基于數(shù)字醫(yī)學(xué)的下頜骨重建系統(tǒng)：模塊化手術(shù)方案和標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)估

周知航 趙昊明 陳旭卓 張善勇 鄭吉駟 楊馳

下頜骨缺損，尤其是由腫瘤造成的骨質(zhì)缺損，經(jīng) 常導(dǎo)致嚴(yán)重的面部畸形和咀嚼功能障礙，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量。目前，應(yīng)用于下頜骨局部切除后重建的方法主要有肋軟骨瓣、胸骨鎖骨瓣、肩胛骨瓣[1]以及血管化腓骨肌皮瓣[2]等。過去的手術(shù)只能借助個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來決定截骨方法和皮瓣的選擇，下牙槽神經(jīng)管也無法得到保存。這樣的重建方案通常無法獲得滿意的功能以及美觀效果[3-4]。近年來，得益于醫(yī)學(xué)影像學(xué)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)模擬技術(shù)、數(shù)字化導(dǎo)板、局部對(duì)比分析等技術(shù)的應(yīng)用，頜面部手術(shù)，包括正頜手術(shù)[5]、牙體種植[6-7]、根尖囊腫切除術(shù)[8]以及下頜骨重建[9-10]等都逐步走向了精確化和個(gè)性化。借助這些技術(shù)，可以準(zhǔn)確地在3D視角中確定骨缺損的范圍，提前制定手術(shù)方案，并確定下牙槽神經(jīng)的走行。我們對(duì)下頜骨缺損應(yīng)用不同皮瓣修復(fù)的病例 （腓骨瓣4例、血管化髂骨瓣2例、游離髂骨瓣3例）進(jìn)行研究，總結(jié)出下頜骨缺損修復(fù)重建的標(biāo)準(zhǔn)化手術(shù)流程，報(bào)道如下。

1 材料和方法

1.1 患者資料

本組共9例患者納入研究（男5例，女4例），平均25.6歲（19～46歲）。其中，成釉細(xì)胞瘤2例，骨髓炎2例，骨化纖維瘤5例。所有患者均以自體骨皮瓣重建下頜骨，并保留了下牙槽神經(jīng)血管束（IANB）?；颊咝g(shù)前均行頜面部薄層增強(qiáng)CT，術(shù)后7 d時(shí)再行薄層CT（0.5～1.25 mm每層）掃描。對(duì)術(shù)前術(shù)后的下頜骨CT進(jìn)行三維重建和比較。

為了確保所有的病例都能保留IANB，我們制訂以下篩選標(biāo)準(zhǔn)：①下頜骨病變需行下頜骨局部切除；②截骨同期可使用自體骨皮瓣修復(fù)缺損；③病變破壞至下頜骨體和部分下頜升支，髁突可被保留；④術(shù)前診斷和術(shù)中快速冰凍病理均提示病變對(duì)神經(jīng)無侵犯，擴(kuò)大切除病變后無需進(jìn)行頸部淋巴結(jié)清掃。有腫瘤切除和下頜重建手術(shù)史患者被排除。

1.2 數(shù)字化手術(shù)方案

1.2.1 計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)設(shè)計(jì)（CASS）技術(shù)流程

①獲取顱頜面部以及供區(qū)CT數(shù)據(jù)；②將CT數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics 17.0軟件 （Mimics Innovation Suite v17.0，Materialise，Belgium），生成三維模型，在良性腫瘤中標(biāo)記出下牙槽神經(jīng)管的走行；③標(biāo)記腫瘤范圍和模擬手術(shù)切除范圍，獲得缺損模型；④擬合供體與缺損模型，獲得下頜骨重建模型。

該流程可劃分為三個(gè)模塊：圖像、缺損和供區(qū)骨修整（圖1）。通過Mimics軟件進(jìn)行三維重建簡(jiǎn)化了分割流程，其主要作用一是確定腫瘤的切除范圍，指導(dǎo)截骨導(dǎo)板的設(shè)計(jì)和制作；二是生成缺損模型，確定皮瓣的大小、范圍以及供區(qū)定位導(dǎo)板的制作。

