AAFD：传统的 X 光片是不够的！我需要三维

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摘要

越来越多的文献表明，3 维 (3D) 负重计算机断层扫描 (WBCT) 成像克服了传统二维成像在足踝手术中的固有限制。这似乎对成人获得性扁平足畸形 (AAFD) 的研究和临床管理产生了重大影响，AAFD 根据定义是一种 3D 复杂畸形。在这项研究中，我们回顾了最近关于在 AAFD 中使用 WBCT 的文献，从对与常规 X 线摄影和非站立 CT 相关的偏差的批判性分析开始。然后，我们专注于负载对 AAFD 中足部和脚踝 3D 架构的影响。最后，我们讨论了使用 WBCT 治疗这种疾病以及作为手术计划工具的益处和未来前景。

负重计算机断层扫描 (WBCT) 仍然经常被认为是 3 维 (3D) 计算机断层扫描 (CT) 扫描，“只是因为它是负重而更好”。由于我们的培训，我们习惯于通过智能结合来自传统 CT 的 3D 方面和来自复杂足踝畸形的传统 X 线片的负重 (WB) 方面来提取相关信息。在更标准的情况下，例如大多数前足病变，3D 方面大部分时间都是看不见的。因此，WBCT 的适应症似乎并不那么明显，并且被认为在全球大多数地方都可用的传统放射线照相序列被认为提供大致相同数量的信息这一事实破坏了，这与我们的培训保持一致。

然而，这是一个错误的假设。最近，许多研究表明 WBCT 在评估足部和踝部的任何角度或测量值方面具有优势但传统的站立式 X 光片和非站立式 CT 低估了严重畸形的解剖学改变，特别是在成人获得性扁平足畸形中(AAFD)。一般而言，WBCT 很重要，不仅因为它强调关节间隙狭窄和撞击综合征等某些情况，“因为它是负重的”，而且主要是因为它可以防止与非 WBCT 常规放射成像序列相关的偏差，“因为它是 3D和负重。” 在这项革命性的新技术中，最重要的一个方面是可以在 3D 中进行测量。

考虑到这一点，AAFD 是从 WBCT 的进步中受益最多的条件之一。作为 3D 畸形，使用传统方式很难评估。这解释了 AAFD 的大量现有测量，但没有一个成为黄金标准，因为不可能在一次测量中捕获 AAFD 的 3D 方面。现在，WBCT 已经在改变这种模式，使用创新的图像处理软件，未来看起来更有希望。

与 AAFD 中的常规 X 线 - 常规 CT 序列相关的下降

AAFD 与任何其他足部和踝部疾病在与传统 X 线摄影 CT 序列相关的跌倒方面没有什么不同。作为一个由 28 块骨头和 34 个关节结构组成的复合体，使用传统 X 光片评估的足部和脚踝被描绘成一个改变的 2D 图像，在许多方面与现实不同。已知的两个主要变化是骨骼和关节的叠加以及投影偏差。叠加是将空间分布的单个骨骼和关节堆叠在单个 2D 平面上，导致难以分析每个骨骼的确切位置。这需要在精神上对生成的图像进行反向投影，这是一个耗时且不可靠的过程。在投影偏差中，讨论最多的是旋转失真和扇形效应。旋转偏差相当于阴影改变形状，具体取决于对象相对于光源的旋转方式。当源和/或目标胶片相对于物体发生位移时，观察到相同的效果（这称为设置或操作员相关的偏差）。扇形效应与入射 X 射线不平行这一事实有关。它们彼此发散，散布物体的内部特征，从而导致图像被放大和扭曲。最近的一项研究表明，足部相对于入射 X 射线的旋转如何影响尸体肢体和数学模型的后足对齐测量（图1）。在任一方向的前 30 度，后足对齐值更改了 30%。这一事实可能特别不利于 AAFD 的管理，因为选择不同的截骨方式会显着影响减少或平移能力。因此，基于传统的射线照相测量，仅选择动力不足或动力过强的截骨术来治疗我们的患者是可能的。提倡使用 WBCT 作为 AAFD 管理标准的主要优势是重测的可重复性。在这种成像模式中，作为标准程序（质量保证测试，Q&A），使用已知密度和尺寸的模型定期检查获取患者解剖结构的体积的稳定性。这确保了可操作的 WBCT 准确再现现实。

