计算机辅助快速成型三维实体模型在颌骨骨折诊断和治疗中的应用价值

薛　浩，后　军，孙　明，罗月童，徐冰清，蒋　勇

(1.安徽医科大学第四附属医院口腔科，安徽 合肥　230022； 2.安徽医科大学第一附属医院口腔颌面外科，

计算机辅助快速成型三维实体模型在颌骨骨折诊断和治疗中的应用价值

薛浩1，后军2，孙明2，罗月童3，徐冰清3，蒋勇1

(1.安徽医科大学第四附属医院口腔科，安徽 合肥230022； 2.安徽医科大学第一附属医院口腔颌面外科，

摘要：目的探讨计算机辅助快速成型三维实体模型在颌骨骨折中的临床应用价值。方法将46例颌面部骨折患者分为研究组与对照组各23例，对照组患者仅根据CT三维重建图进行术前诊断，研究组患者同时使用快速成型三维实体模型辅助进行术前诊断，比较研究组与对照组的诊断符合率和术后疗效。结果计算机辅助快速成型三维实体模型对颌面部骨折患者诊断的准确性较高达95.7%，并且研究组术后疗效优于对照组，差异有统计学意义(χ2=6.788，P=0.030)。结论计算机辅助快速成型三维实体模型可有效辅助颌骨骨折的诊断，同时可通过提高手术的安全性、成功率，进而提升术后疗效。

关键词：颌骨折;成像,三维

人体颌面部骨骼形态不规则，结构复杂，且与颅底骨质重叠，这些原因导致颌骨易在运动、交通事故等过程中受到撞击而出现严重移位骨折[1]。当患者颌骨出现骨折后，其语言表达能力、容貌以及咀嚼功能都受到一定的影响，所以后期治疗效果对患者的恢复意义非凡，而临床上精确的诊断以及最佳的治疗都是决定疗效的主要因素[2-3]。螺旋CT三维重建图像能清晰直观地显示颌骨骨折的立体解剖形态及其与周围组织结构的关系，可多方位清楚地显示颌骨骨折部位、骨折线走向及骨折移位的方向和距离[4]。与此同时，数字化作为新兴技术，在提供数字化模型、实现三维解剖模型参数测量、存储手术相关信息等方面具有独特优势。近年来，计算机辅助手术领域正在着力探索基于CT数据，帮助医生进行手术规划、术前准备等以进一步缩短颌骨手术时间、提高手术质量[5]。本研究对运用计算机辅助快速成型三维实体模型进行术前诊断的病例与单纯采用三维重建图进行术前诊断的病例进行比较分析，现将分析结果总结如下。

1资料与方法

1.1研究对象于2013年9月至2015年3月收集安徽医科大学第一附属医院口腔科收治的颌面部骨折患者46例作为本研究的研究对象。其中，后期收治23例患者纳入研究组，以快速成型三维实体模型进行术前诊断、辅助治疗；前期收治的23例患者则纳入对照组，仅以常规三维重建图进行术前诊断。研究对象的一般情况见表1。

表1　研究对象的一般情况

1.2仪器和方法所有患者均在手术前进行三维CT重建。三维扫描采用美国GE公司的Discovery CT750 HD型64层双螺旋CT扫描仪，层厚0.6 mm，像素512 × 512，进行三个断面为：横断面、冠状面、矢状面的图像重建，完成计算机上的三维立体重建。患者采用仰卧位，扫描完成后，扫描的患者数据从工作站经Majics软件处理后传输至计算机上，以标准格式(Dicom格式)刻录存储。研究组利用Segment3D软件重建图像，采用和合肥工业大学合作研发的基于对称性的颌骨复位软件，在计算机软件上直观地观察骨折线并予以保留，然后利用快速成型技术，以光敏树脂为原料分别制造出骨折后及复位后的三维实体模型，根据实体模型进行模拟手术，根据手术入路，常规钛板钛钉的预弯，消毒备用。并根据模拟方案对患者实施手术。对照组仅根据常规三维CT重建的术前诊断行手术。

1.3疗效评定术后3～6月对所有患者进行相关影像学和临床检查。评价指标有：(1)切口一期愈合；(2)开口度>40 mm且无疼痛；(3)下颌有良好的活动度；(4)恢复正常的咬合状态；(5)稳定的颞下颌关节；(6)有无麻木；(7)良好的吞咽功能；(8)面部有良好的对称性。本研究将术后随访时符合上述指标7项以上者的疗效判定为优；符合 4～6 项者为良；符合指标小于4项者为差。