1.2.2 手術(shù)導(dǎo)板（ST）準(zhǔn)備

①截骨導(dǎo)板的設(shè)計(jì)；②固位導(dǎo)板的設(shè)計(jì)；③下牙槽神經(jīng)血管束保護(hù)導(dǎo)板；④髂骨、腓骨、肋骨等供區(qū)截骨和骨修整導(dǎo)板；④將導(dǎo)板通過STL導(dǎo)入3-matic軟件（research registration process v11.0，Materialise，Belgium）；⑤3D打印頭模，預(yù)彎鈦板，確定鈦釘打孔位置；⑥掃描帶孔模型，將模型以STL格式重新導(dǎo)入Mimics軟件中；⑦在軟件及實(shí)體模型中同步檢查截骨導(dǎo)板和定位導(dǎo)板與原始頭模是否貼合；⑧檢查供區(qū)截骨及骨修整導(dǎo)板；⑨核對(duì)預(yù)彎鈦板與釘孔位置的擬合程度，并在軟件中確定鈦釘?shù)拈L(zhǎng)度；⑩導(dǎo)板及頭模消毒滅菌。

髂骨瓣、腓骨瓣、肋骨瓣是幾種常見的游離骨瓣。尤其是髂骨瓣，由于髂前上棘在形態(tài)學(xué)上與下頜骨外形極其相似，因此被廣泛應(yīng)用于下頜骨體部及升支的重建中。軟件模擬缺損模型為髂骨瓣的截取提供了可靠的預(yù)測(cè)，使其不再僅依靠經(jīng)驗(yàn)，而是以準(zhǔn)確的數(shù)值呈現(xiàn)出髂骨的截取和髂骨瓣的修整，極大地提高了髂骨瓣與骨缺損部位的吻合準(zhǔn)確度。最終，將3D模型和導(dǎo)板的數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D打印機(jī)中，并制作個(gè)性化的預(yù)成型截骨導(dǎo)板以及預(yù)成型鈦板（圖2）。

將預(yù)制的導(dǎo)板置于3D打印的頭模上進(jìn)行核驗(yàn)，同時(shí)也在軟件中進(jìn)行比對(duì)，達(dá)到雙向驗(yàn)證的效果，以確保導(dǎo)板打孔位置與鈦板鈦釘固定位置一致。同時(shí)，在軟件中測(cè)量出打孔位置下頜骨的厚度，也可指導(dǎo)選擇合適長(zhǎng)度的鈦釘。

1.2.3 手術(shù)實(shí)施

①將前截骨導(dǎo)板和下牙槽神經(jīng)血管束保護(hù)導(dǎo)板放置就位；②將后截骨導(dǎo)板放置就位；③擴(kuò)大切除腫瘤，暴露下牙槽神經(jīng)血管束；④就位截骨導(dǎo)板并截取骨瓣；⑤修整骨瓣以貼合缺損部位；⑥對(duì)帶蒂骨瓣進(jìn)行血管吻合；⑦骨瓣轉(zhuǎn)移至受區(qū)進(jìn)行堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定。

本組患者在整個(gè)手術(shù)過程中嚴(yán)格遵守術(shù)前CASS設(shè)計(jì)所制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和步驟。下頜骨的部分切除根據(jù)數(shù)字化導(dǎo)板來確定截骨范圍。沿截骨導(dǎo)板上緣切開并指示下牙槽神經(jīng)管的軌跡，術(shù)前于Mimics軟件中確定下頜神經(jīng)管到頰側(cè)骨皮質(zhì)的距離，隨后分離并保護(hù)下牙槽神經(jīng)血管束。測(cè)量被截取的腫瘤大小、體積，應(yīng)與CASS方案術(shù)前預(yù)估的數(shù)值基本相近。隨后暴露供區(qū)，依據(jù)導(dǎo)板截取供區(qū)骨瓣，就位骨修整導(dǎo)板，修整邊緣。

依據(jù)截骨導(dǎo)板進(jìn)行腫瘤擴(kuò)大切除和下頜骨精確截骨。根據(jù)標(biāo)記好的釘孔位置，預(yù)成型鈦板與截骨導(dǎo)板就位孔相一致，隨后將預(yù)成型鈦板固定在剩余下頜骨體（圖3）。骨瓣供區(qū)應(yīng)選擇下頜骨體缺損區(qū)域的對(duì)側(cè)。在下頜骨截除的同時(shí)獲取髂骨肌皮瓣。皮瓣依據(jù)模型和截骨導(dǎo)板進(jìn)行截取和外形修正，隨后被轉(zhuǎn)移至受區(qū)，組織蒂被同時(shí)轉(zhuǎn)移以提升血供。皮瓣的就位是通過設(shè)計(jì)軟件的導(dǎo)航系統(tǒng)來確定的。

根據(jù)預(yù)設(shè)的CASS計(jì)劃，髂骨瓣可被分成兩部分：近中的骨皮質(zhì)部分應(yīng)該靠近咬牙合平面，為術(shù)后的二期種植做準(zhǔn)備；遠(yuǎn)中部分應(yīng)該用來匹配下頜骨角和下頜升支的高度（圖4）。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)化術(shù)后評(píng)估

