計算機導航輔助3D打印技術在顴骨顴弓骨折復位鈦板固定修復中的應用*

趙瓊，高小平，王艷紅

（天水市中西醫結合醫院口腔頜面外科，甘肅天水741020）

顴骨顴弓骨折是臨床常見的面部骨折類型，居頜面部骨折發病率的第2 位[1-2]。顴骨顴弓骨折可破壞患者頜面形態，影響口腔咬合關系及咀嚼功能，骨折復位固定是目前較為理想的治療方法[3]。顴骨顴弓解剖結構特殊，患者有較高的頜面形態恢復需求，只有精準定位骨折位置、骨折線走行等方可實現精確復位，獲得滿意的手術效果。隨著科技不斷進步，3D 打印技術、計算機導航逐步應用于臨床骨折手術中。3D 打印技術通過在3D 打印模具上模擬骨折復位手術，有助于提升顴骨顴弓骨折復位精準度，但術中無法實時引導手術者具體操作[4]。計算機導航輔助顴骨顴弓骨折復位鈦板固定手術可精確定位骨折部位，引導手術實施，在復雜頜面部骨折復位手術中具有優勢[5]?；谙嚓P研究，筆者推測計算機導航輔助3D打印技術應用于顴骨顴弓骨折復位鈦板固定修復，可進一步提升骨折復位精準度，獲得滿意的手術效果，但目前國內報道多見計算機導航技術[6]、3D 打印技術[7]在顴骨顴弓骨折復位鈦板固定中的應用，尚未見兩種技術聯合應用的報道。鑒于此，本研究將82 例顴骨顴弓骨折患者納入研究，通過前瞻性研究探討上述問題，以便進一步了解上述治療方案的效果及安全性。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2018年4月—2021年4月天水市中西醫結合醫院收治的82 例顴骨顴弓骨折患者為研究對象，按照隨機分組法分為研究組、對照組，各41 例。本研究經醫院醫學倫理委員會批準，所有患者簽署知情同意書。兩組患者的性別構成、年齡、致傷原因、Knight 和North 分型[8]及受傷側比較，差異均無統計學意義（P>0.05），具有可比性。見表1。

表1 兩組患者臨床資料比較（n=41）

1.2 納入與排除標準

1.2.1 納入標準①年齡>18 歲；②首次行顴骨顴弓骨折復位鈦板固定修復；③單側顴骨顴弓骨折；④術前顱頜面部基本對稱。

1.2.2 排除標準①合并吸毒史、藥物濫用史、面部整形史、雙側骨折、陳舊性骨折者；②重要臟器功能障礙者；③伴有免疫缺陷性疾病、傳染性疾病、血液系統疾病、全身系統性疾病者；④伴有嚴重心律失常、肝腎疾病、惡性腫瘤疾病者；⑤伴有精神性疾病或認知功能異常者；⑥合并控制不佳的基礎病者；⑦頜面部發育異常，甚至畸形者；⑧依從性差者；⑨妊娠或哺乳期女性。

1.3 方法

兩組患者術前均應用3D 打印技術制作3D 骨折模型，在模型的基礎上設計、實施手術方案。所有患者術前行Brilliance 64 層螺旋CT 掃描（荷蘭飛利浦公司），層厚0.625 mm，掃描結果用DICOM 格式儲存，導入Mimics 10.01 軟件，通過閾值分割等進行三維重建。利用Edit Mask in 3D 軟件設計顴骨顴弓骨折患者3D 骨折模型，完成3D 模型后，Mimics 10.01 軟件導出數據，用STL 格式儲存。用3D 快速成型機打印出1∶1 比例的骨折模型、鏡像反求的理想“復位”正常顴骨顴弓模型[9]。參照骨折模型分析顴骨顴弓骨折患者骨折移位、骨折線走形等情況，選擇合適的鈦板并進行個體化鈦板塑型[10]。根據顴骨顴弓骨折模型分析骨折塊、血管、神經等位置關系，設計個體化最佳復位方案、內固定方案。所有術前設計由同一手術者進行。術后常規抗感染治療。

對照組行常規3D 打印顴骨顴弓骨折復位鈦板固定修復治療。患者全身麻醉，取耳屏前為手術切口，手術者依次切開皮膚、筋膜，充分暴露顳淺動脈、靜脈，然后依次切開顳淺筋膜、顳深筋膜，將深筋膜分離至顴弓表面，向前剝離，進入內鏡，分離骨表面軟組織，充分暴露骨折部位，行解剖復位后在患者顴弓中份面部投影位置做一切口，建立至顴弓骨折表面通道，經該通道運送個體化預成型鈦板，內固定鈦板后，清洗、縫合、包扎切口。

