3D打印技術(shù)在下頜骨缺損治療中的應(yīng)用

張新鳳，董智偉，劉 璐，鮑海宏，曹志強(qiáng)，柳云恩，張 力，侯明曉

下頜骨位于人體面部的下1/3，形態(tài)極不規(guī)則，毗鄰解剖關(guān)系復(fù)雜，臨床僅通過X線片、CT等平面影像學(xué)資料來確定復(fù)雜的下頜骨病變性質(zhì)及病變范圍，存在相當(dāng)大的局限性，這也給術(shù)前手術(shù)方案的制訂帶來了一定的困難。近年來3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用日益增多［1-3］，可準(zhǔn)確快速地制造出復(fù)雜的實(shí)體模型和輔助手術(shù)的數(shù)字化3D導(dǎo)板，為術(shù)前手術(shù)方案的制訂以及術(shù)中輔助手術(shù)順利精確地進(jìn)行提供了重要的實(shí)體依據(jù)。沈陽軍區(qū)總醫(yī)院口腔頜面外科2014年9月—2015年8月采用3D打印技術(shù)完成下頜骨缺損的個(gè)體化修復(fù)重建5例，效果滿意，現(xiàn)報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 本組5例，均為男性;年齡23～56歲。一般資料詳見表1。

表1 下頜骨缺損5例一般資料

1.2 方法

1.2.1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及3D打印:通過Philips Light Speed 256排螺旋CT掃描儀(層厚0．625 mm，螺距1．5、1.0 mm)將患者的下頜骨及供區(qū)部位進(jìn)行掃描。如需要血管化骨移植，則需要用超聲多普勒血流儀檢測供區(qū)動(dòng)、靜脈直徑和血流情況，并在體表標(biāo)記出動(dòng)脈穿支。將患者的CT掃描數(shù)據(jù)以DICOM格式依次導(dǎo)入Mimics 10．01軟件和Geomagic Studio 2013軟件，通過圖像分割、模擬切割腫瘤、鏡像、塑形移植骨段、設(shè)計(jì)截骨、取骨塑形數(shù)字化3D導(dǎo)板等一系列程序，再將數(shù)據(jù)以STL格式導(dǎo)入快速成型機(jī)，通過激光快速成型熔融沉積技術(shù)(FDM)制造出模擬重建的下頜骨模型及數(shù)字化3D導(dǎo)板。術(shù)前根據(jù)實(shí)體模型完成重建板的預(yù)彎制。最后將重建板和數(shù)字化3D導(dǎo)板消毒待用。

1.2.2 手術(shù)過程:①下頜骨原發(fā)病灶切除:按照術(shù)前設(shè)計(jì)暴露下頜骨后，應(yīng)用螺釘固定截骨導(dǎo)板，切除下頜骨病變。②供區(qū)骨瓣的制取:根據(jù)術(shù)前設(shè)計(jì)切口線切開，固定取骨塑形數(shù)字化3D導(dǎo)板后，進(jìn)行截骨、塑形。③下頜骨重建:移植骨瓣斷蒂后轉(zhuǎn)移至受區(qū)。應(yīng)用重建板固定下頜骨，完成下頜骨缺損重建。1.3 療效評(píng)價(jià) 患者術(shù)后7 d、1、3、6個(gè)月及1年復(fù)查CT及錐形束CT(CBCT)。記錄并發(fā)癥發(fā)生情況。

2 結(jié)果

本組手術(shù)均按計(jì)劃成功完成。手術(shù)時(shí)間6．0～8．0 h，平均6．7 h。1 例術(shù)后半個(gè)月頜下區(qū)切口感染，張口受限，張口度2．5 cm;余4例面部外形恢復(fù)滿意，左右對(duì)稱，預(yù)留牙齒咬合關(guān)系良好，張口度及張口型正常，無顳下頜關(guān)節(jié)疾病，病變無局部復(fù)發(fā)，無重建板松動(dòng)及斷裂，無移植骨瓣壞死等并發(fā)癥。修復(fù)評(píng)價(jià)分級(jí):Ⅰ級(jí)4例，Ⅱ級(jí)1例。隨訪時(shí)間3～11個(gè)月，平均6．0個(gè)月。供區(qū)切口恢復(fù)良好，均未出現(xiàn)局部麻木、踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)定、跛足等并發(fā)癥。

