背景胫骨平台骨折,是临床常见的关节内骨折,胫骨平台作为膝关节的负重结构,其处理与预后将对膝关节功能产生很大的影响。非手术治疗方法适用于少数不完全性骨折、无移位性骨折,及无法进行手术治疗的病人,由于非手术治疗固定时间较长、功能恢复锻炼较晚,以及无法达到解剖复位等因素,可能会导致一系列并发症,如关节僵硬、畸形愈合以及远期创伤性关节炎。对于大多数病人,手术治疗是这类骨折的首选,其中,切开复位内固定的治疗方式是其主要手段。牢固、合适的内固定能维持复位后关节面的完整性,允许病人进行早期、主动地功能锻炼,有效地改善关节肌力和活动度,防治肌萎缩、关节僵硬,促进膝关节功能的恢复。在掌握内固定治疗的共性的基础上,需综合考虑患者病情、个体差异及经济情况等,才能设计出合理的手术方案。因年龄、性别、种族、职业等个体性差异,很大程度上决定了现有的内固定植入物产品不能完全满足每一个人的需要,这种差异性在正常骨骼解剖位置发生变化或者骨质丢失的情况下更为突出。所选择的内固定植入物不仅要保证与复位后骨轮廓的匹配,同时还需确保关键骨折块的固定,以维持复位后关节面的完整及膝关节力线的稳定。相比于内固定治疗手术入路及术式的选择,对于内固定植入物应用的合理性往往却被医生所忽视。与此同时,国内外琳琅满目的内固定植入物品牌在其多样性的选择方面,一定程度上弥补了这种个体差异的需要,但是这种丰富资源却没有在诊疗行业很好的拓展应用,这种现象在地级医院更为明显。受限于患者的经济承担能力及医疗资源的地区差异,医院招标的内固定植入物往往仅限于几个,甚至单一的产家,可选择的空间狭小,常面临无合适内固定植入物可用的窘境,而勉强植入的效果往往不是很理想。随着数字骨科学技术的发展,在计算机数字技术的辅助下,可进行个性化的内固定植入物设计、术前虚拟手术模拟及术中导航精确定位等,较传统骨科手术的经验性治疗,其治疗的合理性、个体性及精确性更符合骨科治疗的现代化发展趋势。根据相关的临床实验研究报道,结合CAD (Computer Aided Design,计算机辅助技术)软件个性化的设计,通过RP技术(Rapid Prototyping,快速成型)获得与之病情相适应的定制内固定植入物,获得理想外形的同时保证了植入物与受损部位的精确匹配。然而,作为医疗产品,尤其是外科侵入性器械,其生产成品的安全性及功能的力学特性需得到确切的证实,以满足国家医疗器械所规定标准。另有文献报道,通过3D打印出病变部位的骨折块模型,在原有内固定产品的基础上,经复位后模拟术中钢板折弯过程,同样达到个性化治疗的目的,且节省了术中手术时间,但内固定植入物后经折弯处理后势必会影响原先结构的力学特性,其影响不可预知。国内学者早期曾提出数字化钢板的概念,提出形态学上个性化,功能上通过有限元分析可以对不同的手术方式的植入效果进行生物力学比较,对手术方式的可行性有一定的预测,但未进一步研究。现阶段距离完全意义的个性化内固定植入物尚有一定的距离,更为可行的是关注手上有什么资源及怎样合理使用,以达到个性化的目的,这种个性化的选择是建立在内固定植入物资源多样性的基础之上,涵括有全部或者主流产家的器械以供医师来选择。其次,在数字骨科技术实际运用中,内固定植入物作为虚拟仿真手术中的必不可少的重要因素,规格齐全的内固定植入物模型无疑有利于骨折手术的优化数字化设计,并能适应复杂骨折个性化手术的功能评估。目的建立涵括目前市场主流胫骨近端的接骨板的形态库,为数字骨科仿真手术的进行提供基础,在多样性的资源中提供个性化的选择；探索基于CT扫描的接骨板有限元模型的通用、快速建模方法,为临床诊疗的生物力学分析提供便利。材料胫骨近端接骨板共186块(辛迪斯、捷迈、华森、威高、大博、史塞克)。操作系统：Dell T7500 (Windows 7 Ultimate 64bit, Intel至强5600,CPU主频2.93GHz,显卡芯片NVIDIA Quadro NVS295)、Dell M6600图形工作站(Windows 7 Ultimate 64bit,英特尔第二代酷睿i7四核处理器,CPU主频2.5GHz,显卡芯片NVIDIA Quadro NVS 4000M);医学三维重建软Mimics 14.0(Materialise公司,比利时)：逆向工程软件Geomagic 12.0 (Raindrop Geomagic公司,美国)；有限元分析软件Ansys13.0 (Ansys公司,美国)。