3D打印技術在正頜外科手術中的應用

王洪一，梁久龍，劉曉燕，張庭輝，邱 濤，付志強，何景濤，曹志強，柳云恩，陶 凱，侯明曉

頜面部嚴重的骨性不調、牙面畸形或齒槽骨畸形通常需行正頜外科手術治療。常規的治療流程是先行針對牙弓和個別牙齒的術前正畸治療，之后行手術矯正，最后行術后正畸維護與保持。正頜外科手術是矯正骨性畸形的最佳選擇，常規術式包括Lefort I型截骨術、矢狀劈開截骨術和頦部水平截骨術。由于頜骨本身具有復雜的三維結構，截骨線的選擇變化多樣，涉及血管神經多且隱蔽，因此增加了手術的難度。如果能夠預先獲得與患者實體等大的骨骼模型，便可以在模型上進行手術設計、手術預測甚至手術導引，將大大減少風險，改善手術效果。3D打印技術又稱快速成型技術，是根據分層制造、逐層疊加的原理，快速制作三維實體的一種分層制造技術，已開始越來越廣泛地應用于器官模型制造、手術方案設計、個性化支架材料生產等醫學領域［1-5］。沈陽軍區總醫院整形外科2015年2—7月收治頜骨畸形患者7例，應用3D打印技術術前預成個性化頜骨模型，在此模型基礎上進行診斷分析、手術方案設計和手術導板制作，效果滿意，現報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 本組7例，男3例，女4例;年齡18～22歲，平均20歲。術前診斷5例為Ⅲ類咬合畸形，2例為Ⅲ類咬合畸形伴頦部發育不對稱。

1.2 手術方法

1.2.1 頭顱三維CT數據獲取:術前均采用Light Speed VCT螺旋CT掃描機(GE公司，美國)進行頭顱掃描，球管電流10 mA，管電壓120 kV，矩陣512×512，以層厚 0．625 mm薄層三維重建，數據以DICOM格式刻盤保存。

1.2.2 頜骨模型3D打印:將CT數據導入Mimics 10．01軟件(Materialise公司，比利時)進行頭顱骨三維重建，用CT數據分割分離上頜骨與下頜骨，在斷層影像中調整影像對比度，設置合適的數據選取閾值，過濾骨骼組織。將數據轉化為STL格式，輸入Z Corp快速成型打印機(Z Corporation公司，美國)。采用快速成型粉打印頭顱三維模型。

1.2.3 應用模型輔助診斷和手術設計:在頭影測量數據分析的基礎上進一步分析上頜和下頜的畸形數據，明確診斷，設計手術方式，即單純下頜截骨，或雙頜截骨，或結合頦部水平截骨術。同時，借助3D打印模型，與患者溝通，更為形象、直觀地介紹畸形原因、手術過程和相關風險。

對于Lefort I型截骨，可在模型上進行模擬截骨，完成上頜骨段的移位、固定，并預先進行鈦板的選擇和彎制。對于矢狀劈開截骨，可觀察下頜小舌和頦神經的位置，術前設計截骨線的位置;對于頦部水平截骨，可在明確頦神經位置的基礎上，設計截骨線位置和方向;對于頦部不對稱，通過鏡像原理，以健側為參照，預成骨質增生模塊，根據此模塊，在頜骨模型上可標記增生范圍、大小，以齒科塑料制成導板，指導骨質修整，以最大限度地達到兩側的對稱性。

1.2.4 術前準備:術前進行口內清潔，完成術中導板的制作，對于雙頜手術需要準備中間導板和最終導板。常規全麻術前準備。

1.2.5 手術步驟:行經鼻氣管插管全麻，麻醉滿意后，口內消毒。按正頜外科手術常規完成Lefort I型截骨術、矢狀劈開截骨術和頦部水平截骨術。

1.2.5.1 Lefort I型截骨術:于上頜牙齦與唇頰側黏膜交界處上方的前庭溝處設計切口線，切口線由一側第2磨牙止于對側第2磨牙。按切口線設計切開黏膜、黏膜下層及骨膜，緊貼骨剝離，暴露梨狀孔、前鼻棘、上頜竇前外側壁、顴牙槽嵴，向后剝離直達翼上頜連接處，剝離各處黏骨膜。按術前模型設計的截骨線截骨，離斷翼上頜連接和鼻中隔，降下折斷，充分游離松動上頜骨，中間導板就位，頜間固定，以術前預彎的鈦板行堅強內固定。

1.2.5.2 矢狀劈開截骨術:去除頜間固定。于咬合平面水平至第2前磨牙遠中的齦頰溝稍偏頰側黏膜處，沿外斜線切開黏骨膜。骨膜下剝離、顯露下頜骨升支外側面和內側面。根據術前測量下頜小舌高度和深度，以球鉆橫行截骨，之后向近中沿外斜嵴做截骨線，向前方止于第1、2磨牙部位頰側骨板。以往復鋸加深截骨線，以骨鑿行升支矢狀劈開。雙側截骨完成后，下頜骨正中骨段可向后方移動。置入終導板，頜間固定。雙側矢狀劈開區以鈦板固定。

