數字三維重建聯合3D打印在血管化腓骨移植精準修復下頜骨缺損手術中的臨床應用

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(1 青島大學口腔醫學院，山東 青島 266003； 2 青島大學附屬青島市市立醫院口腔醫學中心；3 青島大學附屬醫院口腔頜面外科； 4 山東省數字醫學與計算機輔助手術重點實驗室)

口腔頜面部解剖結構復雜，血管神經豐富，頜骨具有個性化特征結構和曲面形態，與周圍結構鄰接關系復雜。下頜骨疾病如腫瘤及類腫瘤病變、外傷、炎癥等可引起面部畸形或組織缺損變形，下頜骨連續性及完整性破壞導致下頜骨缺損，從而引起不同程度的外貌缺陷與功能障礙，造成病人生理和心理上的障礙，嚴重影響其正常生活和社交活動[1]。因而制定周密的治療計劃修復重建下頜骨缺損尤為重要，重建不僅要考慮病人的外貌形態，同時更要精確地恢復下頜骨位置關系、形態、連續性以及牙列和咬合關系，恢復呼吸、吞咽、咀嚼及發音等生理功能，旨在提高下頜骨缺損病人的生活質量[2]。

隨著醫學影像技術和材料工程的不斷發展，3D打印技術可通過計算機輔助設計(Computer Aided Design，CAD)進行數字三維重建，根據個性化模擬制造出形態、大小完全一致的三維實體模型，利用反求工程重建三維設計鏡像模型，并應用于硬組織缺損的修復重建中的術前診斷及手術模擬，直接或間接提高了手術精度[3]，滿足了精準醫療、個性化醫療及微創醫療的要求。本文就數字三維重建聯合3D打印技術在血管化腓骨移植精準修復下頜骨缺損手術中術前規劃、術中指導及提高醫患溝通效果等方面的臨床應用價值進行探討，現報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取青島大學附屬醫院口腔頜面外科2015年9月-2017年10月因下頜骨良惡性病變擬行下頜骨切除后應用血管化腓骨移植修復的手術病人26例，其中男15例，女11例；年齡19～85歲，中位年齡50歲。良性病變15例(成釉細胞瘤7例、頜骨囊腫5例、牙源性角化囊性瘤3例)，惡性病變11例(牙齦鱗狀細胞癌4例、中央性頜骨鱗癌4例、口底鱗狀細胞癌2例、下頜骨軟骨肉瘤1例)。全部病例均有下頜骨不對稱畸形，部分表現為下頜骨膨隆或腫脹。術前行全口齦上潔治，均行病變組織切取活檢術，明確包塊的性質。頜骨囊腫為巨大囊腫累及下頜體部及下頜升支、牙齦癌及口底等鄰近部位惡性腫瘤累及牙齦及相應頜骨、下頜骨原發性惡性腫瘤侵犯頜骨未超過中線，并伴有不同程度下頜骨連續性及完整性破壞缺損影像學表現。既往均未行頜骨缺損修復手術，術前查體完善，且能夠耐受手術，對治療均知情同意。所有病人均在術前行頭顱三維CT掃描，獲得DICOM原始數據。全部病例均于術前由青島大學數字醫學與計算機輔助手術研究院同一技術人員進行數字三維重建及3D模型打印，手術均由同一組醫師完成，且采用同一手術入路。

1.2 數字三維重建及3D模型打印

采用三維CT掃描(參數：層厚0.625 mm，球管電流200 mA，電壓120 kV)，掃描基準面平行于眶耳平面，垂直于水平面，掃描范圍為顱頂至舌骨水平，獲取圖像數據，以DICOM格式保存。應用圖像處理軟件Mimics10.1對DICOM格式數據進行三維重建，重建出下頜骨的三維解剖模型(圖1A)。以術前病變部位缺損結合術前骨同位素掃描為參照，術者與技術人員溝通協同根據腫瘤性質以及骨破壞范圍進行手術截骨線設計，模擬頜骨病灶的切除、骨切取以及重建位置(圖1B)。其中15例下頜骨膨隆、變形、破壞的病例，通過鏡像及圖形修補技術進行數字三維重建(圖1C)，根據對側下頜骨曲面形態及牙列位置反求出患側復原模型(圖1D)，將三維重建數據以STL格式導出。

