計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)快速成型三維頭顱模型在顴上頜骨骨折畸形治療中的應(yīng)用

李偉忠　張美超　齊向東　李少萍　張磊濤　黃　宇

[摘要]目的：探討計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)快速成型三維頭顱模型在陳舊性顴骨顴弓骨折畸形治療中的應(yīng)用價(jià)值。方法：針對(duì)2例顴-眶-上頜骨骨折患者，將CT掃描信息，輸入三維圖像重建工作站并進(jìn)行三維重建，采用激光快速自動(dòng)成形機(jī)進(jìn)行模型成型，然后通過三維重建軟件及模型進(jìn)行復(fù)位，根據(jù)復(fù)位的結(jié)果指引手術(shù)。結(jié)果：三維重建模型可精確反映相應(yīng)顴骨骨標(biāo)志點(diǎn)的移位情況，根據(jù)模型設(shè)計(jì)進(jìn)行手術(shù)，可準(zhǔn)確地達(dá)到預(yù)定的復(fù)位效果。 結(jié)論：針對(duì)顴-眶-上頜骨骨折采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)快速成型三維頭顱模型進(jìn)行術(shù)前模擬手術(shù)，可前瞻性了解手術(shù)效果，具有非常實(shí)用的價(jià)值。

[關(guān)鍵詞]影像，三維；模型；快速成型；顴骨骨折

[中圖分類號(hào)]R782.2 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1008-6455（2009）01-0040-03

Treatment of zygomatico-maxillary fracture with 3-dimensional skull model and rapid prototyping technique

LI Wei-zhong1, ZHANG Mei-chao2, QI Xiang-dong3, LI Shao-ping1, ZHANG Lei-tao1, HUANG Yu1

（1. Department of Stomatology, Nanfang Hospital, Nanfang Medical University, Guangzhou 510515,Guangdong, China；2. Biomechanics Laboratory, Southern Medical University；3. Department of Plastic Surgery,General Hospital of Guangzhou Military Command)

Abstract:ObjectiveTo explore application of three-dimensional computer-aided design rapid prototyping technique in treatment of zygomatico-maxillary fracture. Methods CT scanning information of two patients with zygomatico-maxillary fracture was imputed into the three-dimensional image workstations to form a three-dimensional reconstruction image. A skull model was made using rapid prototyping technique to guide the surgery in skull model through the three-dimensional reconstruction software. The semi-coronal incision was taken for reduction and fixation of zygomatico-maxillary fracture. Results Three-dimensional reconstruction in the model can accurately reflect the changes of corresponding marks of zygoma. Based on model designs, the target reset can be accurately achieved. Conclusions The CAD and RP technique was a relatively useful tool that can assist surgeons with reconstruction of the maxillofacial skeleton, especially in repairs of complicated zygomatico-maxillary fracture.

Key words: imaging；three-dimensional；model; rapid prototyping; zygomatic fractures

由于受到術(shù)野、面部器官、神經(jīng)等的限制，眶、顴、上頜骨及顴弓骨折錯(cuò)位愈合導(dǎo)致的畸形的矯正，歷來(lái)是臨床處理的難題。近年來(lái)，由于三維螺旋 CT 重建技術(shù)的應(yīng)用，以及將 CT 掃描信息的進(jìn)行計(jì)算機(jī)處理，通過快速成型技術(shù)（rapid prototyping，RP）重建三維頭顱模型，并通過三維頭顱模型模擬手術(shù)，為復(fù)雜的眶、顴、上頜骨及顴弓骨折的矯正治療，提供了前瞻性研究的手段[1-2]。

本研究，通過上述技術(shù)，對(duì)眶、顴、上頜骨及顴弓骨折進(jìn)行術(shù)前模擬設(shè)計(jì)、分析，為手術(shù)治療，提供了非常有用的參考依據(jù)。

