個體化導板聯(lián)合術(shù)中導航輔助陳舊性面中部骨折的精準整復治療

楊成帥 回文宇 徐曉峰 吳錦陽 張勇 張詩雷

(上海交通大學醫(yī)學院附屬第九人民醫(yī)院口腔顱頜面科，國家口腔疾病臨床醫(yī)學研究中心，上海市口腔醫(yī)學重點實驗室，上海市口腔醫(yī)學研究所，上海 200011)

由于口腔頜面部血管神經(jīng)豐富，解剖結(jié)構(gòu)復雜，陳舊性面中部骨折的治療一直是頜面外科領(lǐng)域的難點。對于該類患者的治療，既要恢復其良好的功能，又要最大限度地改善其外觀。因此，如何提高創(chuàng)傷修復手術(shù)的精確性和安全性，并兼顧形態(tài)與功能，對手術(shù)醫(yī)生提出了更高的要求。近年來，隨著數(shù)字化技術(shù)的進步，虛擬手術(shù)、3D打印以及計算機輔助導航等數(shù)字化外科技術(shù)在頜面外科領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[1-5]。由于數(shù)字化外科技術(shù)具有高效、精確及圖像三維可視化等優(yōu)勢，其在面中部多發(fā)骨折的精準治療中發(fā)揮了重要作用。其中，計算機輔助導航技術(shù)在口腔頜面外科領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)相當成熟，并制定了相應(yīng)的臨床技術(shù)操作規(guī)范，已經(jīng)成為目前提高陳舊性面中部骨折手術(shù)精度和治療效果的主要技術(shù)方法[6-10]。然而，目前并無關(guān)于導板聯(lián)合術(shù)中導航治療陳舊性面中部骨折的文獻報道。因此，本研究將個體化導板聯(lián)合術(shù)中導航作為一種創(chuàng)新性治療手段，旨在總結(jié)評價其輔助陳舊性面中部骨折整復治療的有效性及精確性。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2017年1月—2019年12月于我院口腔頜面外科就診并被診斷為陳舊性面中部骨折的患者58例，男36例，女22例；年齡17～68歲，平均36.8歲。骨折部位及類型:單側(cè)顴骨上頜骨、顴弓、眶、鼻骨骨折20例,單側(cè)顴骨上頜骨、眶底骨折15例,單側(cè)顴骨上頜骨、顴弓、眶骨折術(shù)后繼發(fā)畸形13例，雙側(cè)顴骨上頜骨、鼻眶篩骨折10例；臨床表現(xiàn):面部不對稱畸形、患側(cè)顴部與眶下區(qū)塌陷伴張口受限35例，眼球內(nèi)陷28例，復視20例,伴內(nèi)眥間距增寬及溢淚10例。

1.2 面部骨折虛擬手術(shù)設(shè)計

首先將患者全顱腦CT掃描獲得的相關(guān)數(shù)據(jù)以DICOM格式導入手術(shù)規(guī)劃軟件Proplan 3.0進行三維顱腦建模(圖1A)，仔細分析骨折類型及骨折線的走行，對數(shù)據(jù)進行分割，完整分割出所有骨折塊的數(shù)據(jù)；對于已經(jīng)錯位愈合的陳舊性骨折，可根據(jù)實際臨床需要，在新的位置設(shè)計截骨線并分割骨折塊。對于單側(cè)面部骨折的患者，可以患者自身面中線作為參考平面，將健側(cè)鏡像疊加到患側(cè)作為骨折塊移動復位的參考依據(jù)；對于雙側(cè)面中部或全面部骨折的患者，其骨折累及到面中線致使鏡像功能無法使用，要考慮面部結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)性并參考剩余殘端骨骼的特征解剖標志點來模擬復位骨折塊(圖1B)。

A：顱腦CT數(shù)據(jù)三維重建，B：虛擬手術(shù)設(shè)計復位骨折塊

1.3 個體化導板的設(shè)計與制作

虛擬手術(shù)方案設(shè)計完成后，可以在最終復位的虛擬模型上制作個體化導板，該導板系統(tǒng)包括截骨導板與固定鈦板2部分。在需要截骨的位置設(shè)計表面帶有定位釘孔的截骨導板(圖2A、B、C)，然后利用截骨導板的釘?shù)涝O(shè)計表面帶有固定釘孔的固定鈦板(圖2D)，這樣在去除截骨導板后，可將固定鈦板按照截骨導板的釘?shù)拦潭ň臀唬阌诠钦蹓K的復位。在導板系統(tǒng)設(shè)計完成以后，將其數(shù)據(jù)以STL(stereolithography)格式導入3D打印軟件打印導板。

