1、2056 现代中西医结合杂志Modern Journal of Integrated Traditional Chinese and Western Medicine 2013 Jul，22(19) 计算机辅助设计骨替代材料在骨创伤修复中的应用 李 亢 ，姜 燕 (1湖北医药学院附属太和医院，湖北十堰442000；2湖北医药学院，湖北十堰442000) 摘要 目的 研究计算机辅助设计骨替代材料在骨科创伤修复中的临床应用效果 ， 方法采用骨替代材料，利用计算机辅助设计制造出个性化的骨骼替代品，选取我院创伤骨 科76例创伤患者进行不同程度的修复手术，并随访观察2 a以上。结果 术后发生骨关节轻 度
2、塌陷2例，皮下积液3例，骨替代材料被吸收1例，局部发热2例，其余术后治疗效果满意， 均无排异和感染现象。结论采用骨替代材料，术前应用计算机辅助设计出具有良好匹配性 的骨骼材料，植入到创伤修复部位，不仅术中创伤小、节省时间，而且随访表现出人工骨材料 相容性较好，安全性高，应用于创伤修复手术疗效显著，值得临床推广应用。 关键词 骨创伤；人工骨材料；计算机辅助设计；创伤修复；个体化 中图分类号】 R683 文献标识码 A 文章编号 10088849(2013)19205603 Application of designing bone substitute materials for bone re
3、pair in trauma with computer aid Li Kang，Jiang Yan (1Taihe Hospital Affiliated of Hubei University of Medicine，Shiyan 442000，Hubei，China；2Hubei University of Medi cine，Shiyan 442000，Hubei，China) Abstract：0bjective It is to study the clinical application effect of designing bone substitute materials
4、with computer aid in orthopedic trauma repairMethods 76 patients with different orthopedic trauma injuries in the department of orthopedics in our hospital were selected and treated with bone repair surgeries by individualized bone substitute products which was designed and producted by using bone s
5、ubstitute materials with aid computer，and they were followed up for more than two years after their surgeriesResults There were 2 cases of mild postoperative collapse in bone joints，3 cases of subcutaneous effusion，1 case with bone substitute materials absorbed，2 cases with ft vet in certain body ar
6、eaThe rest ones effects were satisfactory with no rejection and infectionConclusion Designing bone substitute materials with good matching with computer aid in ortho pedic trauma repair not only have smaller operation area and shorter surgery time，but also have high safety and good compati_ bility a
