肱骨近端四部分骨折的數字化術前模擬手術規劃

[摘要] 目的 研究根據CT數據在個人計算機上對肱骨近端四部分骨折進行術前模擬手術規劃的可行性及其臨床意義。方法 對5例肱骨近端四部分骨折進行模擬手術規劃。將肱骨近端骨折CT掃描原始數據導入Mimics及UG軟件中，進行計算機術前模擬手術。根據接骨板長度、放置位置、螺釘長度、入釘方向及數量對比模擬手術與實際手術情況是否相符。結果 5例肱骨近端四部分骨折均成功完成模擬內固定。接骨板長度符合率100%；1例接骨板放置位置略向前移；螺釘長度符合率96.36%，螺釘方向符合率98.18%，螺釘數量符合率100%。結論 利用個人計算機輔助術前模擬肱骨近端骨折手術情況與實際手術情況基本相符，對肱骨近端骨折術前計劃制定有良好的臨床應用價值。

[關鍵詞] 肱骨近端骨折；骨折固定術；數字化；三維手術模擬

[中圖分類號] R445.3 [文獻標識碼] B [文章編號] 1673-9701（2011）22-24-02

Digital Preoperative Planning for Proximal Humeral Fractures of Neer’s Ⅳ

HE Jinyang1 ZHANG Yunpeng2 REN Longtao3

1.Shanxi Medical University，Taiyuan 030001，China；2.Affiliated Peace Hospital of Changzhi Medical Colleage，Changzhi 046000，China；3.Taiyuan City Central Hospital，Taiyuan，030009，China.

[Abstract] Objective To research the feasibility and clinical significance of computer-assisted preoperative design for proximal humeral fractures of Neer’s Ⅳ based on CT scanning date. Methods The simlation of preoperative design was performed for 5 cases of proximal humeral fractures of Neer’s Ⅳ. CT scanning date of proximal humeral fractures were imported into Mimics and UG software for computer-assisted preoperative design. The simulated preoperative design on the 3D model was compared with real operation in terms of the blade plate length，fixation position and the screws length，number. Results 5 cases of proximal humeral fractures of Neer’s Ⅳ were performed internal fixation of plates successfully. Coincidence rate of the length of the bone plate is 100%，coincidence rate of the length of the screw is 96.36%，coincidence rate of the direction of the screw is 98.18%，coincidence rate of the number of the screw is 100%. Conclusion The simulation of preoperative design matched well with real operation and computer-assisted preoperative design for proximal humeral fractures of Neer’s Ⅳis feasible and clinically significant.

[Key words] Humeral proximal fractures；Fracture fixation；Digitalization；Three-dimensional surgical simulation

肱骨近端骨折是一種常見的上肢骨折類型。按照Neer分型[1]，四部分骨折需手術治療，本研究對5例肱骨近端四部分骨折采集CT原始數據進行計算機輔助術前模擬手術規劃，并與實際手術情況對比。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 實驗數據 選取5例肱骨近端Neer分型四部分骨折男性患者術前CT掃描（掃描條件：Toshiba aquilion 64排螺旋CT薄層掃描，電壓120kV，電流120mA，層厚0.5mm，掃描時間1.5s）的原始數據（Dicom格式），年齡48～57歲。

1.1.2 軟件要求 Mimics10.01（Materialise公司）；UG NX5.0（Siemens PLM Software公司）；Windows XP Professional SP2 64bit（微軟公司）。

1.1.3 個人計算機硬件最低要求 CPU：Intel酷睿2雙核T5470（1.6GHz）；內存：1G；顯卡：384M；硬盤：120G。

1.2 實驗方法

1.2.1 數字三維模型重建及模擬復位內固定 ①骨折數字三維模型重建：將CT原始圖像數據導入Mimics軟件中，可得到肱骨近端骨折的初步三維模型。進行去噪處理得到較好效果。見圖1A。②骨折三維模型模擬復位：將各個骨折塊用不同顏色區分。運用命令對各骨折塊進行復位，然后將模擬復位后的所有骨折塊合成一個整體。見圖1B。③測量：對擬用接骨板的部位進行測量，確定接骨板的長度、孔數及固定的進釘點以及接骨板的角度等。

1.2.2 模擬內固定接骨板、螺釘的三維重建 ①接骨板的三維重建：參照標準規格相應長度接骨板數據，在UG軟件中繪制并保存。②螺釘的三維重建：參照標準規格配套相應長度皮質骨螺釘，松質骨螺釘，在UG軟件中繪制并保存。

