基于3D建模指關(guān)節(jié)活動度測量的研發(fā)及應(yīng)用

張 艷,徐瑞璟,李卓穎

華中科技大學(xué)同濟醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院,湖北443000

人體所有器官中,手是活動精細,敏感的運動感覺器官,在生活和勞動中較易受到傷害。肌腱修復(fù)術(shù)后有4%～10%發(fā)生肌腱斷裂,10%發(fā)生限制性粘連,50%發(fā)生一定程度的指間關(guān)節(jié)僵硬[1-4]。部分病人由于未能正確實施功能鍛煉而導(dǎo)致手部功能康復(fù)效果不佳,從而對家庭、單位和社會都造成經(jīng)濟負擔(dān)[5]。因此,針對性的教育和指導(dǎo)保證病人能夠在住院期間、出院后準(zhǔn)確進行功能鍛煉和復(fù)查是非常重要的。調(diào)查表明,我國專科康復(fù)護理隊伍人才的培養(yǎng)以及康復(fù)護理的普及存在不足[6],手外科整體評估及康復(fù)治療尚有改善空間,康復(fù)訓(xùn)練過程中對于關(guān)節(jié)功能的評價手段一直為手工測量角度,這不僅耗費時間成本,更需要較長時間的專業(yè)訓(xùn)練,才能獲得較為準(zhǔn)確的、穩(wěn)定的數(shù)據(jù),以此對康復(fù)計劃進行指導(dǎo)。一旦病人離開了專業(yè)康復(fù)部門,其康復(fù)的效果則無法進行準(zhǔn)確有效的評估。直接影響病人手部康復(fù)訓(xùn)練的精確評估以及后續(xù)康復(fù)計劃的指導(dǎo),導(dǎo)致影響病人手部的康復(fù)進度和效果。本研究通過3D建模測量指關(guān)節(jié)活動度軟件,對病人手部進行3D掃描,對每個階段病人的康復(fù)效果實時量化,并將所獲取三維影像各個角度信息進行數(shù)據(jù)解析,測量出手部相鄰兩段指骨之間的角度數(shù)據(jù),所得數(shù)據(jù)與人工所測得角度信息進行比對,并比對二者所使用的時間,評估該軟件測量及使用效果,為探索更準(zhǔn)確且便利的測量方法提供參考依據(jù),從而幫助提高臨床診療效率,加快臨床康復(fù)進度,增強臨床康復(fù)效果。

1 對象與方法

1.1 研究對象

隨機選取50例本科室屈指肌腱損傷術(shù)后住院病人,所有病人均已知情同意。

1.2 方法

1.2.1 測量工具

3D掃描儀;通用量角器。

1.2.2 基于3D建模測量指關(guān)節(jié)活動度方法

利用3D掃描儀對處于不同姿態(tài)的病人手部進行3D掃描,獲取病人手部相應(yīng)實時三維影像信息;對該信息進行程序解析及數(shù)字化測量,以采集病人每個手指上相鄰兩段指骨之間的角度信息。在三維影像信息采集過程中,獲取每個手指對應(yīng)的剖面圖像數(shù)據(jù);對該數(shù)據(jù)進行輪廓提取處理,生成病人手部實時手指輪廓信息。根據(jù)上述手指輪廓信息選擇對應(yīng)手指上每段指骨的末端作為節(jié)點,提取所有指骨的節(jié)點,并將相鄰兩個節(jié)點之間連接;得出相鄰兩根線段之間的角度,初步確定角度信息。選取病人手部所有指骨皮膚表面中點作為校準(zhǔn)點;計算校準(zhǔn)點與對應(yīng)指骨的線段之間的距離L,并將其與預(yù)設(shè)距離閾值L0進行比對;在所述距離L與所述預(yù)設(shè)距離閾值L0的比值r大于預(yù)設(shè)值r0時,將所得對應(yīng)指骨和與其相鄰的指骨之間的角度數(shù)據(jù)進行校正處理。校正處理:根據(jù)所述校準(zhǔn)點與對應(yīng)指骨兩端的節(jié)點之間的線段,得出校準(zhǔn)點與對應(yīng)指骨兩端之間線段對應(yīng)的夾角C0;將所采集的校準(zhǔn)點對應(yīng)指骨和與其相鄰的指骨之間的角度α0帶入如下公式進行校正處理;α=α0-1/2 C0;獲得角度α為校準(zhǔn)點對應(yīng)指骨和與其相鄰的指骨之間校正處理后的角度。