7、fter surgeriesAs effective way of repairing bone trauma in surgeries，it has bright future in clinical application Key words：bone trauma；artificial bone material；computer aided design；repair in trauma；individualization 近年来，随着交通事业和工农业生产现代化的发展，肢体 骨骼损伤的病例越来越多，轻者丧失肢体活动能力，重者危及 生命。计算机辅助设计骨替代材料修复是指利用高科技的骨 替
8、代材料，结合计算机辅助设计(CAD)技术，制造出适用于 不同患者的个性化骨骼，修复患者的创伤部位。我院经过多 年的反复临床实践，采用生物陶瓷类材料和钛金属材料等作 为骨替代材料，术前运用计算机技术手段，在术前根据不同患 者骨缺损的情况预构制作出适用的个性化骨骼，并进行创伤 后骨缺损段的修复手术。不仅术后并发症少，而且整体修复 效果好，现报道如下。 1临床资料 11 一般资料选取在我院治疗的76例不同程度及部位的 作者简介 李亢(1975一)，男，讲师，硕士，研究方向为骨创伤 与整形；显微骨科；计算机辅助骨科临床应用。 通信作者 姜燕，Email：jiangli_l026163COB 基金项目
9、湖北医药学院研究生启动基金资助项目 (2011QDZR一13) 骨骼损伤患者，其中男45例，女31例；年龄2856岁。其中 修复股骨远端骨折、缺损l2例，肘关节周围骨缺损14例，膝 关节周围骨缺损33例，踝关节周围骨缺损17例。 12方法根据患者CT影像及临床表现，利用计算机辅助 设计技术完成创伤部位的骨骼成型，选取适合的骨替代材料， 制作出个性骨骼，以备植入患者损伤修复部位，具体步骤： 术前病例的数据采集。采用螺旋CT进行层厚为13 mm多 排连续扫描，并以Dicom(Digitalimaging and Communications in Medicine)格式进行扫描数据保存。损伤骨骼三
10、维重建：将 扫描得到的数据，输入Mimics(比利时Materialise公司开发) 软件中，进行骨损伤部位的三维重建，得到数字化的骨骼模 型，通过标准数据配准在计算机中进行模拟修复，通过快速成 型技术，得到个性化的骨三维仿真修复模型。 。个性化 骨骼成型：利用术前选取好的骨替代材料，根据骨三维仿真修 复模型，通过包埋铸造制作出个性化的骨骼实体，并进行包括 清洗、磨边、回弹、钝化以及修饰等后续处理。手术修复：将 个性化骨骼实体，利用规范的手术技术，必要时可利用关节镜 现代中西医结合杂志Modern Journal of Integrated Traditional Chinese and We
11、stern Medicine 2013 Jul，22(19) 2057 技术，植入不同患者个体的骨缺损部位进行修复。 13评估标准及疗效判断标准 术后伤口愈合、皮下无积 液、个性骨骼移植到位，外观美观为患者愈后出院标准。利用 计算机辅助设计骨替代材料在骨骼创伤修复中的手术效果为 疗效判断标准 。 14统计学处理 患者资料采用SPSS 130统计学软件进 行分析，术前、术后2组间比较采用t检验，以P005为差 异有统计学意义。 2 结 果 本组76例全部列入术后结果分析和统计，无遗漏。其中 发生骨关节轻度塌陷2例，皮下积液3例，骨替代材料被吸收 1例，局部发热2例，其余术后治疗效果满意，肢体功能
12、恢复 良好，修复周围肌肉群力量可达到级以上。均无排异和感 染现象，个性骨与骨损伤部位吻合较好，此种运用计算机辅助设 计预构骨骼模型进行骨骼修复的方式明显优于传统修复方式。 3讨 论 31 骨替代材料的选取原则 在创伤修复中，骨骼的实体重 建所选取的骨替代材料，根据移植物是术前还是术后成型，具 体可以分为三大类。天然骨材料：这一类的骨材料包括自 体骨、同种异体骨以及异种骨。自体骨多采自身体的肋骨或 是髂骨部分，来源十分有限，其缺点是不能大量获取，会造成 取骨时对患者的额外创伤，同时增加了二次手术，成形效果不 理想，外观欠佳；同种异体骨多采白骨库中长期保存的经过冷 冻、冻干或是化学处理的骨骼，其缺
