薛　浩，后　軍，孫　明，羅月童，徐冰清，蔣　勇

(1.安徽醫(yī)科大學(xué)第四附屬醫(yī)院口腔科，安徽 合肥　230022； 2.安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院口腔頜面外科，

計(jì)算機(jī)輔助快速成型三維實(shí)體模型在頜骨骨折診斷和治療中的應(yīng)用價(jià)值

薛浩1，后軍2，孫明2，羅月童3，徐冰清3，蔣勇1

(1.安徽醫(yī)科大學(xué)第四附屬醫(yī)院口腔科，安徽 合肥230022； 2.安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院口腔頜面外科，

摘要：目的探討計(jì)算機(jī)輔助快速成型三維實(shí)體模型在頜骨骨折中的臨床應(yīng)用價(jià)值。方法將46例頜面部骨折患者分為研究組與對(duì)照組各23例，對(duì)照組患者僅根據(jù)CT三維重建圖進(jìn)行術(shù)前診斷，研究組患者同時(shí)使用快速成型三維實(shí)體模型輔助進(jìn)行術(shù)前診斷，比較研究組與對(duì)照組的診斷符合率和術(shù)后療效。結(jié)果計(jì)算機(jī)輔助快速成型三維實(shí)體模型對(duì)頜面部骨折患者診斷的準(zhǔn)確性較高達(dá)95.7%，并且研究組術(shù)后療效優(yōu)于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=6.788，P=0.030)。結(jié)論計(jì)算機(jī)輔助快速成型三維實(shí)體模型可有效輔助頜骨骨折的診斷，同時(shí)可通過提高手術(shù)的安全性、成功率，進(jìn)而提升術(shù)后療效。

關(guān)鍵詞：頜骨折;成像,三維

人體頜面部骨骼形態(tài)不規(guī)則，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且與顱底骨質(zhì)重疊，這些原因?qū)е骂M骨易在運(yùn)動(dòng)、交通事故等過程中受到撞擊而出現(xiàn)嚴(yán)重移位骨折[1]。當(dāng)患者頜骨出現(xiàn)骨折后，其語言表達(dá)能力、容貌以及咀嚼功能都受到一定的影響，所以后期治療效果對(duì)患者的恢復(fù)意義非凡，而臨床上精確的診斷以及最佳的治療都是決定療效的主要因素[2-3]。螺旋CT三維重建圖像能清晰直觀地顯示頜骨骨折的立體解剖形態(tài)及其與周圍組織結(jié)構(gòu)的關(guān)系，可多方位清楚地顯示頜骨骨折部位、骨折線走向及骨折移位的方向和距離[4]。與此同時(shí)，數(shù)字化作為新興技術(shù)，在提供數(shù)字化模型、實(shí)現(xiàn)三維解剖模型參數(shù)測量、存儲(chǔ)手術(shù)相關(guān)信息等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢。近年來，計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)領(lǐng)域正在著力探索基于CT數(shù)據(jù)，幫助醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)規(guī)劃、術(shù)前準(zhǔn)備等以進(jìn)一步縮短頜骨手術(shù)時(shí)間、提高手術(shù)質(zhì)量[5]。本研究對(duì)運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助快速成型三維實(shí)體模型進(jìn)行術(shù)前診斷的病例與單純采用三維重建圖進(jìn)行術(shù)前診斷的病例進(jìn)行比較分析，現(xiàn)將分析結(jié)果總結(jié)如下。

1資料與方法

1.1研究對(duì)象于2013年9月至2015年3月收集安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院口腔科收治的頜面部骨折患者46例作為本研究的研究對(duì)象。其中，后期收治23例患者納入研究組，以快速成型三維實(shí)體模型進(jìn)行術(shù)前診斷、輔助治療；前期收治的23例患者則納入對(duì)照組，僅以常規(guī)三維重建圖進(jìn)行術(shù)前診斷。研究對(duì)象的一般情況見表1。