图1：根据 Baverel 等人的研究，足部旋转过程中后足对齐的变化。

在牙科领域，Mozzo 等人在 1990 年代后期引入了锥形束 CT。在过去的 20 年中，这使得使用定制手术导板开发个性化手术成为可能。在足部和踝部，特别是在 AAFD 中，使用传统序列是不可能的。WBCT 可能也是在我们的专业中实现这种突变的第一步。传统设置的另一个主要缺点是辐射剂量，考虑到 AAFD 通常是一种需要测量和 3D 分析的病理学。最近的研究表明，WB 3D 肢体锥形束 CT 在评估足部和踝部方面优于传统 CT，辐射暴露更少（图 2-4）。

图 2：通过负重计算机断层扫描对站立期间双脚进行三维重建，从背外侧 (A) 和后侧 (B) 进行总体概述。

图 3：尤其是从距舟关节观察的矢状切面。

图 4：通过软组织重建（上）目视评估后足，然后评估胫距和距下关节以及检测跟腓撞击的可能性（下）。

总体而言，在作者大约 8000 次 WBCT 扫描的经验中，估计总辐射暴露量每年减少了 6000 mSV，分配时间为每年 15,800 小时。这证实了先前的文献和牙科领域的经验。这些节省可以通过一次检查即可执行对齐评估和精细的 3D 骨和关节空间分析来解释。Richter 等人还发表了关于双侧站立 WBCT 系统比传统 CT 或 X 线摄影进行更好测量的能力的研究报告。Carrino 等人和 Demehri 等人也得出了类似的结论[/url]证实 WBCT 在评估足部和脚踝方面优于多排 CT，辐射暴露更少，并且锥形束 CT 扫描更适合评估骨骼解剖结构，具有良好的观察者间可靠性。综上所述，在评估 AAFD 时系统地使用 WBCT 成像可以避免投影偏差，从而使用可靠的 3D 和 WB 测量来进行更精确的手术计划，同时减少对患者的辐射影响并显着节省时间。

负载对 AAFD 中足部和踝部 3D 结构的影响

自 2008 年在直立位置引入锥形束 CT 技术以来，关于在 AAFD 中使用 WBCT 的文献产量一直在增加。在更新的 pubmed 搜索（2018 年 11 月）中，使用搜索词“负重”，“站立”、“CT”、“锥形束”和“锥形束”，13/73 篇论文涉及 AAFD，这是一种通过病理排列和软组织松弛相结合的病理学，已知足部和踝部的结构受承重影响很深。

AAFD 最初被描述为胫后肌腱 (PTT) 的孤立功能障碍的结果，是一种常见且复杂的疾病，其特征是多种畸形组合。它在足部整个内侧纵弓的严重程度和位置可能不同，并且与多个软组织结构的失效有关，包括距舟关节囊、三角韧带和其他足弓支撑韧带，其中弹簧韧带是最重要的. 这些结构的缺陷可能发生在 PTT 失效之前或之后。导致的畸形是距骨头扁平、足底和内侧迁移、距舟关节足外展、足中关节移位和后足外翻的组合。WB 射线照片是标准的成像方式，并且已经描述了不同的测量作为评估畸形的工具。然而，WBCT 的使用正在迅速扩大，并且可能允许更详细地了解这种复杂的 3D 畸形，而使用 2D 射线照片或传统的非 WBCT 来表征这种畸形一直具有挑战性。

