3D 打印耳廓模型在耳廓再造軟骨支架雕刻成形中的應用

李騰海, 楊田野, 彭維海

（吉林大學第一醫院整形外科，吉林 長春 130021）

小耳畸形是頜面部最常見的先天畸形之一，耳廓再造術是治療小耳畸形的主要方法之一。外耳廓是體表最復雜的三維立體器官，在截面積上展現出外耳輪廓高低錯落的14 個解剖結構，因此耳廓再造術被認為是整形外科最復雜和最具挑戰性的手術之一。耳廓再造術的關鍵是耳廓支架的精細雕刻。傳統耳廓支架雕刻模型的制作方法是參照健側耳廓，以X 線膠片為材料臨摹成二維平面耳廓模型。但耳廓是三維立體器官，膠片耳模是二維平面的，因此與3D 耳廓模型（3D 耳模）比較，膠片耳模缺乏精確度和立體感，尤其是耳甲腔、耳舟和三角窩的曲面度及深度導致再造耳廓的精確性較差。數字化3D 打印技術在顱頜面和骨關節外科領域的廣泛應用為3D 耳模在耳廓再造術中的應用提供了可能［1-4］。1993 年KANEKO［5］首次在耳廓再造術中采用3D 耳模。隨著3D 打印技術應用的深入，目前較多臨床醫生采用3D 打印耳模指導耳廓支架的雕刻成形，并取得了良好的療效［6-13］。然而關于3D耳模的量化指標尚不完善，目前的量化指標尚無法精確評估3D 耳模的臨床應用。本研究回顧性分析3D 耳模應用于耳廓再造術患者的臨床資料，對患者術后再造耳廓的量化指標進行精細化評估，旨在為評價3D 耳模的臨床應用提供依據。

1 資料與方法

1.1 研究對象回顧性分析2018 年2 月—2021 年2 月于吉林大學第一醫院整形外科行Nagata 法耳廓再造術76 例先天性單側小耳畸形患者的臨床資料。男性41 例，女性35 例，年齡8～36 周歲，平均年齡（12.0±1.5）周歲。右側耳畸形46例，左側30例。依據Nagata 耳分型分為耳垂型36 例、小耳甲腔型25 例和耳甲腔型15 例。納入標準：①單側小耳畸形，對側耳廓正常；②8 周歲以上或胸圍＞68 cm；③患者及其家屬支持3D 打印耳模；④能夠完成術后半年以上隨訪；⑤所有手術均由同一手術團隊完成。排除標準：①雙側小耳畸形；②既往有精神疾病或認知障礙者；③嚴重的半側顏面短小癥患者。本研究經吉林大學第一醫院倫理委員會備案（倫理備案號2020-704），與所有患者及其家屬進行溝通，并簽署知情同意書。

1.2 3D 耳模制備患者取平臥位，采用256 排電子計算機斷層掃描（computed tomography，CT）（德國西門子股份公司）進行健側耳廓數據采集，圖像層厚 1 mm，層間隔 1 mm，掃描范圍為整個頭面部，數據格式為DICOM。將選取的健側耳廓及其鄰近的耳廓周圍顳區結構采用Mimics 19.0 軟件進行三維重建，以光固化立體造型術（stereolithography，STL）格式存儲，并采用Cura 3D 打印切片軟件將STL 文件作鏡像及平滑處理，將重建耳廓邊緣縮小2 mm，耳甲腔縮小1 mm，獲得與健側耳廓形態相同的三維解剖圖像，導入A8S3D 打印機（深圳市極光爾沃科技股份有限公司），打印層厚0.1 mm，精度0.2 mm，噴頭流速約為24 cc·h－1，噴頭溫度為200 ℃，熱床溫度為60 ℃，打印原料為聚乳酸，打印出3D 耳模，見圖1。術前參照3D 耳模與患者及其家屬充分溝通再造耳廓的形態。