1.2.3 模擬接骨板螺釘內固定 根據測量結果得到的數值，在UG中選擇繪制好的接骨板模型文件導入到Mimics，通過裝配命令使其移至預定位置，觀察接骨板與骨折線、骨面的位置，若貼合效果不佳，則根據情況測量調整，同時將相應螺釘模型文件導入，移至螺釘孔，按既定方向移入。見圖1C、D。

圖1 A骨折分解圖；B骨折復位圖；C模擬復位內固定正位觀；D模擬復位內固定側位觀

2 結果

分別對5例肱骨近端四部分骨折進行模擬手術規劃設計，與術中實際情況對比。結果骨折復位情況、接骨板類型、接骨板長度5例均相符。接骨板放置位置4例相符，1例由于三角肌的影響使接骨板略向前移動。所用螺釘數量5例共用55枚。長度不符的有兩枚，1枚較模擬情況長2mm，由于實際術中入釘角度困難未按預定方向打入造成，另1枚較模擬情況短1.5mm，由于對側骨質塌陷所致，其余53枚都相符，相符率為96.36%。其中方向相符的為54枚，相符率為98.18%。由此得出計算機模擬手術規劃中模擬骨折復位情況，內固定接骨板各項數據均與術中實際情況基本相符。

3 討論

3.1 肱骨近端四部分骨折術前規劃的優勢

肱骨近端骨折15%～20%為移位骨折，大多需要手術治療[2]。按照Neer分型，本組病例為移位四部分骨折，均采用切開復位接骨板內固定。由于屬于復雜骨折，手術風險及難度均較大，因此術前模擬手術規劃，利用個人計算機及相關軟件，進行模擬手術，這樣可以使術中操作針對性提高、目的性加強，避免反復、盲目、粗暴的手術操作。術前模擬手術規劃，可以幫助手術順利完成，同時防止因為反復折彎影響到內固定器械的力學特性和強度，縮短手術及麻醉時間，降低手術失敗率等。

3.2 術前規劃的數字化技術特點

本研究使用的數字化醫學，是將現代醫學和數字化技術相結合，涵蓋多種學科的交叉科學。近年來，數字醫學技術與骨科臨床醫學緊密結合，極大地促進了骨科臨床診療技術的發展。今天的數字骨科學，充分利用了醫學領域多維圖像數據，在計算機輔助下，術前模擬手術，輔助醫生完成手術，極大地提高了手術治療的準確性和安全性[3]。而本研究所采用的數字化骨科技術方法較以前使用的實物模型法、尸體模型法或透明紙板法[3-5]有明顯的優勢，如利用螺旋CT掃描原始數據建立三維實體模型，與傳統方法相比具有造模效果更逼真，速度更快，后處理操作簡單，快速模擬手術的各種操作，可反復多次使用，成本低，并且能進一步進行力學有限元分析，指導個性化內植物設計等優點。

3.3 數字化技術在醫學各領域的應用

數字化技術中的虛擬手術規劃在很多領域都有應用，如頜面外科[4]、腦外科等[5]。在骨科領域，Heegaard JH等[6]將計算機三維模型技術應用于模擬全膝關節置換中。而在創傷骨科方面應用剛剛起步，如金丹等[7]將虛擬術前計劃應用于踝關節，本研究則是應用于四肢長骨骨端復雜骨折，目前這方面的報道很少。

3.4 本研究的意義

本研究結果表明，通過CT原始數據在個人計算機上應用各種軟件進行三維實體模型重建，模擬肱骨近端四部分骨折的復位、內固定接骨板的選擇等模擬手術的操作，可以幫助術者及助手在術前模擬真實手術的步驟，可為患者提供個體化的手術方案。對于臨床上肱骨近端復雜骨折的術前評估、手術操作及術后評價展示了較大的優勢。

3.5 不足與展望

本研究所模擬的環境是比較理想的狀態，與實際手術情況仍有一定的差距，而且現有軟件中的各項操作處理還比較復雜，后期的一些處理也比較困難。但通過本研究還是可以看到，三維實體模型重建及模擬手術均展示了良好的臨床應用價值，具有很大的發展空間與很好的發展前景。

[參考文獻]

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[6] Heegaard JH，Leyvraz PF，Hovey CB. A computer model to simulate patellar biomechanics following total knee replacement：the effects of femoral component alignment[J]. Clin Biomech（Bristol，Avon），2001，16（5）：415-423.

[7] 金丹，王丹，蘇秀云，等. 踝關節骨折數字化虛擬手術設計系統的建立及其初步臨床應用[J]. 中國骨與關節損傷雜志，2009，24（10）：880-881.

（收稿日期：2011-04-13）