这一直观已知的事实是足部的 3D 配置，特别是在涉及软组织松弛的 AAFD 等情况下，在过去的文献中使用模拟 WBCT 已经知道并研究了负载下的变化。Ananthakrisnan 等人在 1999 年调查了 4 名健康对照和 8 名 AAFD 患者的 PTT 破裂，使用 750 N 轴向力在仰卧位使用定制加载框架施加，发现距跟关节接触面减少。Greisberg 等人在 2003 年观察到 37 名 AAFD 患者的距舟角和舟楔角减小，并且跖跖骨半脱位增加。费里等人，2008 年，将 8 名健康对照组与 15 名 AAFD 受试者进行比较，发现对照组在 WB 期间前足弓角度降低了 29%，而 AAFD 患者的这一数值为 52%。Kido 及其同事也使用自定义空间框架，但患者 WB 接近完整，在 2 项独立研究（2011 年和 2013 年）中比较了大约 20 名患者和对照，发现距骨跖屈和外翻更多，而跟骨更多背屈和外翻，舟骨更多旋转和外翻，第一跗骨更背屈。使徒等人通过模拟 WBCT 研究了 22 只有症状足部的距下半脱位，得出的结论是距下关节的外翻方向可能在这种情况的病因中起作用。除了通过展示传统在 AAFD 相关文献中使用的骨定位和传统角度和距离的变化之外，在传统 CT 中引入模拟负重也证明了使用 WB 来揭示骨撞击的重要性。例如，Malicky 等人在 2002 年使用 750 N 空间框架，发现 19 名 AAFD 患者距跟骨窦撞击的发生率为 92%，而 8 名健康对照者为 0%，66% 的患者存在腓骨下跟骨撞击。 AAFD 与对照中的 5%。随后的作者发表了类似的结果。巴格等人在新兴技术专题综述中总结了 2017 年的大量文献。然而，在同一篇论文中，作者评论了“模拟 WB”的缺点，即与锥形束 CT 相比，WBCT 的辐射剂量比传统 CT 少 5 到 10 倍。此外，模拟的 WB 设置显然不对应于自然的、双边的、完整的 WB 站姿这一事实解释了正常软组织基线对站姿的反应，特别是肌肉和肌腱张力，这会对 3D 架构产生影响这些方法没有准确地考虑到足踝复合体的情况。还应提及这些方式中使用的空间加载框架的成本和缺乏标准化。

最近发现锥形束 CT 扫描更适合评估骨骼解剖结构，具有良好的观察者间可靠性。科迪等人使用 WBCT 分析 AAFD 患者的距骨解剖和距下关节排列。本研究共招募了 45 名 II 期扁平足畸形患者和 17 名对照患者。使用 2 个角度评估距下关节对齐：（1）距骨下关节面与水平线之间的角度，以及（2）距骨下关节面和上关节面之间的角度。两组的两个角度都有显着差异。具体来说，已经证明扁平足畸形患者的距骨解剖结构具有更多的先天外翻和距下关节更多的外翻排列。该信息可能用于识别潜在畸形进展风险较高的患者。Krahenbähl 等人分析了 40 名胫距骨关节炎患者和 20 名健康对照者的距下关节方向。通过使用 WBCT 测量距下垂直角来评估距下关节。比较健康对照组和受影响关节之间的内翻和外翻关节揭示了距下垂直角测量值的显着差异。这项研究的结果表明，距下关节的方向可能是 AAFD 患者发生踝关节骨关节炎的重要因素。同样，Probasco 等人和 Kunas 等人[size=1.2][url=]都关注 AAFD 的围牙周半脱位[/url]证实了 WBCT 图像上后距下关节的冠状面评估如何帮助确定一些患者的外翻方向增加，这些患者发生 AAFD 的风险较高。值得注意的是，正在进行研究以评估中距下小关节作为距周半脱位标志物的作用，并评估中小关节未覆盖是否可以诊断 AAFD。此外，在最近的一项前瞻性 2 级临床研究中，de Cesar Netto 等人研究了 3D WBCT 足部和踝部数据集中 AAFD 测量的可靠性。在这项研究中，对 20 名患者的 20 英尺进行了坐着和站立时的评估，使用了 19 种众所周知的 AAFD 测量，这些测量适用于 3D WBCT 设置。所有测量均由 3 名独立观察者重复，并测试观察者内和观察者间的可靠性。尽管在两种情况下测量的可靠性都很好，但发现 19 次测量中有 18 次与 WB 不同，非 WBCT 低估了畸形的重要性。发现最可靠的测量值是内侧楔形到地板的距离，在非 WB 图像上平均为 29 毫米 [95% 置信区间 (CI)=28-31 毫米]，在非 WB 图像上平均为 18 毫米 (95% CI=17- WB 图像上为 19 毫米），前足弓角度 [平均，13 度（95% CI = 12-15）vs.[url=]图 5[/url]）。在其他 2 项 2 级前瞻性研究中，de Cesar Netto 和同事还调查了 WBCT 中后足对齐测量的观察者内和观察者间可靠性，发现这些结果实质上几乎完美，比临床评估好得多，不受研究者经验的影响。此外，Jeng 及其同事在 2018 年调查了扁平足患者的距跟腓骨和跟腓骨撞击，报告的患病率分别为 38% 和 35%。有趣的是，他们还评估了健康对照组的跗骨窦体积，证明当将脚从内翻到外翻时，跗骨窦体积会显着减少，从而可能导致侧向疼痛和软组织撞击。鉴于所有这些数据，并考虑到我们自己的经验，似乎越来越多的人一致认为 WBCT 优于所有其他关于 AAFD 足踝复合体骨解剖学的调查方法。我们主张 WBCT 应成为这种情况下测量和术前计划的新黄金标准

