中面部牽引成骨療效的計算機輔助評估

徐海淞 王衡健 俞哲元 袁捷 曹德君 柴崗 韋敏 穆雄錚

中面部牽引成骨療效的計算機輔助評估

徐海淞 王衡健 俞哲元 袁捷 曹德君 柴崗 韋敏 穆雄錚

目的應用計算機輔助的三維影像重建及測量技術，評估牽引成骨矯治中面部發育不良畸形的手術療效。方法自2005年至2010年，對11例嚴重中面部發育不良患者，采用Le FortⅢ型顱面部截骨和牽引成骨術進行治療，術前、術后運用計算機輔助的三維影像測量技術，行上氣道CT三維重建，分析氣道變化；頭顱CT三維重建，分析突眼度、上下頜關系改變，及中面部在前顱底平面牽引前移的量，進而評估牽引成骨術在矯治中面部嚴重發育不良中的臨床價值。結果11例患者經Le FortⅢ型顱面部截骨和牽引成骨術治療后，氣道梗阻情況得到解除，面部外形明顯改善。術后上氣道平均體積增加（9.13±6.94）cm3，氣道梗阻較術前明顯改善（P＜0.01）；術前平均突眼度（21.23±3.3）mm，術后（11.4±3.5）mm，癥狀改善明顯（P＜0.01）；術后ANB矯正到平均（7.16±3.41）°，SNA矯正至平均（83.06±5.85）°，咬牙合關系改善（P＜0.01）；術后中面部在前顱底平面平均前移（20.27±8.04）mm，術后平均隨訪5.4個月，CT示前移部分新生骨組織形成。結論Le FortⅢ型截骨、牽引成骨手術治療兒童中面部嚴重發育不良，可有效解除氣道梗阻情況，改善面部外形。三維影像重建及測量技術是一種理想的評估方法。

牽引成骨中面部發育不良三維重建計算機輔助測量

顱面部畸形可通過各類顱面外科截骨重建手術以改善面部形態及功能[1]。長期以來，手術療效的評價主要基于臨床醫師的經驗及傳統的二維頭影測量，上世紀80年代中后期，頜面外科、整形外科醫生認識到基于二維環境的X線計算機手術模擬設計系統存在著誤差大、不能形象地模擬各種顱頜面截骨手術等弊端，由此推動了基于三維界面的計算機輔助外科技術的迅速發展。近年來，利用X線攝影、CT、MRI、DSA、CTA、MRA、PET等提供的圖像信息，借助計算機虛擬現實技術，對獲取的醫學圖像信息進行三維重建、配準和定位，可以輔助外科醫生進行手術規劃、手術模擬，以及術前、術后的評估[2-3]。

本研究利用計算機輔助三維影像重建和測量技術，對我院行截骨、牽引成骨治療中面部發育不良患者治療前后的上氣道體積變化、突眼程度、牽引前移量，以及上下頜關系等指標，進行了測量與分析，評估牽引成骨技術在治療嚴重中面部發育不良畸形中的臨床應用價值。

1 材料與方法

1.1 研究對象

選取2005年至2010年，在我科治療的嚴重中面部發育不良患者共11例，其中男性4例，女性7例。年齡5~16歲，平均年齡10.2歲，所有患者術前術后行頭顱三維CT檢查。

1.2 研究方法

1.2.1 掃描

采用GE公司的16層螺旋CT檢查。參數：電流120 mA，電壓120 KV，準直器寬度1.25 mm×16 mm，螺距1.375 mm，床速27.5 mm/s；方法：患者仰臥位、頸后伸、平靜呼吸，囑患者勿做咳嗽和吞咽動作，掃描角度平行于喉室，作軸位掃描。

1.2.2 氣道體積的改變及測量

考慮到氣道的開放性及手術前后定位，我們截取上氣道的范圍為：上至S-N平面，前至鼻前庭，下至會厭平面，其余為自然氣道壁。應用AMIRA 5.2.1軟件行氣道容積重建，重建層厚：1.25 mm，重建上限閾值-500 HU，可直接獲得氣道形態及體積（圖1）。

圖1 上氣道三維CT重建Fig.13D reconstruction of upper airway

1.2.3 突眼度的定位方法及測量

本研究利用頭顱CT三維重建后精確定位雙側眶外緣，截取過雙側眶外緣的平面X，根據眼球三維空間定位測量法的原理，截取過視神經－眼平面的二維CT截面圖像，作平行于平面X的平面，使其與角膜相切于點C，過C作垂直平面X的垂線CD，在三維坐標即可得出突眼度測量值CD（圖2）。每只眼球突眼度測量3次，取平均值以減少誤差。

