改良配準數字導航在下頜骨三維可視化精準手術中的臨床應用

王奇民 薛嬌 童磊 周建華 董剛 鄭建金 陳正崗 賈暮云 邱建忠 袁榮濤

(1 青島大學附屬青島市市立醫院口腔頜面外科，山東 青島 266071； 2 青島大學附屬醫院口腔頜面外科)

下頜骨疾病(如腫瘤、炎癥等)常會破壞骨質，引起患者面部畸形或組織缺損[1]，同時手術切除也可致患者外貌缺陷及功能活動受限等，影響患者的身心健康[2]。通過對下頜骨缺損的精準修復重建，可以有效恢復和改善患者的容貌，提高生活質量[3]。手術導航系統(CANS)具有精準、微創、三維可視化等優點，在骨腫瘤切除修復重建、顱頜面外科手術矯治、顱頜面骨纖維異常增殖癥治療等方面已得到廣泛應用[4-8]。但其中下頜骨參考架的安放是臨床普遍存在的難題[9]，下頜骨參考架會干擾手術操作，影響手術效果。本研究對下頜骨手術數字導航的配準進行改良，探討改良配準在下頜骨三維可視化手術數字導航中的臨床應用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2018年5月—2020年4月就診于青島大學附屬青島市市立醫院口腔頜面外科擬行下頜骨良惡性病變手術的患者26例及下頜骨雙側下頜升支矢狀劈開截骨術(BSSRO)的患者10例，其中男15例，女21例；年齡18～73歲，中位年齡48.5歲。下頜骨良惡性病變手術的患者中,下頜骨良性病變18例,其中成釉細胞瘤7例，頜骨囊腫7例，黏液瘤2例，放射性骨髓炎2例；口腔惡性腫瘤8例，其中牙齦癌5例，頜骨中央性鱗癌2例，口底癌1例。所有病人術前隨機分為經典配準下頜骨手術組(A組)與改良配準下頜骨手術組(B組)，每組18例。患者既往均未行下頜骨缺損修復手術。所有的患者術中一側牙齒保留并有同側穩定咬合關系，所有手術均由同一組醫師完成。所有的患者以及家屬均簽署知情同意書。

1.2 下頜骨數字化三維重建、模擬手術與3D打印

應用AccuNavi-A 2.1手術規劃軟件導入DICOM格式數據并進行圖像三維重建，通過軟件設計病灶區截骨情況(圖1A)，模擬移植腓骨的切取、塑形和固定(圖1B～C)，設計腓骨截開的位置、長度、方向和角度(圖1D)，設計下頜骨截骨導板、腓骨截骨導板、腓骨復位導板及重建后下頜骨，3D打印各導板及模型(圖1E～F，視頻1)。

視頻1

A：數字化確定腫瘤邊界，設計截骨線；B：患側數字重建；C：數字化設計腓骨截開骨斷；D：設計腓骨截骨導板；E：設計下頜骨腓骨復位導板；F：3D打印各導板

1.3 手術實施

根據術前規劃及數字模擬手術實施手術，惡性腫瘤同期行頸淋巴清掃術，術中將打印的原發灶的截骨導板固定于下頜骨上(圖2A)，按設計完整切除病變。按腓骨截骨導板制備腓骨瓣(圖2B)，根據口內黏膜缺損情況，制備小腿外側皮瓣。將復位導板固定于下頜骨上(圖2C)，將制備好的腓骨瓣放置于下頜骨缺損區(圖2D)，小鈦板固定，根據缺損的情況行雙層重建(圖2E)，顯微吻合腓動靜脈與受區血管(視頻2)。最后通過數字導航系統驗證移植骨位置，A組采用經典導航配準的方法[10-11]：行上頜骨手術時，將上頜骨定位參考架安置于顱骨(圖2F)，采用上頜骨牙齒進行點配準，完成上頜骨手術的術中實時導航；行下頜骨手術時下頜骨定位參考架常規安置于頦部或下頜骨下緣(圖2G)，采用下頜骨牙齒及解剖點進行點配準，完成下頜骨手術的術中實時導航(圖2H)。B組采用改良導航配準的方法：術前取硅橡膠咬合記錄(圖2I)，獲取硅橡膠咬合記錄狀態下的顱頜面CT數據，并于下頜骨手術中戴入硅橡膠咬合記錄，根據咬合記錄將下頜骨固定于上頜骨，將定位參考架安裝于顱骨(圖2J～K)，利用上頜解剖位點進行點配準，提供顱頜面(包括下頜骨)的空間參考坐標，完成上、下頜骨手術的術中實時導航(圖2L，視頻3)。術中三維可視下比較腓骨重建的下頜骨形態與術前鏡像重建的下頜骨外形是否吻合，選取測量位點進行吻合度測量，比較術中導航下移植腓骨位置與術前規劃的差異，比較正頜術中骨移動后位置與術前規劃的差異，以吻合度距離小于2 mm作為吻合度無誤差的判斷標準[12]。如果術中實時導航發現吻合度距離大于2 mm將對復位骨位置進行調整，直至實時導航吻合度小于2 mm。下頜骨BSSRO手術時，通過術中導航實時驗證下頜骨移動的位置。