1.3.1 局部對(duì)比分析（PCA）

我們將相關(guān)數(shù)據(jù)輸入3-matic軟件，該軟件可顯示區(qū)域誤差值的平均誤差和標(biāo)準(zhǔn)差，可以通過直觀的條形圖找到主要誤差分布的位置，評(píng)估下頜角點(diǎn)（GOL和GOR）至正中矢狀面的距離，以數(shù)據(jù)的形式呈現(xiàn)面部的對(duì)稱性（圖5）。

圖1 模塊化手術(shù)方案Fig.1 Modularized protocol

圖3 預(yù)成型鈦板固定Fig.3 The fixation of the titanium prefabricated plate

1.3.2 機(jī)械定量感覺神經(jīng)測(cè)試

患者術(shù)后半年隨訪，使用Neurometer CPT感覺閾值檢測(cè)儀來評(píng)估頦部皮膚和下唇黏膜的感覺功能，并且計(jì)算兩側(cè)之間的差異，以評(píng)估下牙槽神經(jīng)的損傷情況（表1）。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

使用 SPSS for Windows 22.0軟件 （SPSS Inc.，Chicago，IL，USA），使用單因素方差分析參數(shù)變化，P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖2 個(gè)性化的預(yù)成截骨導(dǎo)板Fig.2 Personalized precut osteotomy guide plate

圖4 移植骨重建下頜骨并通過預(yù)成型導(dǎo)板進(jìn)行內(nèi)固定Fig.4 Bone grafts were harvested to reconstruct the resected mandible and fixed by the prefabricated plates

圖5 評(píng)估下頜角點(diǎn)（GOL和GOR）至正中矢狀面的距離，以數(shù)據(jù)的形式呈現(xiàn)面部對(duì)稱性（術(shù)后GOL點(diǎn)誤差1.74 mm）Fig.5 Assess the distance between the mandibular angle and sagittal plane to present the facial symmetry in the form of data（postoperative error of GOL was 1.74 mm）

表1 標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)估結(jié)果Table 1 Results of standardization evaluation

2 結(jié)果

術(shù)后CT顯示，9例患者下頜骨病變已完全清除，術(shù)后隨訪半年均無復(fù)發(fā)。術(shù)后標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)估結(jié)果顯示，局部對(duì)比分析得出平均誤差為0.92 mm，標(biāo)準(zhǔn)差為0.96 mm。機(jī)械定量感覺測(cè)試結(jié)果顯示雙側(cè)頦部及下唇神經(jīng)的感覺無明顯差異（P=0.12）。

3 討論

1979年，游離髂骨肌骨瓣首次應(yīng)用于下頜骨重建，但肌骨瓣截取和成型的困難以及術(shù)后感染率[11]成為這種皮瓣應(yīng)用的主要難點(diǎn)。傳統(tǒng)的髂骨瓣—下頜骨重建手術(shù)中，下頜骨切除、皮瓣的截取和成型以及重建完全是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行操作的。僅憑全景X線片和CT圖像來評(píng)估缺損的長(zhǎng)度和輪廓是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作[12]。因此，在準(zhǔn)備重建的過程中，需要切取一大塊髂骨瓣，增加了骨瓣截取和成型的難度，也增加了手術(shù)的持續(xù)時(shí)間和對(duì)供區(qū)的損傷。這不僅使面部對(duì)稱性難以實(shí)現(xiàn)，患者的正常咬牙合和髁突位置也難以精確恢復(fù)，給隨后的修復(fù)和種植帶來了更多的困難。

與“經(jīng)驗(yàn)依賴”的手術(shù)方法相比，CASS-ST-PCA流程具有以下優(yōu)點(diǎn)：①提供三維可視化圖像用于診斷和解剖。②使術(shù)前虛擬手術(shù)成為一種模塊化的手術(shù)方案，手術(shù)流程標(biāo)準(zhǔn)化，依據(jù)不同患者提出的個(gè)性化方案是建立在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化手術(shù)流程之上的，既滿足了不同患者的不同需求，又保證了足夠的準(zhǔn)確性。③準(zhǔn)確的導(dǎo)航提高了術(shù)中導(dǎo)板的使用效率，解決了截骨這一難題。④精確定位頦孔、下牙槽神經(jīng)管等重要解剖結(jié)構(gòu)，提高了手術(shù)安全性。⑤標(biāo)準(zhǔn)化流程同時(shí)提供配套的術(shù)后定量評(píng)價(jià)方法，明確地呈現(xiàn)出手術(shù)的準(zhǔn)確性。