圖2 三維影像重建后突眼度測量示意圖Fig.2The measurement of exophthalmos after 3D reconstruction

1.2.4 中面部形態改變的測量

頭顱三維影像重建及三維測量特征標志點的選定如下。

鼻根點（N）：額縫最高點（XOY）；額鼻骨交界處最凹點（YOZ）。

上齒槽座點（A）：兩上切牙槽緣交界點與前鼻棘連線上（XOY）；前鼻棘與上牙槽緣點間之骨部最凹處（YOZ）。

下齒槽座點（B）：兩下切牙槽緣交界點與頦前點連線上（XOY）；下牙槽緣與頦前點間之骨部最凹處（YOZ）。

蝶鞍點（S）：蝶鞍中心點。

1.2.5 上下頜關系的改變及測量

本組病例行三維重建后，在三維影像基礎上參考頭影測量原理，分別測量3次，取平均值，來評估上下頜關系的改變（圖3）。

圖3 角SNA（左）、ANB（右）測量示意圖Fig.3The measurement of SNA(left)and ANB(right)

1.2.6 中面部術前術后前移距離的測量

考慮到術前術后前顱底平面、蝶鞍點S無改變，而上齒槽座點A術后相對位置改變，故通過測量A點在前顱底平面相對于S點的位移評估中面部前移的距離。本組病例選用頭顱CT三維重建后精確定位上齒槽座點A，過點A作前顱底平面的垂線交平面于點E，連接E點和S點得E-S，術后同樣方法得到E’-S，兩者差值即為中面部前移距離（圖4）。測量3次，取平均值。

圖4 面中部前移距離測量示意圖Fig.4The measurement of antedisplacement of midface

1.2.7 統計學分析

實驗中所測量得到的數據以x±s表示，利用SPSS 16.0軟件對計量資料采用配對t檢驗，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 氣道體積的改變

所有患者均行術前、術后上氣道三維CT重建，三維影像能精確顯示整個上氣道的解剖結構，并可獲得術前、術后三維氣道容積數據。測量顯示，術后上氣道平均體積增加（9.13±6.94）cm3，氣道梗阻較術前明顯改善（P＜0.01）。

2.2 突眼度的改變

患者術前平均突眼度（21.23±3.3）mm，術后矯正至（11.4±3.5）mm，術后突眼癥狀明顯改善（P＜0.01）。

2.3 上下頜關系的改變

術前患者均有不同程度反牙合畸形（骨性安氏Ⅲ類），3例嚴重反頜患者伴開牙合及咬牙合紊亂，術后ANB矯正至平均（7.16±3.41）°，均達到安氏Ⅰ類咬牙合；SNA矯正至平均（83.06±5.85）°，增加（9.84±7.26）°，咬牙合關系改善（P＜0.01）。

2.4 中面部術前術后前移距離

本研究中，術后中面部在前顱底平面平均前移（20.27±8.04）mm。術后平均隨訪5.4個月，CT示前移部分新生骨組織形成。

3 討論

Le FortⅢ型截骨一次前移術是一個較復雜和困難的手術，具有一定危險性，手術時間亦較長[4]。現在運用牽引成骨技術[5]，術中不必一次前移中面部，不必取肋骨或顱骨植骨固定，不必頜間結扎，使得手術可在準確、高效、時間短、出血少的情況下完成，提高了手術的操作性和安全性。外置式牽引通過增加牽引螺桿的數量或變換牽引方向，可以實現三維牽引，是內置式牽引不能與之相比的[6]。外置式牽引受牽引裝置長度的限制較少，骨的前徙量較大，前移中面部距離回縮復發率小，特別適用于矯正嚴重的中面部后縮[7]。

我們應用三維影像重建及測量技術，評價了中面部牽引成骨的療效。評估顯示，中面部平均前移達到（20.27±8.04）mm。實驗證明,骨組織具有較強的可塑性，即骨組織受壓會吸收，受牽拉則會增生，緩慢牽拉活組織產生的應力可以刺激某些組織結構的再生和活躍生長，在適當條件下，骨內大多數細胞群可以分化為具有修復作用的成骨細胞或成軟骨細胞，隨著間歇性牽引力的作用，新骨逐漸形成并成熟。平均隨訪5.4個月，未見復發病例，CT三維重建后可見前移部分被新生骨組織代替，新生骨組織足以支撐前徙的骨段，避免了植骨手術和與植骨相關的并發癥。在中面部骨架前徙的同時，患者氣道、突眼程度及上下頜關系均得到了有效的矯正，面部形態改善的同時骨相關的軟組織張力被釋放，軟組織得到適應性擴張，減少了一個重要的復發因素，也減少了積血積液的機會。可見牽引技術對于顱頜面部軟硬組織的作用具有雙效性，較傳統的一次前移術后的復發率大為減少。