應用Geomagic軟件處理STL格式數據，經過RPData專用軟件給模型加支撐分層后將數據導入SPS450B激光快速成型機(陜西恒通智能機器有限公司)，以6000B樹脂(珠海正邦科技有限公司)為原料，加工每層厚度為0.10 mm，設計加工精度為0.10 mm，打印1∶1三維模型，去支撐并處理表面。

1.3 術前規劃

術前評估3D打印模型準確性，準確了解硬組織的細微解剖結構及病變與周圍結構的關系，對頜骨缺損情況進行分析，研究并制定手術方案，進行截骨線設計(圖2A、B)。參照下頜骨鏡像模型，進行移植腓骨的制備設計(圖2C)，術前行重建鈦板的預彎塑形、固位等模擬手術操作(圖2D)。模型及重建鈦板高溫高壓消毒備用。根據口內軟組織病變范圍確定切除范圍，評估黏膜缺損情況，缺損較大者設計腓骨皮瓣，床旁行下肢血管超聲定位皮穿支。

1.4 術前談話及滿意度調查

術者使用3D打印模型向病人和(或)指定家屬交待病情，直觀講解下頜骨病變位置、范圍，告知手術計劃、術中術后可能出現的并發癥、風險，并告知預測的手術效果。談話結束后，填寫針對病人及家屬等非醫學人員設計的開放性調查問卷，對談話效果及3D打印模型用于交流的認可度進行調查。

1.5 手術實施

沿頜下設計切口，切開皮膚及皮下組織，保護面神經，暴露術區，根據數字三維重建設計及3D打印模型術前規劃實施手術，惡性腫瘤同期行頸淋巴清掃術，術中根據術前設計的截骨線，結合腫瘤侵犯范圍于安全邊界切除腫瘤及部分下頜骨，同時獲取腓骨瓣，根據口內黏膜缺損情況，可直接拉攏縫合的病人不制備皮島。術中將塑形好的重建板固定下頜骨兩斷端，復位咬合關系，準備受區動靜脈血管。根據3D打印鏡像模型復原的下頜骨連續曲線，進行腓骨截骨，多段塑形，小鈦板連結下頜骨斷端，微型鈦板行雙層腓骨重建，吻合動靜脈血管，關閉創面。

1.6 術后評估

針對3D打印模型、術前設計截骨線與術中實際切除位置、鈦板密合程度以及腓骨移植斷端接合程度進行術后評估。術后隨訪評估病人的外貌形態恢復情況、咬合關系及以咀嚼為主的包括吞咽、語音等功能恢復情況。

2 結 果

2.1 術中臨床應用情況

成功打印出26例病人的下頜骨三維原型及15例病人相應的下頜骨鏡像模型，下頜骨的解剖結構清晰可見，均可明確病變位置、范圍、骨質破壞程度及與頦孔、下頜神經孔、髁狀突的位置關系。通過對1∶1等大的3D打印下頜骨原型及鏡像模型分析研究后，所有手術按照模擬手術設計成功完成，腓骨肌皮瓣均成活。3D打印模型術前設計的原發灶切除截骨線位置與術中實際切除范圍基本一致，術中切取腓骨長度與術中移植塑形骨塊長度基本吻合。術前于原型及反求模型上預彎重建鈦板，節省了術中彎制的時間，且與截骨后保留的下頜骨接合良好，移植腓骨與下頜骨斷端精密接合。病人顏面部雙側基本對稱，全部病人供區切口恢復良好。典型病例見圖3(掃描文后二維碼觀看相關視頻)。

2.2 術后隨訪情況

病人面型恢復良好，兩側基本對稱，下頜骨高度恢復良好，張口度正常，余留牙咬合關系正常，口內黏膜及皮瓣愈合良好，吞咽、語音無異常。復查全景片、三維CT及局部骨顯像，顯示腓骨骨段的位置和高度與術前設計相當，受區血運正常。供區術區愈合良好，所有病人術后均能正常行走，無病人出現踝關節不穩定。其中2例成釉細胞瘤病人雙層腓骨移植修復術后半年，行二期牙種植修復，咬合關系穩定，咀嚼功能恢復良好(圖4)。