图 5：一些成人获得性扁平足畸形测量的例子是对被诊断患有成人获得性扁平足畸形的患者的负重计算机断层扫描图像进行的。A，内侧楔形到地面的距离（冠状面）。B、前足弓角（冠状面）。C，舟骨到地板的距离（矢状面）。D，长方体到地板的距离（矢状面）。
使用 WBCT 作为手术计划工具的好处和未来前景

如前所述，WBCT 结合了 WB 和 3D 成像的优点。然而，这一声明包含了关于手术计划的全新挑战的种子，特别是对于 AAFD，考虑到 3D 对于手术程序的成功至关重要。因此，WBCT既是一个解决方案，也是一个新问题。在之前使用传统放射线照相术和 CT 的配置中，问题在于对体积或重量的影响视而不见，并且必须通过我们自己的解释来弥合差距，这仅取决于我们的经验或“在 3D 中查看”的能力。” 然而，有了 WBCT，这种情况就不再存在了，新的问题是所提供的大量信息。这产生了未来研究必须回答的三个主要问题。

什么是 3D 测量？

由于今天的外科医生已接受过使用当前 2D 技术进行测量来计划 AAFD 手术的培训，因此任何尝试使用新模式的第一步都是验证这些测量的使用。看看现有的文献，可以肯定地肯定这就是我们在前一章看到的情况。然而，角度和距离并不能完全适应 WBCT 环境，因为它们既耗时又使 WBCT 数据集中包含的太多信息蒙蔽了双眼。时间消耗与在 2D 投影上绘制角度仅涉及确定 3 个点和绘制 2 条线的事实有关。在 3D 环境中，还必须使用表面解剖标记以可重复的方式找到执行此操作的单个平面。此外，这个平面可以在 3D 空间中倾斜。2017年，对卷中包含的大部分信息视而不见与以下事实有关：定义角度的 3 个地标只能包含在一个平面中，因此只能描绘同一唯一平面中包含的信息。因此，体积中包含的其余信息不可用，并且需要在其他平面上进行多次测量，这更加耗时，因此在临床环境中不实用。

3D 测量只是冰山一角吗？

三维测量只是前面一系列令人印象深刻的挑战的开始。WBCT 输出是 3D WB 足部和脚踝及其内部结构的完整模型这一事实理论上允许研究解剖学、诊断、治疗计划和预后的每个可能方面。与标准射线照片相比，其中包含的信息仅与可以在单个普通胶片上以像素（表面单位）执行的测量次数一样重要，单个 WBCT 数据集可能包含多达一百万体素（体积单位）包含每 4 条信息（x、y和z坐标+HU 或骨密度）。当技术将被开发以有效地提取每条可用和临床有用的信息时，AAFD 的新研究领域和临床应用的可能性将是无穷无尽的。但是，在这种情况下，如果没有实用的 WBCT/外科医生界面的帮助，将很难充分利用这些丰富的新数据。以笔者的经验来看，这是当今WBCT制造商面临的最重要的挑战。在实践中，使用的第一步是通过智能软件获得对骨骼的完整、自动识别，以便能够计算轴。由于关节炎和金属制品的存在，该任务变得非常困难，关节炎导致关节中的骨接触。然而，一旦实现这一目标，x , y , z )，其平均值和密度，包括以正常密度模式自动检测骨折线、囊肿和其他破裂。

此外，数字图像分析的最新发展已启用距离映射，其中颜色代码呈现关节空间变窄的 3D 布局，这在调查距下关节和跗骨窦的状态时可能在 AAFD 中特别有用（图 6）。然后可以通过另一组空间坐标相对于所有其他骨骼和 WB 平面定义其在空间中的位置。在这个阶段，毫无疑问，高效的界面将有助于充分利用每位 AAFD 患者的大量数据。此外，这将有助于有效检测 AAFD 的早期形式，并区分塌陷风险高或低的病例。通过根据下垂在 3D 解剖结构中发生的位置来决定哪种手术更适用，可以潜在地改进手术计划。新的光子检测模式也可能能够区分韧带、肌腱和骨组织，帮助外科医生将这些信息纳入治疗算法。