圖1 3D 打印耳廓模型Fig.1 3D printing auricle model

1.3 手術方法所有患者均采用Nagata 法耳廓再造術，所有手術均由同一術者和團隊完成。第一期手術依據術前肋軟骨三維成像評估，適當截取第6～8 肋軟骨。術中參照已消毒的3D 耳模進行耳廓支架雕刻。將第6 和第7 肋的聯合部及部分第7 肋設計為耳廓支架基底，精細雕刻出對耳輪及其上下腳、耳舟、對耳屏和三角窩等結構。將第8 肋精細雕刻成耳輪和耳輪腳，若第8 肋長度不夠，將部分第7 肋用作耳輪的拼接，耳輪腳延伸至耳甲腔。根據3D 耳模對耳輪的長度、銳度和曲線變化，取部分第7 肋修剪成對耳輪，疊加在耳廓支架基底相應位置上。若為耳垂型小耳畸形，則利用剩余的第6 和7 肋軟骨精細雕刻成耳屏及耳屏切跡；若為小耳甲腔型或耳甲腔型，則無需雕刻耳屏及耳屏切跡。將第6 肋近胸骨端一條形軟骨埋置在胸部皮下，以備二期手術使用。最后參照3D 耳模將各結構邊緣打磨光滑，力求耳廓支架形態自然和精確。所有軟骨的拼接和固定均采用鋼絲及可吸收縫線固定。依據殘耳和乳突區皮膚條件及雕刻的耳廓支架制備乳突區皮瓣，并保留一筋膜蒂，將耳廓支架放置于乳突皮瓣下，同時行耳垂轉位，觀察耳廓形態，位置良好后，放置1～2 根負壓引流管。術后6 個月以后行第二期耳廓提升術，參照3D 耳模，將第一期保留的肋軟骨雕刻成底座，墊高耳廓，形成與健側耳廓一致的耳顱角。

1.4 評價指標所有病例隨訪6～12 個月，平均隨訪8 個月，分別測量再造耳廓和健側耳廓的長度和寬度，耳甲腔長度、寬度和深度，三角窩深度和耳顱角。見圖2。測量采用同一工具，由3 名觀察員進行數據測量，將再造耳廓數據與健側耳廓數據進行比較。依據ZHANG 等［14］和BAUER［15］提出的良好再造耳廓標準制定調查問卷。術后6 個月后對76 例患者或患者家屬進行滿意度調查，分析患者及其家屬對再造耳廓位置、大小、耳顱角、對稱性和穩定性的滿意度，設為非常滿意、滿意、尚可和不滿意4 項，非常滿意和滿意均計為患者滿意，計算患者滿意率。滿意率=滿意患者數/患者總數×100%。

圖2 耳廓測量點Fig.2 Measured sites of auricle

1.5 統計學分析采用 SPSS 19.0 統計軟件進行統計學分析。再造耳廓和健側耳廓的長度和寬度，耳甲腔長度、寬度和深度，三角窩深度和耳顱角均符合正態分布，以±s 表示，樣本均數比較采用配對t檢驗。以P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 患者滿意率術后隨訪76 例患者。所有再造耳廓均成活；8 例患者術后出現皮瓣尖端血運差，部分結痂，未有支架軟骨外露，后經清創和局部換藥后愈合；3 例患者出現術后血腫，及時發現清除血腫后，正常愈合?；颊邼M意度調查結果顯示：患者及其家屬對再造耳廓的對稱性滿意率為85.5%，對再造耳廓大小、位置和穩定性滿意率均＞90%，對耳顱角的滿意率為68.4%，平均滿意率為87.4%。見表1。