1材料和方法

1.1 CT 掃描：采用GE Light speed 16排螺旋CT機(jī)，對(duì)患者行自顱頂至上頜骨部分水平位薄層掃描，層厚1.25 mm，共計(jì)136層橫斷面圖像，以Dicom格式輸出至三維圖像重建工作站。

1.2 三維重建及模型成型：以Dicom格式導(dǎo)入三維重建軟件Mimics10.0（Simpleware 公司），定義好三維坐標(biāo)順序后，利用區(qū)域增長(zhǎng)功能從原始Dicom文件中分割出骨性重建部分，并根據(jù)需要選擇模型自眶上緣上5cm致咬合平面，去掉后方頸椎部分和下頜骨髁突和冠突部分，定義好待重建部分后，對(duì)選擇部分進(jìn)行計(jì)算機(jī)三維重建。模型成型采用AFS激光快速自動(dòng)成形機(jī)(AFS Laser Rapid Prototyping)，其主要由機(jī)械主體部分、光學(xué)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)三部分組成，所用材料為精鑄粉。將工作室升溫，保持在精鑄粉粉末的熔點(diǎn)以下，送料后，激光束在計(jì)算機(jī)控制下按照截面輪廓對(duì)實(shí)心部分所在的粉末進(jìn)行燒結(jié)，使粉末溶化繼而形成一層固體輪廓，多層燒結(jié)，形成三維原型，經(jīng)清粉、烘烤、浸蠟制成模型。

1.3 手術(shù)方案的設(shè)計(jì)與模擬：根據(jù)Mimics10.0軟件計(jì)算的截骨部位及需要復(fù)位的程度，在仿真三維頭顱模型進(jìn)行術(shù)方案的設(shè)計(jì)、手術(shù)模擬及最終效果評(píng)估。

1.4 典型病例

1.4.1 病例1，某男，36 歲。患者入院前因車禍導(dǎo)致左側(cè)顴骨、顴弓、眶外側(cè)壁、鼻骨及上頜骨多發(fā)骨折，致右側(cè)顴面部塌陷，張口度1.5cm，咬合關(guān)系正常（圖1～5）。

1.4.2 病例2，某男，21 歲。患者入院2年前因車禍導(dǎo)致鼻骨、左側(cè)上頜骨、顴骨、顴弓及眶外側(cè)壁粉碎性骨折，當(dāng)?shù)蒯t(yī)院救治后因骨折端錯(cuò)位愈合導(dǎo)致左側(cè)顴面部塌陷，顴弓高拱畸形，張口度正常，咬合關(guān)系正常。

兩患者入院后進(jìn)行三維螺旋CT掃描，將CT掃描信息輸入三維圖像重建工作站，通過三維重建軟件進(jìn)行三維重建，根據(jù) Mimics10.0軟件模擬設(shè)計(jì)的方案，在仿真三維頭顱模型上進(jìn)行截骨及復(fù)位固定。并通過 AFS 激光快速自動(dòng)成型機(jī)復(fù)制仿真三維頭顱模型，根據(jù)仿真三維頭顱模型上進(jìn)行截骨及復(fù)位固定的設(shè)計(jì)，在仿真三維頭顱模型進(jìn)行截骨及鈦板固定，并且判斷術(shù)中能夠達(dá)到的修復(fù)效果及存在的不足（圖6～10）。

手術(shù)方法：頭皮半冠狀切口徑路，在發(fā)際后2～3cm處，自頭頂中部至耳屏前畫線。在帽狀腱膜下層分離頭皮瓣，自顳肌淺面向眶外側(cè)、顴骨和顴弓剝離，徹底顯露眶外側(cè)緣、眶下緣以及骨折后錯(cuò)位愈合的顴上頜突、顴突和顴弓。其中患者2同時(shí)眶下瞼緣下作長(zhǎng)約2cm的切口暴露錯(cuò)位愈合的顴頜縫，然后按照頭顱模型切開復(fù)位的部位，采用微動(dòng)力系統(tǒng)，將顴額縫、顴頜縫鋸開，顴骨構(gòu)成眶外側(cè)壁的部分，在眶外側(cè)緣、眶下緣內(nèi)側(cè)大約1cm的眶外側(cè)壁，由內(nèi)向外鋸開，將顴骨完全游離松動(dòng)，將顴弓按照設(shè)計(jì)，分割成三段，按照模型成型顴弓，再次與頭顱模型比較后，小鈦板（OsteoMed,USA）固定。

