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[摘要] 目的 研究根据CT数据在个人计算机上对肱骨近端四部分骨折进行术前模拟手术规划的可行性及其临床意义。方法 对5例肱骨近端四部分骨折进行模拟手术规划。将肱骨近端骨折CT扫描原始数据导入Mimics及UG软件中，进行计算机术前模拟手术。根据接骨板长度、放置位置、螺钉长度、入钉方向及数量对比模拟手术与实际手术情况是否相符。结果 5例肱骨近端四部分骨折均成功完成模拟内固定。接骨板长度符合率100%；1例接骨板放置位置略向前移；螺钉长度符合率96.36%，螺钉方向符合率98.18%，螺钉数量符合率100%。结论 利用个人计算机辅助术前模拟肱骨近端骨折手术情况与实际手术情况基本相符，对肱骨近端骨折术前计划制定有良好的临床应用价值。
[关键词] 肱骨近端骨折；骨折固定术；数字化；三维手术模拟
[中图分类号] R445.3 [文献标识码] B [文章编号] 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
肱骨近端骨折是一种常见的上肢骨折类型。按照Neer分型[1]，四部分骨折需手术治疗，本研究对5例肱骨近端四部分骨折采集CT原始数据进行计算机辅助术前模拟手术规划，并与实际手术情况对比。
1 材料和方法
1.1 材料
1.1.1 实验数据 选取5例肱骨近端Neer分型四部分骨折男性患者术前CT扫描（扫描条件：Toshiba aquilion 64排螺旋CT薄层扫描，电压120kV，电流120mA，层厚0.5mm，扫描时间1.5s）的原始数据（Dicom格式），年龄48～57岁。
1.1.2 软件要求 Mimics10.01（Materialise公司）；UG NX5.0（Siemens PLM Software公司）；Windows XP Professional SP2 64bit（微软公司）。
1.1.3 个人计算机硬件最低要求 CPU：Intel酷睿2双核T5470（1.6GHz）；内存：1G；显卡：384M；硬盘：120G。
1.2 实验方法
1.2.1 数字三维模型重建及模拟复位内固定 ①骨折数字三维模型重建：将CT原始图像数据导入Mimics软件中，可得到肱骨近端骨折的初步三维模型。进行去噪处理得到较好效果。见图1A。②骨折三维模型模拟复位：将各个骨折块用不同颜色区分。运用命令对各骨折块进行复位，然后将模拟复位后的所有骨折块合成一个整体。见图1B。③测量：对拟用接骨板的部位进行测量，确定接骨板的长度、孔数及固定的进钉点以及接骨板的角度等。
1.2.2 模拟内固定接骨板、螺钉的三维重建 ①接骨板的三维重建：参照标准规格相应长度接骨板数据，在UG软件中绘制并保存。②螺钉的三维重建：参照标准规格配套相应长度皮质骨螺钉，松质骨螺钉，在UG软件中绘制并保存。
1.2.3 模拟接骨板螺钉内固定 根据测量结果得到的数值，在UG中选择绘制好的接骨板模型文件导入到Mimics，通过装配命令使其移至预定位置，观察接骨板与骨折线、骨面的位置，若贴合效果不佳，则根据情况测量调整，同时将相应螺钉模型文件导入，移至螺钉孔，按既定方向移入。见图1C、D。
图1 A骨折分解图；B骨折复位图；C模拟复位内固定正位观；D模拟复位内固定侧位观
2 结果
分别对5例肱骨近端四部分骨折进行模拟手术规划设计，与术中实际情况对比。结果骨折复位情况、接骨板类型、接骨板长度5例均相符。接骨板放置位置4例相符，1例由于三角肌的影响使接骨板略向前移动。所用螺钉数量5例共用55枚。长度不符的有两枚，1枚较模拟情况长2mm，由于实际术中入钉角度困难未按预定方向打入造成，另1枚较模拟情况短1.5mm，由于对侧骨质塌陷所致，其余53枚都相符，相符率为96.36%。其中方向相符的为54枚，相符率为98.18%。由此得出计算机模拟手术规划中模拟骨折复位情况，内固定接骨板各项数据均与术中实际情况基本相符。
3 讨论
3.1 肱骨近端四部分骨折术前规划的优势
肱骨近端骨折15%～20%为移位骨折，大多需要手术治疗[2]。按照Neer分型，本组病例为移位四部分骨折，均采用切开复位接骨板内固定。由于属于复杂骨折，手术风险及难度均较大，因此术前模拟手术规划，利用个人计算机及相关软件，进行模拟手术，这样可以使术中操作针对性提高、目的性加强，避免反复、盲目、粗暴的手术操作。术前模拟手术规划，可以帮助手术顺利完成，同时防止因为反复折弯影响到内固定器械的力学特性和强度，缩短手术及麻醉时间，降低手术失败率等。
3.2 术前规划的数字化技术特点
本研究使用的数字化医学，是将现代医学和数字化技术相结合，涵盖多种学科的交叉科学。近年来，数字医学技术与骨科临床医学紧密结合，极大地促进了骨科临床诊疗技术的发展。今天的数字骨科学，充分利用了医学领域多维图像数据，在计算机辅助下，术前模拟手术，辅助医生完成手术，极大地提高了手术治疗的准确性和安全性[3]。而本研究所采用的数字化骨科技术方法较以前使用的实物模型法、尸体模型法或透明纸板法[3-5]有明显的优势，如利用螺旋CT扫描原始数据建立三维实体模型，与传统方法相比具有造模效果更逼真，速度更快，后处理操作简单，快速模拟手术的各种操作，可反复多次使用，成本低，并且能进一步进行力学有限元分析，指导个性化内植物设计等优点。
3.3 数字化技术在医学各领域的应用
数字化技术中的虚拟手术规划在很多领域都有应用，如颌面外科[4]、脑外科等[5]。在骨科领域，Heegaard JH等[6]将计算机三维模型技术应用于模拟全膝关节置换中。而在创伤骨科方面应用刚刚起步，如金丹等[7]将虚拟术前计划应用于踝关节，本研究则是应用于四肢长骨骨端复杂骨折，目前这方面的报道很少。
3.4 本研究的意义
本研究结果表明，通过CT原始数据在个人计算机上应用各种软件进行三维实体模型重建，模拟肱骨近端四部分骨折的复位、内固定接骨板的选择等模拟手术的操作，可以帮助术者及助手在术前模拟真实手术的步骤，可为患者提供个体化的手术方案。对于临床上肱骨近端复杂骨折的术前评估、手术操作及术后评价展示了较大的优势。
3.5 不足与展望
本研究所模拟的环境是比较理想的状态，与实际手术情况仍有一定的差距，而且现有软件中的各项操作处理还比较复杂，后期的一些处理也比较困难。但通过本研究还是可以看到，三维实体模型重建及模拟手术均展示了良好的临床应用价值，具有很大的发展空间与很好的发展前景。
[参考文献]
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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，苏秀云，等. 踝关节骨折数字化虚拟手术设计系统的建立及其初步临床应用[J]. 中国骨与关节损伤杂志，2009，24（10）：880-881.
（收稿日期：2011-04-13）