表1 再造耳廓患者滿意率Tab.1 Satisfaction rates of patients with reconstructive auricles

2.2 一般資料［病例1］患兒，男性，10 歲，右側小耳甲腔型小耳畸形。采用Nagata 法耳廓再造術，術中采用3D 耳模輔助耳廓支架雕刻，術后各亞單位結構清晰，外形良好，患兒及其家屬滿意。再造耳廓和健側耳廓長度為60.5 和60.6 mm，寬度分別為33.1 及33.2 mm。再造耳廓和健側耳廓的耳甲腔長度、寬度和深度分別為22.6 和23.5 mm，13.5 和13.9 mm，13.8 和14.0 mm。再造耳廓和健側耳廓的三角窩深度分別為6.5 和6.6 mm。再造耳廓和健側耳廓耳顱角分別39°和42°。見圖3。

圖3 3D 打印耳模治療小耳畸形示意圖(病例1)Fig.3 Sketch map of microtia treated with 3D printing auricular model（Case 1）

［病例2］患兒，女性，15 歲，右側小耳甲腔型小耳畸形。采用Nagata 法耳廓再造術，術中采用3D 耳模輔助耳廓支架雕刻，術后耳廓外形良好，各亞單位結構清晰，尤其是耳舟、三角窩和對耳輪，患兒及其家屬對再造耳廓滿意度較高。再造耳廓和健側耳廓長度為63.8 和64.0 mm，寬度分別為35.1 和35.2 mm。再造耳廓和健側耳廓的耳甲腔長度、寬度和深度分別為23.9 和23.7 mm，14.2 和14.5 mm，14.3 和14.2 mm。再造耳廓和健側耳廓的三角窩深度分別為6.8和6.6 mm。再造耳廓和健側耳廓耳顱角分別44°和45°。見圖4。

圖4 3D 打印耳模治療小耳畸形示意圖（病例2）Fig.4 Sketch map of microtia treated with 3D printing auricular model(Case 2)

2.3 再造耳廓和健側耳廓測量指標 與健側耳廓比較，再造耳廓的長度和寬度，耳甲腔長度、寬度和深度，三角窩深度差異均無統計學意義（P＞0.05）。證實再造耳廓和健側耳廓外形相似度較高，耳廓精細結構相似度也較高。與健側耳廓的耳顱角（38.3°±4.7°）比較，再造耳廓的耳顱角（32.5°±5.2°）縮?。≒=0.014 1）。見表2。

表2 健側耳廓和再造耳廓測量指標Tab.2 Measurment indexes of normal and reconstructive auricles (n=76,±s)

表2 健側耳廓和再造耳廓測量指標Tab.2 Measurment indexes of normal and reconstructive auricles (n=76,±s)

Group Cranioauricular angle(θ/°)Normal auricle Reconstructive auricle P Length of auricle（l/mm）60.9±4.1 61.8±4.3 0.634 9 Width auricle（l/mm）33.2±2.7 31.9±2.9 0.124 8 Length of concha（l/mm）24.1±3.3 23.6±3.5 0.511 5 Width of concha（l/mm）14.5±3.5 13.9±3.2 0.556 4 Depth of concha（l/mm）14.8±3.4 14.1±3.9 0.785 4 Depth of triangular fossa（l/mm）6.5±1.3 6.8±1.1 0.645 6 38.3±4.7 32.5±5.2 0.014 1

3 討 論

先天性小耳畸形發病率為0.008%～0.017%，是頜面部發病率排名第二位的先天性畸形。小耳畸形患者除存在外觀上的畸形外，還伴有聽力下降，部分患者會產生心理方面的障礙，累及雙側的患者甚至會導致言語發育遲緩，嚴重者會影響智力發育。

