兒童髁突骨折數(shù)字模擬的臨床應(yīng)用

巫遂燕 夏一如 駱一帆 李洪遠(yuǎn) 嚴(yán) 浩 孫仁義 徐興僑 肖 進(jìn)▲

1.溫州醫(yī)學(xué)院口腔醫(yī)學(xué)院，溫州 325035；2.溫州醫(yī)學(xué)院附屬口腔醫(yī)院口腔頜面外科，浙江溫州 325027

兒童髁突骨折數(shù)字模擬的臨床應(yīng)用

巫遂燕1夏一如1駱一帆1李洪遠(yuǎn)1嚴(yán) 浩1孫仁義2徐興僑2肖 進(jìn)2▲

1.溫州醫(yī)學(xué)院口腔醫(yī)學(xué)院，溫州 325035；2.溫州醫(yī)學(xué)院附屬口腔醫(yī)院口腔頜面外科，浙江溫州 325027

目的 建立兒童期髁突骨折數(shù)字化三維影像，探討其在臨床中的應(yīng)用。 方法 采用CT獲得兒童髁突骨折影像資料，利用Mimics 10.1軟件進(jìn)行髁突及骨折游離段的三維重建，建立下頜骨、髁突及游離段的三維數(shù)字模型。根據(jù)此模型分析診斷并設(shè)計(jì)治療方案或手術(shù)計(jì)劃、模擬手術(shù)。 結(jié)果 在三維方向上真實(shí)再現(xiàn)了髁突及骨折游離段的解剖形態(tài)，精確顯示骨折類型及游離段與髁突的位置關(guān)系，為髁突骨折的診斷與治療、治療設(shè)計(jì)及具體的手術(shù)過程等提供準(zhǔn)確依據(jù)。 結(jié)論 采用軟件重建方法獲得的三維數(shù)字影像，為兒童期髁突骨折的影像診斷及手術(shù)設(shè)計(jì)等提供了依據(jù)，具有一定的臨床應(yīng)用前景。

髁突；骨折；數(shù)字化模擬

髁突骨折是口腔頜面外科的常見病和多發(fā)病，尤其對(duì)于兒童期的髁突骨折，保守治療或手術(shù)治療的選擇是臨床的難點(diǎn)之一，需要根據(jù)患者的年齡、臨床表現(xiàn)和具體影像學(xué)特征等綜合分析判斷。目前三維CT因能夠提供立體結(jié)構(gòu)信息，在顳下頜關(guān)節(jié)創(chuàng)傷的診斷中得到廣泛應(yīng)用，但影像學(xué)檢查的更為重要的意義在于不僅能夠提供骨折的術(shù)前精確評(píng)價(jià)，包括骨折線的位置、走行以及游離段的精確信息，如成角、重疊、移位、旋轉(zhuǎn)等形態(tài)學(xué)特征，而且能夠據(jù)此幫助完成術(shù)前計(jì)劃，甚至是手術(shù)細(xì)節(jié)的模擬和預(yù)測(cè)[1-3]。計(jì)算機(jī)數(shù)字技術(shù)的發(fā)展即為達(dá)到此目的提供了一種全新的方法[4-7]。本研究采用CT獲得兒童髁突骨折影像資料，利用Mimics 10.1軟件進(jìn)行髁突及骨折游離段的三維重建，建立下頜骨、髁突及骨折游離段的三維模型，在三維方向上真實(shí)再現(xiàn)髁突及游離段的解剖形態(tài)，精確顯示骨折具體類型、骨折游離段與髁突的位置關(guān)系等，為髁突骨折的診斷、治療設(shè)計(jì)及具體的手術(shù)過程等提供準(zhǔn)確依據(jù)，探討數(shù)字重建技術(shù)在兒童期髁突骨折診治中的臨床應(yīng)用。

1 材料與方法

1.1 一般資料

所有資料來源于2008年11月～2011年6月本院口腔頜面外科住院患者，共17例，其中，男性10例，女性7例，平均年齡9.6歲。本研究病例中17例全部行頜面X線全景片和CT檢查。X線平片診斷骨折者16例，可疑者1例；CT診斷骨折者17例，其中雙側(cè)髁突骨折6例，單側(cè)髁突骨折11例。

