利用CT三維重建和Ugnx、Pro/E數控加工定制完全個體化鎖骨骨折內固定鋼板的研究

陸忠輝，童松林，徐仲棉

1 浙江省慈溪市人民醫院骨科，浙江省，慈溪市，315300

2 浙江省廣慈醫療器械有限公司，浙江省，慈溪市，315300

隨著骨科手術的發展，創傷骨折病人的內固定植入物器材的變化也很大，由簡單的克氏針[1]及鏈條式接骨鋼板發展到鎖定鋼板和LISS鋼板[2]，由三棱形髓內釘發展到交鎖髓內釘[3]等。由于個體差異，且內植入物沒有做到完全個體化，使術中鋼板塑型不良，或者植入物不能完全匹配患肢的骨骼解剖結構，導致部分病人發生骨折愈合延遲，畸形愈合或骨不連，甚至內植入物斷裂，取出困難等等問題[4]。利用螺旋CT三維重建成像技術和計算機輔助設計、制造（簡稱：CAD/CAM）技術及數控仿真加工（CNC）技術，我們已經快速定制出按照不同病人、不同部位、不同骨折特點的骨骼匹配度極高的鎖骨異性內固定鋼板，使患者的內固定鋼板完全個體化，現報道如下。

圖1 右側鎖骨（骨折側）CT圖像Fig.1 Across-sectional CT image of the right clavicle(injured side)

圖2 左鎖骨（健側）CT圖像Fig.2 Across-sectional CT image of the left clavicle(uninjured side)

1 數據處理

1.1 數據采集

利用本院16排螺旋C T機，型號為美國G E lightspeed16 ，1.25 mm 間距，螺距10 mm螺旋掃描，患側和健側兩側鎖骨各掃描64張，dicom格式圖像，圖1和圖2為螺旋CT掃描獲得的兩幅圖像。

1.2 三維重建和圖像切割

利用求反軟件mimics8.1三維重建(圖3、圖4),并把圖像切割，并轉換成iges文件（圖5、圖6）。

圖3 右側（患側）鎖骨粉碎性骨折三維圖Fig.3 3D image of the right clavicle (injured side)

圖4 左側（健側）鎖骨三維圖Fig.4 3D image of the left clavicle (uninjured side)

圖5 右鎖骨骨折三維圖轉換成igs文件Fig.5 The .igs file from the 3D right clavicle image(injured side)

圖6 左鎖骨由三維圖轉換成igs文件Fig.6 The .igs file from the 3D left clavicle image(unjured side)

1.3 數據處理及鋼板設計

利用計算機輔助設計軟件Unigraphics NX 5.0，可以精確繪制出患者正常鎖骨的側面弧度（圖7）和上面觀（圖8）兩個面的弧度，由此先設計出健側鎖骨相貼合的鋼板。結合患側右側鎖骨骨碎片大小以及骨折線長短（圖9），再設計出螺釘孔的間距（圖10）。根據人體骨骼對稱性，把得到鎖骨圖像鏡像處理，得到右側鎖骨定制鋼板的圖像（圖11），保存為igs文件。

圖7 根據左側鎖骨的冠狀面的弧度設計定制鋼板的側面弧度Fig.7 The individualized plate’s arc of the side view from the arc of the left clavicle’s cronal section

圖8 根據左鎖骨的上面觀 定制鎖骨鋼板的正面弧度Fig.8 The individualized plate’s arc of the anterior view from the arc of the left clavicle’s verticle view

圖9 測量出右側鎖骨骨碎片大小以及骨折線長短Fig.9 Take the measurements of the bonechips and fractue lines

圖10 根據骨折線調整定制鋼板的鎖骨螺釘孔的間距Fig.10 The spacing adjustment of the individual plate’s screw hole according the fracure

圖11 由左側（健側）定制的鋼板作鏡像，得到右側鎖骨定制鋼板Fig.11 The right clavicle individual plate’s image according the left(uninjured side)

2 數控中心加工

把igs文件導入到數控中心Pro/Engineer Wildfire 5.0，采用0.10mm刀具加工，直接切削加工外形、內圓弧表面成型(圖12)。

圖12 完全個體化定制的右鎖骨鋼板Fig.12 The end product of the right calvicle individual steel plate

3 結果

通過CT掃描和三維重建，并經求反軟件和UG NX、Pro/E數控加工技術，定制出完全個體化的內固定鋼板。理論上，該內固定鋼板跟病人的骨骼的匹配度可以達到±0.2 mm。定制的鎖骨鋼板比目前常用的普通S形鎖骨異形鋼板，更符合正常人的鎖骨骨骼特征，不但有上面觀的S形，而且還有前面觀的彎曲弧度（圖13）。實際證明，作者把這塊個體化鋼板未經塑形直接植入固定，與患側鎖骨的匹配度相當滿意（圖14）。

圖13 定制的鎖骨鋼板（下）與普通S形鎖骨異型鋼板（上）的對比Fig.13 Comparison of the individual plate(down) and common “S” special-shaped plate (up)

圖14 內固定術后圖片Fig.14 The X photograph of post operation

4 討論

基于CT三維重建和求反軟件、計算機輔助設計及CNC數控仿真的完全數字化的個體化鎖骨鉤鋼板制作研究，以三維重建為基礎，成功實現數據的轉換與統一，實現快速設計制造，可以改變目前手術醫生根據目測和經驗塑型鋼板的現狀，不但省去塑型這個步驟，而且減少手術創傷，縮短手術時間，減少骨折畸形愈合骨不連等并發癥發生，完全符合現代骨科內固定微創BO5的理念。作者在手術中顯露骨折端后，該個體化鎖骨鉤鋼板未經任何塑型直接植入，骨折端復位固定的相當服帖，術后攝片也證實該鋼板與患者鎖骨匹配度相當滿意。首例完全數字個體化鋼板的成功應用，極大地鼓舞著我們進一步研究，讓我們手術醫生與鋼板設計的工程師和醫療器械公司能更多交流溝通，使完全個體化鋼板的制造技術和工藝趨于更加完美。

[1]Fransen P,Bourgeois S,Rommens J.Kirsehner wire migration causing spinal cord injury one year after internal fixation of a clavicle fracure[J].Acta Orthop Belg, 2007, 73(3):390-392.

[2]姚平.脛腓骨骨折固定研究進展[J].中國中醫骨傷科雜志, 2007,15(1): 69-71.

[3]劉世敬.長骨骨折髓內釘擴髓或不擴髓內固定的研究進展[J].中華創傷雜志, 2002, 18(5): 318-320.

[4]WOO SI-Y.Lee rigid internal tixation plate:Histeolog-ical perspectivers and new concepts[J].J Orthop Res, 1984, 110: 413-419.

[5]王亦璁.BO與AO的不同之處[J].骨與關節損傷雜志，2002, 17(1):3-5.