PET/CT引导导航辅助清创术治疗胫骨骨折相关性感染：一项回顾性队列研究

《Journal of Orthopaedic Translation》：PET/CT-guided navigation-assisted debridement for tibial fracture-related infection: a retrospective cohort study

　　

专业摘要翻译： 骨折相关性感染（fracture-related infection, FRI）是骨折后的一种严重并发症。清创术在FRI治疗中起决定性作用，但精确清创仍是手术挑战。本研究将[18F]FDG PET/CT引导的导航辅助清创术应用于胫骨FRI的治疗，并与传统手术方法进行比较。该新技术有望实现FRI病灶的精确、彻底清创。 方法：研究人员对2021年4月至2024年4月期间在我院治疗的胫骨FRI患者进行回顾性分析，共纳入78例患者，分为导航组（37例）和常规组（41例）。两组均接受两阶段Masquelet技术手术。导航组在第一阶段清创中，利用术前[18F]FDG PET/CT进行病灶勾画，并在全流程智能数字化骨科手术系统（Navi-OR 1）导航下完成感染灶清创；常规组则依据术者经验进行清创。主要结局指标为感染复发率，次要结局指标包括视觉模拟评分（visual analogue scale, VAS）、焦虑自评量表（self-rating anxiety scale, SAS）、下肢功能量表（lower extremity functional scale, LEFS）及日常生活活动能力（activities of daily living, ADL）评分。 结果：导航组感染复发率显著低于常规组（10.8% [4/37] vs. 29.3% [12/41]；χ2 = 4.064，p = 0.044；绝对风险降低18.5个百分点；比值比：0.293，95% CI：0.096 – 0.971）。导航组平均随访时间为29.5 ± 3.8个月（范围：24 – 37个月），常规组为31.0 ± 7.9个月（范围：24 – 56个月）。末次随访时，导航组ADL和LEFS评分显著优于常规组（p < 0.05），VAS和SAS评分显著低于常规组（p < 0.05）。 结论：PET/CT引导导航辅助清创术似乎是胫骨FRI的一种可行手术方法，在降低感染复发和改善功能结局方面具有潜在优势。然而，仍需进一步开展标准化方案的前瞻性多中心研究以证实其临床价值。 本文的转化潜力：本研究首次将PET/CT引导的导航辅助清创术应用于胫骨FRI，术前PET/CT辅助勾画疑似感染灶，术中光学导航系统实时引导，实现感染病灶的精确、彻底清创，最大限度地保留健康组织，并显著降低感染复发率。

论文解读：

一、研究背景与目的

骨折相关性感染（fracture-related infection, FRI）是骨折后的一种严重并发症，常由开放性骨折处理不当引起，对患者而言是毁灭性的治疗挑战。FRI的发病率因受累骨骼和骨折严重程度而异，范围为1.8%至27%。胫骨尤其易感：其内侧软组织覆盖薄，易发生开放性骨折；且胫骨血供脆弱，损伤易破坏血管网络，促进FRI发生，使其成为此类感染最常见的部位。清创不彻底与高复发率相关，被认为是治疗失败的主要原因。彻底清除感染坏死骨组织是治愈FRI的基石。目前清创的通用标准是“胡椒征”，这是评估骨活力的指标。然而，“胡椒征”是术者的主观评估，不同术者解读存在差异，实践中常导致清创不足或过度。清创不足可能导致感染复发，文献报道感染复发率高达20%-30%；而清创过度则可能导致大量健康骨组织丢失，加重骨缺损，使后续骨重建复杂化。因此，感染的精确清创一直是临床研究的焦点。近年来，随着微创手术和精准医学的发展，导航辅助技术在骨科手术中因其安全性、准确性和快速性而被越来越多地采用。然而，目前尚无关于导航辅助清创FRI病灶的研究发表。本研究旨在应用[¹⁸F]FDG PET/CT引导的导航辅助清创术治疗胫骨FRI，并与传统手术方法比较其疗效。

