基于近端桡骨形态的远端桡骨畸形愈合矫正三维形状补全模型开发与临床评估

这篇研究开发了一种基于统计形状模型（SSM）的桡骨形状补全模型，通过健康桡骨近端88%的形态预测远端12%结构（含常见骨折区域）。模型在100例CT数据训练后，旋转误差（径向倾斜2.6°±1.7°、掌倾角3.6°±2.2°）和位移误差（延长1.7±1.1 mm）均达临床可用标准，为10%无法使用对侧桡骨模板的畸形愈合患者提供了精准三维手术规划新方案。

　　

Abstract
研究团队针对远端桡骨畸形愈合矫正手术中10%患者无法使用对侧桡骨作模板的临床难题，开发了基于近端桡骨形态预测远端结构的形状补全模型。通过100例健康桡骨CT数据训练统计形状模型（SSM），采用高斯过程回归（Gaussian process regression）优化超参数后，模型仅需近端88%骨段即可预测含骨折区域的远端12%结构。

Introduction
远端桡骨骨折年发病率达138/10万，17%会发展为需截骨矫正的畸形愈合。传统三维规划依赖对侧桡骨镜像匹配，但6%患者存在双侧骨折，另有4%因对侧畸形无法参考。团队前期数据显示6.5%患者需替代方案，而现有预测大段骨结构的模型（如Mauler等预测50%远端）局部误差较大。

Methods
研究纳入100例健康桡骨CT（层厚0.6-0.75 mm），随机分配80例训练SSM、10例验证、10例测试。坐标系以桡骨头中心为原点，Y轴沿桡骨长轴至远端中央嵴，Z轴指向尺骨切迹（图1）。形状补全模型通过非刚性配准建立点对应关系，经广义普氏分析（GPA）获取主成分，最终选用噪声20、sigma100、scale5的超参数组合。

Results
测试集显示：

• 旋转误差：径向倾斜2.6°±1.7°、掌倾角3.6°±2.2°、轴向旋转2.6°±2.8°
• 位移误差：背侧移位0.7±0.6 mm、桡侧移位0.8±0.5 mm、延长误差1.7±1.1 mm
• 模型紧凑性：前5个主成分解释95%变异（图4），最大Hausdorff距离7.38 mm（模型8）
  热图显示误差主要集中于远端掌侧面和长度方向（图5），但长度误差可通过完整尺骨进行术中校正。

Discussion
与健康人群双侧差异相比，模型在径向倾斜（2.6° vs -0.6°）和掌倾角（3.6° vs 0.13°）误差更大，但轴向旋转（2.6° vs 5.0°）更优。虽然当前误差水平暂不支持替代健康对侧桡骨参考，但对无合适对侧模板的患者，其精度已优于群体均值模型。研究创新性在于：

1. 首次针对远端12%关键区域优化预测
2. 采用临床相关指标（如掌倾角φ_z
   ）评估
3. 发现延长误差可通过尺骨长度补偿（文献19）

未来可通过纳入更多训练数据或融合远端非对称特征（如Sepasian提出的几何特征）进一步提升精度。该模型为减少辐射暴露的个性化手术规划提供了新思路。