快速成形技術在全耳再造術中的臨床應用

褚燕軍 王明剛 柴崗

快速成形技術在全耳再造術中的臨床應用

褚燕軍 王明剛 柴崗

目的探討快速成形技術在全耳再造術中的臨床應用。方法螺旋CT掃描獲取患者健側外耳影像數據，經Mimics軟件轉換成STL格式文件，建模后通過鏡像技術應用于快速成形系統，構建患側外耳三維模型，在二期法全耳再造中用于術中指導一期患側小耳的自體肋軟骨耳支架的雕刻及二期顱耳角的個性化重建。結果自2012年至今采用快速成形技術構建患側小耳模型9例，重建外耳亞結構單位大于10個，顱耳角成形穩定。隨訪6~13個月，患者及家屬滿意。結論應用快速成形技術構建外耳三維模型，相對于傳統二維膠片模型更為直觀、立體，值得臨床應用。

快速成形技術全耳再造三維模型二維膠片

先天性小耳畸形是較常見的耳廓先天缺陷，發病率接近0.5‰[1]，常伴有外耳道閉鎖、中耳畸形和頜面部畸形[2]。耳是人體三維立體結構最為復雜的體表器官，這不僅表現為耳在頭顱兩側前后、左右、上下等位置的三維立體變化上，更體現在耳廓本身復雜、多變和多層次的解剖特點[3]。

1 臨床資料和方法

1.1 臨床資料

自2012年至今，我科采用快速成形技術構建患側小耳模型9例，其中男6例，女3例；年齡6~20歲，平均13歲；左側4例，右側5例。

1.2 方法

9例患者均行圖像掃描與三維重建，采用美國GE light speed 64層GE64排128層螺旋CT機（VCT）。受檢者取仰臥位，下頜稍內收，瞳間線與掃描內定位線平行，掃描基線為上眶耳線（避免晶體過度受照輻射），掃描范圍從顱頂至下頜。掃描模式：Helical；旋轉時間（Rotation Time）：0.8 sec；掃描層厚及層間隔為：1.25/0.625 mm；螺距（Pitch）：1.375∶1；電壓：120 KV；電流：300 mA。原始資料采用1.25 mm薄層重建，重建模式為標準重建。重建數據傳入GE adw4.4或4.5工作站進行多平面重建（Multi planarreconstruction，MPR）、最大密度投影（Maxim intensity projection，MIP）及容積重建（Volume rendering，VR）。

根據CT影像DICOM標準數據格式，采用DICOM的瀏覽軟件Efilm得到CT影像的二維圖像，將健側耳的系列邊界曲線輸入三維CAD系統3D SMAX，根據CT掃描的層間距離進行拉伸、重疊和布爾運算等步驟即得到健側耳的三維重建（3D數字模型），通過鏡像功能得到患側耳的重建模型，將3D數字模型轉換成快速成形標準圖形格式STL，應用于快速成形系統建造患耳的三維模型。

一期手術，術前用X線膠片臨摹健側耳形狀，裁剪后翻轉即為患側外耳的二維模板。將三維耳模型和二維模板環氧乙烷消毒，備用。術中切取右側第7、8肋軟骨，仔細參照患側外耳的三維耳模型進行雕刻，雕刻時將聯合部作為再造耳的底板，顯示對耳輪及其上、下腳和對耳屏，可以另將制成Y形的軟骨加在對耳輪及其上下腳，突出該部位的解剖形態，多數對耳輪上腳柔和，對耳輪下腳較銳利，注意三角窩的深淺。將第8肋外緣部分修薄后，沿底板外緣的弧度固定，形成外耳輪、耳輪腳及耳甲艇。耳輪腳要足夠長，延伸到近對耳輪深部，注意外耳輪的銳度及外耳輪曲線的變化，耳輪腳及上段線條較為分明，中下段較為柔和，外耳輪曲線上端突出于對耳輪，中間多與對耳輪平齊，下端亦稍突出于對耳輪，隱于耳垂中。耳舟深淺不一，一般上段較深，中下段較淺。余下軟骨或使用剔除的變形耳軟骨構建耳屏，為突出耳屏結構，利于加深耳甲腔，耳屏由兩部分組成，除突出于皮膚表面的結構，在底板的背面、對耳輪的深面沿耳甲腔的弧度再斜形附加一小塊月牙形軟骨。用細鋼絲完成軟骨間的拼接和固定。剝離乳突區皮瓣，保留真皮下血管網，剔除殘留的卷曲變形的耳軟骨。轉移耳垂的同時應將耳垂遠端劈開，以便軟骨支架的插入和固定，使耳垂與再造耳自然銜接。