二、研究内容与结论

研究人员对2021年4月至2024年4月期间在某医院治疗的胫骨FRI患者进行回顾性分析，共纳入78例，分为导航组（37例）和常规组（41例）。两组均接受两阶段Masquelet技术手术。导航组在第一阶段清创中，利用术前[¹⁸F]FDG PET/CT进行病灶勾画，并在全流程智能数字化骨科手术系统（Navi-OR 1）导航下完成感染灶清创；常规组则依据术者经验进行清创。主要结局指标为感染复发率，次要结局指标包括视觉模拟评分（VAS）、焦虑自评量表（SAS）、下肢功能量表（LEFS）及日常生活活动能力（ADL）评分。结果显示，导航组感染复发率显著低于常规组（10.8% vs. 29.3%，p = 0.044；绝对风险降低18.5个百分点；比值比：0.293，95% CI：0.096 – 0.971）。Kaplan-Meier生存分析显示两组无复发生存差异有统计学意义（Logrank p = 0.048；HR = 0.362，95% CI：0.133–0.989）。导航组透视次数显著减少（p < 0.0001），住院时间显著缩短（p < 0.01），并发症发生率更低（18.9% vs. 41.5%，p = 0.045）。末次随访时，导航组ADL和LEFS评分显著优于常规组（p < 0.05），VAS和SAS评分显著低于常规组（p < 0.05）。该研究首次将PET/CT用于FRI病灶边界的术前规划以指导术中清创，也是首次将计算机导航应用于FRI清创手术。

三、关键技术方法

本研究采用的主要关键技术方法包括：（1）[¹⁸F]FDG PET/CT成像（uMI Vista；联影医疗；中国上海）：注射示踪剂60分钟后采集图像，低剂量CT用于解剖定位和衰减校正，三维模式采集PET发射数据，采用有序子集期望最大化算法重建。以标准化摄取值（standardized uptake value, SUV）≥ 2为阳性阈值，结合CT形态学多平面相关解读，由两名经验丰富的核医学医师判读。（2）全流程智能数字化骨科手术系统（Navi-OR 1）：包含术前规划模块和术中导航模块，提供智能手术规划、高精度光学跟踪和连续实时三维可视化导航。系统注册精度以基准标记的均方根误差（root mean square error, RMS）量化，< 0.5 mm；模型实验显示平均导航定位误差≤ 0.3 mm，精度测量遵循ASTM F2554-22标准。（3）术前规划流程：将PET/CT DICOM格式数据导入导航系统，自动配准PET和CT数据生成三维容积，从CT数据重建三维骨模型并裁剪至胫骨区域，在轴位PET/CT图像上逐层手动分割感染病灶，完成分割后系统进行感染病灶三维重建，以彩色覆盖区分感染骨与健康周围组织。（4）术中导航流程：患者仰卧位，导航软件启动并导入术前规划数据，组装校准探针和参考架，将患者参考架牢固固定于患侧胫骨，采集正位和侧位X线图像，使用2D/3D图像配准算法与术前CT数据配准，实现患者解剖结构与术前模型的实时空间对齐。配准后，在光学跟踪下使用校准探针验证导航精度，确认物理位置与虚拟表示之间的偏差在可接受容差内。（5）两阶段Masquelet技术手术：两组均接受该术式，包括第一阶段清创术（FSS）和第二阶段骨重建术（SSS）。导航组FSS在Navi-OR 1下进行，常规组FSS依据术者经验进行。FSS后根据临床表现和炎症指标评估感染治愈情况，若感染复发则重复FSS，若治愈则在FSS后8周行SSS。SSS两组相同，按标准Masquelet第二阶段方案进行骨重建。样本队列来源为2021年4月至2024年4月在某医院治疗的胫骨FRI患者78例。

