3D打印技術在下頜骨腫瘤治療中的應用——一種改良的腫瘤截骨導板及腓骨截骨導板

董智偉，王 帥，華澤權，張新鳳，鮑海宏，朱 浩，陳春艷，侯明曉，張 力

下頜骨良、惡性腫瘤為口腔頜面外科的常見病、多發(fā)病，腫瘤切除后的修復重建成為目前國內外的研究熱點問題之一［1-2］。然而腫瘤切除邊界的選擇是手術難點之一，是決定手術是否成功的關鍵。王旭東［3］發(fā)現(xiàn)數(shù)字外科技術中軟組織的漂移體會產生較大定位誤差，筆者所在課題組在臨床工作中也發(fā)現(xiàn)了術前預判軟組織邊界與實際邊界不符合的現(xiàn)象。因此，如何利用3D打印技術切除腫物及重建下頜骨缺損同時達到快速、精確的目的，成為本課題組研究的課題之一。本研究擬在軟組織邊界預判不足的基礎上，利用3D打印技術從理論上制作出改良的3D打印腫瘤切割導板及相應的腓骨截骨導板，力爭在精準切割腫瘤的同時精確修復下頜骨缺損，為3D打印的臨床應用提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 實驗器材與軟件環(huán)境 Lenovo x200筆記本(操 作 系 統(tǒng) Windows7)，Geomagic studio 2013(Geomagic公司，美國);Mimics 10.0(Materialise公司，比利時)，Philips Light Speed 256排螺旋CT掃描儀。

1.2 腫瘤截骨導板及腓骨截骨導板的設計 通過Philips Light Speed 256排螺旋 CT掃描儀(層厚0.625 mm，螺距1.5、1.0 mm)掃描，對患者的下頜骨及供區(qū)腓骨部位進行掃描。將CT掃描數(shù)據以DICOM格式導入計算機輔助設計Mimics10.01軟件和Geomagic Studio 2013軟件，通過圖像分割對錐形束CT(CBCT)、MRI、CT等軟硬組織影像學資料分析后，最終確定腫瘤的切割邊界。然后利用計算機模擬切割腫瘤、塑形移植腓骨、設計腫瘤截骨導板(圖1)、腓骨截骨導板(圖3)，最終形成下頜骨硬組織重建的數(shù)字模型(圖5)。

1.3 改良的腫瘤截骨導板及腓骨截骨導板的設計在上述步驟制作的兩個導板的基礎上，模擬術中下頜骨腫瘤可能向前延伸10 mm，需準備改良的腫瘤截骨導板(圖2)、改良的腓骨截骨導板(圖4)及最終形成下頜骨硬組織重建的數(shù)字模型(圖6)。

2 結果

改良的腫瘤截骨導板及腓骨截骨導板設計小巧，可沿下頜骨、腓骨截骨切口放入，無需延長切口。導板與下頜骨、腓骨骨面貼合緊密，利用下頜骨及腓骨自然的解剖標志作為定位點，定位準確。改良的導板根據預判術中可能存在的腫瘤邊界變化，設定兩套預手術方案，極大地降低了由于術前對CBCT、MRI、CT等影像學軟件解讀誤差造成的準備不足，從理論上提高了精度、縮短了手術時間、完善了術后效果。

圖1 3D下頜骨腫瘤截骨導板模型

圖2 改良的3D下頜骨腫瘤截骨導板模型

圖3 3D腓骨截骨導板模型

圖4 改良的3D腓骨截骨導板模型

圖5 下頜骨硬組織重建的數(shù)字模型

圖6 經改良導板切割后最終形成下頜骨硬組織重建的數(shù)字模型

3 討論

3D打印技術是快速成型技術之一，包括數(shù)據采集、數(shù)據處理和3D打印等幾個步驟。可應用CT、MRI采集患者影像學數(shù)據，存儲為DICOM格式，導入Mimics、Geomagics等三維重建軟件進行加工處理，最終應用3D打印機將模型打印出來。3D打印可用于術前模擬手術、制訂手術計劃，打印術中定位導板、輔助手術，設計患者個體化實體模型、完成手術效果預測［4］。

在口腔頜面外科領域，3D打印技術已廣泛應用于下頜骨重建、正頜外科矯治、頜面部創(chuàng)傷修復、顳下頜關節(jié)重建等手術［5-8］。3D打印技術有著傳統(tǒng)外科無法比擬的優(yōu)勢:①手術方案已在術前模擬，并利用打印導板輔助手術，減少手術時間和創(chuàng)傷，縮短住院和術后的康復時間，降低醫(yī)療費用;②手術精度的提高可減少手術時間，完善修復效果，對下頜骨病變能最大限度地避免髁狀突的移位［9］;③手術精度的提高可增加術后治療的精度(如惡性腫瘤術后放療)［10］;④對術后效果進行預測，患者可直觀了解療效，積極配合手術，獲得其理解與支持［11］;⑤減少輸血比率，進而減少輸血并發(fā)癥;⑥減輕醫(yī)護人員和患者的負擔;⑦降低傳染病感染醫(yī)護人員的風險［12］。

本課題組已應用3D打印技術成功開展了頜骨腫瘤的切除和修復重建、頜骨復雜骨折的復位固定、牙頜面畸形的正頜外科矯治等復雜手術，取得了良好的療效。然而在3D打印技術應用于游離腓骨重建下頜骨中遇到一些實際問題:原有的3D打印技術重建下頜骨缺損方法是確定截骨邊界后，根據截骨線制作腓骨截骨導板，以重建下頜骨缺損，一旦術中發(fā)現(xiàn)腫瘤邊界大于“預期值”，腫瘤截骨導板及腓骨截骨導板就無法再使用，術前的數(shù)字外科模擬手術“功虧一簣”。目前很多頜面外科醫(yī)生確定截骨邊界的方法是根據CT、MRI等影像學資料進行術前預判腫瘤邊界，經術前討論后，根據術中腫瘤的臨床特征或冷凍切片病理結果“經驗式”地切取腫瘤邊界。往往對腫瘤硬組織邊界判斷較為準確，軟組織邊界預判不足，過小的腫瘤切除邊界易導致腫瘤切除不干凈、術后復發(fā)等問題，過大的腫瘤切除邊界會造成術后修復重建困難、不符合微創(chuàng)原則等問題。王旭東［3］也認為數(shù)字外科技術中軟組織的導航仍不成熟，源于軟組織的漂移體產生較大定位誤差。在多數(shù)情況下，硬組織邊界的預判相對準確，而軟組織因其與正常組織分界不清，有時需術中行冷凍切片病理檢查仔細“辨認”，難免造成術前解讀影像學資料不精確的情況。一旦出現(xiàn)上述情況，臨時改變手術切割部位會造成模擬手術的腫瘤截骨導板“失效”、原有的腓骨截骨導板不準確等結果，術者不得不應用傳統(tǒng)的“經驗式”方法重建下頜骨。根據本課題組的臨床經驗，盡管有CBCT、MR、CT等諸多軟硬組織影像學分析手段，很多下頜骨腫瘤患者的軟組織邊界仍較難預判精確，術前制訂一套腫瘤截骨導板及腓骨截骨導板的設計很難滿足術中千變萬化的實際情況。因此，本課題組采用改良式導板來盡可能滿足臨床需求，減少了因腫瘤邊界解讀誤差造成的導板廢棄的情況，節(jié)約了人力、物力、時間等醫(yī)療資源，從理論上達到了提高精度、縮短手術時間、完善術后效果的目的。

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