二期手術在6個月后進行。術中仍使用患側三維耳模型為參照物。在耳后筋膜淺層銳性剝離掀起耳廓支架，保護好支架表面的筋膜覆蓋，軟骨支架不能外露，剝離至耳甲腔的深面，注意不要損傷耳后動脈的主干。上下分離到位，至顱耳角形成后無明顯牽拉。術中參考已制作的三維耳模型，并測量模型中上、中、下三點耳輪緣至乳突的距離，便于調整患側耳立起的高度，注意上、中、下的高度不一。將一期術后埋置的自體肋軟骨或L型TD55固態硅橡膠鼻假體支架（廣州萬和）進行塑形，形成柳葉形支架，凸面向前，凹面向后，大小（5.5~6.5）cm×（1.0~1.5）cm，敷貼嵌入顱耳角，上、下極用3/0編織線縫合固定于顱耳溝處的耳軟骨支架和筋膜，并與耳廓背面筋膜和乳突區耳后筋膜水平縫合2~3針固定，不要影響耳后筋膜血運，使軟骨或硅橡膠支架平整敷貼起到支撐作用。在支撐支架相對應的乳突區設計耳后筋膜瓣，以位于顱耳角深面縱向走形的耳后動脈為蒂，上下超過支撐支架1.0 cm，向耳后延伸1.5~2.5 cm，筋膜瓣翻轉無張力完全包被支撐支架，6/0薇蕎線與耳廓背面筋膜連續縫合固定。切取9 cm×6 cm皮片，修剪成全厚皮，乳突區創面和耳廓背面分區植皮，顱耳溝處作皮片間斷固定，適當加壓打包。拆線后佩戴定型耳支架3個月，維持良好的顱耳角。

2 結果

通過術前螺旋CT掃描、相關軟件及快速成形設備構建出患側三維外耳模型，成功完成9例外耳再造，重建外耳亞結構單位大于10個，顱耳角成形穩定。隨訪6~12個月，再造耳郭外形滿意。

3 典型病例

患者，女，11歲，先天性小耳畸形。2012年7月行一期耳再造術，制作3D模型，取自體肋軟骨雕刻耳支架埋置于左耳區皮下，術后恢復良好，耳形態結構自然。2013年1月行二期再造術，使用耳后筋膜包被耳后硅橡膠支撐支架，術后筋膜及植皮完全成活，顱耳角形態正常，耳后瘢痕平整，不明顯。顳區無附加瘢痕及脫發現象（圖1）。

圖1 典型病例Fig.1Typical case

4 討論

外耳位于頭顱兩側，在頭面部的上下、前后和角度的大體三維位置，具有對稱性和一致性。外耳又是具有三維結構最為復雜的體表器官，其螺旋狀的軟骨盤旋結構，高低錯落，勾出了三層復雜的復合體和擁有15～16個亞單位結構。外耳再造是整形外科最具挑戰性的手術之一，幾乎囊括了整形外科的所有基本技術，如皮瓣設計、筋膜瓣切取、肋軟骨支架雕刻、皮片移植和生物材料應用等[4]。自體肋軟骨二期法全耳再造術是目前全耳再造術的首選術式[5]，自體肋軟骨則是構建的首選材料[6]。

首先，在進行第一期耳廓再造術時，術者需在術中按照一定的模型對自體肋軟骨進行雕刻、拼接和組裝，形成軟骨性的耳廓外形，然后將該支架埋置于皮下，通過負壓吸引顯示出耳廓的各亞單位結構。三維立體的肋軟骨支架的雕刻是耳再造的主要難點，而雕刻所參照的模型則是決定支架仿真程度的關鍵。傳統的肋軟骨支架雕刻采用的是二維膠片取樣方法，因此若要在全耳再造的臨床技術上有所突破，就迫切需要應用三維模型來指導術中支架的雕刻。應用三維模型可以避免在繪制二維膠片模板時由于各種人為因素所造成的誤差；可以充分估計雕刻支架所需軟骨量，避免浪費肋軟骨以最大程度地減輕切取肋軟骨所造成的胸廓畸形；可以在三角窩和耳甲腔的深度、耳輪及對耳輪的高度和方向、顱耳角的高度等細節方面盡量接近健側耳廓；對于術后再造耳廓形態的變化，兒童患者再造耳是否生長，生長情況如何，都可以通過在術前建立三維耳廓數據庫加以測量、對比，為臨床研究提供科學依據。

其次，在進行第二期手術（顱耳角重建）時，需在肋軟骨支架的背面植入一支撐物以維持顱耳角的高度，自體肋軟骨塊仍是首選材料[6-7]。然而，該結構重建的雕刻過程依舊是具有高度主觀性的，無法滿足個性化的要求；且由于受到肋軟骨取材量和質的限制，以及不可預估的軟骨吸收，而最終導致顱耳角高度往往低于健側甚至完全消失。我們采用人工材料較好地解決了支撐物取材的問題[8]，但仍需解決個性化塑形問題。我們術前應用螺旋CT掃描健側外耳，獲取的數據以DICOM格式保存，通過Mimics軟件轉換成快速成形設備識別的STL格式，從而制作出患側外耳的三維模型，通過術中即時測量外耳輪到乳突的上、中、下三點的距離，對耳后支撐軟骨或生物材料進行個性化的雕刻，達到與健側顱耳角高度、弧度等各方面形態盡可能對稱的目的。