本实验研究内容分为两个部份阐述：1、探索高仿真胫骨近端接骨板形态库的构建,包括不带钉和相应带钉的形态模型库;2、探索胫骨近端接骨板有限元模型快速、高仿真的建模方法。方法1高仿真胫骨近端接骨板形态库的构建1.1薄层CT扫描及三维重建用医用胶布将胫骨近端接骨板固定在硬纸板上,制备30*10cm大小的3层扫描单元。同时,制备同一类型中的1块带钉接骨板,以其为母版适应带钉接骨板制作。扫描具体参数：扫描螺距0.3mm,扫描电流100mAs,扫描电压120kv,输出Dicom格式文件,刻录成DVD光盘。将其扫描后的数据导入三维重建软件Mimics中,主要步骤包括：设定阈值(Thresholding)、区域生长(Region Growing、三维重建(Calculate 3D)。1.2形态学处理将三维重建后独立的接骨板模型导入逆向工程软件Geomagic中,在Geomagic进行形态学处理,视模型质量可采取的操作如：网格医生、快速光顺、减少噪音、去除特征、砂纸等。1.3体积恢复在Mimics中通过‘’Rescale"模块,勾选“Keep Originals"和“Uniform"将原始模型与Geomagic处理后的体积比值的立方根作为体积恢复系数,在‘’Factor"中输入,进行体积恢复,完成不带钉胫骨近端接骨板形态库的构建。1.4带钉胫骨近端接骨板形态库的建立以带钉接骨板的螺钉为参照,在Mimics中通过"MedCAD"绘制直径为2.2mmm的圆柱体钉道,模拟现实螺钉方向。然后以带钉接骨板母版为参照,在Mimics通过"Reposition"进行位置调整,将同一类型的不带钉接骨板模型与之配准。将模拟的钉道与不带钉的接骨板,通过‘’Boolean"中"Union"运算进行结合,完成带钉道的胫骨近端接骨板形态库建立。1.5统计学分析用spss20.0对数据进行统计学分析,对原始模型、形态优化、体积恢复三组之间差异采用单因素方差分析。P<0.05有统计学意义。2胫骨近端接骨板接骨板有限元模型快速、高仿真的建模方法2.1面网格的划分按上述步骤三维重建、形态学优化之后,在Geomagic中进行网格优化,直接进行“重画网格”,设置"Target Edge Length”参数。软件会自动分析给出默认值,为了优化后续计算,需探讨在形变尽量小的前提下,优化计算量的目标边长的设置。以0.2mm为间隔,设置0.7mm至2.1mm共8个组,记录相应的三角面片数、表面积、体积。并在Mimics进行体积恢复。2.2体网格的划分采用Ansys命令流文件完成体网格划分。具体步骤包括：(1)指定工作目录：方便操作,使输出的文件集中在指定文件夹中,文件命名需注意不能出现中文字符及特殊字符；(2)读入命令流文件；(3)按照提示输入三维模型Ansys Elements格式文件、输出Lis、Nodes及Element格式文件。这一步骤由Ansys进行校验网格质量是否可以达到有限元分析的最低要求,实践证明,能顺利完成这一步骤均可最终完成有限元建模。2.3材料属性赋值在Ansys中可以直接进行材料属性赋值。在主菜单"Material Props"子目录下的"Material Models"进行,弹出的致使窗口中依次选择‘’Structure"、 "Liner"　"Elastic"、"Isotropic",定义弹性模量(EX)及泊松比(PRXY)。到此部完成有限元建模。结果1.构建了6个产家共186块胫骨近端接骨板虚拟的形态库；2.经Geomagic外观优化以及Mimics体积恢复,可使接骨板三维模型具有较高仿真度。在Geomagic进行形态学优化处理后,原始模型与处理后模型的体积及表面积的单因素方差分析P>0.05,提示Geomagic在修复模型外观的同时,体积并不发生显著变化。原始模型与Geomagic处理后三角面片比较,P<0.05,表明外观已获得修复。对Mimics中进行体积恢复后的数据比较,表面积比较P>0.05,表明仅只是体积变化,而外观并没有改变,说明体积恢复不影响标准件仿真程度；3.基于CT扫描的接骨板数据能重建出具有高仿真的几何模型,能够满足有限元建模的需要；用Ansys命令流可以快速完成接骨板的有限元建模,简化了操作流程,提高了有限元建模的效率。结论1.基于CT扫描的数据,通过逆向工程软件处理可以实现骨科接骨板形态标准件库制备；2.所构建的形态标准件库,可通过接骨板与钉道选择性的组合,适用于骨折内固定植入手术的数字化设计；3.命令流能实现接骨板的快速有限元建模,且高仿真的有限元模型库,能一劳永逸的解决了相关器械有限元建模繁琐的问题。