基于釘孔共用理念的數(shù)字化導(dǎo)板在口腔頜面外科中的應(yīng)用

王立冬 馬文 付帥 張長彬 崔慶贏 彭燦邦 黎明

昆明醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院口腔頜面外科，昆明650000

隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，各類導(dǎo)板在口腔頜面外科領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛，包括正頜、下頜骨重建、異物定位取出等方面，都取得了較好的臨床應(yīng)用效果[1-3]。導(dǎo)板主要的作用在于將計算機(jī)中的數(shù)字化設(shè)計方案轉(zhuǎn)移到手術(shù)中，其精確性直接影響著手術(shù)最終效果。導(dǎo)板的定位主要基于某一特定的解剖標(biāo)志位置，而當(dāng)解剖標(biāo)志不明確時導(dǎo)板的定位就可能出現(xiàn)不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。本文將基于釘孔共用理念設(shè)計的數(shù)字化導(dǎo)板分別應(yīng)用于正頜外科及頜骨重建，評估其精確性及臨床應(yīng)用價值。

1 材料和方法

1.1 一般資料

選擇2018年6月—2021年3月就診于昆明醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院口腔頜面外科的需行正頜手術(shù)的牙頜面畸形患者16例，需要自體血管化腓骨、髂骨移植修復(fù)重建下頜骨缺損的患者各10例為研究對象。患者的臨床資料見表1、2。所有患者均簽署知情同意書。

表1 正頜手術(shù)患者臨床資料Tab 1 Clinical data of patients undergoing orthognathic surgery

表2 下頜骨重建患者臨床資料Tab 2 Clinical data of patients with mandibular reconstruction

1.2 數(shù)據(jù)采集、重建分析

1.2.1 牙頜面畸形患者 對患者行術(shù)前頜面部CT（Siemens Somatom Definition AS,Siemens公司，德國）平掃掃描，掃描層厚為1.25 mm，范圍從顱頂?shù)筋W部，在掃描過程中口內(nèi)磨牙區(qū)咬蠟片將咬合分開約1 mm?？趦?nèi)上下頜牙弓取模及灌注石膏模型，脫模后石膏模型進(jìn)行掃描前處理并進(jìn)行激光掃描。將CT數(shù)據(jù)以DICOM（digital imaging and communications in medicine）格式導(dǎo)入ProPlan CMF 2.0軟件（Materialise公司，比利時）進(jìn)行圖像分割和重建，以生成上、下頜骨及面部軟組織的3D數(shù)字化模型。將激光掃描獲得的數(shù)字化牙列模型與CT數(shù)據(jù)重建獲得的上、下頜骨模型進(jìn)行匹配，替換CT數(shù)據(jù)來源的牙列部分，以得到骨性結(jié)構(gòu)及牙列部分都較為精確的數(shù)字化模型[4-5]。之后進(jìn)行測量分析，并制定手術(shù)方案。

1.2.2 腓骨重建下頜骨患者 采用相同的方法對患者頜面部進(jìn)行CT平掃掃描。此外對患者雙下肢（髕骨至外踝）行平掃加增強(qiáng)掃描。將所有CT數(shù)據(jù)以DICOM格式導(dǎo)入ProPlan CMF 2.0軟件中，進(jìn)行圖像分割和重建，以生成上、下頜骨及帶血管（腓動脈）的腓骨3D數(shù)字化模型。

1.2.3 髂骨重建下頜骨患者 采用相同的方法對患者頜面部進(jìn)行CT平掃掃描。此外對患者髂前上棘至恥骨聯(lián)合行平掃加增強(qiáng)掃描。將所有CT數(shù)據(jù)以DICOM格式導(dǎo)入Mimics 19.0軟件（Materialise公司，比利時）進(jìn)行圖像分割和重建，以生成上、下頜骨及帶血管（旋髂深動脈）的髂骨3D數(shù)字化模型。

1.3 模擬手術(shù)、導(dǎo)板制作及應(yīng)用

1.3.1 上頜骨LeFortⅠ型截骨手術(shù)導(dǎo)板設(shè)計及應(yīng)用 依據(jù)手術(shù)方案進(jìn)行手術(shù)模擬，將頜骨三維模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入3-Matic research 11.0軟件（Materialise公司，比利時）中設(shè)計牙支持式LeFortⅠ型截骨導(dǎo)板及就位導(dǎo)板，其中截骨導(dǎo)板和就位導(dǎo)板釘孔共用（圖1）。同時基于上下頜骨骨塊移至終末位置的三維模型在ProPlan CMF 2.0軟件中設(shè)計終末咬合導(dǎo)板。將設(shè)計好的虛擬導(dǎo)板3D打印成型，術(shù)前低溫等離子消毒備用，之后進(jìn)行手術(shù)（圖1）。