1.2.5.3 頦部水平截骨術:于下頜左右第1前磨牙之間對應的前庭溝區設計切口線，切開黏膜、黏膜下層和骨膜，骨膜下剝離，顯露頦神經，加以保護。根據術前模型分析結果確定的截骨線部位畫線，以往復鋸制備截骨線，骨鑿完成載骨。按術前設計向前移動下方骨塊，直至理想位置，堅強內固定。

1.2.5.4 頦部修整術:對于頦部兩側骨質不對稱者，置入術前預制的區域導板，畫線，根據畫線磨鉆去骨，去骨完成后置入最終導板，導板貼附良好，說明磨除范圍正確。

沖洗術野，分層縫合創口，置負壓引流。術后常規抗感染治療，術后1周流質飲食，2周拆線。

2 結果

本組行Lefort I型截骨加矢狀劈開截骨2例，單純矢狀劈開截骨加頦部水平截骨3例，矢狀劈開截骨加頦部水平截骨加頦部局部修整2例。手術時間為90～180 min，平均140 min。術后口內切口均Ⅰ期愈合，無一例發生血管神經損傷、感染、血腫、張口困難等并發癥，患者咬合關系明顯改善。7例均獲隨訪，隨訪時間3～6個月，平均4．5個月，患者雙側下頜骨形態對稱，咬合關系良好，面部對稱性顯著改善。

3 典型病例

男，20歲。入院診斷為Ⅲ類咬合畸形(圖1～4)。經過系統正畸治療后，確定手術方案為下頜升支矢狀劈開截骨下頜后徙術、頦部水平截骨頦前徙術、頦短縮術。術前行CT檢查，并制作3D打印模型。根據模型術前測量下頜小舌位置(圖5)、矢狀劈開截骨線位置(圖6)、頦部水平截骨線位置(圖7)，同時制作頦部水平截骨線導板(圖8)。在術中根據模型測量數據施行截骨，手術順利。術后患者面型和咬合恢復良好(圖9～12)。

圖1 Ⅲ類咬合畸形患者術前正位像;圖2 Ⅲ類咬合畸形患者術前側位像;圖3 Ⅲ類咬合畸形患者術前咬合正位像;圖4Ⅲ類咬合畸形患者術前咬合側位像;圖5 Ⅲ類咬合畸形患者下頜小舌位置測量;圖6 Ⅲ類咬合畸形患者縱行截骨線位置測量;圖7 Ⅲ類咬合畸形患者水平截骨線位置測量;圖8 Ⅲ類咬合畸形患者水平截骨導板;圖9 Ⅲ類咬合畸形患者術后正位像;圖10 Ⅲ類咬合畸形患者術后側位像;圖11 Ⅲ類咬合畸形患者術后咬合正位像;圖12 Ⅲ類咬合畸形患者術后咬合側位像

4 討論

3D打印技術是一種以數字模型文件為基礎，利用計算機輔助設計，運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。目前應用較多的3D打印技術主要包括光固化立體印刷(stereolithography，SLA)、熔融沉積成型(fused depositionmodeling，FDM)、選擇性激光燒結(selective laser sintering，SLS)和三維噴印(three dimensional printing，3DP)等［6-8］。3D 打印技術與醫學的結合是醫學史上的重大進步。在外科領域，3D打印技術打印出的實體可實現3D可視化，使外科醫師更易控制手術過程，提高了手術的精確性，從而達到手術預見性好、效果可靠、出血少、并發癥發生率低等目的。

3D打印技術在外科的實際應用主要包括3個方面，即術前模擬手術的模型外科、基于計算機輔助設計和制作的導板外科以及個性化植入物設計和制作的移植外科［9-12］。這三方面在正頜外科中均涉及。首先，實現人體骨骼結構可視化。這一點對于以美容和畸形改善為主要目標、以骨骼位置矯正為主要手段的正頜外科尤為重要［13-14］。一方面，術者可以在術前利用模型對畸形成因、手術方法和手術細節進行詳細而準確的分析，在此基礎上設計更為合理的截骨方案。另一方面，可以在術前與患者及家屬進行更為形象具體的溝通，闡明畸形原因、手術原理、截骨方式、手術風險等，增加患者的信賴感和配合度，減少術后糾紛的發生。其次，可進行手術模擬、截骨線設計，在此基礎上設計導板，更準確地進行截骨操作、骨塊移位和骨塊固定。在正頜外科中，上頜骨骨塊移位的方向和距離、下頜小舌的位置、頦成形截骨塊移動的大小、不對稱頦部截骨量的確定常常是手術的難點，并決定手術的效果［15-17］。本研究結果顯示，通過3D打印模型的分析、測量和導板制作，可更準確地解決上述問題，術者可做到術前心中有數、有的放矢，手術時間縮短，手術并發癥減少，術后患者滿意度增高。第三，對于嚴重不對稱畸形或手術失敗病例，可通過采用個性化植入物設計，利用數字化鏡像原理，根據健側數據定制植入物，并可同時制成固定用孔道，連接固定用材料，實現“量身定做”，達到手術的“最簡單化”和“最標準化”。

總之，數字化醫學的主要內容有兩個方面，一是對數字圖像的處理，二是滿足醫學臨床需要。前者由理學工程師或設計師完成，后者由醫學工作者完成，兩者的充分溝通和相互了解對于3D打印技術在醫學領域取得良好效果至關重要，這一點既是目前臨床實際應用中存在的不足，也是需要進一步完善的方向。

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