2.3 應用3D打印模型術前談話滿意度調查結果

結果顯示，①您對這次術前談話的總體評價評分平均為(8.90±0.57)分；②3D打印模型對了解病變位置及情況是否有用評分平均為(9.10±0.70)分；③模型對理解手術方式及術后預期是否有用評分平均為(8.80±0.63)分；④是否希望醫生使用3D模型與病人進行病情交流評分平均為(9.00±0.67)分。病人及其家屬理解度和滿意度均較高。

3 討 論

頜骨位于面部重要位置，其在容貌及生理功能中起著重要作用。頜骨修復重建是口腔頜面部最為棘手的手術之一，如何合理選用整復外科技術也是學者們研究的熱門課題[4]。理想的頜骨修復重建標準應恢復其形態及位置關系，恢復上下頜骨高度、寬度以及連續性，提供軟組織的支持結構以重建面部特征性形態。單純的下頜骨邊緣性缺損修復重建主要注重于恢復其大小和形態，但下頜骨大范圍的缺損則需注重其與上頜骨的位置關系，包括咬合關系和對位關系，頜骨的咬合重建對咬合功能恢復要求較高，稍有偏差，則會增加病人術后不適，對于后期修復也增加了難度。因此，下頜骨大型缺損的精準修復重建也是頭頸重建領域的難點之一[5]。以往下頜骨缺損修復重建的方法主要有自體骨游離骨移植、同(異)種異體骨移植、骨替代性材料等[6]。因缺乏有效的血液供應，易出現移植物感染、吸收、免疫排斥等不穩定因素，導致愈合失敗。隨著顯微外科在口腔頜面外科的應用與發展，憑借固有的血液供應系統，許多血管化游離組織瓣，如腓骨瓣、髂骨瓣及肩胛骨瓣等均應用于上下頜骨缺損的修復重建，在血供不佳區域，具有明顯優勢[7]。腓骨能夠提供超過25 cm帶雙重血供的皮質骨，允許多段截骨和塑形，腓動脈及伴行靜脈管徑粗易吻合，已成為修復大型下頜骨缺損的首選方法[8]，而且可以同時切取肌肉和小腿外側皮瓣構成復合骨肌皮瓣用于修復口內軟組織缺損。HIDALGO[9]認為以頜骨解剖為基礎，下頜骨重建后既能夠保證最佳美學效應，又能保證其最佳功能的恢復。對于腓骨的塑形及精準恢復頜骨形態及功能，要求臨床醫生有高超的臨床技術與良好的審美，單純依靠術者的主觀經驗，明顯缺乏精確性。數字化三維重建計算機規劃合并3D打印技術，使外科手術由傳統的純經驗方式向數字化和精確化發展[10]，為下頜骨獲得最佳功能和外形提供了全新的個性化精準治療途徑。

A：數字三維重建下頜骨；B：計算機中設計截骨線；C：鏡像及圖形修補技術進行患側重建；D：對側下頜骨反求出患側復原模型。

圖1計算機輔助數字三維重建

A、B：術前3D打印原型設計截骨線、預留釘孔數量及定位；C：術前3D打印鏡像模型移植腓骨設計；D：術前3D打印模型預彎重建板。

圖23D打印模型術前規劃

A:術前面像；B:術區切口設計；C:左下肢切口設計；D:植入重建板；E:腓骨塑形；F：切除原發灶；G：雙層腓骨肌皮瓣修復下頜缺損；H:術后1個月面像。

圖3左下頜成釉細胞瘤切除并腓骨修復

A：左側下頜骨成釉細胞瘤；B:下頜骨半側切除，一期行雙層腓骨移植修復下頜骨缺損；C：術后半年口內照；D：二期種植手術拆除鈦板；E:植入種植體；F：種植體植入術后半年；G、H:種植體上部烤瓷冠橋修復，恢復咬合關系。

