计算机辅助三维重建技术在颌面部外伤诊治中的应用研究

赵利等

[摘要]目的：探讨计算机辅助三维重建技术在颌面部外伤中的诊断及临床应用价值。方法：收集70例颌面部外伤患者。对所有颌面部外伤患者均行普通X线片拍摄、螺旋CT二维扫描和三维重建成像，对结果进行对比分析，并总结三维重建技术在颌面部外伤的临床应用特点。结果：计算机辅助三维成像技术，对70例颌面部外伤患者诊断准确性高，并且能够立体清晰地显示了颌面部骨折部位、类型、骨折块移位情况及颌面部立体形态改变。结论：计算机辅助三维重建技术获得的图像弥补了普通X线及二维CT轴位图像不足，可以全面立体地显示病变，在颌面部外伤的术前诊断、手术计划制定及手术后效果评价中具有重要临床应用价值，可作为常规的影像学检查方法，也是口腔计算机辅助外科的数据基础。

[关键词]三维CT； 计算机辅助三维重建；颌面部骨折；三维手术预测模拟

[中图分类号]R179 G478.2 [文献标识码]A [文章编号]1008-6455（2014）12-0974-05

Abstract： Objective The aim of this study is to explore the diagnosis and clinical application value of computer-assisted three-dimensional reconstruction technique in injuries of maxillofacial. Methods 70 patients of maxillofacial trauma patients were included in this study.All trauma patients were performed by X-ray films、2 D spiral CT scan and 3 D reconstruction imaging，and comparing with the results of analysis， and summarize the clinical application of 3D reconstruction technique in maxillofacial trauma. Results The computer- assisted three-dimensional reconstruction technique has the hily accuracy rate to the 70 patients of maxillofacial trauma patients.It's stereoscopical and clearly shows the maxillofacial fracture site，type，displacement of fracture fragments and maxillofacial three-dimensional morphological changes. Conclusion The technique make up for less than ordinary X-ray and 2D CT axial images-display of lesions in the full three-dimension，which has an important clinical value in preoperative diagnosis， surgical planning and post-operative effect evaluation in maxillofacial trauma，and could be used as a conventional imaging methods， Also was the data base of oral computer-aided surgical.

Key words：3-DCT/computer-assisted three-dimensional reconstruction technique/Maxillofacial fracture /three dimensional surgical planning and simulation

对颌面部骨组织器官的三维重建是颌面外科手术治疗的基础。传统X线检查和二维CT因其本身的局限性已经不能满足更高要求的临床需要，只能作为治疗的辅助检查手段。近年来，随着多层螺旋CT（MSCT）设备和计算机技术的成熟，计算机辅助三维重建技术形成的三维重建图像因其能够准确地提供三维信息、模拟术后效果和指导手术重建，在颌面外科中的应用越来越广泛[1-3]。随着数字技术的发展，计算机辅助三维重建技术在颌面部外伤骨折的术前诊断、术前手术方案设计、手术操作过程模拟及术后效果模拟等方面发挥着重要的角色。对于颌面部外伤手术有着重要意义。本研究通过对运用计算机辅助三维重建技术的70例颌面部外伤骨折病例的临床资料进行分析，探讨三维重建技术在颌面部外伤中的诊断及临床应用价值。

1 材料和方法

1.1 临床资料：收集2010年12月～2012年12月在安徽医科大学第一附属医院口腔颌面外科诊治的颌面部外伤骨折的70例（男58例，女12例）患者资料，年龄6～78岁，平均35岁。临床检查均为颌面部损伤，其中交通事故伤41例，坠落伤19例，钝器击伤7例，其他意外损伤3例，其中合并颅脑损伤16例。陈旧性骨折26例，平均伤后10天就诊；临床表现最明显的为骨折处疼痛，咬合关系错乱和下颌运动障碍等。每位患者术前均进行常规X线平片、二维CT片和三维CT重建。

1.2 检查设备及技术参数：患者术前均进行常规X线平片、二维CT片和三维CT重建。①常规X线平片摄影：包括头颅正侧位片、上颌骨华氏位片、曲面断层片；②螺旋CT扫描：应用普通螺旋CT行二维扫描，获得二维CT图像；三维扫描使用用西门子64位螺旋CT扫描，扫描时患者仰卧，平行于眶耳线行横断位扫描，图像矩阵753×212，扫描参数：管电压120kV，管电流350mA，层厚2mm，螺距lmm，扫描时间1.0s，重建间距1.5mm。患者采用仰卧位。扫描完成后用Image work中选3D重建系统获得立体图像，根据病变位置分别在X轴、Y轴和Z轴上转动，常规取前面、后面、左右侧面等进行观察和摄影，左右斜面旋转角度根据骨折位置确定。