A、B、C：截骨導板的設(shè)計，D：固定導板的設(shè)計

1.4 術(shù)中實施

截骨導板引導下的截骨：常規(guī)暴露術(shù)區(qū)，根據(jù)解剖形態(tài)使截骨導板就位，根據(jù)導板上的固位孔在骨塊上打孔，使用鈦釘固定截骨導板(圖3A、B、C)。根據(jù)導板上的截骨線完成截骨。固定導板引導下的骨折復位固定：拆除截骨導板后根據(jù)骨塊上釘?shù)酪龑Ч潭▽О寰臀唬敼潭▽О逋耆臀缓蠹幢硎竟钦蹓K已復位至設(shè)計位置(圖3D、E、F)。

A、B、C：截骨導板的放置及固定，D、E、F：固定導板復位骨折及固定

1.5 Accu-Navi術(shù)中導航系統(tǒng)驗證精度

在使用固定導板復位固定所有骨折塊后，可以采用導航探針驗證骨折塊的復位精度。根據(jù)導航系統(tǒng)顯示屏上橫斷面、冠狀面及矢狀面三個不同的切面顯示的探針實時位置來判斷骨折塊的實際位置與虛擬設(shè)計位置是否一致(圖4)。

圖4 術(shù)中導航探針實時驗證骨折復位精度

1.6 術(shù)后效果評價

患者術(shù)后1周時行全顱腦CT掃描,CT數(shù)據(jù)以DICOM格式存儲和導出。使用ProPlan CMF 3.0軟件將CT數(shù)據(jù)三維重建并分割出上下頜骨，將頜骨模型數(shù)據(jù)以STL格式導出。將術(shù)前設(shè)計虛擬復位后的骨折模型STL數(shù)據(jù)和實際手術(shù)復位后的骨折模型STL數(shù)據(jù)同時導入Geomagic Studio軟件中，以兩個顱腦模型數(shù)據(jù)非術(shù)區(qū)為參照進行匹配融合，使用色譜分析功能完成手術(shù)實施精確度的評價。患者自我評價術(shù)后面型的對稱程度。

術(shù)后所有的患者均行全顱腦三維CT掃描，CT掃描數(shù)據(jù)以DICOM格式存儲導出。使用ProPlan CMF 3.0軟件將CT數(shù)據(jù)三維重建并將全顱腦數(shù)據(jù)以STL格式導入Geomagic Studio軟件中，與術(shù)前的設(shè)計方案進行配準融合，使用偏差光譜分析功能評價虛擬手術(shù)設(shè)計方案應(yīng)用到手術(shù)實操中的精確度(圖5)。

圖5 術(shù)后顱腦三維CT光譜偏差分析

2 結(jié) 果

術(shù)前手術(shù)規(guī)劃及個性化導板均能夠順利完成。58例患者均按照術(shù)前虛擬手術(shù)設(shè)計方案實施手術(shù)，術(shù)中未發(fā)生意外骨折、大出血等并發(fā)癥，導板無意外斷裂。最終，在Accu-Navi手術(shù)導航輔助下通過對解剖標志點的反復驗證，實現(xiàn)了骨折塊的精準復位。所有患者在術(shù)后半年隨訪臨床檢查評估時，功能及外形均得到良好恢復。通過術(shù)后CT與術(shù)前虛擬設(shè)計擬合評估術(shù)后骨折復位精度,平均誤差為(0.65±1.35)mm。

3 討 論

陳舊性面中部骨折的整復治療一直是頜面外科領(lǐng)域的難點[11-13]。主要由于面中部多發(fā)骨折常累及顱腦、眼眶、鼻腔等多個解剖區(qū)域，多數(shù)患者傷情較重，合并傷較多。許多患者因早期處理不當或者處理不及時，就診時已經(jīng)轉(zhuǎn)化為陳舊性骨折，導致嚴重的頜面部畸形以及功能障礙，為后期治療帶來很大困難[14-15]。此外，陳舊性面中部骨折術(shù)中通常會因存在骨折的錯位愈合，而需要先行截骨松解骨折塊，術(shù)中截骨線的確定及骨折塊復位參考標志點的選擇會因為骨痂的長入而受到影響。因此，無論是由于早期處理不當導致一期骨折術(shù)后繼發(fā)畸形還是全身復合傷等原因?qū)е挛醇皶r手術(shù)治療引起骨折斷端畸形愈合的陳舊性面中部骨折，若按照傳統(tǒng)手術(shù)方法行經(jīng)驗性切開復位內(nèi)固定，術(shù)中則存在無法明確截骨線位置、復位參考標志點及即刻驗證骨折復位精度等難點。本研究旨在通過個體化手術(shù)導板及手術(shù)導航系統(tǒng)的聯(lián)合使用來解決目前陳舊性面中部骨折整復治療中存在的問題。