圖4左下頜骨成釉細胞瘤術后種植修復

3D打印技術是快速成型技術(Rapid Prototype manufacturing technology，RP) 的一種，是一種完全不同于傳統制造方法的高新技術[11]。利用錐形束CT獲取數據，通過數字三維重建，立體直觀地顯現頜面骨影像，與傳統的二維的X線片相比，可獲取精確的解剖信息，顯著提高了術前診斷和手術診療質量。近年來，3D打印技術廣泛應用于下頜骨重建、正頜外科測量及評估[12]、頜面部創傷和顳下頜關節重建[13]等諸多領域，為口腔頜面外科手術的術前診斷、病情分析、手術方案制定、術中植入物預制、制作手術導板[14]等提供了新的技術支持。有學者在腓骨瓣移植修復下頜骨部分切除術中用CAD/CAM技術制作模型，并用模型制作了用于指導下頜骨切除位置的裝置和腓骨瓣固定鈦板[15]，他們認為也許未來可以直接制作再生支架用于骨缺損的修復。有研究表明，在診療過程中應用3D打印技術，診斷正確率、操作準確度均有明顯提高，相比手術時間縮短17.63%[16]。

修復重建的第一步是對缺損情況進行評估，包括缺損大小、位置以及對功能、美容等方面的影響。評估缺損大小時應從三維方向進行，本研究中聯合數字三維重建技術，利用病人的CT數據，實現實體3D模型的打印，術者可在下頜骨原型基礎上做出更準確的診斷，明確缺損情況，進行手術設計，制定更詳細的手術方案，術中按照手術規劃進行截骨，對骨缺失范圍及植骨量有了充分認識，避免了傳統手術中因考慮如何截骨重塑骨塊才能與下頜骨切除后的缺損部位相匹配浪費大量的手術時間[17]。在3D打印鏡像模型上，進行移植腓骨的制備設計，對重建板進行術前精準預彎，設計截骨線兩端余留釘孔數量并進行定點定位，術中將塑形好的重建板就位于下頜骨兩斷端，復位咬合關系，精細調整，可與重建后的下頜骨緊密貼合。節省了術中彎制重建板的時間，簡化了手術步驟，縮短了手術時間，減少了術中出血，同時減少了重建板彎制過程中多次彎制對其的損傷，減少了術后斷裂的風險。腓骨截骨及骨塊制備的術前設計，減少了反復打磨腓骨斷端次數，降低了對骨血運的破壞，使得術中移植腓骨與下頜骨斷端精密接合，術后骨愈合良好，面型恢復良好。頜骨重建的目的不僅要恢復頜骨的連續性和完整性，同時還要恢復咀嚼功能[18]，采用雙層移植腓骨，恢復下頜骨高度，為種植義齒的固位創造了有利條件。通過半年時間骨愈合，于二期植入種植體的同時可取出一期手術中固定的鈦板，避免長期作用導致感染、骨質吸收等[19]。術后隨訪，種植體與腓骨結合良好，咬合關系恢復正常，既美觀又達到了良好的咀嚼功能。

隨著現代醫學技術的飛速發展，人們對健康的需求與服務提出更高的要求。近年，醫患關系的不和諧因素一直呈現逐年遞增趨勢，病人與醫護人員之間的信任感越來越低，醫患關系相對緊張[20]。因此，采取措施提高醫療質量，強化醫患溝通、構建和諧醫患關系迫在眉睫[21]。本研究中使用個性化3D打印實體頜骨模型與病人和(或)家屬進行術前談話，可以使病人和(或)家屬更加直觀地觀察病人自身的實體模型，通過對頜骨的形態、病變位置以及擬行手術部位等講解，使其在視覺和觸覺上直觀地對病情、手術方式及風險有了更深刻的理解，增加了病人對于治療的深入認識及信任，同時減少了醫療糾紛的發生。

綜上所述，數字化三維重建聯合3D打印能全方位、直觀、精確地顯示下頜骨的三維解剖結構以及病灶情況，對手術有極大的臨床指導價值，實現了下頜骨缺損的精準移植腓骨修復，獲得了優良的臨床效果，極大地提升了顯微外科游離組織瓣修復重建的臨床水平。同時，3D打印技術作為個體化治療、精準化手術的體現，在醫患溝通方面具有得天獨厚的優勢，有利于病人及其家屬理解病情，更好地為病人提供優質的人性化服務。

掃描二維碼

觀看本文相關視頻

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