圖1 LeFortⅠ型截骨導(dǎo)板及就位導(dǎo)板Fig 1 Thecutting guide and repositioning guide for LeFortⅠosteotomy

1.3.2 頦成形手術(shù)導(dǎo)板設(shè)計及應(yīng)用 依據(jù)手術(shù)方案進(jìn)行手術(shù)模擬，同樣設(shè)計牙支持式頦成形截骨導(dǎo)板及就位導(dǎo)板，其中截骨導(dǎo)板和就位導(dǎo)板釘孔共用。將設(shè)計好的虛擬導(dǎo)板3D打印成型，術(shù)前低溫等離子消毒備用，之后進(jìn)行手術(shù)（圖2）。

圖2 頦成形截骨導(dǎo)板及就位導(dǎo)板Fig 2 Thecutting guideand repositioning guide for genioplasty

1.3.3 腓骨重建下頜骨導(dǎo)板設(shè)計及應(yīng)用 分別在冠狀面、矢狀面、水平面查看病變范圍標(biāo)記病變位置，并設(shè)計截骨線，將對側(cè)腓骨模擬打折成一定角度擬合至下頜骨缺損區(qū)，根據(jù)鏡像及對位咬合情況調(diào)整位置，行虛擬截骨及重建手術(shù)。將模擬手術(shù)數(shù)據(jù)導(dǎo)入3-Matic research 11.0軟件中設(shè)計下頜骨截骨導(dǎo)板、腓骨截骨導(dǎo)板（本文中不重點顯示）及腓骨骨塊就位導(dǎo)板，其中截骨導(dǎo)板和就位導(dǎo)板釘孔同樣共用。將設(shè)計好的虛擬導(dǎo)板3D打印成型，術(shù)前低溫等離子消毒備用，之后進(jìn)行手術(shù)（圖3）。

圖3 腓骨重建下頜骨截骨導(dǎo)板和就位導(dǎo)板Fig 3 The cutting guide and repositioning guide for fibula reconstruction of mandible

1.3.4 髂骨重建下頜骨導(dǎo)板設(shè)計及應(yīng)用 同樣分別在冠狀面、矢狀面、水平面查看病變范圍標(biāo)記病變位置，并設(shè)計截骨線，擬合同側(cè)髂骨至下頜骨缺損區(qū)，根據(jù)鏡像及對位咬合情況調(diào)整位置，行虛擬截骨及重建手術(shù)。同樣將模擬手術(shù)數(shù)據(jù)導(dǎo)入3-Matic research 11.0軟件中設(shè)計下頜骨截骨導(dǎo)板、髂骨截骨導(dǎo)板（本文中不重點顯示）及髂骨塊就位導(dǎo)板，其中截骨導(dǎo)板和就位導(dǎo)板釘孔同樣共用。將設(shè)計好的虛擬導(dǎo)板3D打印成型，術(shù)前低溫等離子消毒備用，之后進(jìn)行手術(shù)（圖4）。

圖4 髂骨重建下頜骨截骨導(dǎo)板和就位導(dǎo)板Fig 4 The cutting guide and repositioning guide for iliac reconstruction of mandible

1.4 精確性分析

術(shù)后所有患者均行頜面部CT檢查，將掃描結(jié)果導(dǎo)入Mimics 19.0軟件中，重建術(shù)后三維模型。通過測量相應(yīng)標(biāo)志點、線在術(shù)前虛擬手術(shù)與術(shù)后實際手術(shù)結(jié)果的誤差，評估導(dǎo)板的準(zhǔn)確性。上頜骨LeFortⅠ型截骨患者測量指標(biāo)包括：術(shù)前術(shù)后上頜中切牙近中切點中點（Is1u）、左上頜第一磨牙近中頰尖（B6L）、右上頜第一磨牙近中頰尖（B6R）到3個基準(zhǔn)平面的改變情況。頦成形患者測量指標(biāo)包括：術(shù)前術(shù)后頦前點（Pog）、頦部骨塊左側(cè)邊緣點（Chin L）、頦部骨塊右側(cè)邊緣點（Chin R）到3個基準(zhǔn)平面的改變情況[6]。3個基準(zhǔn)平面為：眶耳平面、矢狀面、冠狀面。頜骨重建患者冠狀面測量的指標(biāo)包括：術(shù)前術(shù)后髁突間距離（CoL-CoR）、雙側(cè)下頜角點間距離（GoLGoR）的改變情況；矢狀面測量的指標(biāo)包括：術(shù)前術(shù)后下頜骨頦前點至髁突連線中點的距離（Pog-CoLR）改變情況。采用SPSS 25.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性分析，誤差使用均值、標(biāo)準(zhǔn)差、標(biāo)準(zhǔn)誤、95%可信區(qū)間表示[6-8]。

