基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與3D打印技術(shù)的血管化腓骨游離移植修復(fù)下頜骨缺損的應(yīng)用研究

穆婷 馬成 馮浩然 王爽 何雨亮 黃旋平

1廣西醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院（南寧530021）；2廣西口腔頜面修復(fù)與重建研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（南寧530021）；3廣西顱頜面畸形臨床醫(yī)學(xué)研究中心（南寧530021）；4頜面外科疾病診治研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（南寧530021）；5安徽醫(yī)科大學(xué)第四附屬醫(yī)院（合肥230002）

創(chuàng)傷、炎癥、腫瘤切除、骨放射性壞死等都可 造成頜骨缺損，從而影響患者的外觀(guān)、咀嚼、吞咽和語(yǔ)言功能［1-2］，使其在生活中倍感痛苦和不便，嚴(yán)重降低患者的生存質(zhì)量。因此，如何修復(fù)頜面缺損、重建患者原有的正常頜骨運(yùn)動(dòng)功能和咬合關(guān)系，一直是國(guó)內(nèi)外口腔頜面外科的研究方向。自1989年首次提出將游離腓骨肌瓣用于修復(fù)下頜骨缺損以來(lái)［3］，目前對(duì)于下頜骨缺損的修復(fù)，血管化腓骨游離移植已成為較理想的治療方式，它能較好地重建頜面外形、恢復(fù)原有的咬合功能［4-5］。但傳統(tǒng)的手術(shù)方式大多憑借個(gè)人經(jīng)驗(yàn)在術(shù)中對(duì)鈦板進(jìn)行彎制及成型腓骨，耗時(shí)耗力，且容易造成誤差，影響修復(fù)效果。

3D打印技術(shù)是快速成型（rapid prototyping，RP）技術(shù)的一種，它可以通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（computer-aided design，CAD）模擬手術(shù)，能夠在術(shù)前個(gè)性化的制作出解剖結(jié)構(gòu)與患者精確匹配的三維顱頜模型［6］，并設(shè)計(jì)制作出與其匹配的數(shù)字化導(dǎo)板，以引導(dǎo)術(shù)中下頜骨病變區(qū)域的切除及腓骨的精確塑形?；贑AD 與3D 打印技術(shù)的血管化腓骨游離移植修復(fù)下頜骨缺損的文獻(xiàn)已有報(bào)道，但對(duì)其精確度的研究卻少有報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)將基于CAD 與3D 打印技術(shù)和應(yīng)用傳統(tǒng)方法修復(fù)下頜骨缺損的精確度進(jìn)行了對(duì)比研究。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2016年3月至2017年12月廣西醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院頜面外科收治的需行下頜骨病變切除及重建的患者共22 例，其中男10 例，女12 例；年齡為22～52 歲，平均36.6歲，所有患者術(shù)前開(kāi)口度范圍為1.7 ～2.6 cm。收集的病例皆為下頜骨病變需切除及重建的患者，包括：放射性骨髓炎3 例、角化囊性瘤4 例、成釉細(xì)胞瘤13 例、骨化纖維瘤1 例以及牙齦癌1 例。所有患者皆表現(xiàn)出不同程度的頜面部改變及功能障礙，如雙側(cè)面部不對(duì)稱(chēng)，病變對(duì)應(yīng)的下頜骨區(qū)域出現(xiàn)膨隆，張口受限，進(jìn)食及言語(yǔ)障礙，牙齒松動(dòng)以及下唇麻木等相關(guān)癥狀。

排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）術(shù)前一側(cè)下頜骨陳舊性缺失；（2）已發(fā)生移位的病理性骨折。將其隨機(jī)分為A、B 兩組，A 組為觀(guān)察組，編號(hào)1 ～11，該組采用CAD與3D 打印技術(shù)的血管化腓骨游離移植修復(fù)下頜骨缺損；B 組為對(duì)照組，編號(hào)12 ～22，該組采用傳統(tǒng)血管化腓骨游離移植修復(fù)下頜骨缺損。本研究符合人體實(shí)驗(yàn)倫理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，已通過(guò)廣西醫(yī)科大學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，并取得患者知情同意。