快速成形（Rapid prototyping，RP）是一種基于離散堆積成形原理[9]，綜合了計算機輔助設計、數控、激光和新材料等多門技術的新興數字化成形技術。

快速成形技術與基于CT、MRI掃描數據的三維重構技術相結合，能夠形成精度極高、外形極其逼真的解剖結構模型，不僅可以在手術前提供患者的三維實體，也可以作為手術示范模型和教學模型，并且可以利用快速成形模型對手術的實際效果與預期效果之間的吻合程度進行分析。也可把消毒后的模型帶進手術室，作為有直接目的的可視化立體模型使用，從而實現個體化的重建。這種個體化的制造對于整形外科是非常重要的，在整形外科的外耳再造、顱頜面外科、眶骨缺損和顱骨缺損的修復、美容外科等均可廣泛應用。同時，該技術也是制備組織工程細胞外支架結構材料的一個理想解決途徑。它不僅能夠實現化學方法無法實現的復雜空間結構，而且成形過程中不需要任何工、裝、夾具，比傳統的機械加工更具優勢。尤其是在人體器官這樣沒有任何規則表面的空間實體的制造上，其優勢更是不可比擬[10]。

通過應用快速成形技術制作出患側外耳的三維模型，對于一期手術中雕刻自體肋軟骨耳支架和二期顱耳角個性化的重建起到重要作用，快速成形技術的深入研究必將推動全耳再造水平。

[1]陳佳鵬,張蕾,陳功,等.中國1993-1998年出生缺陷監測能力分析[J].中華流行病學雜志,2006,27(5):392-395.

[2]王煒.整形外科學[M].杭州:浙江科學技術出版社,1999:1062-1077.

[3]Brent B.Microtia repair with rib cartilage grafts:a review of personal experience with 1000 cases[J].Clin Plast Surg,2002,29 (2):257-271.

[4]張如鴻.全耳再造的歷史回眸及未來展望[J].中國美容整形外科雜志,2011,22(2):65-67.

[5]Zhang Q,Zhang R,Xu F,et al.Auricular reconstruction for microtia: personal6-year experience based on 350 microtia ear reconstructions in China[J].Plast Reconstr Surg,2009,123(3):849-858.

[6]Osomo G.A 20-year experience of Brent technique of auricular reconstruction:pears and pitfalls[J].Plast Reconstr Surg,2007, 119(5):1447-1463.

[7]Nagata S.Modification of the stages in total reconstruction of the auricle:part IV.Ear elevation[J].Plast Reconstr Surg,1994,93 (2):254-266.

[8]杜曉揚,褚燕軍,水慶付,等.固體硅橡膠聯合肋軟骨支架行全耳再造術[J].安徽醫科大學學報,2011,46(8):833-835.

[9]顏永年,張偉,盧清萍,等.基于離散/堆積成形概念的RPM原理和發展[J].中國機械工程,1994,5(4):64-66.

[10]史廷春.快速成形制造在生物醫學工程中的應用[J].中國機械工程,2000,11(增):128-131.

Clinical Application of Rapid Prototyping Technology in Ear Reconstruction

ObjectiveTo explore the clinical application of rapid prototyping technology in ear reconstruction.Methods Image data of spiral CT scanning of normal side ear was converted into STL format files by the Mimics software.3D model of affected ear was obtained by rapid prototyping system after modeling through image technique.Then the 3D model was guided for autologous rib cartilage bracket carving in stage one of ear reconstruction and individual reconstruction of cranioauricular angle in stage two of ear reconstruction.ResultsSince 2012,9 models of microtia were built by rapid prototyping technology.More than 10 substructure units of external ear were reconstructed.Cranio-auricular angle was stable.Patients were followed up for 6-13 months and were satisfied with the ear appearance.ConclusionComparing with traditional twodimensional film model,using rapid prototyping technology for the reconstruction of 3-D model of external ear is more intuitive and stereoscopic,and is worthy of clinical application.

Rapid prototyping technology;Ear reconstruction;Three-dimensional model;Two-dimensional film

R319

A

1673－0364（2014）01－0040－03

CHU Yanjun1,WANG Minggang1,CHAI Gang2.
1 Department of Burn and Plastic Surgery,The Anhui Provincal Hospital of Anhui Medical University,Hefei 230001, China;2 Department of Plastic and Reconstruction Surgery,Shanghai Ninth People's Hospital,Shanghai Jiaotong University School of Medicine,Shanghai 200011,China.Corresponding author:CHAI Gang(E-mail:13918218178@163.com).

2013年12月20日；

2014年1月16日）

10.3969/j.issn.1673-0364.2014.01.012

230001合肥市安徽省立醫院燒傷整形科（褚燕軍，王明剛）；200011上海市上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院整復外科（柴崗）。

柴崗（E-mail：13918218178@163.com）。