耳廓是體表結構最為復雜的器官，盡管其體積較小，但存在14 個解剖結構，因此耳廓再造術被認為是整形外科難度較大的手術之一，需要醫生有精湛的技術和良好的藝術審美觀［16-18］。再造耳廓的對稱性是耳廓再造術成功的決定性因素之一，提高再造耳廓的對稱性對整形醫生較為重要。耳廓支架的精準成形是再造耳廓對稱性的核心要素之一，耳廓支架的雕刻是參照耳模進行的。傳統的耳模采用透明的X 線膠片，將膠片置于健側耳廓上，根據健側耳廓的形狀進行臨摹。這種2D 膠片耳模存在一定的局限性：制備膠片耳模的過程中，由于需要將膠片施壓在耳廓表面進行臨摹，壓力會導致耳廓輕微變形，從而產生一定的誤差；膠片耳模反映耳廓的二維大體輪廓，正常耳廓是三維立體器官，膠片耳模無法反映真實耳廓的三維解剖結構，尤其是其凹凸結構［19］。

隨著科技的進步，3D 打印技術聯合數字醫學能夠將復雜的人體器官數字化并精確打印為實物，并在許多醫學領域得到了廣泛應用［20］。目前，3D打印技術在整形外科領域，尤其是在小耳畸形的診治方面應用較多。外耳再造手術中，采用3D 打印耳模可對耳支架雕刻成形進行指導，并對術后效果進行比較，3D 打印耳模可幫助再造耳廓獲得更加精確和對稱的美觀效果［21-26］。采用生物3D 打印技術構建再生耳軟骨用于耳廓重建的應用也較為廣泛。美國康奈爾大學采用3D 打印技術，以患者耳廓為模板，將異種膠原質和成軟骨細胞制備成高密度水凝膠，并通過打印機形成軟骨框架，經培育后凝膠中的活細胞逐漸發育成為具有生物活性的耳軟骨組織，外形與原始耳廓基本保持一致［27］。研究者［28-29］嘗試采用雜交融合技術，將水凝膠與靜電紡絲共同形成軟骨支架，提高支架穩定性的同時，保證其具有一定的柔韌度，可使人成軟骨細胞的生長發育不受影響。LEE 等［30］采用更為輕質的人工材料作為支架，其內填充成軟骨細胞后被埋植在患者手臂皮下組織內，經過一段時間的生長，待軟骨組織基本成形后，將其取出通過手術移植到患者身上。

以往大部分研究［9-11］采用3D 打印耳模作為耳廓支架雕刻的模板，僅對耳廓長度和寬度及耳顱角進行比較，然而這些指標并不能完全反映耳廓解剖亞單位的精細結構。因此本研究增加了耳甲腔的長度、寬度和深度及三角窩深度等指標，可以有效補充以往指標的不足，更能充分反映健側耳廓與再造耳廓各解剖結構的相似性。本研究結果顯示：耳廓寬度和長度，耳甲腔長度、寬度和深度及三角窩深度均與健側耳廓各項指標接近，且組間比較差異均無統計學意義。再造耳廓的耳顱角明顯縮小，可能是由于植皮區后期瘢痕攣縮，導致再造耳廓耳顱角縮小。因此可以在二期耳廓抬高術時，將耳顱角適當增加5°～10°，以便后期植皮攣縮后可達到理想對稱的耳顱角。術后隨訪結果顯示：3D 打印耳?？梢跃_呈現耳輪和對耳輪的走向、長短、高度、銳度和曲線變化及三角窩的深度、耳甲的深度和耳顱角等解剖結構的細節和空間構造，有利于指導醫生利用肋軟骨制作精細化和個性化的三維耳廓支架，從而提高再造耳廓與健側耳廓的對稱性和相似程度，使患者及其家屬的滿意度提高。

本研究通過術前三維肋軟骨成像結合3D 打印耳模，可以充分評估所需肋軟骨量，適量獲取，避免浪費，因此可以最大限度地減輕切取肋軟骨所導致的胸廓畸形，該畸形也是耳廓再造術后比較嚴重的并發癥之一，這與其他研究［31］報道的結果一致。

綜上所述，基于數字化3D 打印技術的3D 打印耳模可指導醫生進行個性化和精準化的耳支架雕刻成形，可使再造耳廓獲得良好的對稱性和精美性，甚至媲美健側耳廓，值得臨床推廣應用。