研究組在對照組基礎上予以計算機導航輔助技術。將患者CT 掃描數據導入術前計劃軟件iPlan CMF 3.0 行三維重建，再導入STL 格式文件（3D 骨折模型數據），整理數據，分割健側顴骨顴弓，利用鏡像工具（以中線為軸）將健側顴骨顴弓翻轉至患側作為導板，指導、模擬患側顴骨顴弓骨折塊復位，導出數據形成導航手術計劃，并將導航手術計劃導入Vector VisionTM導航工作站?；颊呷砺樽砗蠊潭B骨，采用激光表面輪廓配準法完成患者實際解剖結構與導航影像的對應聯系[11]，配準誤差<1.5 mm。骨折復位鈦板內固定修復方法同對照組一致，但需在手術導航系統的實時引導下進行。

1.4 觀察指標

1.4.1 手術及骨愈合情況統計兩組患者手術時間、術中出血量、骨折愈合時間（無局部壓痛、叩擊痛；X 射線檢查顯示骨折線模糊，有連續性骨痂通過骨折線）

1.4.2 骨折復位效果所有患者術后3 個月評價骨折復位效果。評價標準[12]：①患者術后Ⅰ期愈合、無感染事件發生、頜面形態協調、咬合及咀嚼功能正常，影像學檢查顯示骨折段解剖復位為優；②患者術后Ⅰ期愈合、無感染事件發生、頜面形態基本對稱、咬合及咀嚼功能基本正常，影像學檢查顯示骨折段解剖復位，但有輕微錯位為良；③患者術后出現傷口感染，頜面形態、咬合關系、咀嚼功能不佳，影像學檢查發現骨折段明顯錯位為差。優良率=（優+良）例數/總例數×100%。

1.4.3 骨愈合相關因子所有患者分別于術前、術后1 個月抽取靜脈血液3 mL，離心分離血清，采用酶聯免疫吸附試驗測定血清骨形態生成蛋白2（bone morphogenetic protein-2,BMP-2）、轉化生長因子β1（transforming growth factor-β1,TGF-β1）。

1.4.4 骨痂骨密度所有患者分別于術后1 個月和3 個月用雙能X 射線骨密度儀（美國HOLOGIC 公司Discovery Ci 型）測定骨痂骨密度值。

1.4.5 顴骨顴弓復位精確度術后3 個月參照文獻[13]的方法，在Mimics 軟件三維重建的頜骨上測量健、患雙側顴弓寬度差值、顴骨突度差值。

1.4.6 術后并發癥統計患者術后3 個月內感染、面神經損傷、鈦板排異、內固定物松動、內固定物移位等并發癥發生情況。

1.5 統計學方法

數據分析采用SPSS 18.0 統計軟件。計量資料以均數±標準差（±s）表示，比較用t檢驗；計數資料以構成比或率（%）表示，比較用χ2檢驗。P<0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組手術時間、出血量及骨愈合時間比較

兩組手術時間、術中出血量比較，經t檢驗，差異均無統計學意義（P>0.05）。兩組骨折愈合時間比較，差異有統計學意義（P<0.05），研究組短于對照組。見表2。

表2 兩組患者手術及骨愈合時間比較（n=41，±s）

表2 兩組患者手術及骨愈合時間比較（n=41，±s）

組別對照組研究組t 值P 值手術時間/min 140.51±21.48 148.29±23.01 1.583 0.117術中出血量/mL 75.44±13.28 79.85±15.02 1.408 0.163骨折愈合時間/周5.71±1.10 5.18±0.89 2.398 0.019

2.2 兩組患者骨折復位效果相同

兩組患者骨折復位優良率比較，經χ2檢驗，差異無統計學意義（χ2=0.719，P=0.396）。見表3。

表3 兩組患者骨折復位效果比較[n=41，例（%）]

2.3 兩組患者手術前后骨愈合相關因子差值比較

兩組患者手術前后BMP-2、TGF-β1的差值比較，經t檢驗，差異有統計學意義（P<0.05），研究組大于對照組（P<0.05）。見表4。

表4 兩組患者手術前后骨愈合相關因子的差值比較（n=41，±s）

表4 兩組患者手術前后骨愈合相關因子的差值比較（n=41，±s）

組別對照組研究組t 值P 值BMP-2/（ng/L）17.50±3.02 21.22±3.48 5.170 0.000 TGF-β1/（ng/mL）8.51±1.26 13.20±1.84 13.466 0.000

2.4 兩組患者術后骨痂骨密度比較

術后1 個月和3 個月時，兩組患者的骨痂骨密度比較，經t檢驗，差異有統計學意義（P<0.05），研究組均高于對照組。見表5。

表5 兩組患者術后骨痂骨密度比較（n=41，g/cm2，±s）

表5 兩組患者術后骨痂骨密度比較（n=41，g/cm2，±s）

組別對照組研究組t 值P 值術后1個月0.39±0.05 0.42±0.08 2.036 0.045術后3個月0.48±0.08 0.52±0.09 2.127 0.037

