計算機輔助快速成型三維實體模型在頜骨骨折診斷和治療中的應用價值

薛　浩，后　軍，孫　明，羅月童，徐冰清，蔣　勇

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

計算機輔助快速成型三維實體模型在頜骨骨折診斷和治療中的應用價值

薛浩1，后軍2，孫明2，羅月童3，徐冰清3，蔣勇1

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

摘要：目的探討計算機輔助快速成型三維實體模型在頜骨骨折中的臨床應用價值。方法將46例頜面部骨折患者分為研究組與對照組各23例，對照組患者僅根據CT三維重建圖進行術前診斷，研究組患者同時使用快速成型三維實體模型輔助進行術前診斷，比較研究組與對照組的診斷符合率和術后療效。結果計算機輔助快速成型三維實體模型對頜面部骨折患者診斷的準確性較高達95.7%，并且研究組術后療效優于對照組，差異有統計學意義(χ2=6.788，P=0.030)。結論計算機輔助快速成型三維實體模型可有效輔助頜骨骨折的診斷，同時可通過提高手術的安全性、成功率，進而提升術后療效。

關鍵詞：頜骨折;成像,三維

人體頜面部骨骼形態不規則，結構復雜，且與顱底骨質重疊，這些原因導致頜骨易在運動、交通事故等過程中受到撞擊而出現嚴重移位骨折[1]。當患者頜骨出現骨折后，其語言表達能力、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患者的恢復意義非凡，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及其與周圍組織結構的關系，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，數字化作為新興技術，在提供數字化模型、實現三維解剖模型參數測量、存儲手術相關信息等方面具有獨特優勢。近年來，計算機輔助手術領域正在著力探索基于CT數據，幫助醫生進行手術規劃、術前準備等以進一步縮短頜骨手術時間、提高手術質量[5]。本研究對運用計算機輔助快速成型三維實體模型進行術前診斷的病例與單純采用三維重建圖進行術前診斷的病例進行比較分析，現將分析結果總結如下。

1資料與方法

1.1研究對象于2013年9月至2015年3月收集安徽醫科大學第一附屬醫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象。其中，后期收治23例患者納入研究組，以快速成型三維實體模型進行術前診斷、輔助治療；前期收治的23例患者則納入對照組，僅以常規三維重建圖進行術前診斷。研究對象的一般情況見表1。

表1　研究對象的一般情況

1.2儀器和方法所有患者均在手術前進行三維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，進行三個斷面為：橫斷面、冠狀面、矢狀面的圖像重建，完成計算機上的三維立體重建。患者采用仰臥位，掃描完成后，掃描的患者數據從工作站經Majics軟件處理后傳輸至計算機上，以標準格式(Dicom格式)刻錄存儲。研究組利用Segment3D軟件重建圖像，采用和合肥工業大學合作研發的基于對稱性的頜骨復位軟件，在計算機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，以光敏樹脂為原料分別制造出骨折后及復位后的三維實體模型，根據實體模型進行模擬手術，根據手術入路，常規鈦板鈦釘的預彎，消毒備用。并根據模擬方案對患者實施手術。對照組僅根據常規三維CT重建的術前診斷行手術。

1.3療效評定術后3～6月對所有患者進行相關影像學和臨床檢查。評價指標有：(1)切口一期愈合；(2)開口度>40 mm且無疼痛；(3)下頜有良好的活動度；(4)恢復正常的咬合狀態；(5)穩定的顳下頜關節；(6)有無麻木；(7)良好的吞咽功能；(8)面部有良好的對稱性。本研究將術后隨訪時符合上述指標7項以上者的療效判定為優；符合 4～6 項者為良；符合指標小于4項者為差。

1.4統計學方法研究組與對照組之間的比較使用χ2檢驗或Fisher確切概率法，以P<0.05 作為檢驗水準。所有數據采用 SPSS 13.0軟件包進行統計學分析。

