計算機導航技術在頜骨骨纖維異常增殖癥手術中的應用

孫國文 王毓佳 韓方凱 劉澍 盧明星

計算機導航技術在頜骨骨纖維異常增殖癥手術中的應用

孫國文 王毓佳 韓方凱 劉澍 盧明星

目的探討計算機導航技術在頜骨骨纖維異常增殖癥手術中的應用價值。方法納入14 例頜面部骨纖維異常增殖癥患者，先將患者的術前CT數據導入計算機導航系統中，根據頜骨鏡像原理進行術前設計及三維手術模擬，確定骨切除位置及范圍。術中，根據病變部位及手術范圍可將參考架置于患者前額或是下頜骨頦部。完成注冊與配準，使手術視野和導航顯示屏上的虛擬圖像完全匹配。結果面部的解剖結構與三維重建模型完全吻合，術中順利完成實時導航。手術器械可實現空間定位，能夠明確其與手術區域解剖結構的位置關系，手術具有高度的精確性與安全性。術后療效的評估是通過術前計劃和術后CT重建影像相融合得到的，1～3 年的隨訪中沒有發現并發癥。結論計算機導航系統在提高頜面部骨纖維異常增殖癥的安全性與準確性方面具有較好的應用價值。

導航系統； 實時導航； 骨纖維異常增殖癥(FD)

骨纖維異常增殖癥(fibrous dysplasia, FD)是一種病因不明、緩慢進展的病理性骨骼改變，常會造成面部明顯畸形，其治療主要取決于患者的年齡、性別、疾病相關功能障礙,以及病變的位置和范圍等方面。對于嚴重病變并伴有明顯畸形的患者,應用現代外科技術可以達到良好的功能與美觀的效果[1-4]。然而,頜骨組織復雜的三維解剖學以及人類面容美觀要求的復雜性,結合手術進路的局限性，造成了頜面部骨纖維異常增殖癥治療具有巨大的挑戰性。

為了達到滿意的手術結果，術前3D設計已被廣泛應用，然而更為高效和精確的術中反饋是必需的。近年來，計算機導航技術得到了長足的發展,它可以通過在手術過程中提供持續的反饋信息，進行實時監控，顯著提高手術的準確性和安全性，尤其是在頜骨骨纖維異常增殖癥手術中，優勢明顯[5]。

1 材料與方法

1.1 成像/術前設計

術前獲取患者CT影像數據(層厚0.625 mm)，將DICOM數據輸入導航工作站(AccuNavi-A手術導航系統，Multifunctional Surgical Navigation System, 上海優醫基醫療科技有限公司)中，行矢狀面、冠狀面、橫斷面的二維評價及三維重建。在獲得的三維模型上進行手術設計、規劃及模擬手術。確定切除病變骨質的部位與范圍以及預期的術后效果。切除的病變組織用不同顏色顯示(圖 1)。術前設計完成后,原始CT數據和虛擬重建模型都被轉移到手術導航系統中。

圖 1 計算機導航系統模擬的上頜骨成形術，切除的病變骨質用不同的顏色標識

Fig 1 Operation model designed by the surigical navigation system through fusing the original image and the mirrored image in a subtraction mode, improved manually, and displayed in a different colour

1.2 注冊配準/導航

導航系統的紅外線追蹤系統根據固定在患者頭顱或頜面部參考架的位置，以頜面部骨性標志點或牙尖的位置來完成注冊、配準(圖 2)。使患者手術區域和虛擬影像通過點配準或面配準匹配起來，通過導航儀的顯示屏達到與患者的解剖結構一致,并實現實時監測，使定位設備在實際手術區域的相對位置可以在電腦屏幕上實時顯示,實際手術切除的范圍與術前設計的一致性會不斷的進行驗證、檢測(圖 3～4)。手術療效和術前規劃之間的一致性可以通過術后計算機斷層圖像和術前規劃的融合來判斷(圖 5)。

1.3 患者基本情況

圖 2 以牙尖的位置形成標志點進行導航的注冊、配準

圖 3 導航探針顯示實際手術切除的范圍和術前規劃完全一致

圖 4 導航探針顯示眶下孔處實際手術切除的范圍和術前規劃一致，眶下神經得到很好的保護

圖 5 圖像融合來評價手術的精確性

Fig 5 Accuracy of the operation evaluated by the merge of preoperative and postoperative

從2012-08～2015-08，14 例頜骨骨纖維異常增殖癥患者在該院接受頜骨畸形成形術+術中導航術。其中男性6 例，女性8 例，年齡在17～62 歲，平均年齡28.4 歲。9 例為上頜骨骨纖維異常增殖癥，5 例為下頜骨骨纖維異常增殖癥。

2 結 果

本組14 例都順利完成了術前規劃和術中實時導航。通過術中導航圖像在屏幕上實時顯示，術者得以不斷驗證、核實，確定病變骨質的切除部位與范圍及其與周圍解剖結構的關系，以保證手術與規劃方案的一致性。術后使用計算機斷層圖像和術前設計的融合來判斷手術效果，取得了滿意的效果。

3 討 論

骨纖維異常增殖癥可引起嚴重的頜面部形態與功能障礙,通常采取手術治療[1,6-7]。主要的手術方式是頜骨成形術，切除部分病變組織，達到頜面部左右的對稱性，然后進行長期的隨訪、觀察。同時，頜面部有許多重要的血管、神經和器官,如面動脈、面神經、眶下神經、下頜神經管、頦孔、眼睛和牙根等，骨性結構比身體任何一部分都復雜。因此，由于頜面部復雜的三維解剖結構，以及極為重要的的美學和功能要求，精確的術前設計和精準的術中定位在此類手術中至關重要。

