计算机生物工程学技术辅助逆向设计外踝后外侧低切迹钢板

背景:高龄外踝骨折患者行传统外侧钢板内固定后常发生手术切口愈合不良、感染等现象,随着工程学软件在医学中的应用,一种可放置在后外侧的新型钢板能够被设计出并解决上述问题。目的:以外踝骨折线顶部与骨折线前缘起点的距离(ACD)、骨折线顶部与外踝尖部距离(CTD)、骨折线顶部与骨折线后缘的距离(PCD)及腓骨远端前外侧面与后外侧面夹角(CA)的三维CT数据为基础,使用医学生物工程学软件逆向设计外踝后外侧低切迹钢板。方法:各取30例不稳定外踝骨折及正常踝关节行CT扫描并三维重建,使用3-matic软件测量外踝骨折患者中ACD、CTD及PCD的数值,绘制并描述外踝骨折线特点,并使用mimics软件测量正常踝关节中CA的数值。以上述测量数据为基础,使用3-matic、solidworks软件设计出外踝后外侧低切迹钢板,构建出钢板厚度及钉道方向。在Geomagic Studio软件中行精细曲面、自动曲面、拟合曲面等操作,生成低切迹钢板雏形,并进行3D打印;取外踝后外侧切口,拨开腓骨长短肌腱,将3D打印出来的钢板雏形放置在腓骨后方以测试其大小及与骨面的贴合度。结果与结论:①ACD均值为(2.97±0.03)cm,变异度为5.23;PCD均值为(3.17±0.11)cm,变异度为17.60;CTD均值为(4.52±0.07)cm,变异度为8.60;②以此绘制外踝骨折线,呈倒“V”型;胫距关节面截面处CA均值为(103.20±1.94)°;腓骨远端前缘上下顶点的中点截面处CA均值为(78.50±1.78)°;③通过3-matic、solidworks及Geomagic Studio软件能够成功设计出外踝后外侧钢板,钢板近端螺钉孔道预留三四孔,其螺钉方向由后向前,远端预留内外侧各3个螺钉孔道,内侧3个孔道方向可由后向前,外侧3个螺钉孔道需偏向内侧,角度为9.72°-13.28°;④提示外踝前外侧骨折线ACD位置的变异度相对较小,而后外侧PCD位置变异度较大;外踝骨折块前外侧面与后外侧面的夹角呈现递减趋势,近段夹角变异度较小,而远端较大;基于外踝三维CT重建数据,在计算机生物工程学软件辅助下,利用逆向设计构思能够快捷方便地设计出贴合性佳的外踝后外侧低切迹钢板,为骨折内固定物的设计提供有价值的参考。