1.2 掃描與重建方法

全部病例采用GE Lightspeed 16-PRO CT無間隙容積掃描，掃描時(shí)取仰臥位，眶耳平面與水平面垂直，掃描平面平行于眶耳平面。下頜于牙尖交錯(cuò)位（intercruspal position，ICP）時(shí)對(duì)雙側(cè)顳下頜關(guān)節(jié)、下頜骨和上頜骨、部分顱骨進(jìn)行掃描，掃描范圍自顳下頜關(guān)節(jié)窩頂上方到下頜骨最下緣。層厚4～5 mm，電壓120 kV，電流250 mA，采用ADW 4.2-03軟件進(jìn)行編輯分析。掃描數(shù)據(jù)以Dicom格式存儲(chǔ)，導(dǎo)入Mimics 12.0軟件（Materialise公司，比利時(shí)）進(jìn)行圖像處理。對(duì)于患者雙側(cè)髁突應(yīng)用勾畫刪除技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行切割刪除處理，利用Mimics人工手動(dòng)分割功能，得到其包括下頜骨、雙側(cè)髁突以及骨折游離段的數(shù)字化三維影像，并以不同顏色顯示。此影像可任意拆分、旋轉(zhuǎn)、切割或拼接等。

1.3 診斷與模擬手術(shù)

全部17例病例入院前后已行頜面X線全景片和CT檢查，Mimics 10.1軟件進(jìn)行圖像處理（圖1）后再次得到其包括下頜骨、雙側(cè)髁突以及骨折游離段的數(shù)字化三維影像，將普通二維或三維CT影像與后期加工所得數(shù)字化三維影像比對(duì)、分析，可以直觀顯示髁突骨折的部位、具體類型以及游離段的方向、移位、旋轉(zhuǎn)、重疊、成角等細(xì)節(jié)情況，從而做出精確的診斷。

圖1 Mimics軟件操作過程

精確診斷的同時(shí)，對(duì)髁突骨折的部位、具體類型等準(zhǔn)確觀察，尤其是精確分析骨折游離段的方向、游離段長(zhǎng)軸與髁突長(zhǎng)軸所形成的夾角、移位、旋轉(zhuǎn)、游離段與髁突近心端相互重疊的多少等細(xì)節(jié)，結(jié)合患者的年齡、顱頜面發(fā)育情況、咬合關(guān)系的變化、張口度張口型的改變等，綜合設(shè)計(jì)其具體治療計(jì)劃，選擇保守治療或開放式手術(shù)。

對(duì)于計(jì)劃手術(shù)的，如為單側(cè)髁突骨折，則通過數(shù)字三維影像，測(cè)量得到其健側(cè)髁突高度、位置等，利用此影像可以自由旋轉(zhuǎn)、拆分、組合的特性，進(jìn)行簡(jiǎn)單的模擬手術(shù)，按照健側(cè)數(shù)據(jù)將骨折游離段旋轉(zhuǎn)、移位，復(fù)位于骨折近心端，從而初步明確手術(shù)中游離段的具體復(fù)位過程。初步分析內(nèi)固定微型鈦板放置位置，內(nèi)固定鈦釘選擇長(zhǎng)度和具體位置等。如為雙側(cè)骨折，則對(duì)兩側(cè)進(jìn)行以上模擬過程，盡可能做到兩側(cè)高度、角度等的一致。

1.4 治療方法

通過以上分析、模擬等，全部17例患者中，有2例選擇保守治療，同時(shí)行頜間牽引固定5～7 d。3例單純保守治療。1例行髁突高位粉碎性骨折游離骨段摘除術(shù)加關(guān)節(jié)盤復(fù)位術(shù)。11例選擇行手術(shù)切開復(fù)位，AO公司頜面部2.0或1.3頜面微型鈦板固定。

2 結(jié)果

在全部病例中，三維數(shù)字影像均可以清楚直觀地顯示下頜骨包括雙側(cè)髁突骨折的部位，骨折游離段的方向、旋轉(zhuǎn)、移位、重疊、成角等及其與周圍解剖結(jié)構(gòu)的空間關(guān)系，其圖像立體直觀，能提供細(xì)節(jié)信息，并且可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的模擬手術(shù)，從而為患者的精確診斷、治療方法的選擇、手術(shù)方案的確定提供了充分的依據(jù)（圖2、3）。

圖2 顱面部數(shù)字三維影像

圖3 下頜骨及髁突單獨(dú)影像

本研究中根據(jù)數(shù)字三維影像的分析，5例 （9側(cè)）診斷為高位囊內(nèi)骨折，髁突頸部骨折10例（11側(cè)），矢狀骨折1例（1側(cè)），高位粉碎性骨折1例（1側(cè)），有效地避免了誤診的發(fā)生。