1.2.3 評估方法

參考相關(guān)文獻,資深手外科醫(yī)生5名,信息工程師核定并進行軟件研發(fā),科室建立角度測量小組,隨機抽取本科室50例屈指肌腱損傷病人,由研究者對本科室2名醫(yī)生、2名護士進行角度測量培訓(xùn)。小組成員分別在病人出院當(dāng)天對50例屈指肌腱損傷病人分別行人工量角器測量及3D建模角度測量,測量病人掌指關(guān)節(jié)(MP)、近側(cè)指骨關(guān)節(jié)(PIP)、遠側(cè)指骨關(guān)節(jié)(DIP)活動度,同時計算兩種方法測量所使用時間,出院當(dāng)天所測得的MP、PIP、DIP關(guān)節(jié)活動度

1.2.4 統(tǒng)計學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 人工量角器與3D建模技術(shù)測量出院前、康復(fù)醫(yī)院病人MP、PIP、DIP角度比較(見表1)

表1 人工量角器與3D建模技術(shù)測量出院前、康復(fù)醫(yī)院病人MP、PIP、DIP角度比較[M (P25,P75)]

2.2 兩種測量方法測量時間比較(見表2)

表2 兩種測量方法測量時間比較單位:s

3 討論

骨關(guān)節(jié)角度的測量需具有真實簡單、直觀高效、無創(chuàng)、經(jīng)濟等特點,且關(guān)節(jié)功能、狀態(tài)的異常與骨關(guān)節(jié)疾病的診斷、療效和預(yù)后有密切聯(lián)系。本研究發(fā)現(xiàn),3D建模技術(shù)運用于屈指肌腱損傷病人出院前及病人至康復(fù)醫(yī)院后,所得出DIP角度值較人工量角器測量DIP角度值大,差異無統(tǒng)計學(xué)意義,其余結(jié)果差異均有統(tǒng)計學(xué)意義,該結(jié)果可能與DIP關(guān)節(jié)活動度較小,患指末端被敷料包裹有關(guān)。國際上測量手段有Human Norm系統(tǒng)、CROM系列等較精準(zhǔn)的測量手段,但操作復(fù)雜度高,成本昂貴[7-13]。目前,國內(nèi)進行關(guān)節(jié)活動度測量大多采用通用量角器、照相法和X線法,但這些方法在精度、穩(wěn)定性和實時性方面都無法滿足臨床需要,無法得到進一步推廣[14-15]。根據(jù)本研究結(jié)果顯示,3D建模技術(shù)測量未經(jīng)培訓(xùn)的康復(fù)醫(yī)院醫(yī)護測量值與病人在院測量值較人工量角器測量值MP指標(biāo)差異更小、所得數(shù)值更穩(wěn)定、測量使用時間更短,3D建模技術(shù)具有手指屈曲角度測量功能,對康復(fù)前、中、后的病人手指關(guān)節(jié)功能可進行系統(tǒng)、客觀、準(zhǔn)確的評估。在此基礎(chǔ)上,可組建由醫(yī)生、康復(fù)師、康復(fù)護士共同參與的康復(fù)小組,結(jié)合三方的專業(yè)知識及臨床經(jīng)驗,可多方位全面地對病人進行評估,總結(jié)出最優(yōu)的功能鍛煉方案并有效進行調(diào)整。實施康復(fù)延伸護理服務(wù),即便病人在院外,也可以及時將康復(fù)情況以微信視頻形式反饋給醫(yī)生及康復(fù)師,了解恢復(fù)情況和發(fā)現(xiàn)康復(fù)鍛煉中的問題,以迅速調(diào)整康復(fù)計劃、給予干預(yù)糾正,保證康復(fù)鍛煉安全準(zhǔn)確實施。提高肌腱損傷病人手部功能恢復(fù)效果,使手康復(fù)護理趨于規(guī)范化、流程化。保證肌腱損傷術(shù)后康復(fù)病人的康復(fù)護理、專業(yè)信息、鍛煉方法、心理狀態(tài)等連續(xù)性。提高專科康復(fù)護理水平的同時讓病人感受到社會的關(guān)愛。

4 小結(jié)

3D建模技術(shù)運用于病人手部骨關(guān)節(jié)活動度的測量可提高測量的準(zhǔn)確性、時效性,提高了臨床診療效率,給予病人更便捷的就醫(yī)體驗,減少了醫(yī)療人員技術(shù)與經(jīng)驗等個人素質(zhì)以及現(xiàn)實環(huán)境對測量結(jié)果造成的影響,為未來手部康復(fù)延伸服務(wù)及病人自我康復(fù)監(jiān)測提供了可能,本研究的不足之處,目前未能解決敷料等覆蓋物對關(guān)節(jié)活動度測量所造成的影響,本技術(shù)僅對靜態(tài)角度進行測量,未能對患指動態(tài)變化進行評估,這將是進一步研究的方向。