目前術(shù)中導航技術(shù)已經(jīng)十分成熟，并在口腔頜面外科領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，如陳舊性骨折繼發(fā)畸形整復、顳下頜關(guān)節(jié)強直的關(guān)節(jié)成形術(shù)、骨纖維結(jié)構(gòu)不良的修整、頜骨腫瘤切除與重建及深部異物取出等骨性手術(shù)[16-21]。特別是對于頜面部骨折治療精度的提高起到了重要作用。借助導航系統(tǒng)可以按照術(shù)前計劃精確實現(xiàn)骨折段的復位，術(shù)中導航可以實時反饋骨折塊復位是否與設(shè)計方案一致并及時修正調(diào)整骨折塊的位置，幫助口腔頜面外科醫(yī)生術(shù)中即刻驗證骨折復位精度，使得手術(shù)醫(yī)生對于術(shù)后效果有更加直接的預判[22-25]。對于陳舊性面中部骨折的整復治療，實時導航系統(tǒng)可以將術(shù)前虛擬的手術(shù)規(guī)劃準確地應(yīng)用到術(shù)中，大大提高了手術(shù)精度，使得顱頜面外科手術(shù)更加安全準確，減少了手術(shù)損傷及術(shù)后并發(fā)癥。但也存在著一定的局限性：①術(shù)中截骨線的定位誤差較大，導致術(shù)前設(shè)計的截骨位置無法精準應(yīng)用到手術(shù)操作中；②手術(shù)操作難度大，操作步驟多會導致導航驗證較復雜，配準誤差疊加操作誤差，從而導致手術(shù)精度降低。

本研究在術(shù)中導航的基礎(chǔ)上聯(lián)合3D打印個體化導板(截骨導板與固定導板兩部分)，進一步優(yōu)化了陳舊性面中部骨折整復治療的數(shù)字化流程。個體化手術(shù)導板術(shù)中使用簡單、操作便捷，能精確地將虛擬手術(shù)規(guī)劃應(yīng)用到實際手術(shù)操作中，提高手術(shù)精度。目前常用的制作手術(shù)導板的材料有兩種：一是光敏樹脂材料；二是鈦合金金屬粉末材料。其中金屬導板的優(yōu)勢主要有：①使用金屬截骨導板引導術(shù)中截骨，避免了術(shù)中導航定位截骨線的誤差，提高了截骨精度，縮短了手術(shù)時間；②金屬導板既能作為截骨導板又可以作為內(nèi)固定植入物使用。

目前，使用個體化導板結(jié)合術(shù)中導航的方法多用于單側(cè)陳舊性面中部骨折的患者，主要原因有二：一是因為新鮮的面部骨折多數(shù)可以參考解剖標志點進行解剖復位，無需導板輔助定位截骨及復位，術(shù)中單獨使用導航系統(tǒng)驗證復位精度即可；二是因為如果骨折累及雙側(cè)面中部的重要解剖標志點，虛擬手術(shù)設(shè)計時骨折復位就無法再參考健側(cè)鏡像進行虛擬重建，主要依靠醫(yī)師手法移動進行經(jīng)驗性復位，從而加大了虛擬手術(shù)設(shè)計的難度。

個體化導板仍存在不足之處：①術(shù)前準備時間較長，從手術(shù)導板設(shè)計制作到3D打印的準備時間約1周左右，增加了患者術(shù)前等待時間。②患者費用增加，患者使用金屬導板系統(tǒng)的費用約為普通光敏樹脂導板導航的2～3倍。希望在將來通過數(shù)字化技術(shù)的不斷完善和普及，減少導板制作的時間和成本。③金屬導板的韌性較差，術(shù)中如果進行彎折容易發(fā)生斷裂，因此術(shù)中通常要另備一套商品化預成型鈦板備用。希望可以通過個體化金屬導板表面改性等的措施來提高其韌性及抗疲勞強度。

個體化導板聯(lián)合術(shù)中導航是一種切實可行的治療陳舊性面中部骨折的方法，避免了傳統(tǒng)手術(shù)的經(jīng)驗復位，使得骨折復位更加準確，減小了手術(shù)創(chuàng)傷，縮短了手術(shù)時間，顯著改善了面部形狀和功能，為單側(cè)陳舊性面中部骨折的精準整復治療提供了新的選擇，具有較高的臨床價值。