本研究中11例（15側(cè)）選擇了手術(shù)切開復(fù)位內(nèi)固定進(jìn)行治療，手術(shù)前均進(jìn)行簡(jiǎn)單的模擬手術(shù)，提供了良好的參考價(jià)值，使醫(yī)師準(zhǔn)確制訂合理的手術(shù)方案。手術(shù)中基于術(shù)前模擬復(fù)位游離段、放置內(nèi)固定鈦板鈦釘，從而使兩側(cè)髁突、下頜升支的高度、角度等獲得一致。術(shù)后患者面容和咬合關(guān)系恢復(fù)滿意。其次由于對(duì)髁突骨折的部位、骨折線的走行、游離段移位等精確掌握，加之術(shù)前模擬了內(nèi)固定鈦板鈦釘?shù)拈L(zhǎng)度、位置等，極大地縮短了手術(shù)時(shí)間。

3 討論

髁突骨折逐漸成為口腔頜面外科的常見病和多發(fā)病之一，不同的致傷力、方向、性質(zhì)導(dǎo)致髁突骨折的嚴(yán)重程度、方向、部位、移位程度等差異較大。髁突骨折應(yīng)根據(jù)其具體情況選用不同的治療方法，故明確骨折部位、方向、移位程度等細(xì)節(jié)對(duì)于選擇治療方案有重要參考意義。髁突為重要的下頜骨生發(fā)中心，兒童期髁突骨折后可能會(huì)對(duì)下頜骨的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生極大的影響，因此對(duì)其治療，是選擇保守治療亦或手術(shù)切開復(fù)位內(nèi)固定需要更加慎重。目前，臨床上對(duì)髁突骨折主要采用后前位頭顱平片、曲面斷層全景片、CT等檢查方法，由于髁突處于領(lǐng)近骨結(jié)構(gòu)如外耳道、乳突、頸椎、莖突的包圍中，X線片和體層檢查難以避開髁突周圍的骨結(jié)構(gòu)的重疊影像，不太容易清楚顯示髁突骨折碎骨片的位置、方向、旋轉(zhuǎn)，容易出現(xiàn)漏診和誤診。目前多數(shù)醫(yī)院已可進(jìn)行螺旋CT三維重建檢查，其在診斷準(zhǔn)確性上高于全景片，基本上可以清晰直觀地觀察髁突[8]，但利用Mimics等軟件形成個(gè)體化數(shù)字三維影像相較于螺旋CT具有巨大的優(yōu)勢(shì)。Mimics使用并不復(fù)雜，對(duì)患者干擾小，只需要其普通二維CT、MRI等資料即可。其次可以生成3D圖像及編輯處理，然后輸出通用的CAD計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、FEA有限元分析，RP快速成型格式，可以在電腦上進(jìn)行大規(guī)模數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換處理，進(jìn)行相應(yīng)分析、研究。因此在臨床和科研中均逐漸得到重視[9-10]。

通過對(duì)患者的影像進(jìn)行三維重建，可以得到患者的個(gè)體化解剖數(shù)據(jù)，為臨床診斷和治療提供立體、直觀的解剖學(xué)依據(jù)。利用三維骨建模系統(tǒng)為臨床膝關(guān)節(jié)手術(shù)制訂手術(shù)方案，提高手術(shù)療效。此方法在髁突骨折的治療中尚未見應(yīng)用，但在其他部位國內(nèi)已有相關(guān)報(bào)道[11-12]。

