对评估结果有一定的影响，所以本研究在图像分割上采用了Canny边缘检测算法[15-16]。既往研究报道[17-18]，Canny边缘测算法是其他边缘检测方法中经典算法之一，且测算的准确度高。图像分类是计算机辅助系统分析三维CT重建成像的最后一步，按照六部分骨折分型方法，在之前图像分割步骤中，取得转子部六个三维结构图像，检测骨折线，与正常股骨上段图像展开对比进一步得出诊断结果[19-20]。

本研究通过对128例股骨转子间骨折患者采用三维重建图像分型评估发现，计算机辅助系统联合医师共同诊断股骨转子间骨折分型符合率为99.22%，计算机辅助系统诊断股骨转子间骨折分型符合率为89.06%，医生诊断股骨转子间骨折分型符合率为97.66%，提示联合公共诊断股骨转子间骨折分型的准确率较高。单独采用计算机辅助系统诊断骨折分型的诊断率显著低于医师诊断，可能与计算机辅助系统未完全把图像中的骨折线全部评估，可能与计算机辅助系统把股骨子部正常解剖结构在图像中重叠位置判断为骨折线密切相关。

综上所述，基于计算机辅助系统对三维CT重建成像的股骨转子间骨折分型具有良好的鉴别效果，同时配合医生临床应用具有较高的准确率。但由于本研究样本量较小，对不同部分骨折分型识别上未见明显区别，未来还需进一步深入探讨在不同骨折分型的差异性。