2結果

2.1診斷結果分析如圖1所示，與常規三維重建圖像相比，患者的三維實體初模型(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的解剖結構：眶周、上頜竇、下牙槽神經管等。利用軟件復位后的三維實體終模型保留了骨折線(圖E)。所有患者均進行了手術治療，術前診斷在手術中得到驗證：快速成型三維實體模型有22例診斷明確，診斷符合率為95.7%；單純三維CT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，差異無統計學意義(P=1.000)。

注：A 、B、C骨折患者三維重建圖像；D使用快速成型技術等比例打印頭顱初模型；E使用對稱性的頜骨復位系統在計算機上復位骨塊，保留骨折線并打印頭顱終模型；F根據終模型預彎鈦板。

圖1常規三維重建圖像與三維實體模型

2.2術后療效評定術后研究組療效為優、良、差的患者數分別占研究組總例數的87.0%、8.7%、4.3%；對照組療效為優、良、差的患者數分別占對照組總例數的52.2%、39.1%、8.7%；兩組術后療效比較，差異有統計學意義(P<0.05)，研究組術后療效優于對照組，見表2。

表2　研究組與對照組間患者術后療效評定的比較/例

3討論

頜骨骨折發生率居于頜面部骨折首位[6-7]。頜面部骨骼有著復雜的解剖結構、較多的骨組織重疊和縱橫交錯的骨縫隙，加上受傷時外力作用的大小、部位、方向各不相同，使得頜面部骨折的傷情非常復雜。傳統的醫學診療過程中，醫生憑借自身經驗由一組序列圖來評估病癥的位置、形狀、大小及其與周圍組織的立體幾何關系，該方式基本依賴于醫生的臨床經驗與主觀想象，無法形象的與病患及其他醫療人員分享，缺乏直觀性與準確性，這無疑將影響治療及康復效果。計算機輔助系統成功地將可視化技術與醫學相結合，通過建立人全身骨骼系統數字化模型，顯示人體各部分組織器官信息、重建三維模型模擬手術過程，建立異體骨與人工骨數字化模型，可輔助醫師對病變組織進行分析，依據數字化模板庫制定詳細的手術方案、預測手術效果，提高醫療診斷的準確性與成功率。此外，依據計算機輔助系統制作出的等比例頜骨模型則不會受時間、場地等因素的限制，能方便地被醫生采用，尤其隨著3D打印技術的普及，完整的頜骨模型可幫助醫生進行術前規劃、術前準備及與患者進行溝通[8]。計算機輔助系統改變了醫學的傳統診斷和治療方式，這種手術模式逐漸受到眾多醫生青睞[9-10]。

本次研究將患者三維重建數據轉化進計算機輔助破損頜骨復位系統，經過系統處理后得到的數據能夠清楚地顯示頜骨骨折程度與骨折移位真實情況，突破了只能在頭腦中進行三維構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確率。此外，計算機輔助系統虛擬模型還為醫師提供了一個熟悉而真實的模擬空間，在系統上進行手術模擬，對移動錯位骨段的復位方向、距離和固定的方法都可以直接進行預操作，此系統在頜骨骨折治療中的應用大大縮短了手術時間，提高了手術效果，使手術目的性增強，降低了手術時的風險。同時，本研究證實了計算機輔助快速成型三維實體模型組的術后療效也優于對照組。這些均表明，計算機輔助快速成型三維實體模型與單純三維掃描成像有更高的臨床應用價值，值得推廣。

計算機輔助快速成型模式改變了傳統的口腔外科的手術方式，能完成簡單到復雜骨折的個體化復位和解剖重建，對頜骨骨折的診斷和治療具有非常實用的臨床價值。但是目前計算機輔助系統制作實體模型的費用較高，時間稍長，為患者帶來經濟和治療上的不便，所以計算機輔助系統在臨床中的應用還需要進一步的完善。

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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)