1.2 方法

1.2.1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與3D 打印技術(shù) 所有患者術(shù)前均完善頜面部螺旋CT 檢查，采用同一螺旋CT 及同一參數(shù)完成掃描，（西門(mén)子Biograph Sensation 16 螺旋CT儀），參數(shù)為120 V，65 mA，層厚及螺距皆為0.5 mm。掃描數(shù)據(jù)以DIOM 格式保存。用Mimics17.0（Materialise 公司，比利時(shí)）計(jì)算機(jī)程序重建下頜骨三維模型，并根據(jù)下頜骨病變區(qū)域范圍進(jìn)行截骨線(xiàn)的模擬設(shè)計(jì)（圖1）。根據(jù)鏡像還原技術(shù)重建缺損區(qū)下頜骨（圖2），然后用Geomagic Studio12.0 軟件設(shè)計(jì)出與缺損區(qū)下頜骨曲線(xiàn)相吻合的腓骨塑形導(dǎo)板（圖3）。將重建數(shù)據(jù)以STL 格式導(dǎo)入3D 打印機(jī)（中瑞SLA），用RP 技術(shù)制造出實(shí)體下頜骨模型（圖4）、腓骨塑形導(dǎo)板（圖5）及鈦螺釘定位導(dǎo)板（圖6），將制作完成的3D 腓骨塑形導(dǎo)板及鈦螺釘定位導(dǎo)板進(jìn)行消毒備用。

圖1 截骨線(xiàn)模擬設(shè)計(jì)Fig.1 simulated design of osteotomy line

圖2 缺損區(qū)下頜骨重建 Fig.2 reconstruction of the mandible in the defect area

圖3 腓骨塑形導(dǎo)板設(shè)計(jì)Fig.3 fibula shaping guideplate design

1.2.2 手術(shù)過(guò)程 仰臥位，采用鼻腔插管，待全麻起效后，常規(guī)消毒鋪巾，用美藍(lán)劃線(xiàn)標(biāo)記切口位置，逐層切開(kāi)、充分分離、暴露病變下頜骨。手術(shù)過(guò)程中注意保護(hù)重要的神經(jīng)和血管，盡量減少出血。A 組根據(jù)術(shù)前模擬手術(shù)設(shè)計(jì)的截骨線(xiàn)標(biāo)記切除病變范圍，并以標(biāo)記線(xiàn)作為參照來(lái)精確切除病變下頜骨；B 組根據(jù)術(shù)者經(jīng)驗(yàn)判斷完全去除病變下頜骨；所有下頜骨腫瘤均應(yīng)遵照臨床無(wú)瘤手術(shù)原則。根據(jù)下頜骨病變區(qū)修復(fù)需要決定血管化游離腓骨瓣制取長(zhǎng)度。A 組嚴(yán)格按照個(gè)性化腓骨塑形導(dǎo)板的角度與長(zhǎng)度對(duì)腓骨進(jìn)行截?cái)嗯c拼接（圖7A），用定位導(dǎo)板對(duì)健側(cè)下頜骨進(jìn)行鈦螺釘位置的確定（圖7B），并檢查塑形導(dǎo)板與患者頜骨是否完全貼合（圖7C），使用鈦釘鈦板固定成形后的腓骨（圖7D）；B 組采用傳統(tǒng)血管化腓骨游離移植方法修復(fù)下頜骨缺損。常規(guī)吻合動(dòng)靜脈血管，在體內(nèi)完成腓骨固定，檢查頜面外形及健側(cè)咬合情況，達(dá)到滿(mǎn)意后，充分止血，逐層關(guān)閉創(chuàng)口。為保持患者健側(cè)余留牙齒原有咬合關(guān)系，我們于口內(nèi)健側(cè)行頜間牽引固定。記錄整個(gè)手術(shù)耗時(shí)，根據(jù)吸引器內(nèi)液體量及止血紗布使用情況評(píng)估術(shù)中出血量。所有患者手術(shù)皆由同一醫(yī)生完成。