3 典型病例

男，28歲。因左下唇麻木1月余就診，經(jīng)活檢診斷為左下頜骨造釉細(xì)胞瘤，收入院。查體:顏面部左右大致對(duì)稱，口內(nèi)左下頜6牙的遠(yuǎn)中至磨牙后區(qū)及頰黏膜隆起，觸診乒乓球樣感。行CT及CBCT檢查示:左側(cè)下頜角至髁突頸部病變區(qū)呈多房性，邊緣有半月切跡(圖1)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及3D打印技術(shù):虛擬病灶切除并由健側(cè)的下頜骨利用鏡像技術(shù)重建(圖2、3)。虛擬腓骨瓣的制備和植入:與踝關(guān)節(jié)8 cm上方截取腓骨，依次截骨塑形至與虛擬重建的下頜骨吻合(圖4)。3D打印出重建后的下頜骨模型及數(shù)字化導(dǎo)板，并根據(jù)模型進(jìn)行重建板的預(yù)彎制(圖5、6)。在全麻下行下頜骨左側(cè)造釉細(xì)胞瘤病灶擴(kuò)大切除術(shù)及左側(cè)腓骨游離肌皮瓣修復(fù)術(shù)。距下頜骨下緣3 cm設(shè)計(jì)弧形切口，逐層切開后，沿頸深筋膜淺層翻瓣，暴露下頜骨后，用螺釘固定數(shù)字化3D導(dǎo)板于下頜骨表面，導(dǎo)板與術(shù)前設(shè)計(jì)的固定部位緊密貼合(圖7)，用來復(fù)鋸截?cái)嘞骂M骨。在左側(cè)小腿外側(cè)設(shè)計(jì)皮瓣切口線，沿穿支血管尋找腓動(dòng)脈及伴行靜脈，于髁關(guān)節(jié)上8 cm應(yīng)用腓骨導(dǎo)板截取腓骨瓣并逐步塑形(圖8)，腓骨瓣斷蒂后置于下頜骨殘端，用預(yù)彎制的重建板，稍作修改后固定(圖9)。在面部探查左面動(dòng)脈、面靜脈及頸外靜脈，將穿支血管端端吻合。術(shù)后CBCT及三維重建提示腓骨瓣準(zhǔn)確修復(fù)雙側(cè)下頜體部及頦部缺損，下頜骨體部外形曲線基本一致(圖10、11)，顏面部左右基本對(duì)稱。應(yīng)用Geomagic軟件將術(shù)后CT數(shù)據(jù)與術(shù)前模擬設(shè)計(jì)的下頜骨進(jìn)行自動(dòng)匹配，觀察修復(fù)誤差值，誤差值最大為6．2 mm(圖12)。隨訪5個(gè)月，未發(fā)現(xiàn)病灶復(fù)發(fā)，患者雙側(cè)顏面部對(duì)稱，術(shù)后瘢痕不明顯，張口型正常，張口度4．0 cm，下頜骨前伸和側(cè)向運(yùn)動(dòng)自如，雙側(cè)顳下頜關(guān)節(jié)區(qū)無疼痛不適，口腔內(nèi)皮瓣愈合良好，顏色粉紅?；颊吣苷Ｐ凶?，無明顯功能障礙和感覺異常，未出現(xiàn)踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)定的表現(xiàn)。患者對(duì)面形和下肢功能恢復(fù)均非常滿意。

圖1 術(shù)前CBCT片示病變累積左側(cè)下頜角及髁突頸部;圖2 術(shù)前CT片示病變的下頜骨;圖3 利用鏡像技術(shù)重建健側(cè)鏡像的下頜骨;圖4 腓骨截骨塑形至與虛擬重建的下頜骨吻合;圖5 3D打印制作的數(shù)字化導(dǎo)板;圖6 術(shù)前根據(jù)模型進(jìn)行重建板的預(yù)彎制;圖7 截骨導(dǎo)板按照術(shù)前設(shè)計(jì)就位;圖8 應(yīng)用腓骨導(dǎo)板截取并逐步塑形后的腓骨瓣;圖9 重建后的下頜骨;圖10 術(shù)后CT片;圖11 術(shù)后CBCT片;圖12 術(shù)前、術(shù)后下頜骨應(yīng)用Geomagic軟件進(jìn)行自動(dòng)匹配，誤差值最大為6．2 mm