在頜面骨纖維異常增殖癥的治療中曾經有人嘗試應用三維仿真設計模型[8-9]，以增加精確性，改善治療效果；Osada[9]應用薄層切割技術，結合圖像指導模板與術中定位深度的孔洞指導骨纖維異常增殖癥的再成形手術；但這些方法沒有一個能夠為手術者提供直接、精確、三維和即時的反饋信息，也沒有一個方法可以像計算機導航技術那樣精確的消除術前計劃和手術結果之間的差距。

計算機導航系統，可以為外科醫生提供精確的術前規劃、術中實時導航監測，以及避免重要結構的損傷，已被廣泛應用于頜面外科手術，如腫瘤切除[10]、骨折復位[11]、正頜手術[12-13]、異物取出[14]、顱面部重建[15]、顳下頜關節強直[16]矯正等等，也有散在報道在骨纖維異常增殖癥手術治療中應用計算機導航技術[17-19]，均取得了較好的手術效果。

本組病例術前規劃是在手術之前，將健側的影像通過鏡像原理投射到病變的一側，利用圖像融合的方法合成在一個減法模式中，用不同的顏色顯示切除區域，并將要切除病變骨質的位置和范圍展示在多平面和三維視圖中，術中實時識別解剖結構。術中患者和導航系統完成注冊、配準后,使在手術區域中定位設備所示的相對位置可以在電腦屏幕上的多維(軸向、冠狀、矢狀)視圖和3D視圖上顯示。使虛擬影像和患者之間的差異小于1 mm,并且可以通過聯合應用多個配準方法包括點配準和面配準來證明,并且在手術中操作校準來糾正圖像漂移[17]。通過用定位設備不斷檢查骨表面,可以在屏幕上確定切除區域,從而揭示其與術前設計的一致性。骨切除的位置和手術器械運動軌跡的即時信息可以在導航系統中不斷更新、顯示,保護重要的解剖結構和手術療效與術前計劃之間的一致性得到及時保證。與傳統的依賴經驗進行手術的方法相比, 計算機導航系統實時導航,可以花費更少的精力實現更精確的切除和避免重要結構的損傷，手術的精度和安全性都明顯提高。應用導航系統需要花費額外的時間,但是根據我們的經驗和其他的研究這個時間是可以接受的[11]。

對于上頜骨、顴骨的骨纖維異常增殖癥患者，參考架可以固定在顱骨上。成功地完成個人注冊、配準后，切除病變的骨質并保持用導航探針檢查手術結果以確保與手術設計的一致性。通過查看在屏幕上的顯示，實現對重要解剖結構如血管、神經組織和眼眶結構等的精確定位和保護。在進行導航操作時，應始終保持參考架各個部件與顱骨的剛性連接，如出現松動會引起明顯的手術誤差。如出現了參考架的松動需通過牙尖和配準恢復點重新進行配準恢復。而對于下頜骨骨纖維異常增殖癥患者，可將參考架固定在下頜骨上，因為下頜骨是頜面部唯一的可活動部分，導航系統可隨下頜骨活動而進行實時、動態導航監測。如設計將參考架固定在顱骨上，那么術前拍攝CT檢查時需進行頜間結扎或咬緊牙關，術中亦需進行頜間結扎，使上下頜骨形成剛性連接才能順利完成導航手術。因此，我們通常是在不影響手術的情況下將參考架固定在下頜骨頦部，來完成下頜骨的骨纖維異常增殖癥手術。

總之，計算機導航技術，用其術前計算機鏡像技術和術中實時導航為外科醫生提供準確的術前規劃、術中精確定位和回避重要結構，可以提高面部重建的安全性和準確性。

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Applicationofsurgicalnavigationsystemintheoperationformaxillofacialfibrousdysplasia

SUNGuowen1,WANGYujia1,HANFangkai2,LIUShu2,LUMingxing1.

1. 210008,DepartmentofOralandMaxillofacialSurgery, 2.DepartmentofOralandDentomaxillofacialRadiology,InstituteandHospitalofStomatology,NanjingUniversityMedicalSchool,NanjingStomatologicalHospital,China

Objective: To present our experience of the surgical treatment of maxillofacial fibrous dysplasia(FD) using surgical navigation technology.Methods14 patients with maxillofacial FD were included. Preoperative CT scanning data were obtained and a virtual plan based on the patient's mirrored anatomy was realized. Intraoperatively, a digital reference frame was fixed rigidly to patient's forehead or mandible depending on the location of the lesion. During operation each patient and the virtual image were matched through individual registration technique. A pointing device was constantly used to determine whether the extent of resection was consistent with the preoperative design. The surgical outcome was assessed through fusion of the preoperative planning and postoperative CT reconstruction image.ResultsThe application of surgical navigation system enhanced the safety and the accuracy of the surgery for the resection of the focal lesion and for the recontour of the profile. There was no complications during 1-3 years follow up.ConclusionSurgical navigation based on a virtual plan proves to be safe and accurate, and is of great value in managing maxillofacial fibrous dysplasia.

Surgicalnavigation;Real-timenavigation;Fibrousdysplasia(FD)

江蘇省衛生廳課題項目(編號： H201441)； 江蘇省臨床醫學科技專項項目(編號： BL2013005)； 南京市科技發展計劃(編號： 201503038)

210008， 南京大學醫學院附屬口腔醫院， 南京市口腔醫院口腔頜面外科(孫國文 王毓佳 盧明星)； 口腔放射科(韓方凱 劉澍)

孫國文 025-83620326 E-mail: guowensun@yahoo.com

R782.2

A

10.3969/j.issn.1001-3733.2017.05.023

(收稿： 2017-02-24 修回： 2017-04-06)