髁突骨折具有解剖尺寸小、周圍毗鄰結(jié)構(gòu)多等特點(diǎn)，因此，在髁突骨折診治過程中明確骨折線類型、走行、骨折游離段移位方向、重疊、成角等細(xì)節(jié)是否必要[13]。兒童期其顱頜面尚未完全發(fā)育完成，髁突作為下頜骨重要的生發(fā)中心之一在其生長(zhǎng)發(fā)育過程中起著十分重要的作用。髁突骨折后其生發(fā)中心是否破壞、保守治療能否出現(xiàn)必要的改建、開放式手術(shù)會(huì)否影響其生長(zhǎng)發(fā)育、如何復(fù)位并進(jìn)行有效的固定等都是治療前需要考慮的問題[14]。治療方式的選擇、手術(shù)過程的精細(xì)程度都將產(chǎn)生不可逆的影響[15-17]，因此治療前期對(duì)兒童期髁突骨折的細(xì)節(jié)的精確掌握，甚至是必要的模擬手術(shù)等顯得更加必要[17]。本研究的結(jié)果顯示，基于二維普通CT得到的數(shù)字三維影像能夠清晰地顯示髁突骨折的部位、方向、重疊、成角、移位等細(xì)節(jié)情況及其與周圍解剖結(jié)構(gòu)的毗鄰關(guān)系，尤其是復(fù)雜的髁突骨折，如矢狀骨折、粉碎性骨折、囊內(nèi)骨折等，對(duì)治療方法和手術(shù)方案的確定具有重要的參考意義和指導(dǎo)價(jià)值。

本研究利用Mimics 12.0對(duì)兒童期髁突骨折數(shù)字化三維影像進(jìn)行初步探討，在三維方向上真實(shí)再現(xiàn)了髁突及骨折游離段的解剖形態(tài)，精確顯示骨折類型及游離段與髁突的位置關(guān)系，為髁突骨折的診斷與治療、治療設(shè)計(jì)及具體的手術(shù)過程等提供準(zhǔn)確依據(jù)，具有一定的臨床應(yīng)用前景。利用此數(shù)字三維影像對(duì)兒童期髁突骨折及手術(shù)后生物力學(xué)等的分析以及手術(shù)的模擬、預(yù)測(cè)等可能是其最大優(yōu)勢(shì)之一，可以明確復(fù)位固定后或保守治療的可能結(jié)果，從而選擇最優(yōu)的治療方案。未來將在此方面繼續(xù)深化研究。

髁突骨折后常伴有關(guān)節(jié)盤的損傷、移位等。關(guān)節(jié)盤在顳頜關(guān)節(jié)中發(fā)揮著極其重要的功能，損傷或移位后可能造成顳頜關(guān)節(jié)功能障礙，如張口受限、疼痛、張口時(shí)發(fā)生彈響等，嚴(yán)重的可能由于失去關(guān)節(jié)盤對(duì)應(yīng)力的緩沖、保護(hù)等逐漸導(dǎo)致髁突軟骨、軟骨下骨的退行性變，最終導(dǎo)致髁突的破壞[18]。因此，在髁突骨折的治療中，必須注意對(duì)受損、移位關(guān)節(jié)盤的修復(fù)、復(fù)位等[19]。對(duì)顳下頜關(guān)節(jié)盤MRI應(yīng)用Mimics軟件編輯后建立三維可視化模型已有初步研究[20]，但如何將兒童期髁突骨折后骨組織CT影像與關(guān)節(jié)盤MRI影像資料同時(shí)分析、建立包括軟硬組織均在內(nèi)的更加細(xì)致的三維數(shù)字影像，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行精細(xì)的分析、預(yù)測(cè)及模擬手術(shù)等也是值得研究的內(nèi)容之一。

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Clinical application of digitized simulation of condylar fractures of children

WU Sui-yan1XIA Yi-ru1LUO Yi-fan1LI Hong-yuan1YAN Hao1SUN Ren-yi2XU Xing-qiao2XIAO Jin2▲
1.Stomatology of Wenzhou Medical College,Wenzhou 325035,China;2.Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Stomatological Hospital Affiliated to Wenzhou Medical College,Wenzhou 325027,China

ObjectiveTo establish digital three-dimensional models of childhood condylar fractures,investigate its application in clinic.MethodsCT was used to get children condylar fracture image data,then the Mimics 10.1 software was used for three-dimensional reconstruction models of the mandible,the condylar and free segment of the fractures. According to this model,a treatment program or surgical planning was diagnosed and designed.ResultsIn three dimensions,the models displayed the anatomy of condylar fracture accurately,showed the type of fracture and the relationship between free segment and condylar position,provided accurate basis for the diagnosis and treatment of condylar fracture.ConclusionUsing the software reconstruction method can obtain three-dimensional digital models,the model has a potential significance in diagnosis and treatment for clinical application.

Condyle;Fracture;Digitized simulation

R726

A

1674-4721（2014）03（c）-0026-04

2014-01-13本文編輯：郭靜娟）

浙江省大學(xué)生新苗計(jì)劃資助項(xiàng)目（2010R413014）▲

肖進(jìn)，博士，主治醫(yī)師