3D打印技術在提高80例應用血管化腓骨移植修復下頜骨缺損精確度方面的臨床探討

張新鳳，董智偉，鮑海宏，李延超，張力

（1.遼寧醫(yī)學院中國人民解放軍沈陽軍區(qū)總醫(yī)院研究生培養(yǎng)基地，遼寧錦州121001；2.中國人民解放軍沈陽軍區(qū)總醫(yī)院口腔頜面外科，遼寧沈陽110016）

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3D打印技術在提高80例應用血管化腓骨移植修復下頜骨缺損精確度方面的臨床探討

張新鳳1，董智偉2，鮑海宏2，李延超1，張力2

（1.遼寧醫(yī)學院中國人民解放軍沈陽軍區(qū)總醫(yī)院研究生培養(yǎng)基地，遼寧錦州121001；2.中國人民解放軍沈陽軍區(qū)總醫(yī)院口腔頜面外科，遼寧沈陽110016）

摘要：目的探討3D打印技術在提高80例應用血管化腓骨移植修復下頜骨缺損精確度方面所發(fā)揮的作用。方法80例下頜骨病變患者在計算機輔助設計軟件上模擬完成病變切除及腓骨移植修復重建，打印出重建后的實體模型及指導截骨和取骨塑形的數(shù)字化導板，并根據(jù)模型預彎制重建板。術后1周復查CT，再將患者的CT數(shù)據(jù)導入計算機輔助設計軟件，對比實際手術與模擬手術截除的下頜骨頰舌側與腓骨內外側的長度誤差。結果實際手術截除頰側下頜骨與模擬手術截除頰側下頜骨誤差（MB）為（0.99±1.06）mm；實際手術截除下頜骨舌側與模擬手術截除下頜骨舌側誤差（ML）為（1.47±1.30）mm；實際手術截除腓骨內側與模擬手術截除腓骨內側誤差（FM）為（1.41±0.97）mm；實際手術截除腓骨外側與模擬手術截除腓骨外側誤差（FL）為（1.62± 1.46）mm。結論3D打印技術在血管化腓骨移植修復下頜骨缺損方面可獲得較高的精度。

關鍵詞：3D打印技術；血管化腓骨移植；下頜骨缺損；數(shù)字化導板

下頜骨缺損的修復重建一直是國內外口腔頜面外科醫(yī)師研究的熱點問題之一［1-2］。下頜骨缺損修復重建的方法有很多種，血管化腓骨移植是目前臨床應用較多且效果較好的一種。1989年HIDAGO［3］首次報道帶血管蒂的腓骨組織瓣游離移植修復下頜骨缺損，此后該方法在下頜骨缺損的修復重建中得到廣泛應用［4］。腓骨組織瓣具有以下優(yōu)點［5］：①可攜帶皮島和肌肉，可同時修復軟硬組織缺損；②腓骨瓣骨量充足，可提供20～26 cm的長度；③供區(qū)并發(fā)癥較少，對肢體功能影響小等。但在實際手術時仍存在腓骨塑形難度大、手術耗時長等問題。20世紀80年代，3D打印技術的出現(xiàn)很好地解決了這些問題，特別是設計制造出的數(shù)字化導板的應用，國內外已有多篇關于3D打印技術應用于血管化腓骨移植修復下頜骨缺損臨床報道［6-7］。但對于3D打印技術應用于血管化腓骨修復下頜骨缺損的精確度研究卻很少報道，本文將對其術前設計和術后修復效果的精確度進行初步研究。

1　資料與方法

1.1一般資料

選取2014年01月-2015年10月就診于沈陽軍區(qū)總醫(yī)院口腔頜面外科，因下頜骨良惡性病變行下頜骨切除后，應用血管化腓骨移植修復患者80例。其中，男性43例，女性37例。年齡23～68歲，平均45歲。所選患者的病變切除范圍均未超過下頜骨中線。