圖4 實(shí)體下頜骨模型Fig.4 solid mandible model

圖5 腓骨塑形導(dǎo)板Fig.5 fibula shaping guide plate

圖6 鈦螺釘定位導(dǎo)板Fig.6 titanium screw positioning guide plate

圖7 手術(shù)過(guò)程圖片F(xiàn)ig.7 Picture of surgical process

1.2.3 精確度評(píng)價(jià)及統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 術(shù)后10 d查頜面部螺旋CT 進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，將術(shù)前與術(shù)后的CT 數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建，以上頜骨為標(biāo)準(zhǔn)重疊術(shù)前、術(shù)后三維圖像（圖8A），并在三維圖像中分別標(biāo)記出術(shù)前、術(shù)后的下頜骨五個(gè)位置點(diǎn)（圖8B），包括左側(cè)髁頂點(diǎn)、左側(cè)下頜角、下頜頦頂點(diǎn)、右側(cè)髁頂點(diǎn)及右側(cè)下頜角，測(cè)量術(shù)前術(shù)后每個(gè)位點(diǎn)移動(dòng)的距離，單位為mm，并根據(jù)兩組術(shù)前術(shù)后各位置點(diǎn)間移動(dòng)距離的大小來(lái)反映手術(shù)精確度。所有數(shù)據(jù)均采用SPSS 2.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量資料采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，數(shù)據(jù)描述性分析結(jié)果采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示；因樣本量較少（n＜40），故所有計(jì)數(shù)資料采用確切概率法（Fisher）計(jì)算，數(shù)據(jù)描述性分析結(jié)果采用構(gòu)成比表示，以P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

圖8 三維模型Fig.8 3 D model

2.1 術(shù)后恢復(fù)情況 將患者的生命體征、皮瓣成活情況、負(fù)壓引流量、創(chuàng)口愈合及感染情況、健側(cè)余留牙的咬合情況、開(kāi)口度的改善以及頜面部原有面型恢復(fù)情況等作為觀(guān)察及一般評(píng)價(jià)指標(biāo)，所有指標(biāo)兩組差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05，表1）。術(shù)后恢復(fù)期間所有患者的生命體征皆平穩(wěn)，血管化腓骨游離移植瓣皆成活，傷口愈合良好，無(wú)感染及血管危象發(fā)生。實(shí)驗(yàn)組術(shù)后負(fù)壓引流總量較對(duì)照組稍低，實(shí)驗(yàn)組總體引流時(shí)間較對(duì)照組短，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。健側(cè)余留牙齒咬合關(guān)系基本正常，供骨區(qū)未見(jiàn)明顯并發(fā)癥。兩組術(shù)后頜面外型對(duì)比見(jiàn)圖9，實(shí)驗(yàn)組及對(duì)照組術(shù)后復(fù)查CBCT 結(jié)果顯示鈦板鈦釘均固定在位，實(shí)驗(yàn)組較對(duì)照組腓骨與下頜骨連接情況好，對(duì)照組斷端間可見(jiàn)部分骨臺(tái)階（圖10）。術(shù)后3月復(fù)查可見(jiàn)所有患者的開(kāi)口度較前明顯改善，范圍可達(dá)2.6 ～3.8 cm 之間。頜面外形恢復(fù)皆較為滿(mǎn)意，下頜運(yùn)動(dòng)功能未見(jiàn)明顯障礙。

表1 實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組術(shù)后觀(guān)察指標(biāo)情況Tab.1 Postoperative indicators were observed in the experimental group and control group±s