2 結(jié)果

所有患者手術(shù)均順利完成，傷口愈合良好，無明顯并發(fā)癥。所有截骨導(dǎo)板及就位導(dǎo)板術(shù)中均順利就位。

LeFortⅠ型截骨位移誤差均值最大為0.84 mm，是B6L到冠狀面的位移誤差；標(biāo)準(zhǔn)差最大為0.23 mm。頦成形位移誤差均值最大為0.64 mm，是Chin R到冠狀面的位移誤差；標(biāo)準(zhǔn)差最大為0.25 mm。腓骨重建下頜骨位移誤差均值最大為1.27 mm，是Pog-CoLR的距離誤差；標(biāo)準(zhǔn)差最大為0.35 mm。髂骨重建下頜骨位移誤差均值最大為1.18 mm，是GoL-GoR的距離誤差；標(biāo)準(zhǔn)差最大為0.26 mm（表3、4）。位移誤差均在臨床所接受范圍。

表3 虛擬與實際正頜手術(shù)中標(biāo)志點到3個基準(zhǔn)平面的位移誤差Tab 3 Comparison of the virtual and the actual orthognathic surgery results based on distances at landmarks from the maxilla to three base planes mm

3 討論

3D打印的數(shù)字化導(dǎo)板與術(shù)前虛擬設(shè)計兩者密不可分。導(dǎo)板主要作用在于將計算機(jī)中的數(shù)字化設(shè)計方案轉(zhuǎn)移到手術(shù)中，其精確性直接影響著手術(shù)最終效果。目前，導(dǎo)板的固位方法主要有3種：一是導(dǎo)板的邊緣附著或包繞頜骨表面凹凸不平的解剖標(biāo)志從而產(chǎn)生固位力；二是依靠導(dǎo)板上的釘孔；三是通過連接全牙列或局部牙列的單面咬合板輔助固位。前2種方法聯(lián)合使用時稱為骨支持導(dǎo)板；當(dāng)3種固位方法同時使用時則稱之為復(fù)合式導(dǎo)板[9]。本文設(shè)計導(dǎo)板時根據(jù)實際情況選擇合適的固位方式，但始終保證截骨導(dǎo)板及就位導(dǎo)板釘孔共用。研究分析結(jié)果表明，基于共用釘孔理念設(shè)計的導(dǎo)板準(zhǔn)確性在臨床上是可以接受的。

表4 虛擬與實際頜骨重建手術(shù)中兩標(biāo)志點距離的誤差Tab 4 Comparison of the virtual and the actual mandibular reconstruction results based on distances between two landmarks mm

本研究中LeFortⅠ型截骨患者截骨導(dǎo)板和就位導(dǎo)板設(shè)計采用復(fù)合式導(dǎo)板設(shè)計，相比屈振宇等[10]設(shè)計的骨支持式導(dǎo)板雖然設(shè)計復(fù)雜一些，但由于有固位，釘孔數(shù)量較少，創(chuàng)傷小，精確性也更有保證。頦成形患者導(dǎo)板設(shè)計同樣采用復(fù)合式導(dǎo)板設(shè)計[6]，其設(shè)計方式與Li等[11]設(shè)計類似，手術(shù)精確性也保持一致。國內(nèi)已有報道基于數(shù)字化技術(shù)行腓骨重建下頜骨，但其主要設(shè)計下頜骨截骨導(dǎo)板及腓骨塑形導(dǎo)板，無就位導(dǎo)板，且釘孔未有共用[12-13]。Elsharabasy等[14]設(shè)計基于釘孔共用的導(dǎo)板進(jìn)行腓骨重建下頜骨，但設(shè)計較為復(fù)雜，導(dǎo)板體積也比較大。本研究中主要采用骨支持式導(dǎo)板，導(dǎo)板體積較小，釘孔共用，術(shù)后結(jié)果精確性較高。在腓骨重建下頜骨術(shù)前設(shè)計中發(fā)現(xiàn)下頜骨缺損對側(cè)下肢腓骨行重建時腓骨塑形及擺位均較好。部分患者由于腫瘤巨大，越過頜骨中線，髁突發(fā)生移位，設(shè)計時采用以患者同體型的兄弟姐妹下頜骨為基準(zhǔn)進(jìn)行腓骨塑形擺位。并且移位髁突以髁突頂點為圓心移動升支至正常位置，在此基礎(chǔ)上行腓骨就位導(dǎo)板設(shè)計。國內(nèi)學(xué)者[2]有報道利用個性化原位塑形導(dǎo)板行髂骨頜骨重建，取得較好手術(shù)效果，但未有就位導(dǎo)板詳細(xì)描述。本研究設(shè)計全套釘孔共用導(dǎo)板，同時在髂骨重建下頜骨設(shè)計時發(fā)現(xiàn)下頜骨缺損同側(cè)髂骨行重建時髂骨塑形及擺位均較好，設(shè)計骨支持式導(dǎo)板共用釘孔，手術(shù)精確性較高。低溫等離子對導(dǎo)板進(jìn)行消毒，盡管是低溫，不同材料仍有可能形變。導(dǎo)板消毒應(yīng)考慮打印技術(shù)及材料特性差別[15]。本研究中使用導(dǎo)板時對導(dǎo)板就位位置及貼合度進(jìn)行驗證，避免導(dǎo)板變形影響手術(shù)，但消毒對導(dǎo)板形變的影響有待進(jìn)一步研究。