牽引成骨技術促進了微創與再生醫學技術的發展，是對傳統截骨植骨手術治療中面部發育不良的補充和改進。雖然該技術運用于顱面外科臨床只有短短的十幾年時間，但是極大地豐富了顱面外科的治療方法和范圍。牽引技術對于骨組織整復的貢獻，與“擴張器”對于軟組織整復的意義同樣深遠。隨著計算機技術進一步發展，外科手術可視化已逐步顯現出實用性及重要性。三維精確測量通過人機交互，在顯示形體上可直接度量所需要部位的三維距離、角度、面積、體積等，是計算機手術模擬中定量診斷、準確評估手術療效的關鍵。顱頜面計算機輔助評估系統，體現了當今醫工結合的方向，成功地實現了三維精確測量點之間的距離、線之間的夾角、區域的面積、形體的體積，使復雜的顱頜面外科手術直觀化，較傳統的二維影像測量有創新性，數據客觀準確，有效地將計算機輔助測量與臨床實際應用相結合，為顱面畸形治療的個體化、精確化打下了扎實的基礎。

[1]張滌生.顱面外科學[M].上海:上海科學技術出版社,1997.

[2]Vannier MW,Marsh JL,Warren JO.Three-dimensional computer graphics for craniofacial surgical planning and evaluation[J]. ACM Comput Graph,1983,17(3):263-273.

[3]Gateno J,Teichgraeber JF,Aguilar E.Computer planning for distraction osteogenesis[J].Plast Reconstr Surg,2000,105(3):873-882.

[4]Karian LS,Phillips BZ,Morrison CS,et al.Technology to minimize the morbidity of Le FortⅢosteotomies[J].Plast Reconstr Surg, 2012,130(1):210e-212e.

[5]McCarthy JG,Schreiber J,Karp N,et al.Lengthening the human mandible by gradual distraction[J].Plast Reconstr Surg,1992,89 (1):1-8.

[6]Holmes AD,Wright GW,Meara JG,et al.Le FortⅢinternal distraction in syndromic craniosynostosis[J].J Craniofac Surg, 2002,13(2):262-272.

[7]Kuroda S,Watanabe K,Ishimoto K,et al.Long-term stability of LeFortⅢdistraction osteogenesis with a rigid external distraction device in a patient with Crouzon syndrome[J].Am J Orthod Dentofacial Orthop,2011,140(4):550-561.（收稿日期：2013年12月20日；修回日期：2014年1月24日）

Computer Assistant Evaluation of the Therapeutic Effects of Midface Distraction Osteogenesis

ObjectiveTo evaluate the therapeutic effects of midface distraction osteogenesis in the treatment of midface hypoplasia by 3D reconstruction and measurement.MethodsFrom 2005 to 2010,11 cases with severe midface hypoplasia were treated with Le FortⅢosteotomy and distraction osteogenesis.The change of upper airway,eyeball position,occlusion and midface position were all measured by 3D reconstruction and measurement pre-and postoperatively.ResultsAfter Le FortⅢosteotomy and distraction osteogenesis,airway obstruction was effectively relieved and facial appearance was improved significantly.The upper airway volume was increased to(9.13±6.94)cm3on average,and airway obstruction was effectively relieved comparing with preoperative values(P＜0.01).The degree of exophthalmos was about(21.23±3.3)mm before operation,and(11.4±3.5)mm after operation.The proptosis was improved significantly(P＜0.01).The ANB was(7.16±3.41)° after operation,and SNA was(83.06±5.85)°after operation.The occlusion was corrected.The midface was antedisplaced about(20.27±8.04)mm on average,and the new bone formation was observed by CT scanning after 5.4 months’follow-up. ConclusionLe FortⅢosteotomy and distraction osteogenesis in treating midface hypoplasia can improve the function of upper airway and the appearance of midface.3D reconstructive and measurement is an ideal evaluation method.

Distraction osteogenesis;Midface hypoplasia;Three dimensional reconstruction;Computer-aided measurement

R319

A

1673－0364（2014）01－0026－04

XU Haisong1,WANG Hengjian1,YU Zheyuan1,YUAN Jie1,CAO Dejun1,CHAI Gang1,WEI Min1,MU Xiongzheng2.
1 Department of Plastic and Reconstructive Surgery,Shanghai Ninth People's Hospital,Shanghai Jiaotong University School of Medicine,Shanghai 200011,China;2 Department of Plastic Surgery,Huashan Hostital,Fudan University School of Medcine,Shanghai 200031, China.Corresponding author:MU Xiongzheng(E-mail:craniomu@gmail.com).

10.3969/j.issn.1673-0364.2014.01.008

200011上海市上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院（徐海淞，王衡健，俞哲元，袁捷，曹德君，柴崗，韋敏）；200031上海市復旦大學上海醫學院附屬華山醫院（穆雄錚）。

穆雄錚（E-mail：craniomu@gmail.com）。