13、点是细胞成分已经被破 坏，在移植过程中很容易被污染，同时产生免疫排斥的机会也 较多，最终会影响治疗效果；异种骨采自动物的骨骼，是较早 研究应用的骨替代材料之一，相对上述两种骨材料，其来源丰 富，临床上可以满足日益增多的患者需求，由于异体骨的主要 成分和人骨一样，都是羟基磷灰石，因此它有良好的生物相容 性 。 ，但异体骨本身的免疫原性、生物力学性能不如人体 骨，故有待进一步的研究改进。人工合成骨替代材料：运用 不同的化学合成方法制成的人工合成骨替代材料包括高分子 类材料、生物陶瓷类材料、金属材料及其他类材料。高分子类 材料包括天然高分子聚合物和人工合成高分子聚合物，前者 是包含胶原、纤维蛋白、几
14、丁质等天然高分子的聚合物，其优 点是生物相容性好，利于细胞黏附和分化，但是运用这种材料 制成的骨骼实体，缺乏机械强度、大量获取较难，不同生产批 次的差异较大，因此该材料在临床上很难作为骨细胞种植的 基质材料，后者是可以降解的聚合物，这种材料可以通过人为 控制其组织成分、机械性能、形态大小以及降解速度，因此目 前在骨组织工程中应用较为广泛，但其缺点是材料细胞的吸 附力较差，缺乏细胞识别信号的能力，不利于特异性基因的激 活以及细胞特异性的黏附，引起无菌性炎症的机会较大。生 物陶瓷类材料可以根据其在生理环境中的活性不同来具体分 类，其主要成分是钙和磷元素，这也是人类骨骼组织的主要有 机成分，故这种材
15、料显示出了其较好的生物相容性，植入后容 易形成骨性结合，但是这种材料较高的刚性和脆性使其难以 加工成型或固定钻孔，是它显著的不足之处。金属材料一般 是采用不锈钢板或是不锈钢丝，这种材料塑形方便，外观较 好，是进行骨骼修复的较好材料，但由于金属相对于其他种类 的材料导热性强，患者术后不宜在阳光下工作，同时阻碍x 射线穿透，影响患者日后复查，目前用钛金属替代了前者，弥 补了它的不足。组织工程骨：近年来组织工程骨是研究的 热点，基于上述两类材料均存有不同方面的不足，使得研究者 把注意力放到了组织工程骨的研究上来，目前此类骨替代材 料仍处于深入研发、广泛筛选和实验阶段。综上所述，通过对 不同类型骨替代
16、材料的优缺点分析，在术前选取骨骼成型替 代材料时，一是要依据材料本身的临床应用价值，二是要结合 患者自身创伤位置的特性，选择个性的骨替代材料，制作个性 的骨骼实体。 32 骨骼移植修复后的并发症分析 术后发生局部疼痛、发 热反应、感染、皮肤坏死、植人物松动断裂使植骨延迟愈合或 骨不连等并发症远高于一般骨科手术，远期出现关节不稳、骨 替代材料塌陷或应力骨折是导致保肢手术失败的主要原因。 33计算机辅助设计技术在骨骼模型重建的应用 计算机 辅助设计中交互技术是必不可少的。工程技术人员以计算机 为辅助设计工具，运用交互系统，完成某种设计过程的各个环 节，如绘制图形、设计零件、设计装备，分析工程过程等
17、，从而 达到缩短生产周期、降低生产成本，提高生产设计质量的目 的，这种技术不仅广泛应用于工业生产，而且还可以作为辅助 医学的先进手段，应用于基础、临床医学领域，特别是在临床 医学方面，用于辅助各种医学替代材料的设计与加工过 程 。 。本文中阐述的是计算机辅助设计骨替代材料在骨骼 创伤修复中的应用，76例需要骨替代材料修复创伤部位的手 术中，经过随访得出了术后发生骨关节轻度塌陷2例，皮下积 液3例，骨替代材料被吸收t例，局部发热2例，其余术后治 疗效果满意，均无排异和感染现象的统计结果。因此计算机 辅助设计骨替代材料成型技术较原来的传统修复方式有明显 优势，主要表现在形成的骨骼实体吻合度高，原因
18、是通过计算 机三维重建得到的骨骼模型已经达到了解剖学的精度，可完 全达到修复前的外观状态，同时使用该技术得到的个性化骨 骼实体，不需要其他过多处理就能够得到完美的几何形态，这 样手术时间也会大大被缩短 。 根据随访得到的临床结果分析，在今后使用计算机辅助 设计技术修复骨骼创伤部位的手术中应该要注意以下几个方 面：骨替代材料的选用不仅要根据材料本身的各项性能指 标，而且还要结合患者本身创伤位置的特性，量身为每一位患 者选择个性化的骨替代材料，利用计算机辅助技术完成精准 的三维骨骼模型设计，用于后期制作个性化的骨骼实体。 在进行骨骼三维重建时，要依据分辨率高、成像速度快的螺旋 CT进行多排扫描获得