图 6：来自负重计算机断层扫描图像的足部距离映射分析示例。
AAFD 的个性化手术是否可行（如种植牙）？

个性化手术已经可用，并以定制切割导板的形式广泛用于下肢，用于全膝关节置换术以及股骨和胫骨截骨术。然而，这些都是基于使用非白平衡成像，再加上白平衡平片。他们当然应该受益于最近即将推出的新版本 WBCT 机器，其中可能包括对膝关节进行 WBCT 扫描的可能性。

在足部和脚踝领域，已发表使用外科医生构思的指南来纠正创伤后或先天情况下复杂的 3D 畸形的案例。定制引导式全踝关节置换术的经验仍然有限，但很有希望。与膝关节一样，这种经验仍然局限于 WB 射线照片和 CT 的常规成像序列。在作者看来，毫无疑问，在如此高要求的重新调整程序中，WBCT的好处应该由业界调查。

幸运的是，已经取得了许多进展，根据作者的经验，这些进展已经对 AAFD 患者的 WBCT 日常临床使用产生了显着和积极的影响。特别是，在重新定义后足对齐测量方面取得了重大进展。Burssens 等人最近发表了一项研究，描述了一种使用 WBCT 测量后足对齐的临床相关且可重复的方法。60 名患者参加了这项前瞻性研究，包括 2 组：30 名内翻对齐患者和 30 名外翻对齐患者。使用 3 个不同的角度测量后足对齐：通过跟腱和跟骨平分线 (HAACL)，通过使用设置为 45 度的倾斜度的标准方法（模拟长轴视图）（HAALA），以及通过新方法它结合了胫骨的倾角（解剖轴）和距骨和跟骨的倾角（距跟角）（HAANOV）。新的后足角度评估与以前的后足角度呈正相关，与临床对线评估的相关性很高，并且具有出色的可靠性。

Lintz 等人使用不同的方法，在 2017 年基于对后足对齐的体积分析，在 WBCT 测量中传播了3D 生物识别的概念，由 4 个解剖标志而不是定义平面的 3 个点定义。正如 Saltzman 和 Khoury 所描述的，33 后足对齐的3D 生物特征用于后足对齐的原理基于通过偏移定义后者，在踝关节和足部 WB 表面之间显示出比胫骨更好的标志性质量。结果以脚踝偏移 (FAO) 的形式给出（图 7）。在实践中，这种测量是通过专用软件半自动进行的，该软件根据外科医生选择的地标计算 FAO。该技术已经证明了出色的观察者内和观察者间可靠性（分别为 0.99 和 0.97）、值的高斯分布以及对于腔内翻和扁平外翻病例的正常病例和病理病例之间的高区分力。具体来说，分析了 135 名患者的数据集：57 名后足正常，38 名后足内翻，40 名后足外翻。粮农组织被描述为由体重和地面反作用力的联合作用在脚踝中产生的扭矩的杠杆臂。在中性后足对齐的患者中，平均 FAO 值为 2.3% (SD: 2.9%)。在内翻和外翻对齐的患者中，偏移量分别为 -11.6% (SD: 6.9%) 和 11.4% (SD: 5.7%)。这项试点研究的结果表明，足部和踝部偏移的测量可用作后足对齐评估的工具。

图 7：使用 TALAS、CubeVie (CurveBeam) 的半自动测量示例。获取第一（met1）、第五（met5）、跟骨和距骨的三维坐标（x、y、z平面）。三脚架由M1（第一跖骨）、M5（第五跖骨）和C（跟骨）坐标形成的三角形表示。F 代表踝关节旋转中心的理想位置，它位于三脚架的平分线上。T 代表该特定患者距骨最近端和中央方面的位置，即踝关节的中心。

总之，对于关注的观点和挑战，在 AAFD 中使用 WBCT，首先需要软件可以自动检测骨骼的相对位置。这将有助于开发新的测量和规划工具，这些工具必须根据今天使用以前已知的二维测量获得的经验进行测试和验证。

结论

经过几年的经验和过去关于在 AAFD 中使用 WBCT 的文献看来，传统的 X 线片和传统 CT 的序列不太可靠（由于固有的投影偏差）并且导致更多的辐射。特别是在将 AAFD 作为 3D 畸形进行管理时，现在必须进行 3D 分析。这就是为什么在临床实践中必须考虑使用“三维”（生理站立位置）的原因。为实现这一目标，WBCT 成像应成为术前检查、治疗计划和术后随访的新标准。