3D模型及三维测量在复杂下颌骨骨折治疗及疗效评价中的应用研究

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研究背景:  下颌骨是颌面部的最大骨骼,构成面下1/3的轮廓框架,也是面骨骨折最好发的部位。下颌骨结构复杂,形状不规则,骨折后断端移位形式多变,特别是粉碎性下颌骨骨折、下颌骨多发骨折等复杂下颌骨骨折,对颌面部外形及口颌功能破坏严重。面部骨折的治疗原则是恢复患者的伤前面部形态和保存口颌功能,治疗中既要恢复面骨的解剖形态、特有的高度、宽度、突度和弧度,还要恢复或重建咬合关系,恢复咀嚼、吞咽、语言等功能,这需要骨折部位尽可能达到解剖复位。传统手术中手术医师主要依靠体格检查以及术前反复阅读各种影像资料制定手术方案,术中凭借经验复位骨折,这造成了骨折复位的盲目性以及复位效果的不确定性。这些盲目性及不确定性一直是临床医师难以克服的问题,虽然影像学在不断发展,精度不断提高,图像也越发清晰,但如何能预测手术效果,规避一些手术风险,仍然让手术医师面临巨大压力。近十年来,快速发展的 3D 打印技术及数字化外科技术展现了巨大潜力,一定程度上克服了上述难题,在临床的应用中得到了各专业医师的认可。  我科室早在2008年开始应用3D打印技术,陆续对一些复杂颌面部骨折患者采用3D打印模型进行术前规划,在3D打印模型的临床应用方面有一定经验。科室医师在利用 3D 模型过程中熟练了手术过程,初步预测了手术效果,发现并规避了许多可能的手术风险,3D打印模型也因此成为复杂颌面部骨折手术中常规应用的辅助手段,简化了手术操作,提高了治疗效果。  本研究通过回顾性病例对照研究,分析我院口腔颌面外科自 2006 年 6 月~2016年6月收治的复杂下颌骨骨折患者的临床资料,总结3D打印模型方法在复杂下颌骨骨折手术治疗中的应用流程,探讨数字化外科技术在术前设计中的应用价值,并采用下颌骨三维测量方法,评价复杂下颌骨骨折手术复位效果。  方法:  1. 临床病例资料收集  收集我院口腔颌面外科自2006年6月~2016年6月收治的复杂下颌骨骨折患者病例资料。  2. 根据是否使用3D打印模型分组  (1)3D组:患者术前行CT平扫,将数据以Dicom格式刻盘导出;应用Mimics软件精确分割下颌骨骨折断端,并重建三维模型,软件中模拟骨折复位;将数据转换为STL文件并导入打印机打印1∶1比例大小的骨折模型;在模型上模拟骨折复位过程并预成形固定板。通过模型制定的手术方案完成手术,术中微调已预成形固定板并固定骨折。  (2)常规组:由同一专业组手术医师通过传统 X线片及薄层 CT扫描影像学资料判断骨折损伤移位程度,并制定手术方案。术中按传统手术方法进行手术。  3. 两组可比性分析  对 3D 组和常规组的性别、年龄、受伤原因及合并损伤做统计学分析,比较两组患者是否有差异,以确定两组是否具有可比性。  4. 两组临床观察指标对比分析  对3D组和常规组的手术时间、术中出血量及并发症情况进行统计学分析,比较两组临床观察指标是否有差异,以观察在使用3D打印模型后,是否对手术有影响。  5. 两组三维测量结果分析  收集136例患者术前及术后头颅CT扫描数据资料,将原始数据以数字医学图像DICOM格式保存,并导出刻盘。将数据刻盘导入计算机,并在Mimics15.0软件中三维重建。用 Mimics 15.0 软件自带测量工具测量骨骼标志点之间距离。通过比较两组下颌骨量化的距离指标,分析患者健侧与术后患侧之间的差异,判断两组骨折复位效果差异。  结果:  1. 共纳入136例符合标准的复杂下颌骨骨折患者,其中男115例,女21例;年龄9~73岁, 平均32.75岁。受伤原因:交通伤70例,跌/摔伤34例,高处坠落伤19例,其它原因13例;合并颅脑损伤28例,四肢损伤26例,胸部损伤25例,脊柱损伤12例,骨盆损伤5例。  2. 根据是否使用3D打印模型分组:3D组 28例,其中男24例,女4例;年龄10~65岁,平均33.79岁;致伤原因:交通伤15例,跌/摔伤6例,高处坠落伤4例,其他3例;合并颅脑损伤6例,四肢损伤5例,胸部损伤5例,脊柱损伤2例,骨盆损伤1例。常规组108例,其中男91例,女17例;年龄9~73岁,平均32.49岁;致伤原因:交通伤55例,跌/摔伤28例,高处坠落伤15例,其他10例;合并颅脑损伤22例,四肢损伤21例,胸部损伤20例,脊柱损伤10例,骨盆损伤4例。两组患者手术均由同一组医师完成,且分别按照术前计划均顺利完成手术。  3. 两组患者的性别、年龄、受伤原因及合并伤差异均无统计学意义(P>0.05),两组患者一般情况无差异,具有可比性。  4. 临床观察指标中,3D组出现1例轻度咬合关系紊乱,调整牵引后恢复正常。常规组4例出现术后感染,经换药处理后愈合;1例内固定装置排斥反应;19例轻度咬合关系紊乱。两组手术时间和并发症发生率差异有统计学意义(P<0.05),术中出血量差异无统计学意义(P>0.05)。3D组较常规组手术时间缩短,并发症减少,术中出血量无明显差异。  5. 两组患者下颌骨:ΔL1,ΔL2,ΔL3, ΔL4(ΔL1:健侧与术后患侧下颌角点至髁顶点之间的距离差值;ΔL2:健侧与术后患侧下颌角点至颏顶点之间的距离差值;ΔL3:健侧与术后患侧颏顶点至髁顶点之间的距离差值;ΔL4:健侧与术后患侧内下颌角点至下牙槽缘点之间的距离差值)差异均有统计学意义(P<0.05)。3D组较常规组健侧与术后患侧差异小,骨折复位效果好,更接近骨折解剖复位。  结论:  1. 3D打印模型能够帮助手术医师术前全方位观察复杂下颌骨骨折的立体形态,从而制定更加详细、准确的手术方案,有利于提升复杂下颌骨骨折的手术复位效果。  2. 通过数字化外科技术在计算机骨折模型上实施模拟手术,可以发现并解决骨折解剖复位和恢复咬合关系的难点问题。3D 模型上还可以对固定板进行术前塑形,有效地缩短手术时间,降低并发症发生率。  3. 利用下颌骨解剖标志点进行三维测量,通过与健侧对比,量化手术前后下颌骨立体三维空间的变化,更进一步证实 3D 打印模型的使用提升了复杂下颌骨骨折的手术复位效果。
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