2結(jié)果

2患者均術(shù)后10天拆線，傷口愈合良好，患側(cè)顴面部塌陷畸形較術(shù)前明顯改善，張口度及咬頜關(guān)系未因手術(shù)影響（圖11～15）。

術(shù)后2周至1月復(fù)診，行螺旋CT機(jī)檢查，將CT掃描信息輸入三維圖像重建工作站，通過三維重建軟件進(jìn)行三維重建，通過三維重建圖像顯示，患者顴骨、顴弓骨折塌陷畸形較術(shù)前明顯改善。

3討論

復(fù)雜的眶、顴、上頜骨及顴弓骨折錯(cuò)位愈合造成的顴面部畸形的整復(fù)及修復(fù)較為困難。目前針對(duì)這類骨折的整復(fù)主要采用頭皮冠狀切口及眶下瞼緣附加切口進(jìn)行復(fù)位及鈦板固定術(shù)，這種切口可以充分暴露眶外側(cè)、顴骨及顴弓，對(duì)于尚未完全骨性愈合的患者，可以達(dá)到解剖復(fù)位。但對(duì)于完全骨性愈合的骨折，由于不易辨別錯(cuò)位愈合的部位以及操作上的限制，再加上眶內(nèi)容的影響，手術(shù)復(fù)位的效果、顴部外形的改善往往不滿意。隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（computer aided design，CAD）/計(jì)算機(jī)輔助制造(computer aided manufacture，CAM)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)及材料科學(xué)的進(jìn)步，RP技術(shù)在臨床骨創(chuàng)傷及修復(fù)重建領(lǐng)域的應(yīng)用，為眶、顴、上頜骨及顴弓骨折的整復(fù)及治療提供了前瞻性手術(shù)設(shè)計(jì)及整復(fù)效果評(píng)估的手段[3-5]。

CAD/CAM軟件通過CT數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行術(shù)前的模擬操作，將患者的創(chuàng)傷部位及骨標(biāo)志點(diǎn)的移位程度等進(jìn)行數(shù)字化處理，并通過與健側(cè)骨骼鏡像比較，計(jì)算創(chuàng)傷骨骼移位及需要復(fù)位的數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)上模擬骨切開和骨復(fù)位，為臨床醫(yī)師提供了理想的治療指導(dǎo)。由于頜面部骨折，特別是多發(fā)骨折錯(cuò)位愈合后，相鄰器官如眼、鼻等制約了復(fù)位手術(shù)，CAD/CAM模擬的手術(shù)效果與臨床實(shí)際操作有一定差距。但CT技術(shù)與RP技術(shù)結(jié)合進(jìn)行三維頭顱模型的制作及模型手術(shù)復(fù)位，為虛擬手術(shù)到臨床操作起到了非常適應(yīng)的橋梁作用。通過頭顱模型，可以前瞻性的確定理想手術(shù)效果與實(shí)際操作中的差距，并且將手術(shù)后的效果通過頭顱模型與患者進(jìn)行溝通。同時(shí)，由于象陳舊性錯(cuò)位愈合的顴骨、顴弓、眶周多發(fā)骨折，骨折線不明顯，完全達(dá)到解剖復(fù)位困難較大，通過CAD/CAM軟件及在頭顱模型上確定鋸骨的部位及復(fù)位方向，然后在手術(shù)過程中，完全按照模型進(jìn)行操作，達(dá)到與頭顱模型模擬一致的手術(shù)效果。

本文報(bào)告的病例，在手術(shù)前，先在三維頭顱模型上進(jìn)行模擬復(fù)位，根據(jù)模擬手術(shù)的效果，前瞻性的了解術(shù)后效果及可能存在的不足，對(duì)手術(shù)治療順利的開展及與患者相互溝通、減少誤解，具有非常大的幫助

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[收稿日期]2008-10-15 [修回日期]2008-12-11

編輯/張惠娟