A：術中放置下頜骨截骨導板；B：術中放置腓骨截骨導板；C：術中放置下頜骨復位導板；D：腓骨瓣塑形固定；E：雙層腓骨修復下頜骨缺損；F：參考架固定于顱骨，行上頜骨導航；G：參考架固定于頦部，下頜骨導航；H：A組經典配準實時導航驗證；I：術前取硅橡膠咬合記錄；J：術中放置咬合記錄，參考架固定于顱骨，行下頜骨導航；K：術中戴入硅橡膠膠合記錄；L：B組采用改良配準實時導航驗證

1.4 術前與術后滿意度調查

患者及家屬填寫開放式調查問卷。術前調查問卷包括4個問題：①您對這次術前談話的總體評價；②對3D打印模型聯合手術導航進行講解對了解病情是否有用；③對3D打印模型聯合手術導航進行講解對理解手術是否有用；④您是否希望醫生使用3D打印模型聯合手術導航相關知識與您交流病情。評分從高到低依次為1～10分，1分為根本沒用，10分為非常有用。術后隨訪評估患者的容貌、咬合關系及功能恢復情況，包括咀嚼、吞咽、語音等，并對患者滿意度進行調查，評分從低到高依次為1～10分，1分為很不滿意，10分為非常滿意。

2 結 果

2.1 手術過程及數字導航情況

所有手術均按照模擬手術設計成功完成。A組、B組兩組順利完成手術實時導航驗證。通過測量位點與術前設計位置的術中導航驗證，比較術中導航下移植腓骨位置與術前規劃的差異，比較正頜術中骨移動后位置與術前規劃的差異，兩組均與術前設計位置基本吻合，兩組比較差異無顯著性(P>0.1)。見表1、2。但B組導航配準中去除了參考架對下頜術區的遮擋，術野清晰；在雙頜手術中，減少了手術步驟及對患者的創傷。

表1 兩組術中導航下移植腓骨位置與術前規劃位置差異比較(n=18,l/mm)

2.2 術后隨訪結果

A組與B組患者術后治療效果一致，面型均恢復良好，下頜骨外形、髁突位置恢復良好，咬合關系、開口度良好，軟組織愈合好，吞咽、言語功能良好。兩組患者下頜骨CT掃描及數字三維重建顯示腓骨骨段的位置以及高度與術前設計相吻合(圖3A～C)。腓骨移植患者術后雙層腓骨移植修復術后6～9個月，應用種植導板在移植骨上行種植牙修復，咬合關系穩定，咀嚼功能恢復良好(圖4A～H)。

A：下頜骨成釉細胞瘤術前全景片；B：腓骨重建下頜骨術后全景片；C：腓骨重建下頜骨術后數字三維重建

A：下頜骨黏液瘤切除腓骨重建術后全景片；B～C：腓骨重建下頜骨術后8個月口內照；D：二期種植術中應用3D打印種植導板；E：拆除鈦板后種植體植入；F：種植體植入術后8個月全景片；G～H：種植體上部烤瓷冠橋修復，恢復咬合關系

2.3 患者滿意度調查

A組、B組患者及其家屬術前對病情、手術方案理解度和滿意度均較高，術后對于容貌、功能恢復滿意度均較高，兩組比較差異無顯著性。見表3、4。

表2 兩組正頜術中骨移動后位置與術前規劃差異比較(n=18,l/mm)