1.4统计学方法研究组与对照组之间的比较使用χ2检验或Fisher确切概率法，以P<0.05 作为检验水准。所有数据采用 SPSS 13.0软件包进行统计学分析。

2结果

2.1诊断结果分析如图1所示，与常规三维重建图像相比，患者的三维实体初模型(图D)可以更加清晰地直观显示出骨折部位骨折的范围、骨折线的走向、骨折块移位情况，并且直观地显示出于颌骨相关的解剖结构：眶周、上颌窦、下牙槽神经管等。利用软件复位后的三维实体终模型保留了骨折线(图E)。所有患者均进行了手术治疗，术前诊断在手术中得到验证：快速成型三维实体模型有22例诊断明确，诊断符合率为95.7%；单纯三维CT重建诊断有21例诊断明确，诊断符合率为91.3%；两种辅助诊断方式比较，差异无统计学意义(P=1.000)。

注：A 、B、C骨折患者三维重建图像；D使用快速成型技术等比例打印头颅初模型；E使用对称性的颌骨复位系统在计算机上复位骨块，保留骨折线并打印头颅终模型；F根据终模型预弯钛板。

图1常规三维重建图像与三维实体模型

2.2术后疗效评定术后研究组疗效为优、良、差的患者数分别占研究组总例数的87.0%、8.7%、4.3%；对照组疗效为优、良、差的患者数分别占对照组总例数的52.2%、39.1%、8.7%；两组术后疗效比较，差异有统计学意义(P<0.05)，研究组术后疗效优于对照组，见表2。

表2　研究组与对照组间患者术后疗效评定的比较/例

3讨论

颌骨骨折发生率居于颌面部骨折首位[6-7]。颌面部骨骼有着复杂的解剖结构、较多的骨组织重叠和纵横交错的骨缝隙，加上受伤时外力作用的大小、部位、方向各不相同，使得颌面部骨折的伤情非常复杂。传统的医学诊疗过程中，医生凭借自身经验由一组序列图来评估病症的位置、形状、大小及其与周围组织的立体几何关系，该方式基本依赖于医生的临床经验与主观想象，无法形象的与病患及其他医疗人员分享，缺乏直观性与准确性，这无疑将影响治疗及康复效果。计算机辅助系统成功地将可视化技术与医学相结合，通过建立人全身骨骼系统数字化模型，显示人体各部分组织器官信息、重建三维模型模拟手术过程，建立异体骨与人工骨数字化模型，可辅助医师对病变组织进行分析，依据数字化模板库制定详细的手术方案、预测手术效果，提高医疗诊断的准确性与成功率。此外，依据计算机辅助系统制作出的等比例颌骨模型则不会受时间、场地等因素的限制，能方便地被医生采用，尤其随着3D打印技术的普及，完整的颌骨模型可帮助医生进行术前规划、术前准备及与患者进行沟通[8]。计算机辅助系统改变了医学的传统诊断和治疗方式，这种手术模式逐渐受到众多医生青睐[9-10]。

本次研究将患者三维重建数据转化进计算机辅助破损颌骨复位系统，经过系统处理后得到的数据能够清楚地显示颌骨骨折程度与骨折移位真实情况，突破了只能在头脑中进行三维构建和三维立体想象的局限，使得本次研究组23例颌骨骨折患者的诊断更加简便、直观并保持较高的准确率。此外，计算机辅助系统虚拟模型还为医师提供了一个熟悉而真实的模拟空间，在系统上进行手术模拟，对移动错位骨段的复位方向、距离和固定的方法都可以直接进行预操作，此系统在颌骨骨折治疗中的应用大大缩短了手术时间，提高了手术效果，使手术目的性增强，降低了手术时的风险。同时，本研究证实了计算机辅助快速成型三维实体模型组的术后疗效也优于对照组。这些均表明，计算机辅助快速成型三维实体模型与单纯三维扫描成像有更高的临床应用价值，值得推广。

计算机辅助快速成型模式改变了传统的口腔外科的手术方式，能完成简单到复杂骨折的个体化复位和解剖重建，对颌骨骨折的诊断和治疗具有非常实用的临床价值。但是目前计算机辅助系统制作实体模型的费用较高，时间稍长，为患者带来经济和治疗上的不便，所以计算机辅助系统在临床中的应用还需要进一步的完善。

参考文献

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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：蒋勇，男，教授，硕士生导师，研究方向：口腔临床，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)