1.3图像处理及资料分析：患者的常规X线片和二维CT片拍摄后将二维图像数据传入计算机内，直接阅片；三维CT重建影像是多层螺旋CT扫描完成后，将获得的横断面影像经Image work工作站进行图像后处理，获得立体图像，根据病变位置分别在X轴、Y轴和Z轴上转动，常规取前面、后面、左右侧面等面进行观察和摄影，左右斜面旋转角度根据骨折位置确定。骨折的判断以二维图像作为参考标准，将全部病例的3种影像检查方法分成3组。由2位有经验的放射诊断医生和2位口腔颌面外科医生进行双盲法评估，要求每位观察者根据三组图像分别对每例患者颌面部骨折部位、范围、骨折线形态及走行、骨折块数目及移位情况、关节脱位情况、邻近结构的解剖关系及并发症作出诊断和分析，三种图像显示结果分别与手术结果对照。并将该信息提供给口腔颌面外科医生，以此作为术前方案设计的依据。

1.4 治疗方法的选择：分为保守治疗和手术治疗。保守治疗方法为颌间牵引固定、石膏头帽颅颌牵引固定和外牵张支架，适应症为新鲜并且骨折轻度移位线性骨折、儿童患者（年龄<12周岁）、全身情况不适合手术或不同意手术者；手术治疗是指手术显露骨折部位，新鲜骨折采用器械复位，陈旧性骨折则不按原骨折线打开骨折，而采用骨锯进行截骨，然后根据恢复咬合关系和面形的要求复位，适应症为有开放性创口的骨折、闭合性复杂骨折、已错位愈合的陈旧性骨折且咬合关系错乱。颌骨骨折的手术入路根据骨折部位选择，但要兼顾显露和美观的要求，因此合适的手术入路非常正常，通常采用冠状切口、眼缘下切口、耳屏前切口，下颌下切口、局部小切口、口内前庭沟切口及各种联合切口；根据断端位置、移位程度及骨折片状态选择适宜的内固定方式，包括钢丝结扎，克氏针固定、坚强内固定钛板及钛网等。

1.5 疗效评定：术后1～6月进行影像学和临床检查相关术后随访研究，骨折术后的功能评价指标为：切口一期愈合、开口度>40mm且无疼痛、恢复正常的咬合状态、下颌有良好的活动度、稳定的颞下颌关节及面部有良好的对称性，满足前述5条以上标准为优，满足3～4条标准为良，不足3条标准为差。

1.6 统计学处理：所有病例资料通过SPSS 11.5统计学软件录入计算机，组间比较用χ2检验，以P<0.05作为差异显著性标准。

2 结果

2.1 3种检查方法的诊断结果分析：70例颌面部骨折患者中，多发复合性骨折56例；发现骨折数212处，平均每例3.1处（见表1）。X线平片、二维CT及三维CT重建成像对70例颌面部骨折的诊断准确率分别为88.1%、97.6% 、97.6%；通过统计学两两对照比较差异性，X线平片与二维CT及三维CT比较，χ2=35.58，两者P<0.05，有统计学差异性 二维CT与三维CT比较，P>0.05，无统计学差异性。分析：二维CT及三维CT检查方法在颌面部骨折诊断率上优于X线。三维CT图像对病变表面骨折的诊断价值巨大，确诊率达到97.6%，能立体、直观、清晰、逼真，并可多方位旋转、切割以充分显示骨折区。但对5处上颌窦后壁、筛骨等深部骨折未能显示。各种影像检查方法对骨折的显示情况见表2及图1～3。

2.2 患者术后疗效评定分析：70例颌面部外伤骨折病例中，术后疗效优良者50例（占71.4%）；术后效果良好者15例（占21.5%）；术后效果较差者5例（占7.1%）。

3 讨论

近年来口腔颌面部外伤骨折的发生率呈逐渐上升趋势，由于颌面部暴露于人体表面，且位置突出，在受伤时易发生骨折，颌面部骨折约占全身骨折的3.2%～3.8%，占颌面部创伤的80%[4]。从颌面创伤的性别构成来看，男女比率为4.8：1，这与国内外的文献统计中报到的男女比例相当[5-6]，随着社会在发展，女性与男性一样越来越多的参与各种社会活动，因此女性患者比例有所上升。颌面部骨折的另一大特点是多发性骨折。在所有骨折病例中，多发骨折患者为56例，所占总数比例为80%，单发骨折的患者数量为14例，占总骨折人数的20%，两者之比为4：1。70例颌面部骨折患者总共拥有骨折数量约为212个，平均约为3.1个/人。总结其原因，主要有以下几方面[7-8]：①交通事故外伤的患者比例大，事故损伤较大易致使颌面部骨折多发且复杂；②新型影像设备和技术在颌面部外伤的应用，提高颌面部骨折的诊断率，对颌面部骨折手术具有巨大的辅助作用。