1.2手術方法

1.2.1虛擬手術與模型外科通過Philips Light Speed 256排螺旋CT掃描儀（層厚0.625 mm，螺距為1.5 mm）掃描，將患者的下頜骨及小腿平掃，再對小腿進行動脈造影。用超聲多普勒血流儀檢測一側脛前、脛后及腓動、靜脈的血管直徑和血流情況，并在體表標記出腓動脈穿支。將患者的CT掃數(shù)據(jù)以DICOM格式導入Mimics 10.0（Materialise公司，比利時）軟件，通過圖像分割、模擬切割腫瘤（切割平面的厚度設置與手術截骨的擺鋸厚度一致）、鏡像、設計截骨導板等程序后，將一側腓骨數(shù)據(jù)以STL格式導入下頜骨重建窗口，截骨位置均設計在外髁8 cm以上，調試塑形并通過Geomagic studio 2013（Geomagic公司，美國）軟件設計腓骨取骨塑形導板。再將數(shù)據(jù)以STL格式導入快速成型機，通過激光快速成型FDM（熔融沉積技術）制造出模擬手術重建的下頜骨模型及數(shù)字化導板。根據(jù)實體模型進行模型外科，明確重建板預留在下頜骨殘端上孔釘?shù)臄?shù)量（通常為3孔3釘）及位置，完成重建板的預彎制。最后將重建板和數(shù)字化導板進行消毒，待術中使用。

1.2.2手術過程①下頜骨原發(fā)病灶切除：一組醫(yī)生按照術前設用2枚螺釘固定截骨導板，進行下頜骨病變的切除。常規(guī)預備1根動脈和2根靜脈供吻合。②腓骨瓣制?。毫硪唤M醫(yī)生同時行腓骨瓣的制備。根據(jù)術前設計切口線進行切開，尋找適合的穿支血管，沿穿支血管尋找腓動脈及伴行靜脈。根據(jù)移植骨段長短用1～2枚螺釘固定取骨塑形導板，進行截骨、塑形后備用。③下頜骨重建：將已完成塑形的腓骨瓣斷蒂并轉移至受區(qū)進行顯微血管吻合術，重建血循環(huán)。根據(jù)術前預彎制重建板預留的孔釘數(shù)量初步定位重建板于下頜殘端上，然后根據(jù)重建板預彎的形狀精細調整重建板與下頜骨殘端的關系，與下頜骨緊密貼合后，鈦釘固定，完成下頜骨缺損重建。

1.3統(tǒng)計學方法

每個患者術后7 d復查CT，數(shù)據(jù)以STL格式與術前CT同時導入Mimics 10.01，使術前術后下頜骨自動重疊，顯示出術前設計的截骨導板，將移植的腓骨與下頜骨的左側和右側分離后，依次測量下頜骨頰側（mandibuler buccal，MB）和舌側（mandibuler lingual，ML）誤差最大值；腓骨的內側面（fibula medialis，F(xiàn)M）和外側面（fibula lateral，F(xiàn)L）截骨誤差最大值。采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析，對下頜骨頰側和舌側截骨誤差、腓骨內側面和外側面截骨誤差分別用配對t檢驗進行比較，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2　結果

所有手術按照模擬手術設計成功完成，腓骨瓣均成活?；颊哳伱娌孔笥覍ΨQ，全部患者供區(qū)切口恢復良好，均未出現(xiàn)局部麻木、踝關節(jié)不穩(wěn)定等并發(fā)癥。使術前術后下頜骨自動重疊（見圖1）。實際手術截除頰側下頜骨與模擬手術截除頰側下頜骨誤差（MB）為（0.99±1.06）mm，實際手術截除下頜骨舌側與模擬手術截除下頜骨舌側誤差（ML）為（1.47± 1.30）mm；實際手術截除腓骨內側與模擬手術截除腓骨內側誤差（FM）為（1.41±0.97）mm，實際手術截除腓骨外側與模擬手術截除腓骨外側誤差（FL）為（1.62±1.46）mm。各個部位的截骨見圖2。