表1 實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組術(shù)后觀(guān)察指標(biāo)情況Tab.1 Postoperative indicators were observed in the experimental group and control group±s

觀(guān)察指標(biāo)生命體征（例）皮瓣成活情況（例）負(fù)壓引流總量（mL）負(fù)壓引流時(shí)間（d）健側(cè)咬合情況（例）術(shù)后3月開(kāi)口度（cm）頜面外型（例）實(shí)驗(yàn)組（n=11）平穩(wěn)（11/11）無(wú)感染及血管危象（11/11）92.45±32.48 4.64±1.27良好（9/11）基本正常（2/11）3.38±0.36基本對(duì)稱(chēng)（10/11）稍右偏（1/11）對(duì)照組（n=11）平穩(wěn)（11/11）無(wú)感染及血管危象（11/11）92.91±32.47 4.91±0.83良好（7/11）基本正常（4/11）3.20±0.23基本對(duì)稱(chēng)（9/11）稍右（左）偏（2/11）P 值1.000 1.000 0.974 0.501 0.635 0.175 1.000

圖9 兩組術(shù)前術(shù)后正面照Fig.9 Positive photos of preoperative and postoperative in two groups

圖10 兩組術(shù)后全景片F(xiàn)ig10 Postoperative panoramic radiograph of the two groups

2.2 實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組手術(shù)時(shí)間及術(shù)中出血量比較 實(shí)驗(yàn)組患者手術(shù)時(shí)間在6.2 ～9.8 h 之間，而對(duì)照組患者手術(shù)時(shí)間范圍為8.1 ～11.2 h，兩者平均手術(shù)時(shí)間分別為（8.28 ± 1.17）h 和（9.45 ± 0.94）h，實(shí)驗(yàn)組平均手術(shù)時(shí)間較對(duì)照組平均手術(shù)時(shí)間短（P= 0.018 ）；實(shí)驗(yàn)組患者術(shù)中出血量在300 ～700 mL之間，而對(duì)照組術(shù)中出血量在350 ～1 000 mL范圍內(nèi)，兩者術(shù)中平均出血量分別為（395.45 ±119.28）mL 和（563.64 ± 213.41）mL，實(shí)驗(yàn)組術(shù)中平均出血量較對(duì)照組少，且差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.034）。

2.3 實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組各位置點(diǎn)間移動(dòng)距離比較實(shí)驗(yàn)組各位置點(diǎn)術(shù)前至術(shù)后的平均移動(dòng)距離均小于對(duì)照組各位置點(diǎn)術(shù)前至術(shù)后的平均移動(dòng)距離。實(shí)驗(yàn)組下頜頦頂點(diǎn)的移動(dòng)距離較對(duì)照組下頜頦頂點(diǎn)的移動(dòng)距離短，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其余位置點(diǎn)間平均移動(dòng)距離的差異尚無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。實(shí)驗(yàn)組各位置點(diǎn)的總體移動(dòng)距離較對(duì)照組各位置點(diǎn)的總體移動(dòng)距離短，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見(jiàn)表2。

表2 觀(guān)察組與對(duì)照組術(shù)前術(shù)后各個(gè)位置點(diǎn)移動(dòng)距離比較Tab.2 Comparison of preoperative and postoperative movement distance of each position between the experimental group and the control group ±s，mm

表2 觀(guān)察組與對(duì)照組術(shù)前術(shù)后各個(gè)位置點(diǎn)移動(dòng)距離比較Tab.2 Comparison of preoperative and postoperative movement distance of each position between the experimental group and the control group ±s，mm

標(biāo)記部位右側(cè)髁頂點(diǎn)右側(cè)下頜角下頜頦頂點(diǎn)左側(cè)下頜角左側(cè)髁頂點(diǎn)所有標(biāo)記點(diǎn)觀(guān)察組6.30±2.53 5.57±1.26 3.74±1.57 5.77±1.51 4.65±1.54 5.20±1.91對(duì)照組8.12±1.74 6.52±0.88 7.82±4.33 7.52±2.40 5.56±2.42 7.11±2.69 P 值0.063 0.052 0.012 0.056 0.312＜0.001