颌面部解剖结构及其毗邻关系复杂，颌面部骨折特别是多发复合性骨折常造成颌面部变形，影响器官功能及患者容貌，因此及时准确地诊断骨折部位和了解骨折移位情况对颌面部外伤的治疗起重要作用。传统X线只能简单诊断有无骨折；因影像重叠影响，难以清楚显示深层次结构的骨折，也不能显示细微骨折及骨折周围软组织的损伤情况，在具体的诊断中有很大的局限性；本研究中二维CT对70例患者212处骨折的确诊率高达97.6%，说明二维CT平扫可准确显示颌面部骨折部位，且能显示骨折周围软组织情况，对颌面部骨折的诊断价值大；但因为二维CT扫描为断层扫描，图像为二维图像，受限于层厚，虽能显示绝大部分骨折线，对于平行或近乎平行于扫描平面的骨折线显示较差，对多发和粉碎性骨折显示不理想，且无法显示和其他扫描层位的相互关系，同时不能直接显示骨折线的全程、粉碎骨折的移位情况及复杂的三维解剖关系。颌面部螺旋CT三维重建图像立体、直观、清晰、准确，能够从多个方向和角度以及所需的层面显示出各种部位的骨折，包括骨折类型、范围、骨折段的移位方向和移位距离以及与骨折段周围组织的空间关系，尤其是在对扫描平面上的线性骨折和严重的粉碎性骨折具有特别的诊断价值。容积再现（volume rendering，VR）技术是广泛应用于颌面部三维重建的后处理方法，三维重建技术对骨折的确诊率为96.1%，确诊率很高。研究表明，VR重组图像能逼真地显示骨折的部位、范围、程度及骨折的移位情况，利于手术切口的设计和决定骨折的固定方式，从而获得良好的手术效果[9-11]。但VR图像由于各组织透明度的不同，易造成影像重叠，影响影像观察效果[12]。因此深部结构的一些骨折，如鼻中隔、眶底、筛骨不易立体显示，需应用切割技术，暴露病变部位。近年来，利用三维影像结合快速原型技术制造患者个体性三维头颅模型，并在三维头颅模型上进行模型外科，进行更加真实和可重复的手术模拟与演示，既精确了设计手术方案，又有利于医患交流，使患者更加全面了解手术的复杂性，同时大大缩短手术时间，降低手术风，提高了手术的可预测性。王国云等[13]研究的头颅模型在复杂颌骨骨折手术中的应用表明头颅模型的应用改进了外科手术的模式，并能完成复杂型骨折的复位和个体化解剖重建，具有非常实用的临床价值。计算机辅助设计与制作（computer-assisted design/manufacture，CAD/CAM）技术及导航系统（computer-assisted navigation system，CANS）的开发和应用。为复杂颌面部骨折的治疗提供了极大的帮助，通过计算机辅助制作技术，生成患者的个体性三维仿真头颅模型，在模型上制作骨折复位模板、弯制钛板和钛网，再结合计算机辅助导航系统，医师可以随时了解手术器械、错位骨块位置及与患者解剖结构的关系.提高骨折复位的准确性，达到满意的手术效果。何冬梅等[14]研究表明计算机辅助导航系统和个体化三维钛网结合可提高陈旧性眶颧骨折伴眼球内陷畸形的治疗效果，且钛网联合Medpor是治疗严重眼球内陷畸形的良好方法。

综上所述，计算机辅助三维重建技术相对于传统的影像检查具有无可比拟优势，提供的三维影像对临床医生在术前诊断、选择、设计手术程式及手术过程提供了重要的信息及参照物， 三维重建技术在颌面外伤中可做为常规且必须检查，对于临床制定手术方案，缩短手术时间和评估手术效果具有重要指导意义。三维重建技术的无创性及三维图像的直观、准确、和定量的特性使之在颅颌面外科的应用方面有着广阔的发展前景[15]。然而，计算机辅助三维重建技术在临床应用中仍有其局限性，这需要医疗工作者在今后的研究工作中需不断改进。

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[收稿日期]2013-11-11 [修回日期]2014-02-10

编辑/何志斌