圖1　術前術后下頜骨重疊圖像

圖2　各個部位的截骨誤差

3　討論

下頜骨對于人類咀嚼、吞咽和呼吸等功能起著重要作用。下頜骨缺損對患者的生存質量有嚴重的影響，對于下頜骨的缺損進行修復重建一直是研究的熱點問題之一。下頜骨缺損修復重建的方法有很多種，包括自體骨移植、異體（種）骨移植和生物材料等。異體（種）骨移植容易發(fā)生慢性免疫排斥反應。生物材料因臨床操作困難、效果不穩(wěn)定等原因，不被臨床廣泛使用。隨著顯微外科在口腔頜面外科的應用與發(fā)展，自體血管化腓骨移植技術日趨成熟，其顯示出諸多優(yōu)點。但腓骨的塑形難度大、手術耗時長、并且要求臨床醫(yī)生有高超的臨床技術與良好的審美。近年來，3D打印技術在下頜骨重建、正頜外科、頜面部創(chuàng)傷和顳下頜關節(jié)重建等諸多領域得到廣泛應用［8-11］。在下頜骨重建方面特別是數(shù)字化導板的應用，很好地解決了截骨和取骨塑形等問題，并使血管化腓骨移植修復下頜骨缺損的手術日臻簡便化、精確化。但實際手術操作中如何才能精確地按照模擬手術進行，主要取決于下頜骨截骨的精確性、腓骨截骨的精確性、正確的設計和應用數(shù)字化導板以及精確的預彎制重建板等。

3.1下頜骨截骨的精確性

準確設計截骨線是保證精確截骨的第一步。截骨線的設計首先要結合頭顱實體模型、CT及CBCT等影像學資料以及腫瘤的性質、臨床檢查等多方面因素。頭顱實體模型在計算機輔助外科中發(fā)揮著不可替代的作用，為截骨線的設計提供了實體依據(jù)，據(jù)ARIVER等［12］報道，頭顱模型的準確性與CT掃描參數(shù)有關，掃描像素越小，準確性越高，圖像及模型不會失真。何冬梅等［13］也報道，CT螺旋掃描層厚2 mm，螺距為1.5 mm和1.0 mm，重建頭顱模型誤差為0.54% （0.05 mm）。本研究中螺旋CT掃描厚度為0.625 mm，螺距為1.5 mm和1.0 mm，充分保證了頭顱模型的精確度。其次也要將影像學（如CT及CBCT）等資料為數(shù)據(jù)源導入計算機輔助設計軟件，逐層觀察病變范圍，并測量與截骨線之間的距離，避免切破腫瘤，保證有足夠的腫瘤安全邊界，又要保證保留最多的健康組織。對下頜骨頰側和舌側截骨誤差用配對t檢驗，結果發(fā)現(xiàn)，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），下頜骨舌側的截骨誤差大于頰側誤差。這是由于下頜骨舌側不容易直視觀察，造成實際的截骨方向與模擬手術設計的截骨方向不一致，形成截骨角度造成誤差。為了避免形成截骨角度誤差，術前術者應根據(jù)模型及三維重建圖像仔細觀察測量下頜骨舌側的截骨位置及截骨角度。在導板設計方面，可以根據(jù)手術方式和手術部位暴露等情況將引導擺鋸入位的槽邊緣盡可能地設計制作得高一些，充分引導擺鋸以正確的角度入位。

3.2腓骨截骨的精確性

精確地截取腓骨首先要保證導板準確的固定在模擬手術設計的部位。腓骨長骨形態(tài)較規(guī)則，不如下頜骨形態(tài)復雜，導板就位是否準確很難把握。一方面要求臨床醫(yī)生術前準確地了解腓骨導板就位的位置，另一方面術中盡可能地剝離骨表面的軟組織，讓導板固定在最貼合的部位。術前行下肢動脈的血管造影是必要的［14-15］，排除患者下肢血管的變異和栓塞性疾病［16］，避免因血管變異等情況，術中更改導板的位置。此外研究還發(fā)現(xiàn)，腓骨截骨的精確性與截骨塑形次數(shù)有關，截骨塑形次數(shù)越多，截骨段越短，骨段間所成的角度越大，誤差就越大，骨段的截骨塑形的長度最好≥2 cm，這樣也可以為移植骨提供充足的血供，保證移植骨的成活。對于腓骨內側面和外側面截骨誤差用配對t檢驗，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），腓骨內、外側面的截骨誤差無差異。