3 討論

由于骨段和軟組織的破壞及病變，頜面部病變切除手術(shù)后常造成下頜骨區(qū)域大范圍缺損。這不僅影響患者的頜面外形美觀(guān)，還可能對(duì)患者的咀嚼、吞咽、言語(yǔ)等功能產(chǎn)生相應(yīng)的影響［7-8］。因此，對(duì)下頜骨連續(xù)性進(jìn)行長(zhǎng)期可靠的修復(fù)，是恢復(fù)可預(yù)測(cè)的形態(tài)和功能所必需的。在過(guò)去的幾十年中，最經(jīng)濟(jì)、有效和最可靠的修復(fù)方法是用骨游離移植瓣修復(fù)下頜骨缺損，骨游離移植瓣具有高成功率，且供骨區(qū)較少發(fā)生并發(fā)癥，被認(rèn)為是重建腫瘤手術(shù)中組織缺損的金標(biāo)準(zhǔn)［9］，而腓骨游離移植瓣通常用于大量缺損的下頜骨重建［10］，它是頜面部缺損修復(fù)最通用的皮瓣。

3D 打印技術(shù)是一種使用三維CAD 數(shù)據(jù)集生成三維觸覺(jué)物理模型的方法［11］。隨著CAD 與3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如口腔種植、體內(nèi)置入物生物打印、骨科及口腔頜面外科手術(shù)等［12-14］。3D 打印技術(shù)是一種快速成型方法，它誕生于20世紀(jì)80年代，其原理是使用三維計(jì)算機(jī)模型，通過(guò)添加材料層來(lái)重建三維物理模型［15-16］。在頜面外科手術(shù)中，CAD 與3D 打印技術(shù)能夠根據(jù)患者的個(gè)人需求進(jìn)行個(gè)性化頭顱模型設(shè)計(jì)與定制，因?yàn)榛颊咧g存在個(gè)體及受損部位差異，通過(guò)對(duì)個(gè)體化三維模型重建能更加精確恢復(fù)患者的頜面外形，改善修復(fù)效果［17］。CAD 與3D打印技術(shù)能夠使手術(shù)變得更加直觀(guān)，從而便于術(shù)前與患者進(jìn)行醫(yī)患溝通，讓其術(shù)前更好的了解手術(shù)方案、風(fēng)險(xiǎn)及術(shù)后效果。

傳統(tǒng)的血管化腓骨游離移植瓣因其是沒(méi)有弧度的長(zhǎng)直骨，所以具有塑形難度大、耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，難以把控下頜骨重建精確度等缺點(diǎn)，而CAD 與3D打印技術(shù)的應(yīng)用能夠在術(shù)前模擬手術(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)制作出的截骨線(xiàn)及導(dǎo)板精確的指示出病變骨及腓骨所需切割的角度及長(zhǎng)度，給術(shù)者提供參考標(biāo)準(zhǔn)和手術(shù)向?qū)?，它使術(shù)者在手術(shù)過(guò)程中能更加精準(zhǔn)快速的截骨和塑形，從而縮短手術(shù)時(shí)間，提高手術(shù)效率［18-20］。CAD 與3D 打印技術(shù)具有高精度和高復(fù)雜性制作的特點(diǎn)，它在下頜骨缺損修復(fù)中占據(jù)獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，這種尋求個(gè)體化精確修復(fù)下頜骨缺損的方法將會(huì)成為口腔頜面外科發(fā)展的趨勢(shì)與重點(diǎn)。