4 討論

3D打印技術(shù)誕生于20世紀(jì)90年代，最初應(yīng)用于制造業(yè)、工程及航空航天模型設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。3D打印技術(shù)的核心是數(shù)字化、智能化制造與材料科學(xué)的結(jié)合［4］。其主要采用分層加工、疊加成型的方式來“制造”產(chǎn)品［5］。3D打印不像傳統(tǒng)的機(jī)械加工那樣需要模具或原胚，而是通過打印一次成型，開創(chuàng)了制造業(yè)的嶄新時(shí)代［6］。隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，研究人員不再滿足這種先進(jìn)技術(shù)只局限在原型制造和模具生產(chǎn)等方面，開始向更廣闊的領(lǐng)域拓展，特別是在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的實(shí)踐應(yīng)用和發(fā)展前景引起了全球的廣泛關(guān)注。經(jīng)過20多年的發(fā)展，現(xiàn)已應(yīng)用于口腔種植、骨科、口腔頜面外科手術(shù)中［7-8］。

3D打印技術(shù)應(yīng)用于下頜骨的缺損修復(fù)手術(shù)，優(yōu)化了術(shù)后修復(fù)效果，而且減少了并發(fā)癥，獲得了滿意的臨床效果。3D打印技術(shù)制造出個(gè)體化的患者頭顱模型，精確實(shí)現(xiàn)了從二維圖像到三維實(shí)物的轉(zhuǎn)換，一方面，為手術(shù)方案提供直觀的演示，可使術(shù)者對(duì)手術(shù)方案進(jìn)行討論并加深對(duì)手術(shù)方案的認(rèn)識(shí)，更好地施行手術(shù);另一方面，利用模型可向患者及其家屬進(jìn)行模擬展示，減輕患者和家屬的心理負(fù)擔(dān)，提高患者的信心。3D打印的頭顱模型為醫(yī)用重建板等內(nèi)固定材料預(yù)成型提供了實(shí)體依據(jù)，利用頭顱模型可從多個(gè)角度進(jìn)行觀察和對(duì)比，確定最適合的固定位置，避免了術(shù)中視野不佳、體位擺放困難等因素對(duì)醫(yī)用重建板彎制的影響，為術(shù)者和患者贏得了寶貴的時(shí)間，也避免了術(shù)中反復(fù)彎制、調(diào)改醫(yī)用重建板，造成醫(yī)用重建板疲勞。其次，3D打印技術(shù)制做出的數(shù)字化3D導(dǎo)板是將設(shè)計(jì)方案準(zhǔn)確轉(zhuǎn)移到實(shí)際手術(shù)中的有力輔助工具。截骨導(dǎo)板可以準(zhǔn)確引導(dǎo)術(shù)中精確切除腫瘤［9-11］，與傳統(tǒng)術(shù)式相比，省去了手中觀察設(shè)計(jì)截骨線的時(shí)間，增加了手術(shù)的精確度，取骨塑形導(dǎo)板可準(zhǔn)確切取移植骨，避免了反復(fù)磨改移植骨，減少了移植骨的離體時(shí)間，降低了移植骨吸收的發(fā)生率。切除的骨段與移植的骨段長度相當(dāng)，保證了髁突在關(guān)節(jié)窩中的位置基本保持不變，大大減少了顳下頜關(guān)節(jié)疾病的發(fā)生。

局限性3D打印技術(shù)發(fā)展至今，雖然有了很高的精度，但對(duì)于診斷下頜骨腫瘤的邊界仍然存在一定的誤差。如果術(shù)前不能精確重建出下頜骨腫瘤邊界，可能影響術(shù)中截骨量，從而影響手術(shù)方案的進(jìn)行，因此要求臨床醫(yī)生在確定腫瘤切除邊界時(shí)應(yīng)參考其他影像學(xué)資料，如CT、CBCT等。

由于筆者所在科室應(yīng)用3D打印技術(shù)的時(shí)間不長，收集的臨床病例數(shù)量較少，在今后的研究中，應(yīng)加大樣本量進(jìn)行更深入的研究探討，相信3D打印技術(shù)的成熟，一定會(huì)為口腔頜面外科的未來帶來巨大的發(fā)展。

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