19、的精准数据，为的就是保证后期创伤部 位骨骼的完整重建，要求扫描层的厚度控制在2 mm以内，扫 描范围应超出修复边缘2 cm以上。运用的骨骼三维重建 软件Mimics要以患者病例的CT数据进行(下转第2060页) 2060 现代中西医结合杂志Modern Journal of Integrated Traditional Chinese and Western Medicine 2013 Jul，22(19) 时期，如何降低肌张力，促进患者从多关节的共同运动异常模 式转向各个关节可以独立运动的正常模式，是患者中风后是 否被成功康复治疗的关键 。另外，中风患者若长期处于软 瘫期，对其预后也是相当不
20、利的。 本研究将传统的中医康复技术(针灸、推拿)与中风现代 康复医学理论结合起来，在中风康复的不同阶段，即软瘫期和 痉挛期，制定不同的中医康复治疗方案，即分期针灸、分期推 拿方案，并考虑社区基层医师康复技术薄弱的特点，将该方案 简单化、模式化。通过研究发现：相比较接受理疗治疗，社区 中风患者经过分期中医康复治疗，可以获得与康复功能训练 相当良好的康复疗效。该研究与有关报道一致 。分析原 因如下：笔者改变了体针“治痿独取阳明”的传统做法，在 软瘫期(I期)上肢取阴经经穴，下肢取阳经穴为主，力图诱 发偏瘫侧上肢屈肌和下肢伸肌肌张力增加，促发共同运动； 患肢痉挛(上肢屈肌痉挛、下肢伸肢痉挛较为多见)
21、是偏瘫患 者最常见的并发症，也常是痉挛期(期)患者康复治疗 的最大障碍。若按一般中医康复治疗理论，在患侧上肢屈肌 和下肢伸肌上取穴和治疗，会加重患侧上肢屈肌和下肢伸肌 的痉挛。但是在上肢屈肌的拮抗肌和下肢伸肌的拮抗肌上取 穴针刺和按摩等治疗，不仅不会加重痉挛，反而对改善患侧上 肢屈肌和下肢伸肌痉挛有积极作用 。肌痉挛的降低，促进 分离运动的出现，从而帮助患者建立正常的运动模式。 综上所述，这种既刺激穴位、刺激神经，又能根据需要调 整中风患者肌张力的分期中医康复方法，确保了中风社区康 复的疗效。显然，该分期中医康复方法适合在中风社区康复 中推广应用。 参 考 文 献 1 吴兆苏，姚崇华，赵冬我国
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25、康复的临床研究J中国康复医学杂志，2004， 19(6)：418421 14刘悦，凌方明，章小平分期针刺配合康复训练对急性脑卒中的 早期康复J中国康复理论与实践，2002，8(11)：689690 15许健鹏，陈之罡，李惠兰偏瘫康复的中康针刺法J中国康 复理论与实践，2004，l0(9)：574575 收稿15t期20130128 (上接第2057页)三维重建，得到修复部位的骨骼三维数字 模型，通过标准数据配准在计算机中进行模拟修复，通过快速 成型技术，得到个性化的骨三维仿真修复模型。对利用骨 替代材料制成的修复部位个性骨骼实体，根据计算机模拟进 行装配吻合后，在进行相关的后续处理，如清洗、磨
26、边、回弹、 钝化以及修饰等。 总之，通过本组76例病例分析证明应用计算机辅助设计 出具有良好匹配性的骨骼材料，植入到创伤修复部位吻合度 高，不仅术中创伤小、节省时间，而且随访表现出人工骨材料 相容性较好，安全性高，临床疗效显著，值得临床推广应用。 参 考 文 献 1 苏秀云，刘蜀彬Mimics软件l临床应用M北京：人民军医出 版社，2011：9 2 马卫华，刘建国三维图形重建及个体化人工髋关节研究进展 及现状J骨与关节损伤杂志，2003，18(2)：139141 张鹏，唐胜建应用计算机图像技术辅助骨科手术设计及术后 评估J临床骨科杂志，2003，6(1)：8386 Hollister SJ，M
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