四、研究结果

（一）患者人口统计学特征

导航组纳入37例胫骨FRI患者，其中男性25例，女性12例，平均年龄52.0 ± 12.5岁，感染中位持续时间6（3, 15.5）个月。常规组纳入41例，男性30例，女性11例，平均年龄52.4 ± 12.8岁，感染中位持续时间12（5, 27）个月。两组在年龄、性别、BMI、感染持续时间、窦道、受累侧、病因、合并症、既往手术次数等方面差异均无统计学意义（均p > 0.05）。FRI分类的F、R、I三个要素两组间无显著差异（p = 0.320、0.382、0.119）。Cierny-Mader解剖类型（III型：24.3% vs. 22.0%；IV型：75.7% vs. 78.0%；p = 0.804）和生理分级（A级：37.8% vs. 26.8%；B级：62.2% vs. 73.2%；p = 0.298）两组间相当。骨缺损长度、软组织缺损率、软组织缺损面积及微生物谱两组间也相当（均p > 0.05）。两组基线特征匹配良好，证实两组可比性。

（二）临床结果

导航组随访24 – 37个月（平均29.5 ± 3.8个月），常规组随访24 – 56个月（平均31.0 ± 7.9个月），差异无统计学意义（p = 0.297）。导航组33例单次FSS后感染控制，4例复发（FSS后1、1、2、5个月），二次清创后治愈。常规组29例单次FSS后控制，12例复发（FSS后1个月[n=6]、2个月[n=1]、3个月[n=1]、4个月[n=1]、7个月[n=1]、8个月[n=1]、12个月[n=1]），其中8例两次FSS后治愈，3例三次FSS后治愈，1例FSS后12个月复发最终截肢。两组24个月后均无复发。复发率导航组10.8%（4/37）vs. 常规组29.3%（12/41），差异有统计学意义（χ² = 4.064，p = 0.044；绝对风险降低18.5个百分点；比值比：0.293，95% CI：0.096 – 0.971）。Kaplan-Meier生存分析显示两组无复发生存差异有统计学意义（Logrank p = 0.048；HR = 0.362，95% CI：0.133–0.989）。12个月无复发生存率导航组89.2%（33/37），常规组70.7%（29/41）。导航组透视次数显著低于常规组（p < 0.0001），住院时间显著缩短（p < 0.01），并发症发生率更低（18.9% vs. 41.5%，p = 0.045）。手术时间、医疗费用和随访时间两组相当（p > 0.05）。两组FSS前及SSS前炎症指标CRP、ESR、WBC、NEU%、PCT、IL-6差异均无统计学意义。与FSS前相比，两组SSS前CRP、ESR、WBC、NEU%、PCT、IL-6均显著下降（p < 0.05）。末次随访时，两组ADL和LEFS评分均显著高于FSS时（p < 0.0001），SAS和VAS评分显著低于FSS时（p < 0.0001）。FSS时两组ADL、LEFS、SAS、VAS评分差异无统计学意义（p > 0.05）。末次随访时，导航组ADL和LEFS评分显著高于常规组（p < 0.05），SAS和VAS评分显著低于常规组（p < 0.05）。

（三）典型病例

患者为41岁男性，因车辆碾压致右胫骨远端骨折。伤后15天在本地医院行切开复位内固定术，术后出现胫前皮肤坏死、伤口感染和骨髓炎。第25天行清创术，伤口覆盖真空封闭引流（VSD）系统。第50天转入该院。术前微生物学分析鉴定奇异变形杆菌为感染菌。术前[¹⁸F]FDG PET/CT显示右胫骨骨折端局灶性示踪剂聚集。将PET/CT DICOM数据导入Navi-OR 1术前规划模块勾画感染灶范围。在术中导航模块引导下行FSS，完全切除感染组织。骨缺损填充含抗生素骨水泥，游离股前外侧皮瓣重建胫前软组织缺损，伤口顺利愈合。两个月后行SSS，切除骨水泥，取髂骨外板皮质，碎化为0.3 cm骨粒，植入骨缺损，全层缝合皮肤。SSS后两个月随访X线显示骨移植部分融合，患者可拄拐行走。SSS后四个月随访X线确认骨完全愈合，患者可脱拐行走并完全负重。末次随访（术后29个月）功能评分：ADL 85，LEFS 69，VAS 0，SAS 28。