3.3數(shù)字化導板和預彎制重建板的應用

數(shù)字化導板是將復雜的手術方案精確地轉移到真實手術中的橋梁與紐帶，保證了外科手術能夠按計劃精確地進行，同時也簡化了手術。導板可根據(jù)病變的不同情況，設計成不同的形狀，如腫瘤靠近下頜骨下緣，截骨形狀就可以設計成梯形；口底癌患者，舌側黏膜病變范圍較頰側大，設計的截骨方向可以向舌側多傾斜一些，盡可能多地保留頰側健康的黏膜。這些都充分體現(xiàn)了數(shù)字化導板的個性化截骨。導板設計成功的關鍵是導板固部位骨骼的唯一性［17］，通常設計頦部及下頜角等三維生理曲度大的部位為導板的固定部位，應盡量避開下頜骨體部等骨骼形態(tài)規(guī)則的部位作為導板固定部位。術前預彎制重建板，根據(jù)術前預彎制重建板預留的孔釘數(shù)量初步定位重建板于下頜殘端上，然后根據(jù)術前重建板預彎的形狀精細調整重建板與下頜骨殘端的關系，重建板按照術前設計的位置準確就位時，與重建后的下頜骨緊密貼合，對稱地恢復了面部外形，保證了手術效果。本組病例未對重建板設計就位導板，減少了術前模擬設計的步驟和時間，節(jié)省了術中固定重建板就位導板的時間，簡化了手術步驟，研究結果表明并未對手術修復效果和精確度造成明顯的影響。

綜上所述，計算機輔外科在血管化腓骨移植修復下頜骨缺損方面，通過數(shù)字化導板的應用，讓復雜的手術方案精確的轉移到真實手術中，成為計算機輔助外科技術有力的輔助工具。但本研究病例數(shù)量不多，未能對精確度進行更深入的探討研究。其次本組實驗沒有一期設計種植體，因此對種植體植入精確度并未研究。

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（張西倩編輯）

論著

Clinical application of 3D printing technology to improving accuracy of vascularized fibular graft for repairment of mandibular defect in 80 cases

Xin-feng Zhang1，Zhi-wei Dong2，Hai-hong Bao2，Yan-chao Li1，Li Zhang2
（1. Graduate Training Base，General Hospital of Shenyang Military Command of Chinese PLA，Liaoning Medical University，Jinzhou，Liaoning 121001，China；2. Department of Oral and Maxillofacial Surgery，General Hospital of Shenyang Military Command of Chinese PLA，Shenyang，Liaoning 110016，China）

Abstract：Objective To explore the role of 3D printing technology in improving accuracy of the reconstruction of mandibular defect with vascularized fibula graft in 80 cases. Methods For 80 cases of mandibular disease patients simulation of lesion resection and repair and reconstruction with fibular graft were completed using computer-aided design software. The entity model after reconstruction and digital guide for guidance of bone section and bone remodeling were printed out，and then reconstruction plates were made according to pre-bending of the model. The patients had CT scan again one week after operation. The patients' CT data were input to the computer-aided design software，then the lateral length errors of mandible buccal lingual side and medial and lateral fibula sides were compared between the actual operation and simulated osteotomy. Results The mandible buccal side error between actual surgical resection of the mandible and simulated surgery resection was（0.99±1.06）mm，while the mandibular lingual side error was（1.47±1.30）mm between actual and simulated surgical osteotomy of mandibula. The fibula me－book=52,ebook=57dial side error between the actual operation excision and simulated surgical excision was（1.41±0.97）mm，while the fibula lateral error between the actual operation excision and simulated surgical excision was（1.62±1.46）mm. Conclusions The use of 3D printing technology can obtain high accuracy in the reconstruction of mandibular defect with vascularized fibula graft.

Keywords：3D printing technology；vascularized fibular graft；mandibular defect；digital guide

中圖分類號：R782.4

文獻標識碼：A

DOI：10.3969/j.issn.1005-8982.2016.10.011

文章編號：1005-8982（2016）10-0051-05

收稿日期：2015-10-30

［通信作者］張力，E-mail：13309882712@163.com；Tel：024-28851333