本研究設(shè)計的導(dǎo)板有以下優(yōu)點：1）常規(guī)設(shè)計的手術(shù)導(dǎo)板，可能需要3套螺釘孔。一組螺釘孔用于截骨導(dǎo)板，一組螺釘孔用于就位導(dǎo)板，還有一組螺釘孔用于鈦板的固定。然而，本研究中2套導(dǎo)板釘孔共用，只需要一組螺釘孔，就可以定位骨塊最終位置，從而減少了額外的操作時間和損傷。將來釘孔共用的導(dǎo)板與鈦板的預(yù)成型相結(jié)合，可能更有臨床價值并且將進(jìn)一步減少創(chuàng)傷和手術(shù)時間，有待進(jìn)一步研究。2）當(dāng)就位導(dǎo)板上的螺釘安裝好后，就位基于截骨導(dǎo)板截骨骨塊就可以達(dá)到所規(guī)劃的最終位置，同時完成鈦板固定。近年來已有學(xué)者設(shè)計個性化的植入物，替代了就位導(dǎo)板，僅需要一套螺釘孔就可最終定位骨塊，進(jìn)一步縮短了手術(shù)時間，減少了創(chuàng)傷。雖然研究的結(jié)果令人鼓舞，但研究的樣本量相當(dāng)小，有必要進(jìn)行更大樣本和對照組的前瞻性研究，而且同樣存在設(shè)計耗時、經(jīng)濟(jì)成本高的缺點[16-17]。3）對于解剖位置不明確的頜骨表面（頦成形中），本研究設(shè)計以為固位標(biāo)準(zhǔn)同時釘孔共用保證了導(dǎo)板的精確性[6,11,18]。4）在頜骨重建中，不論腓骨還是髂骨進(jìn)行頜骨重建，腓骨或髂骨截骨導(dǎo)板對相應(yīng)骨塊進(jìn)行截骨塑形后就位于下頜缺損時，一旦相應(yīng)的就位導(dǎo)板固定于下頜骨，如果其截骨不精確或塑形不到位，骨塊將無法就位，進(jìn)一步提高了對精確性的要求。5）Yu等[19]利用導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行頜骨重建，獲得較精確的手術(shù)結(jié)果，但手術(shù)過程操作較為繁瑣耗時，費用也較高。如果術(shù)中頜骨位置改變需要重新校對位置，而且在很多單位沒有手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)。本研究結(jié)果表明，利用釘孔共用的手術(shù)導(dǎo)板同樣可以獲得較高精確度的手術(shù)結(jié)果，基層單位也可運(yùn)用。

本研究同樣也有相應(yīng)的缺點：1）相比傳統(tǒng)手術(shù)，增加了術(shù)前準(zhǔn)備時間和經(jīng)濟(jì)成本。術(shù)前手術(shù)模擬和導(dǎo)板的設(shè)計和制作需要近1周的準(zhǔn)備工作。2）如果術(shù)中想改變手術(shù)方案將導(dǎo)致骨塊定位困難，這是所有導(dǎo)板定位技術(shù)的共同問題。由于3D打印后的導(dǎo)板在手術(shù)過程中無法彎曲重塑，所以骨塊的位置無法改變，除非外科醫(yī)生放棄使用導(dǎo)板，憑經(jīng)驗通過不斷測量以完成手術(shù)。3）對于LeFortⅠ型截骨患者，術(shù)中雖然使用導(dǎo)板單獨定位上頜，但仍然是以上、下牙咬合關(guān)系作為下頜骨位置的參考，不能避免由于下頜骨髁突關(guān)節(jié)囊的不穩(wěn)定性帶來的下頜位置移動。

本研究表明，釘孔共用技術(shù)設(shè)計的導(dǎo)板可以作為一種準(zhǔn)確的方法，將計算機(jī)中的虛擬計劃更好地轉(zhuǎn)移到現(xiàn)實手術(shù)中。本研究中所描述的釘孔共用理念的設(shè)計和導(dǎo)板應(yīng)用對手術(shù)精度有較高要求的牙頜面畸形患者和頜骨重建患者來說是有價值的。然而，這項研究目前的樣本量仍然較小，為了進(jìn)一步驗證該技術(shù)，還需要大樣本的對比研究。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。