表1　研究對(duì)象的一般情況

1.2儀器和方法所有患者均在手術(shù)前進(jìn)行三維CT重建。三維掃描采用美國GE公司的Discovery CT750 HD型64層雙螺旋CT掃描儀，層厚0.6 mm，像素512 × 512，進(jìn)行三個(gè)斷面為：橫斷面、冠狀面、矢狀面的圖像重建，完成計(jì)算機(jī)上的三維立體重建。患者采用仰臥位，掃描完成后，掃描的患者數(shù)據(jù)從工作站經(jīng)Majics軟件處理后傳輸至計(jì)算機(jī)上，以標(biāo)準(zhǔn)格式(Dicom格式)刻錄存儲(chǔ)。研究組利用Segment3D軟件重建圖像，采用和合肥工業(yè)大學(xué)合作研發(fā)的基于對(duì)稱性的頜骨復(fù)位軟件，在計(jì)算機(jī)軟件上直觀地觀察骨折線并予以保留，然后利用快速成型技術(shù)，以光敏樹脂為原料分別制造出骨折后及復(fù)位后的三維實(shí)體模型，根據(jù)實(shí)體模型進(jìn)行模擬手術(shù)，根據(jù)手術(shù)入路，常規(guī)鈦板鈦釘?shù)念A(yù)彎，消毒備用。并根據(jù)模擬方案對(duì)患者實(shí)施手術(shù)。對(duì)照組僅根據(jù)常規(guī)三維CT重建的術(shù)前診斷行手術(shù)。

1.3療效評(píng)定術(shù)后3～6月對(duì)所有患者進(jìn)行相關(guān)影像學(xué)和臨床檢查。評(píng)價(jià)指標(biāo)有：(1)切口一期愈合；(2)開口度>40 mm且無疼痛；(3)下頜有良好的活動(dòng)度；(4)恢復(fù)正常的咬合狀態(tài)；(5)穩(wěn)定的顳下頜關(guān)節(jié)；(6)有無麻木；(7)良好的吞咽功能；(8)面部有良好的對(duì)稱性。本研究將術(shù)后隨訪時(shí)符合上述指標(biāo)7項(xiàng)以上者的療效判定為優(yōu)；符合 4～6 項(xiàng)者為良；符合指標(biāo)小于4項(xiàng)者為差。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)方法研究組與對(duì)照組之間的比較使用χ2檢驗(yàn)或Fisher確切概率法，以P<0.05 作為檢驗(yàn)水準(zhǔn)。所有數(shù)據(jù)采用 SPSS 13.0軟件包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

2結(jié)果

2.1診斷結(jié)果分析如圖1所示，與常規(guī)三維重建圖像相比，患者的三維實(shí)體初模型(圖D)可以更加清晰地直觀顯示出骨折部位骨折的范圍、骨折線的走向、骨折塊移位情況，并且直觀地顯示出于頜骨相關(guān)的解剖結(jié)構(gòu)：眶周、上頜竇、下牙槽神經(jīng)管等。利用軟件復(fù)位后的三維實(shí)體終模型保留了骨折線(圖E)。所有患者均進(jìn)行了手術(shù)治療，術(shù)前診斷在手術(shù)中得到驗(yàn)證：快速成型三維實(shí)體模型有22例診斷明確，診斷符合率為95.7%；單純?nèi)SCT重建診斷有21例診斷明確，診斷符合率為91.3%；兩種輔助診斷方式比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=1.000)。

注：A 、B、C骨折患者三維重建圖像；D使用快速成型技術(shù)等比例打印頭顱初模型；E使用對(duì)稱性的頜骨復(fù)位系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)上復(fù)位骨塊，保留骨折線并打印頭顱終模型；F根據(jù)終模型預(yù)彎鈦板。

圖1常規(guī)三維重建圖像與三維實(shí)體模型

2.2術(shù)后療效評(píng)定術(shù)后研究組療效為優(yōu)、良、差的患者數(shù)分別占研究組總例數(shù)的87.0%、8.7%、4.3%；對(duì)照組療效為優(yōu)、良、差的患者數(shù)分別占對(duì)照組總例數(shù)的52.2%、39.1%、8.7%；兩組術(shù)后療效比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，研究組術(shù)后療效優(yōu)于對(duì)照組，見表2。