五、讨论与结论

讨论部分指出，胫骨FRI导致住院时间延长、医疗费用增加、骨折愈合受损，对患者预后产生显著负面影响。根治性清创是胫骨FRI手术治疗的基础，是提高治愈率和降低复发率的关键措施之一。将感染灶视为低度恶性肿瘤进行“扩大”切除和“积极”清创可显著降低感染复发率，但不可避免地增加骨和软组织缺损程度。感染灶的精确成像和合理术前规划是实现感染彻底清创的基础。目前检测FRI病灶的主要影像学方法包括X线平片、CT、MRI和PET。X线平片敏感性较低；CT受金属植入物干扰严重，且对尚未引起结构性骨改变的感染灶显示不佳；MRI难以区分水肿与感染灶，特异性相对较低。PET/CT在功能成像方面优于CT和MRI，不产生植入物相关伪影，可更精确地显示感染灶。[¹⁸F]FDG在感染条件下，白细胞募集伴随葡萄糖转运蛋白数量增加、转运蛋白表达上调和FDG结合亲和力增强，促进感染组织葡萄糖高代谢。然而，FDG PET/CT缺乏完全特异性，无菌性术后炎症和愈合重塑骨中的非特异性FDG摄取可能导致假阳性。为减轻这一局限，研究人员将FDG摄取与CT形态学多平面相关，结合SUV阈值和CT形态学发现，并由两名经验丰富的核医学医师共识判读。导航辅助清创减少感染复发的核心机制在于功能成像与术中空间引导的协同整合。术前PET/CT利用感染组织内活化炎症细胞和细菌的葡萄糖代谢增加，以SUV ≥ 2阈值勾画感染灶，该功能边界转移至导航系统，通过2D/3D图像融合与患者术中解剖配准。清创过程中，光学跟踪系统实时反馈手术探针相对于预计划切除边界的位置，使术者能够沿勾画边界操作，确保完全切除感染灶同时尽量减少健康组织的不必要切除。导航组复发率显著降低（10.8% vs. 29.3%，p = 0.044）支持这一机制。围手术期参数进一步支持导航辅助清创的临床可行性：尽管手术时间相当，导航组透视次数减少49.3%（p < 0.0001），住院时间显著缩短（p < 0.01），并发症发生率更低（18.9% vs. 41.5%，p < 0.05）。医疗费用相当表明导航系统的额外资源被缩短的住院时间和减少的并发症所抵消。临床结局评分方面，末次随访时导航组ADL、LEFS、SAS、VAS评分均优于常规组，表明精确清创手术促进肢体功能和日常生活活动恢复，同时减轻患者疼痛和焦虑。导航辅助技术具有以下优势：（1）精确切除感染灶，对正常组织损伤小，术后功能恢复良好；（2）彻底根除感染，有效防止复发；（3）操作简单易行，无需丰富手术经验，低年资术者遵循导航引导即可实现彻底清创。实施导航辅助手术的要点包括：（1）精确的术前规划至关重要，避免遗漏任何感染区域；（2）参考架应安装在远离感染部位的胫骨上，防止干扰彻底清创；（3）术中精确的2D/3D配准是精确导航的基础。导航系统存在技术局限：光学跟踪要求相机与反光标记之间视线无遮挡；参考架必须牢固锚定在远离感染灶的位置；系统设置存在学习曲线。研究局限性包括：回顾性、单中心队列研究存在选择偏倚风险，可能限制结果普适性；样本量相对较小，缺乏长期骨愈合随访；SUV ≥ 2阈值是经验性推导，需要外部验证；导航系统的成本效益尚未正式评估。

结论部分翻译：本回顾性队列研究表明，PET/CT引导的导航辅助清创术是胫骨FRI的一种可行方法，与传统手术相比，具有降低感染复发和改善功能结局的潜力。术前PET/CT病灶勾画与术中实时导航的整合似乎有助于在保留健康组织的同时实现清创。然而，鉴于单中心、回顾性设计和相对较小的样本量，这些发现应视为初步结果。需要设计良好的前瞻性多中心研究，以更大样本量、标准化方案和长期随访来证实该技术的临床价值。