表3 患者術前滿意度調查

表4 患者術后滿意度調查

3 討 論

頜骨在顏面容貌及生理功能維持中起著重要作用[13]，下頜骨病變引起大面積組織缺損及畸形的精準修復重建是頭頸重建領域的重點與難點[14]。腓骨允許多段截骨和塑形，是修復大型下頜骨缺損的首選方法[15]，結合小腿外側皮瓣構成復合骨肌皮瓣也用于修復口內軟組織缺損。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、頜面部創傷和顳下頜關節重建等諸多領域[16-18]，應用3D打印技術，手術時間縮短17.63%[19]。

數字導航系統涉及多個學科范疇，如虛擬現實、鏡像、匹配、傳感器遙感等技術[20]。術前進行手術模擬和手術效果預測，可針對不同個體具體情況制定最佳的手術方案，減少手術的盲目性。手術過程中根據實時顯示，可嚴格按照術前手術規劃執行手術，實現原本不可見解剖位置的可視化，使外科手術操作方式發生革命性的變革，從而使手術更加安全、微創[21]。術中利用導航系統記錄的數據，結合術前規劃和術后影像學資料，可以對手術效果進行客觀的評價[22]。利用該系統，治療組成員間也可以溝通交流，進行臨床教學及手術操作訓練。

目前口腔頜面導航技術已在多種臨床操作中得到廣泛應用，包括上/下頜骨缺損修復重建手術、顱腦外科、顱頜面部骨折手術復位、顱頜面部與頸部深部穿刺或異物取出、頜面部畸形矯正手術、種植外科手術、頜骨復雜骨性埋伏牙的拔除手術等[23]。

經典的配準方式是將上頜的參考架放置于顱骨，優點是穩固，對手術的影響小，但在顱頜面手術中不能完成對下頜骨的空間定位，下頜骨的參考架需要放置于頦部或者下頜骨下緣，下頜骨實時手術導航時限制了下頜骨手術的操作空間，難以操作，并發癥多[24-25]。本研究采用改良的配準方式，術前下頜骨利用硅橡膠咬合記錄可以獲得相對于顱頜面諸骨唯一穩定固定的位置，以此獲得三維CT數據，下頜骨手術導航時將參考架仍然置于顱骨，利用咬合記錄將下頜骨固定于上頜骨，固定一次參考架、完成一次配準，就可進行上、下頜骨手術術中實時導航。從而簡化了配準流程，降低了參考架的安放難度，解除了下頜骨參考架放置位置對于下頜骨實時手術導航的干擾，成功實施了術中導航。在正頜的雙頜手術中，改變了以往上頜骨手術、下頜骨手術分別進行參考架固定的復雜流程，雙頜手術時只需安置一次參考架于顱骨就可以實現上頜骨與下頜骨的導航，減少了手術創傷。本研究中兩種配準方式均可以順利完成實時手術導航，術后手術效果、滿意度調查等無差異，改良配準較經典配準具有更明顯的操作簡便性、手術舒適性、創傷微創性。

本研究中數字三維重建聯合3D打印技術的應用，使術者術前根據計算機模擬手術，設計病灶區截骨線、供體骨術區截骨塑形線，并打印手術截骨導板、塑形導板，術中根據手術規劃進行精準、微創病變骨段截骨，有效避免時間浪費[26]。通過腓骨截骨導板的應用可精確制備腓骨瓣，減少了打磨移植腓骨的次數，降低了對骨血運的破壞，提高了骨移植的成功率。復位導板的應用保證了移植骨就位于理想位置，移植腓骨與下頜骨斷端精密接合，患者骨愈合良好，面型恢復良好。術中采用雙層移植腓骨，恢復下頜骨高度，為后期種植義齒的固位創造了有利條件。二期植入種植體后，種植體與腓骨結合良好，咬合關系恢復正常，既美觀又恢復了良好的咀嚼功能。

在與患者及家屬進行術前談話中，使用數字技術進行講解，使患者和家屬對病情及手術治療有深入認識，增加醫患信任，減少醫療糾紛的發生。

總之，改良配準數字導航，解決了下頜骨配準導航的難點，獲得與經典配準無差異的手術效果，具有極大的臨床應用價值，引領顱頜面外科真正進入數字精準治療時代。