至今，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有大量學(xué)者發(fā)表了各種CAD 與3D 打印技術(shù)結(jié)合醫(yī)學(xué)研究的相關(guān)文獻(xiàn)，組織支架和皮膚生物打印是近年來(lái)的重大突破。以往也有文獻(xiàn)對(duì)CAD 與3D 打印技術(shù)的血管化腓骨游離移植修復(fù)下頜骨缺損方法和傳統(tǒng)修復(fù)方法進(jìn)行比較，但多以術(shù)中出血量、術(shù)后張口度、頜面外形對(duì)稱(chēng)情況及患者的自我滿(mǎn)意程度等作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。本文增加了術(shù)前術(shù)后下頜骨各標(biāo)記點(diǎn)的移動(dòng)距離作為手術(shù)精確度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，更加客觀(guān)準(zhǔn)確。從本研究的結(jié)果可得，相對(duì)于傳統(tǒng)血管化腓骨游離移植修復(fù)下頜骨缺損，CAD 與3D 打印技術(shù)在血管化腓骨移植修復(fù)下頜骨缺損方面能減少手術(shù)時(shí)間及術(shù)中出血量，各位置點(diǎn)的移動(dòng)距離也明顯較短，這說(shuō)明基于CAD 與3D 打印技術(shù)的血管化腓骨游離移植修復(fù)下頜骨缺損較傳統(tǒng)修復(fù)方法更有利于手術(shù)進(jìn)程，且能夠獲得更高的精度。但從結(jié)果可知，對(duì)照組較觀(guān)察組出血量的標(biāo)準(zhǔn)差明顯增大，因樣本量一定，故對(duì)照組患者出血量的標(biāo)準(zhǔn)誤大于實(shí)驗(yàn)組，從而可得對(duì)照組在出血量的觀(guān)察指標(biāo)中抽樣誤差較大，部分患者差異較大，故應(yīng)增大樣本量，進(jìn)一步明確結(jié)果。此外，觀(guān)察組及對(duì)照組皆有少量患者術(shù)后頜面部出現(xiàn)偏斜，觀(guān)察組的病例數(shù)較對(duì)照組少；觀(guān)察組與對(duì)照組間在術(shù)前術(shù)后各個(gè)位置點(diǎn)移動(dòng)距離的比較中，左側(cè)髁頂點(diǎn)、左側(cè)下頜角、右側(cè)髁頂點(diǎn)及右側(cè)下頜角術(shù)前術(shù)后移動(dòng)距離的比較無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但觀(guān)察組與對(duì)照組各位置點(diǎn)的總體移動(dòng)距離相比較有顯著差異，造成這種結(jié)果的原因可能是由于樣本量有限以及本實(shí)驗(yàn)中未進(jìn)行腓骨截骨數(shù)字化導(dǎo)板的使用，在截骨過(guò)程中出現(xiàn)了人為誤差，從而影響了精確性，導(dǎo)致了少數(shù)患者術(shù)后出現(xiàn)頜面稍不對(duì)稱(chēng)的情況。

綜上所述，CAD 與3D 打印技術(shù)在血管化腓骨游離移植修復(fù)下頜骨缺損方面，可以通過(guò)術(shù)前截骨線(xiàn)的設(shè)計(jì)以及導(dǎo)板的應(yīng)用，減少手術(shù)時(shí)間及術(shù)中出血量，為術(shù)者提供一個(gè)客觀(guān)的修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)，從而恢復(fù)較為理想的面部外型，獲得較高的精確度。但此次研究樣本量有限，部分?jǐn)?shù)據(jù)抽樣誤差大，隨訪(fǎng)時(shí)間較短，未能對(duì)遠(yuǎn)期面型、顳下頜關(guān)節(jié)功能及咬合關(guān)系恢復(fù)情況等進(jìn)行更深入的研究，同時(shí)在術(shù)中未使用腓骨截骨數(shù)字化導(dǎo)板，可能增加腓骨塑形難度，減少精確度，后期可加入實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步研究。