在CASS方案中，第一步是制定一個(gè)虛擬手術(shù)計(jì)劃。整個(gè)手術(shù)過程在軟件中模擬成三維圖像。傳統(tǒng)的重建方法，如CT、MRI等，只能提供二維圖像中的腫瘤、血管和硬組織信息。由于口腔頜面部解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通過想像和經(jīng)驗(yàn)判斷患者的三維解剖關(guān)系往往給手術(shù)造成極大的困難。實(shí)際上，CASS技術(shù)不僅可以提供清晰直觀的三維組織圖像，還可以對(duì)其進(jìn)行分塊調(diào)整。這種“重新定位”可以提供目標(biāo)病灶周圍的所有角度和重要的解剖結(jié)構(gòu)，以確保相互間準(zhǔn)確的鄰接關(guān)系。在CASS方案中，下頜骨腫瘤的位置和范圍，包括對(duì)硬組織的侵襲和損傷，都可以被準(zhǔn)確地定位和重建。直觀的三維模型能夠幫助完成虛擬手術(shù)計(jì)劃，保證在安全范圍內(nèi)精確地切除腫瘤。應(yīng)用手術(shù)導(dǎo)板的精確定位和引導(dǎo)，大大提高了供區(qū)骨瓣與受區(qū)的契合度，省去了大量的骨修整步驟，手術(shù)時(shí)間明顯縮短，提高了手術(shù)質(zhì)量，明顯減少了術(shù)后并發(fā)癥。同時(shí)，我們可以在良性腫瘤不侵襲神經(jīng)的前提下保存IANB，患者術(shù)后生存質(zhì)量得以提高。此外，CASS方案中的三維模型直觀易懂，這也方便了醫(yī)患之間的溝通，提高了溝通的有效性。

目前普遍認(rèn)為，頜間結(jié)扎是確保咬牙合關(guān)系和髁突位置的必要步驟[11]。本研究分兩個(gè)階段以探討其必要性。在前一階段4例患者的治療過程中，我們發(fā)現(xiàn)術(shù)后頜間牽引或許是不必要的，因此在第二階段的5例患者手術(shù)過程中未進(jìn)行頜間結(jié)扎。9例患者均行PCA評(píng)估，以判斷下頜骨和關(guān)節(jié)的偏斜度及位置。術(shù)后評(píng)估數(shù)據(jù)顯示，兩組患者之間的患側(cè)、健側(cè)偏差沒有明顯變化。因此，我們認(rèn)為應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)設(shè)計(jì)和手術(shù)導(dǎo)板技術(shù)引導(dǎo)手術(shù)后，可能無需口內(nèi)植入微型螺釘進(jìn)行頜間固定。

先前的研究中已將下頜骨的術(shù)前、術(shù)后CT數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件，以此匹配術(shù)前術(shù)后截骨線[13-15]。傳統(tǒng)術(shù)后評(píng)估工作較為復(fù)雜，越來越趨向于在圖像匹配過程中提出新的評(píng)價(jià)方案作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。目前，在術(shù)前設(shè)計(jì)和術(shù)后評(píng)估方面存在著統(tǒng)一性的不足。我們將相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入3-matic軟件進(jìn)行局部對(duì)比分析，統(tǒng)計(jì)分析表明，平均誤差和標(biāo)準(zhǔn)差均小于1 mm。新方案的優(yōu)點(diǎn)之一是集成了多個(gè)可靠的元素，包括面部對(duì)稱性、整個(gè)下頜骨的最大誤差、最大局部誤差、平均誤差、下頜骨和局部區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)差等。PCA術(shù)后評(píng)估數(shù)據(jù)顯示，下牙槽神經(jīng)的保存和省略了術(shù)中頜間結(jié)扎，使得整個(gè)手術(shù)的質(zhì)量有了較大提升。精度較高的手術(shù)能夠縮短術(shù)后恢復(fù)時(shí)間，術(shù)后髁突錯(cuò)位明顯減少，提高了患者術(shù)后的生活質(zhì)量。所以，我們提出以PCA技術(shù)為基礎(chǔ)的方案自證體系，進(jìn)而使整個(gè)手術(shù)流程自成一體。

4 結(jié)論

CASS-ST-PCA是一種針對(duì)下頜骨重建的標(biāo)準(zhǔn)化手術(shù)流程，能夠獲得更準(zhǔn)確的重建效果。使數(shù)字化重建外科變得容易理解與操作，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)苛，結(jié)果更為精確。本方法有助于對(duì)數(shù)字化外科的理解和學(xué)習(xí)，便于醫(yī)患間直接的交流，在外科手術(shù)數(shù)字化的趨勢(shì)下，必然有著極為廣闊的前景。