2.5 兩組患者顴骨顴弓復位精確度比較

兩組患者術后雙側顴弓寬度差值、顴骨突度差值比較，經t檢驗，差異有統計學意義（P<0.05），研究組小低于對照組。見表6。

表6 兩組患者術后顴骨顴弓復位精確度比較（n=41，mm，±s）

表6 兩組患者術后顴骨顴弓復位精確度比較（n=41，mm，±s）

組別對照組研究組t 值P 值雙側顴弓寬度差值0.93±0.17 0.82±0.14 3.198 0.002雙側顴骨突度差值0.95±0.13 0.89±0.11 2.256 0.027

2.6 術后并發癥

對照組術后2 例感染、1 例面神經損傷，總并發癥發生率為7.32%；研究組術后1 例感染，總并發癥發生率為2.44%；經χ2檢驗，差異無統計學意義（χ2=0.263，P=0.608）。

2.7 典型病例

31 歲女性患者，因面部撞擊傷6 h 入院。入院后三維重建CT 提示左側顴骨顴弓、眼眶外側壁粉碎性骨折（見圖1A）。術前3D 打印骨折模擬（見圖1B、C）。術后3D 三維重建CT 提示顴骨、顴弓、眶外側緣、眶下緣復位良好（見圖2）。

圖1 患者術前影像

圖2 患者術后影像

3 討論

頜面部的骨骼、軟組織特點決定了個體頜面形態特征，顴骨顴弓骨折復位效果影響患者頜面形態，目前骨折復位內固定是治療該類骨折的首選。顴骨顴弓骨折精準復位要保障顴牙槽嵴、眶外緣、眶下緣、顴弓4 點中至少3 點達到解剖復位[14]。3D 打印技術是三維重建技術、虛擬模擬技術等多種技術相互融合的產物，實現了虛擬手術方案向現實手術實施的轉化，是提高骨折復位手術效果的有效途徑之一。計算機導航技術可精確定位骨折部位，引導手術實施，提升手術精度。

本研究結果顯示，研究組骨折愈合時間短于對照組，兩組骨折復位優良率無差異，研究組術后3 個月的雙側顴弓寬度差值、顴骨突度差值均小于對照組（兩組差值的絕對值均<2 mm），說明在顴骨顴弓骨折復位鈦板固定修復中應用計算機導航輔助3D打印技術、3D 打印技術均可獲取滿意手術復位效果，但應用計算機導航輔助3D打印技術可提高骨折復位精確度、促進骨折愈合。研究組手術前后BMP-2、TGF-β1的差值均大于對照組，研究組術后1 個月和3 個月的骨痂骨密度均高于對照組，再次提示在顴骨顴弓骨折復位鈦板固定修復中應用計算機導航輔助3D打印技術可促進骨折愈合。3D 打印技術利用術前資料雖然可幫助手術者精確定位顴骨顴弓骨折位置、了解骨折端周圍解剖關系，但是術中也很難做到迅速、精確復位顴骨顴弓骨折。計算機導航技術用于顴骨顴弓骨折復位鈦板固定中，不僅可通過術前手術復位模擬計劃簡化手術流程，縮短手術時間，保證患者手術安全性，而且可在術中將手術骨折復位過程投射到導航工作站，工作站顯示屏實時顯示手術器械、骨折解剖結構等相對空間的情況，在可視下開展手術。計算機導航技術用于顴骨顴弓骨折復位鈦板固定中，不僅提高了手術視野清晰度，而且實時精確顯示與術前顴骨顴弓骨折手術復位計劃有差異的三維圖像，實時引導、驗證顴骨顴弓骨折復位情況，降低手術區的解剖結構損傷風險，有利于提升顴骨顴弓骨折復位的精確度，促進骨折愈合。顴骨顴弓骨折復位后，可通過計算機導航即刻查看骨折復位情況，便于精準調整骨折端位置，實現顴骨顴弓骨折精準復位，促進骨折愈合。計算機導航技術的臨床應用主要涉及對稱平面、注冊配準、術中導航3 個方面，其中注冊配準可直接影響術中導航的精確度。注冊配準是將顴骨顴弓骨折患者頜面部三維空間坐標與術前導航系統生成的三維模型互相匹配，進一步精準對應頜面部解剖結構與導航系統影像，便于術中導航實時探查顴骨顴弓骨折復位情況，可根據差異情況精確、微調整骨折復位位置。對照組術后4例患者發生并發癥，研究組有2 例，兩組總并發癥發生率無差異，安全性良好。董騏源等[15]的研究也印證了3D 打印及導航技術在骨科手術中的安全性。

綜上所述，在顴骨顴弓骨折復位鈦板固定修復中應用計算機導航輔助3D打印技術、3D 打印技術均可獲取滿意手術復位效果，但應用計算機導航輔助3D打印技術可提高骨折復位精確度、促進骨折愈合。后期研究可開展多中心、大樣本量研究，并延長隨訪時間進一步驗證本研究結論。