表2　研究組與對(duì)照組間患者術(shù)后療效評(píng)定的比較/例

3討論

頜骨骨折發(fā)生率居于頜面部骨折首位[6-7]。頜面部骨骼有著復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)、較多的骨組織重疊和縱橫交錯(cuò)的骨縫隙，加上受傷時(shí)外力作用的大小、部位、方向各不相同，使得頜面部骨折的傷情非常復(fù)雜。傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)診療過程中，醫(yī)生憑借自身經(jīng)驗(yàn)由一組序列圖來評(píng)估病癥的位置、形狀、大小及其與周圍組織的立體幾何關(guān)系，該方式基本依賴于醫(yī)生的臨床經(jīng)驗(yàn)與主觀想象，無法形象的與病患及其他醫(yī)療人員分享，缺乏直觀性與準(zhǔn)確性，這無疑將影響治療及康復(fù)效果。計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)成功地將可視化技術(shù)與醫(yī)學(xué)相結(jié)合，通過建立人全身骨骼系統(tǒng)數(shù)字化模型，顯示人體各部分組織器官信息、重建三維模型模擬手術(shù)過程，建立異體骨與人工骨數(shù)字化模型，可輔助醫(yī)師對(duì)病變組織進(jìn)行分析，依據(jù)數(shù)字化模板庫制定詳細(xì)的手術(shù)方案、預(yù)測手術(shù)效果，提高醫(yī)療診斷的準(zhǔn)確性與成功率。此外，依據(jù)計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)制作出的等比例頜骨模型則不會(huì)受時(shí)間、場地等因素的限制，能方便地被醫(yī)生采用，尤其隨著3D打印技術(shù)的普及，完整的頜骨模型可幫助醫(yī)生進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃、術(shù)前準(zhǔn)備及與患者進(jìn)行溝通[8]。計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)改變了醫(yī)學(xué)的傳統(tǒng)診斷和治療方式，這種手術(shù)模式逐漸受到眾多醫(yī)生青睞[9-10]。

本次研究將患者三維重建數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化進(jìn)計(jì)算機(jī)輔助破損頜骨復(fù)位系統(tǒng)，經(jīng)過系統(tǒng)處理后得到的數(shù)據(jù)能夠清楚地顯示頜骨骨折程度與骨折移位真實(shí)情況，突破了只能在頭腦中進(jìn)行三維構(gòu)建和三維立體想象的局限，使得本次研究組23例頜骨骨折患者的診斷更加簡便、直觀并保持較高的準(zhǔn)確率。此外，計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)虛擬模型還為醫(yī)師提供了一個(gè)熟悉而真實(shí)的模擬空間，在系統(tǒng)上進(jìn)行手術(shù)模擬，對(duì)移動(dòng)錯(cuò)位骨段的復(fù)位方向、距離和固定的方法都可以直接進(jìn)行預(yù)操作，此系統(tǒng)在頜骨骨折治療中的應(yīng)用大大縮短了手術(shù)時(shí)間，提高了手術(shù)效果，使手術(shù)目的性增強(qiáng)，降低了手術(shù)時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，本研究證實(shí)了計(jì)算機(jī)輔助快速成型三維實(shí)體模型組的術(shù)后療效也優(yōu)于對(duì)照組。這些均表明，計(jì)算機(jī)輔助快速成型三維實(shí)體模型與單純?nèi)S掃描成像有更高的臨床應(yīng)用價(jià)值，值得推廣。

計(jì)算機(jī)輔助快速成型模式改變了傳統(tǒng)的口腔外科的手術(shù)方式，能完成簡單到復(fù)雜骨折的個(gè)體化復(fù)位和解剖重建，對(duì)頜骨骨折的診斷和治療具有非常實(shí)用的臨床價(jià)值。但是目前計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)制作實(shí)體模型的費(fèi)用較高，時(shí)間稍長，為患者帶來經(jīng)濟(jì)和治療上的不便，所以計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)在臨床中的應(yīng)用還需要進(jìn)一步的完善。

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Application value of computer aided rapid prototyping 3D solid model in diagnosis and treatment of jaw fractures

XUE Hao1,HOU Jun2,SUN Ming2,et al

(1.DepartmentofStomatology,TheFourthAffiliatedHospitalofAnhuiMedicalUniversity,Hefei,Anhui230022;2.DeptofOralandMaxillofacialSurgery,TheFirstAffiliatedHospitalofAnhuiMedicalUniversity,Hefei,Anhui230022,China)

Abstract:ObjectiveTo investigate the application value of computer aided rapid prototyping 3D solid model in jaw fracture.Methods46 cases of maxillofacial fractures,23 cases which were treated with simple 3D reconstruction of CT scan were control group.In the study group,the other 23 cases were diagnosed by rapid prototyping 3D solid model.Then,the coincidence rate of diagnosis and the curative effect after surgery between the two groups were compared respectively.ResultsThe diagnosis consistent rate of the 3D solid model group was 95.7% which was significantly higher than that of simple 3D reconstruction group(χ2=6.788，P=0.030).And the curative effect of the study group was better than the control group.ConclusionRapid prototyping three-dimensional solid model can aid the diagnosis of mandibular fracture.Itimproves the safety of surgery and the success rate which enhances the curative effect.

Key words:Jaw Fractures;Imaging,Three-Dimensional

通信作者：蔣勇，男，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：口腔臨床，E-mail:j6263@163.com

doi:10.3969/j.issn.1009-6469.2016.05.029

(收稿日期：2015-12-20，修回日期：2016-03-08)